抖動(dòng)測量三種方法

只要測試數據通信IC或測試電信網(wǎng)絡(luò )，就需要測試抖動(dòng)。抖動(dòng)是應該呈現的數字信號沿與實(shí)際存在沿之間的差。時(shí)鐘抖動(dòng)可導致電和光數據流中的偏差位，引起誤碼。測量時(shí)鐘抖動(dòng)和數據信號就可揭示誤碼源。
　　測量和分析抖動(dòng)可借助三種儀器：誤碼率(BER)測試儀，抖動(dòng)分析儀和示波器(數字示波器和取樣示波器)。圖1示出每種儀器能處理的位率。
　　選用哪種儀器取決于應用，即電或光、數據通信以及位率。因為抖動(dòng)是誤碼的主要原因，所以，首先需要測量的是BER。若網(wǎng)絡(luò )、網(wǎng)絡(luò )元件、子系統或IC的BER超過(guò)可接受的限制，則必須找到誤差源。
　　大多數工程技術(shù)人員希望用儀器組合來(lái)跟蹤抖動(dòng)問(wèn)題，先用BER測試儀、然后用抖動(dòng)分析儀或示波器來(lái)隔離誤差源。
BER測試儀
　　制造商需要測量其產(chǎn)品的BER，以保證產(chǎn)品符合電信標準。當需要表征數據通信元件和系統時(shí)，BER測試對于測試高速串行數據通信設備也是主要的。
　　BER測試儀發(fā)送一個(gè)稱(chēng)之為偽隨機位序列(PRBS)的預定義數據流到被測系統或器件。然后，取樣接收數據流中的每一位，并對照所希望的PRBS圖形檢查輸入位。因此，BER測試儀可以進(jìn)行嚴格的BER測量，有些是抖動(dòng)分析儀或示波器不可能做到的。
　　盡管BER測試儀可進(jìn)行精確的BER測量，但是，對于10-12BER(每1012位為1位誤差)精度的網(wǎng)絡(luò )或器件測試需數小時(shí)。為了把測試時(shí)間從數小時(shí)縮短為幾分鐘，BER測試儀采用“BERT scan”技術(shù)，此技術(shù)用統計技術(shù)來(lái)預測BER。
　　圖2示出此技術(shù)用熟悉的眼圖做為基準是如何工作的�？梢跃幊藼ER測試儀在位時(shí)間(稱(chēng)之為“單位間隔”或“UI”)的任何點(diǎn)取樣輸入位。圖2中眼圖下方的圖往往稱(chēng)之為“澡盆”曲線(xiàn)，表示BER是取樣位置的函數。若BER測試儀檢測位周期(0.5UI)中心的位，則抖動(dòng)引起位誤差的概率是小的。若BER測試儀檢測位于靠近眼相交點(diǎn)上的位，則將增大獲得抖動(dòng)引起位誤差的似然性。

抖動(dòng)分析儀
　　BER測試儀不能提供有關(guān)抖動(dòng)持性或抖動(dòng)源的足夠信息。抖動(dòng)分析儀(往往稱(chēng)之為定時(shí)時(shí)間分析儀或信號完整性分析儀)可以測量任何時(shí)鐘信號的抖動(dòng)，并提供故障診斷抖動(dòng)的信息。抖動(dòng)分析儀也用抖動(dòng)特性來(lái)預測BER，其所用時(shí)間比BER測試儀小很多。
　　抖動(dòng)測試儀對于測試高速數據通信總線(xiàn)(如光纖通信，SerialATA, Infiniband, Rapidio，每個(gè)通道的數據率高達3.125Gbits/s)用的器件是有用的。因為抖動(dòng)分析儀在幾秒內可預測BER，所以，對于生產(chǎn)線(xiàn)測試是有用的，很多ATE制造商根據用戶(hù)要求，把抖動(dòng)測試儀安置在測試系統中。
　　抖動(dòng)分析儀檢測信號沿并測量沿之間的時(shí)間。在采集定時(shí)數據之后，抖動(dòng)分析儀執行算法，產(chǎn)生直方圖、頻率曲線(xiàn)、數據的其他直觀(guān)圖像。這些圖像展示干擾信號的線(xiàn)索�？繄绦兄狈綀D和頻率曲線(xiàn)的計算，抖動(dòng)分析儀把整個(gè)抖動(dòng)分離為隨機抖動(dòng)和確定性抖動(dòng)。
　　圖3示出一種確定性抖動(dòng)，它具有一個(gè)特殊源。一個(gè)干擾信號相位調制基準信號來(lái)產(chǎn)生測量信號中的抖動(dòng)。抖動(dòng)分析儀可以計算呈現在抖動(dòng)中的頻率(相位1-4)。一旦知道抖動(dòng)頻率，就可隔離抖動(dòng)源并減輕抖動(dòng)影響。若干擾信號的頻率對應于其他時(shí)鐘頻率，則用增加EMI屏蔽或其他方法把源隔離就可解決問(wèn)題。

示波器
　　兩類(lèi)示波器證明對于抖動(dòng)測試和分析是有用的。為了測試通信速度達3.125Gbits/s(在銅線(xiàn)上傳輸數據，這可能是最高速度)的器件、纜線(xiàn)、子系統或系統，可以用實(shí)時(shí)取樣示波器。它們類(lèi)似于抖動(dòng)分析儀，可以測量任何時(shí)鐘信號的抖動(dòng)。
　　為了測量光信號，如OC-192和10Gigabit Ethernet(9.952Gbits/s)或OC-768(39.808Gbits/s)，就需要50GHz~75GHz帶寬的取樣示皮器(如Agilent數字通信分析儀或Tek通信信號分析儀)。也可在電數據信號中用這些示波器。
　　寬帶示波器對于測試當今所用的最高位率的抖動(dòng)是有用的。因為它們的低取樣率(150ksamples/s或更低)，所以，它們需要重復信號(如PRBS)來(lái)建立眼圖，它們從眼圖可建立抖動(dòng)直方圖。
　　示波器制造商在其示波器上提供抖動(dòng)分析軟件，圖4示出從示波器所得到的抖動(dòng)信息(用抖動(dòng)分析儀也可得到這類(lèi)分析)。圖中最上面的圖線(xiàn)表示OC-48(2.488Gbits/s)PRBS圖形，每127位重復出現。在第2個(gè)圖線(xiàn)中，示波器計算與軟件產(chǎn)生理想時(shí)鐘對照的每位定時(shí)誤差。
　　定時(shí)誤差圖是數據流的有效瞬時(shí)相位圖。它示出抖動(dòng)包含周期成分。定時(shí)誤差圖的快速傅里葉變換(第3個(gè)圖線(xiàn))定標為1MHz/div，顯示抖動(dòng)的頻率。此頻率可對應于開(kāi)關(guān)電源的時(shí)鐘頻率或來(lái)自系統數據纜線(xiàn)中的交擾。
　　圖5示出示波器可提供的另外數據實(shí)例。眼圖交叉點(diǎn)的直方圖顯示分布有2個(gè)峰。雙峰表明確定性抖動(dòng)，它來(lái)自外部干擾(如開(kāi)關(guān)電源)。另一處抖動(dòng)?D?D隨機抖動(dòng)遵從高斯分析，不能確定它們的源。

混合儀器
　　最近，某些測試設備制造商已開(kāi)發(fā)出混合儀器。傳統的BER測試儀只給出位誤差，現在BER測試儀執行某些抖動(dòng)分析，甚至有的還包含取樣示波器�，F在抖動(dòng)分析儀也包含取樣示波器，如Warecrest SIA-3000。這些取樣示波器可觀(guān)察眼圖，但它們沒(méi)有專(zhuān)用取樣示波器那樣的帶寬�，F在混合儀器的示波器帶寬最高為6GHz。實(shí)時(shí)和等效時(shí)間取樣示波器現在提供測量抖動(dòng)和計算BER的軟件。