如何通過(guò)實(shí)時(shí)示波器進(jìn)行抖動(dòng)測(cè)試和分析

如何通過(guò)實(shí)時(shí)示波器進(jìn)行抖動(dòng)測(cè)試和分析

摘要：隨著計(jì)算機(jī)和通信系統(tǒng)總線速度的顯著提高，特別是各種不同的采用內(nèi)嵌時(shí)鐘技術(shù)的高速串行總線日益普及，定時(shí)抖動(dòng)已經(jīng)成為影響其性能的基本因素。本文針對(duì)當(dāng)前各種不同的抖動(dòng)測(cè)試工具和方法重點(diǎn)介紹了如何通過(guò)實(shí)時(shí)示波器進(jìn)行抖動(dòng)測(cè)試和分析，并且探討了示波器中影響抖動(dòng)測(cè)試結(jié)果的幾個(gè)關(guān)鍵因素。最后針對(duì)高精度抖動(dòng)測(cè)試提供了參考方法和測(cè)試實(shí)例。 

關(guān)鍵詞：實(shí)時(shí)示波器, 觸發(fā)抖動(dòng), Trigger Jitter, 增量時(shí)間精度, DTA, 抖動(dòng)本底噪聲, JNF, 高速采集內(nèi)存

1. 引言
　　越來(lái)越多的高速計(jì)算機(jī)和通信系統(tǒng)開(kāi)始采用高速串行總線在芯片間，背板間和系統(tǒng)設(shè)備間傳送高速數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，任何微小的高速時(shí)鐘和數(shù)據(jù)抖動(dòng)都會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的影響，在這種情況下，抖動(dòng)已經(jīng)成為設(shè)計(jì)高速數(shù)字系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。最典型的應(yīng)用是傳統(tǒng)的33M PCI 并行總線正在被采用高速串行技術(shù)的PCI-Express 取代，它的最新標(biāo)準(zhǔn)支持的數(shù)據(jù)率已經(jīng)到5Gb/s，一個(gè)UI 的寬度僅200ps，任何微小的抖動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤。從當(dāng)前各種高速串行總線和數(shù)據(jù)鏈路的定時(shí)余量規(guī)范中表明，在數(shù)字系統(tǒng)中嚴(yán)格地控制抖動(dòng)是必須的。只有全面有效的測(cè)試和分析抖動(dòng)，其根本原因才能被隔離，從而針對(duì)引起系統(tǒng)抖動(dòng)的原因來(lái)減少抖動(dòng)，提高系統(tǒng)性能和穩(wěn)定性。象PCI-Express、FBD、InfiniBand、SerialATA 和DVI 等高速總線都對(duì)于時(shí)鐘，數(shù)據(jù)抖動(dòng)有明確要求。本文針對(duì)示波器進(jìn)行的實(shí)時(shí)抖動(dòng)測(cè)試方法，探討了影響抖動(dòng)測(cè)試結(jié)果的關(guān)鍵因素。

2. 典型的抖動(dòng)測(cè)試方法
　　為成功地設(shè)計(jì)高速數(shù)字系統(tǒng)，不僅需要理解什么是抖動(dòng)，計(jì)算抖動(dòng)的大小，還需要對(duì)不同的抖動(dòng)分量進(jìn)行隔離和分解，分析造成抖動(dòng)的原因，進(jìn)而避免在高速系統(tǒng)中出現(xiàn)抖動(dòng)造成的系
統(tǒng)故障。在了解抖動(dòng)測(cè)試前，明智選擇合適的抖動(dòng)測(cè)試工具和方法成為整個(gè)抖動(dòng)測(cè)試工作的第一步。目前有幾種抖動(dòng)測(cè)試工具可供選擇，誤碼儀(BERT)直接測(cè)試系統(tǒng)的誤碼率，但是價(jià)位昂貴，功能單一，并不適合設(shè)計(jì)人員和調(diào)試人員；采用時(shí)間間隔分析儀測(cè)試抖動(dòng)也存在功能單一，抖動(dòng)分析能力不足的限制。高性能數(shù)字示波器配備高速采集內(nèi)存成為最流行的抖動(dòng)測(cè)試工具。
　　對(duì)于數(shù)字示波器而言，典型的抖動(dòng)測(cè)試方法主要有2 種：
1) 采用數(shù)字存儲(chǔ)示波器的等效采樣模式或直接使用采樣示波器，通過(guò)直方圖統(tǒng)計(jì)測(cè)量累計(jì)定時(shí)抖動(dòng)。等效采樣的缺點(diǎn)是無(wú)法消除示波器自身的觸發(fā)抖動(dòng)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，并且由于它采用的是多次觸發(fā)，多次采集，累計(jì)顯示的工作方式，對(duì)于電路設(shè)計(jì)和調(diào)試而言受到較多的限制，無(wú)法進(jìn)行深層的抖動(dòng)分析。另一個(gè)限制是該方法抖動(dòng)測(cè)試參數(shù)有限，例如不能測(cè)試周期間抖動(dòng)。
2) 更為流行的方法是采用數(shù)字存儲(chǔ)示波器的實(shí)時(shí)捕獲模式，單次觸發(fā)，連續(xù)采集大量數(shù)據(jù)，配合相應(yīng)的抖動(dòng)測(cè)試軟件進(jìn)行抖動(dòng)測(cè)試。當(dāng)通過(guò)實(shí)時(shí)采集模式時(shí)，由于示波器工作在單次觸發(fā)模式，連續(xù)實(shí)時(shí)采集所有信號(hào)，所以它不受儀器多次觸發(fā)帶來(lái)的觸發(fā)抖動(dòng)影響。并且它可以通過(guò)復(fù)雜的抖動(dòng)分析和抖動(dòng)分解得到每一個(gè)抖動(dòng)分量，幫助設(shè)計(jì)和測(cè)試人員分析抖動(dòng)產(chǎn)生的原因，甚至通過(guò)抖動(dòng)分解估算系統(tǒng)的誤碼率。例如，在美國(guó)國(guó)家信息標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)(INCITS)下屬的T11.2 組織在有關(guān)抖動(dòng)和信號(hào)完整性方法論(MJSQ)中，推薦泰克實(shí)時(shí)示波器配合TDSJIT3 抖動(dòng)分析軟件進(jìn)行抖動(dòng)測(cè)試和分析。圖1 是TDSJIT3 實(shí)時(shí)抖動(dòng)測(cè)試結(jié)果。