抖动测量的几种方法
抖动可以通过三种仪器进行测量和分析:
误码率(BER)测试仪、抖动分析仪和示波器(数字示波器和采样示波器)。
选择哪种仪器取决于应用,即电或光、数据通信和比特率。因为抖动是导致误码的主要原因,所以首先要衡量的是BER。如果网络、网元、子系统或IC的BER超过可接受的限度,必须找到误差源。
大多数工程技术人员都希望用仪器组合追踪抖动问题,先用BER测试仪,再用抖动分析仪或示波器隔离误差源。
BER测试仪制造商需要测量其产品的BER,以确保产品符合电信标准。当需要表征数据通信组件和系统时,BER测试对于测试高速串行数据通信设备也很重要。
BER tester向被测系统或设备发送一个预定义的数据流,称为伪随机比特序列(PRBS)。然后,对接收到的数据流中的每一位进行采样,并对照所需的PRBS模式检查输入位。所以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无法做到的。
虽然BER测试仪可以精确测量BER,但要以10-12 BER(1012位误差)的精度测试网络或设备,还需要几个小时。为了将测试时间从几个小时缩短到几分钟,BER测试仪采用了“BERT sCAN”技术,利用统计技术来预测BER。
BER测试仪可以编程为在比特时间内的任何点对输入比特进行采样(称为“单位间隔”或“UI”)。“浴盆”曲线表明BER是采样位置的函数。如果BER测试仪检测到比特周期中心的比特(0.5UI),抖动导致误码的概率很小。如果BER测试仪检测到位于眼交叉点附近的比特,将增加获得抖动引起的比特错误的可能性。
抖动分析仪的BER测试仪不能提供足够的抖动持续性或抖动来源的信息。抖动分析仪(通常称为时序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,并为抖动的故障诊断提供信息。抖动分析器也使用抖动特性来预测BER,这比BER测试器花费的时间少得多。
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,每个通道的数据速率高达3.125Gbits/s)中使用的器件很有用。因为抖动分析器可以在几秒钟内预测BER,所以它对于生产线测试很有用。许多ATE厂商根据用户的要求,在测试系统中加入抖动测试仪。
抖动分析仪检测信号边沿,并测量边沿之间的时间。收集时序数据后,抖动分析器执行算法,生成直方图、频率曲线和其他直观的数据图像。这些图像显示了干扰信号的线索。抖动分析器通过计算直方图和频率曲线,将整个抖动分离为随机抖动和确定性抖动。
例如具有特殊来源的确定性抖动。干涉信号对参考信号进行相位调制,从而在测量信号中产生抖动。抖动分析器可以计算抖动中的频率(相位1-4)。一旦知道了抖动频率,就可以隔离抖动源并降低抖动效应。如果干扰信号的频率对应于其他时钟频率,可以通过增加EMI屏蔽或其他方法来隔离信号源,从而解决问题。
混合仪器最近,一些测试设备制造商开发了混合仪器。传统的误码率测试仪只能给出误码。现在BER tester进行一些抖动分析,有的甚至包括采样示波器。现在抖动分析仪还包括一个采样示波器,如SIA-3000。这些采样示波器可以观察眼图,但是没有专用采样示波器的带宽。目前,混合仪器的示波器带宽高达6GHz。实时和等效时间采样示波器现在提供测量抖动和计算BER的软件。
示波器两种类型的示波器已被证明是有用的抖动测试和分析。为了测试通信速度为3.125Gbits/s(铜线上的数据传输,可能是最高速度)的设备、电缆、子系统或系统,可以使用实时采样示波器。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10千兆以太网(9.952 GB its/s)或OC-768(39.808Gbits/s),需要带宽为50 GHz至75 GHz的采样皮肤指示器(如安捷伦数字通信分析仪或Tek通信信号分析仪)。这些示波器也可以用于电子数据信号。
宽带示波器对于测试当今使用的最高比特率的抖动是有用的。由于采样速率较低(150ksamples/s或更低),它们需要重复信号(如PRBS)来建立眼图,从中可以建立抖动直方图。
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。这表明抖动包含周期性成分。时序误差图的快速傅立叶变换(第三张图)缩放至1MHz/div,显示了抖动的频率。该频率可能对应于开关电源的时钟频率或来自系统数据电缆的串扰。
眼图交点直方图显示分布中有两个峰值。双峰表示确定性抖动,来自外部干扰(如开关电源)。另一种抖动——随机抖动遵循高斯分析,它们的来源无法确定。