10G信號抖動測量的檢定分析方法

　　最常見的抖動捕捉分析儀器是實時示波器。現(xiàn)代數(shù)字化儀表緊緊跟隨逐漸提升的數(shù)據(jù)率步伐，可配置對抖動及其分量進行詳細分析的集成應(yīng)用軟件。不過，選擇范圍并不局限于DSA和DPO。其他完全不同的工具也有自己的優(yōu)勢，其測量能力會出現(xiàn)部分重疊。這些工具包括誤碼率測試儀(BERT)、抖動分析儀、計數(shù)器/定時器和頻譜分析儀。

　　實時示波器是電子研發(fā)和設(shè)計中最常用的測量工具之一，因此當(dāng)需要分析研究抖動問題時，它很可能成為第一道“防線”。DSA/DPO可在其帶寬和分辨率范圍內(nèi)進行幾乎所有類型的抖動測量。

　　DSA/DPO具有抖動測量多功能性的原因在于：它可在多個DUT工作周期內(nèi)捕捉很長的時間窗。由于示波器的采樣存儲器中保存著過去很長時間波形活動的歷史記錄，因此我們能對隨著上升時間、脈沖寬度和各種抖動變化而變化的屬性進行研究。

　　能處理10Gbps數(shù)據(jù)率的高端示波器的適用特性如下：

　　* 20 GHz帶寬;

　　* 抖動本底噪聲低，大約300fs(300 x 10-15s)，能夠最小化DUT抖動測量對示波器的依賴性。

　　* 8位捕捉，提供了足以應(yīng)對最新串行標(biāo)準(zhǔn)的動態(tài)范圍，適合16級調(diào)制方案。

　　方程式的重要部分是能提供使抖動測量和分析自動完成的工具集。抖動測量屬于一個精細學(xué)科，但也有助于提供專用的軟件解決方案(假設(shè)示波器平臺支持這種功能)。

　　有些應(yīng)用的要求超過了實時DSA/DPO示波器的能力。這些儀器的實時帶寬和分辨率必須與DUT的數(shù)據(jù)率及其諧波相當(dāng)。此外，部分形式的多級調(diào)制對儀器區(qū)分不同級別的能力有苛刻的要求。這種情況下，采用另一種抖動測量工具將更為合適。

　　采樣示波器

　　取樣示波器給抖動測量提供了較寬的帶寬。取樣示波器可能是觀察數(shù)據(jù)率高達60Gbps信號的唯一有效工具。而且，當(dāng)需要捕捉相對較“慢”的信號諧波時，也適合采用取樣示波器。

　　取樣示波器根據(jù)重復(fù)性輸入樣本來構(gòu)建波形采集，波形樣本來源于無數(shù)個周期。許多類型的串行設(shè)備都能提供產(chǎn)生這種重復(fù)波形流的診斷回路，或者利用外部數(shù)據(jù)生成器作為驅(qū)動源。

　　取樣示波器可配置應(yīng)用特有的抖動/噪音分析軟件包，以提供抖動分離、噪聲分離和BER目測等抖動分析功能。

　　影響抖動測量的示波器特性

　　定時精度是單次定時測量最重要的技術(shù)要求，因為它決定著測量值有多接近實際值。它既考慮了可重復(fù)性，也考慮了分辨率。定時精度由許多因素決定，包括采樣間隔、時基準(zhǔn)確度、量化誤差、內(nèi)插誤差、放大器垂直噪聲和取樣時鐘抖動。其中任何一種因素都會造成定時誤差，而所有因素共同作用構(gòu)成增量時間精度(DTA)。高端示波器的DTA近似等于：

　　式中： A = 輸入信號幅度(V)

　　trm =10~90%被測量的上升時間(s)

　　N=輸入?yún)⒖荚肼?VRMS)

　　tj=中/短期孔徑不確定性(sRMS)

　　TBA =時基準(zhǔn)確度(2ppm)

　　持續(xù)時間(duration)=增量時間測量值(sec)

　　所有這些都假設(shè)是采用高斯濾波器響應(yīng)產(chǎn)生的邊沿波形。

　　特定儀器的特殊DTA信息可以通過查閱其手冊找到。通常情況下，規(guī)范意味著對任何邊-邊的定時測量都可確定結(jié)果精度，對NIST是有保障并可追溯的。上面的方程式中含有標(biāo)度、信號幅度、輸入噪聲和其他影響因素。DTA這個話題太復(fù)雜，無法在本文中進行全面的解釋。不過，如果試圖按飛秒級來檢定定時系統(tǒng)，則應(yīng)考慮DTA。

　　測量分辨率

　　測量分辨率定義了可靠檢測測量變化的能力，不要把它和測量精度，甚至是測量重復(fù)性相混淆。在定時測量中，分辨率是辨別信號定時中細微變化的能力，而不管變化是有目的的，還是由噪音引起的。硬件計數(shù)器的位寬度、甚至計數(shù)器的電頻寬等基本因素，都會限制定時分辨率。某些隱性的因素，如執(zhí)行算術(shù)平均運算的軟件等，也會對定時分辨率構(gòu)成限制。

　　硬件定時器中，如像典型時間間隔分析器(TIA、SIA)等，其定時分辨率的硬件限制在數(shù)百飛秒。如果硬件計數(shù)器或等效電路的時鐘定在5GHz，那它就無法檢測到小于0.2ps的任何變化。這是器件的物理局限。

　　實時示波器的定時分辨率則受到采樣率、內(nèi)插精度和基于軟件的數(shù)學(xué)運算庫的限制。在使用50Gsps采樣率和SIN(X)/X內(nèi)插時，分辨率可能會達到幾十飛秒。因為在這種情況下分辨率是基于數(shù)學(xué)運算庫的，因此實際分辨率低于一飛秒(0.0001ps)。

　　分辨率體現(xiàn)著測量定時中極細微變化的能力，但這可能并不一定反映真實情況。想想，當(dāng)測量變化小于儀器內(nèi)的固有噪聲時，會發(fā)生什么情況?因此，在測量小幅噪聲或抖動時，必須考慮示波器系統(tǒng)的抖動本底噪聲。只是簡單地知道系統(tǒng)分辨率，對理解精度或示波器的整體能力的實際極限并沒有什么幫助。