《電子技術(shù)應用》
您所在的位置:首頁(yè) > 測試測量 > 解決方案 > 【做信號鏈,你需要了解的高速信號知識(二)】高速的挑戰 – 抖動(dòng)和眼圖

【做信號鏈,你需要了解的高速信號知識(二)】高速的挑戰 – 抖動(dòng)和眼圖

2024-03-26
作者:泰克科技中國AE Manager,余洋
來(lái)源:泰克科技

  做高速的工程師最頭疼的問(wèn)題就是抖動(dòng)和眼圖測量Fail。抖動(dòng)和眼圖測量就像是一個(gè)照妖鏡,任何一個(gè)設計不當,都可能會(huì )導致抖動(dòng)和眼圖結果的惡化,而要解決抖動(dòng)和眼圖問(wèn)題,工程師往往無(wú)從下手。

  教科書(shū)上的數字信號,每個(gè)時(shí)鐘周期都嚴格相等,每個(gè)數據UI (Unit Interval, 即每個(gè)bit的時(shí)間長(cháng)度)也都嚴格相等,但真實(shí)世界里這種信號是不存在的。由于熱噪聲和各種因素的影響,時(shí)鐘或數據的邊沿往往存在不確定性,其真實(shí)位置和理想位置之間的偏差,就是所謂的抖動(dòng)。當時(shí)鐘信號或數據信號存在較大的抖動(dòng)時(shí),接收機在識別信息時(shí)就會(huì )出錯,導致信息傳遞出現“誤碼”(Bit Error)。

圖片5.png

  抖動(dòng)考慮的是時(shí)鐘或數據過(guò)零點(diǎn)的時(shí)刻的不確定性,眼圖則更加直觀(guān)。我們以參考時(shí)鐘的邊沿為刀,將數據波形切割成無(wú)數的小段,每段波形只有1個(gè)bit。然后將這些小段波形堆疊到一起,形成的眼睛形狀的圖片,稱(chēng)之為眼圖。

屏幕截圖 2024-03-26 132209.png

  圖8:眼圖是由所有bits堆疊而形成的圖樣,包含所有bits的信號完整性信息

  自高速串行信號誕生之初,抖動(dòng)和眼圖就是必測的項目。抖動(dòng)可以評估時(shí)鐘或信號的穩定性,眼圖可以綜合評估信號的抖動(dòng),幅度,反射,串擾等信號完整性問(wèn)題。如果再套上一個(gè)眼圖模板,通過(guò)眼圖是否觸碰模板,就可以輕松評判信號質(zhì)量的優(yōu)劣。

屏幕截圖 2024-03-26 132238.png

  圖9:眼圖及其模板

  LVDS和JESD204B規范里就有抖動(dòng)和眼圖模板測試。翻開(kāi)JESD Spec,會(huì )發(fā)現它清晰地定義了近端和源端的眼圖模板。眼圖不得碰到三塊模板(灰色區域)里的任何一塊,否則測量項就是Fail的。

屏幕截圖 2024-03-26 132303.png

  圖10:JESD204B標準的接收端眼圖模板

  測試工程師測出了眼圖和抖動(dòng)的結果,給出測試Pass或Fail的測量報告,工作就算完成了。但研發(fā)工程師的噩夢(mèng)才剛剛開(kāi)始,測試Fail了,怎么才能解決呢?

  其實(shí)基本思路非常簡(jiǎn)單,概括起來(lái)就是:抓大放小,對癥下藥!經(jīng)典理論下,信號的總體抖動(dòng)(Tj, Total Jitter)可以分成以下幾類(lèi)。我們通過(guò)示波器的抖動(dòng)軟件,測量出每種抖動(dòng)成分的大小,將最嚴重的抖動(dòng)成分降低,總體抖動(dòng)就能降下來(lái)了。

屏幕截圖 2024-03-26 132330.png

  圖11:抖動(dòng)的分類(lèi)

  其中,隨機抖動(dòng)(Rj, Random Jitter)是由布朗運動(dòng)/熱噪聲引起的,符合高斯正態(tài)分布。隨機抖動(dòng)的峰峰值和測量的樣本數(總bits數量)息息相關(guān),理論上只要測量的時(shí)間足夠長(cháng),隨機抖動(dòng)可以增加到無(wú)窮大。抖動(dòng)分析時(shí),隨機抖動(dòng)的測量值一般用RMS值來(lái)表示,即正態(tài)分布的σ值。特定樣本數下(也稱(chēng)特定誤碼率下),隨機抖動(dòng)的峰峰值RJ(pk-pk),可以使用RJ(rms)乘以一個(gè)修正系數得到。比如在1E12 個(gè)累積bits下(或1E-12誤碼率下), 這個(gè)系數是14,即:

  RJ(pk-pk) = RJ(rms) x 14

  隨機抖動(dòng)一般是由鏈路中的電源和有源器件帶來(lái)的,通過(guò)改良電源的噪聲性能,更換隨機抖動(dòng)較大的有源器件,可以降低系統的隨機噪聲。

屏幕截圖 2024-03-26 132354.png

  圖12:隨機抖動(dòng)符合正態(tài)分布,向正無(wú)窮和負無(wú)窮方向無(wú)限延伸,無(wú)邊無(wú)界

  與隨機抖動(dòng)對應的,是確定性抖動(dòng)(Dj, Deterministic Jitter),它是有界的。在有限的樣本數之內,Dj的峰峰值會(huì )很快趨于穩定,并維持不變。Dj的測量結果常常用峰峰值來(lái)表示。Dj最重要的兩個(gè)成分是周期性抖動(dòng)(PJ, Periodic Jitter )和數據相關(guān)性抖動(dòng)(DDJ, Data-Dependent Jitter)。

  周期性變化的抖動(dòng),稱(chēng)之為周期性抖動(dòng)。比如一個(gè)周期為1ns的時(shí)鐘信號,它的前15000個(gè)周期是1.01ns,后15000個(gè)周期是0.99ns,如此循環(huán),那么這個(gè)信號中就包含一個(gè)33KHZ、三角波調制的周期性抖動(dòng)。這就是大家非常熟悉的SSC擴頻時(shí)鐘,廣泛用于消費電子產(chǎn)品中,降低高速信號傳輸時(shí)所產(chǎn)生的EMI干擾。周期性抖動(dòng)一般由高速SerDes的參考時(shí)鐘帶入,或者旁路高速信號的串擾所引起。周期性抖動(dòng)不僅要看抖動(dòng)的峰峰值,還要關(guān)注Pj的頻率。檢查時(shí)鐘,查找電路板上相關(guān)的干擾源,從而降低周期性抖動(dòng)。

屏幕截圖 2024-03-26 132417.png

  圖13:周期性抖動(dòng)

  最后也是最重要的抖動(dòng)成分,數據相關(guān)性抖動(dòng)(DDj, Data Dependent Jitter),也叫碼間干擾(ISI, Inter-Symbol Interference)??梢哉f(shuō),高速串行通信迭代升級的過(guò)程,就是對抗DDJ的過(guò)程。

  信號在鏈路上傳輸時(shí),由于寄生參數的影響,會(huì )有損耗。專(zhuān)業(yè)名詞叫做插入損耗(Insertion Loss),對應S參數里的傳輸參數S21。傳輸線(xiàn)越長(cháng),信號頻率越高,損耗越大。對于鏈路上傳輸的數據信號而言,由于不同的碼型對應不同的信號頻率,損耗會(huì )有差異,直觀(guān)來(lái)看就是信號的電平會(huì )呈現不同的幅度。

屏幕截圖 2024-03-26 132450.png

  圖14:典型的S21插入損耗。同一信道,對不同頻率信號的衰減是不同的

  打個(gè)比方,一個(gè)信號的速率是10Gbps,當它傳輸的是1010這樣的碼型,其頻率為5GHZ;而如果傳輸的是1100碼型,頻率就只有2.5GHZ了。高頻衰減更大,因此1010這種碼型,信號幅度會(huì )比較低。

  信號幅度的差異會(huì )帶來(lái)什么問(wèn)題呢?我們觀(guān)察下圖中的最后一個(gè)下降沿。當它從一個(gè)電平較高的邏輯1回到邏輯0(紅色虛線(xiàn)),或者是從一個(gè)電平較低的邏輯1回到邏輯0(藍色實(shí)線(xiàn)),下降沿的路徑不一樣了。這就導致下降沿過(guò)零點(diǎn)的時(shí)刻出現了不確定性,這就是抖動(dòng)。這種抖動(dòng)成分稱(chēng)之為DDJ或ISI。

屏幕截圖 2024-03-26 132515.png

  圖15:ISI抖動(dòng)形成的原因

  ISI不僅會(huì )影響到抖動(dòng),也會(huì )讓眼圖惡化。下圖是一個(gè)高速信號,從發(fā)送端,到傳輸路徑中間的測試點(diǎn),再到接收端的眼圖變化。我們看到,隨著(zhù)傳輸線(xiàn)距離的增加,ISI抖動(dòng)愈發(fā)嚴重,眼圖的眼寬和眼高都明顯收窄,甚至到最后眼圖完全閉合了。

屏幕截圖 2024-03-26 132551.png

  圖16:傳輸線(xiàn)損耗所引起的ISI抖動(dòng)會(huì )導致眼圖惡化

  使用泰克實(shí)時(shí)示波器,測量LVDS或JESD204B非常方便。泰克示波器支持TekExpress LVDS自動(dòng)測量軟件,涵蓋LVDS時(shí)鐘和數據的30多個(gè)測量項目,一鍵完成一致性測量。

屏幕截圖 2024-03-26 132631.png

  圖17:TekExpress LVDS軟件支持的測量項種類(lèi)齊全

  工程師還可以根據規范的要求,快速生成自定義眼圖模板。

屏幕截圖 2024-03-26 132656.png

  圖18:TekExpress LVDS的自定義眼圖模板

  JESD204B也有成熟的測量方案,基于DPOJET一鍵完成包括最重要的眼圖模板測試在內的所有測量項。

屏幕截圖 2024-03-26 132721.png

  圖19 JESD204B測試方案




更多精彩內容歡迎點(diǎn)擊==>>電子技術(shù)應用-AET<<

雜志訂閱.jpg

本站內容除特別聲明的原創(chuàng )文章之外,轉載內容只為傳遞更多信息,并不代表本網(wǎng)站贊同其觀(guān)點(diǎn)。轉載的所有的文章、圖片、音/視頻文件等資料的版權歸版權所有權人所有。本站采用的非本站原創(chuàng )文章及圖片等內容無(wú)法一一聯(lián)系確認版權者。如涉及作品內容、版權和其它問(wèn)題,請及時(shí)通過(guò)電子郵件或電話(huà)通知我們,以便迅速采取適當措施,避免給雙方造成不必要的經(jīng)濟損失。聯(lián)系電話(huà):010-82306118;郵箱:aet@chinaaet.com。
少妇特殊按摩高潮惨叫无码,被喂饱的室友(H)御书屋,成人欧美一区二区三区视频,在厨房挺进市长美妇雪臀大宝