抖动测量三种方法

zhoujunyi

只要测试数据通信IC或测试电信网络，就需要测试抖动。抖动是应该呈现的数字信号沿与实际存在沿之间的差。时钟抖动可导致电和光数据流中的偏差位，引起误码。测量时钟抖动和数据信号就可揭示误码源。

测量和分析抖动可借助三种仪器：误码率(BER)测试仪，抖动分析仪和示波器(数字示波器和取样示波器)。

选用哪种仪器取决于应用，即电或光、数据通信以及位率。因为抖动是误码的主要原因，所以，首先需要测量的是BER。若网络、网络元件、子系统或IC的BER超过可接受的限制，则必须找到误差源。

大多数工程技术人员希望用仪器组合来跟踪抖动问题，先用BER测试仪、然后用抖动分析仪或示波器来隔离误差源。


BER测试仪


制造商需要测量其产品的BER，以保证产品符合电信标准。当需要表征数据通信元件和系统时，BER测试对于测试高速串行数据通信设备也是主要的。

BER测试仪发送一个称之为伪随机位序列(PRBS)的预定义数据流到被测系统或器件。然后，取样接收数据流中的每一位，并对照所希望的PRBS图形检查输入位。因此，BER测试仪可以进行严格的BER测量，有些是抖动分析仪或示波器不可能做到的。

尽管BER测试仪可进行精确的BER测量，但是，对于10-12BER(每1012位为1位误差)精度的网络或器件测试需数小时。为了把测试时间从数小时缩短为几分钟，BER测试仪采用“BERT scan”技术，此技术用统计技术来预测BER。

可以编程BER测试仪在位时间(称之为“单位间隔”或“UI”)的任何点取样输入位。“澡盆”曲线表示BER是取样位置的函数。若BER测试仪检测位周期(0.5UI)中心的位，则抖动引起位误差的概率是小的。若BER测试仪检测位于靠近眼相交点上的位，则将增大获得抖动引起位误差的似然性。


抖动分析仪


BER测试仪不能提供有关抖动持性或抖动源的足够信息。抖动分析仪(往往称之为定时时间分析仪或信号完整性分析仪)可以测量任何时钟信号的抖动，并提供故障诊断抖动的信息。抖动分析仪也用抖动特性来预测BER，其所用时间比BER测试仪小很多。

抖动测试仪对于测试高速数据通信总线(如光纤通信，SerialATA, Infiniband, Rapidio，每个通道的数据率高达3.125Gbits/s)用的器件是有用的。因为抖动分析仪在几秒内可预测BER，所以，对于生产线测试是有用的，很多ATE制造商根据用户要求，把抖动测试仪安置在测试系统中。

抖动分析仪检测信号沿并测量沿之间的时间。在采集定时数据之后，抖动分析仪执行算法，产生直方图、频率曲线、数据的其他直观图像。这些图像展示干扰信号的线索。靠执行直方图和频率曲线的计算，抖动分析仪把整个抖动分离为随机抖动和确定性抖动。

比如一种确定性抖动，它具有一个特殊源。一个干扰信号相位调制基准信号来产生测量信号中的抖动。抖动分析仪可以计算呈现在抖动中的频率(相位1-4)。一旦知道抖动频率，就可隔离抖动源并减轻抖动影响。若干扰信号的频率对应于其他时钟频率，则用增加EMI屏蔽或其他方法把源隔离就可解决问题。


示波器


两类示波器证明对于抖动测试和分析是有用的。为了测试通信速度达3.125Gbits/s(在铜线上传输数据，这可能是最高速度)的器件、缆线、子系统或系统，可以用实时取样示波器。它们类似于抖动分析仪，可以测量任何时钟信号的抖动。

为了测量光信号，如OC-192和10Gigabit Ethernet(9.952Gbits/s)或OC-768(39.808Gbits/s)，就需要50GHz~75GHz带宽的取样示皮器(如Agilent数字通信分析仪或Tek通信信号分析仪)。也可在电数据信号中用这些示波器。

宽带示波器对于测试当今所用的最高位率的抖动是有用的。因为它们的低取样率(150ksamples/s或更低)，所以，它们需要重复信号(如PRBS)来建立眼图，它们从眼图可建立抖动直方图。

示波器制造商在其示波器上提供抖动分析软件。

定时误差图是数据流的有效瞬时相位图。它示出抖动包含周期成分。定时误差图的快速傅里叶变换(第3个图线)定标为1MHz/div，显示抖动的频率。此频率可对应于开关电源的时钟频率或来自系统数据缆线中的交扰。

眼图交叉点的直方图显示分布有2个峰。双峰表明确定性抖动，它来自外部干扰(如开关电源)。另一处抖动——随机抖动遵从高斯分析，不能确定它们的源。


混合仪器


最近，某些测试设备制造商已开发出混合仪器。传统的BER测试仪只给出位误差，现在BER测试仪执行某些抖动分析，甚至有的还包含取样示波器。现在抖动分析仪也包含取样示波器，如Warecrest SIA-3000。这些取样示波器可观察眼图，但它们没有专用取样示波器那样的带宽。现在混合仪器的示波器带宽最高为6GHz。实时和等效时间取样示波器现在提供测量抖动和计算BER的软件。