高速抖動測試實例分析
抖動分類
定義抖動為信號時序事件與其理想位置的偏差。抖動是數據眼圖在時間軸上產生拖尾的原因，任何有損傳輸線的收發器件都有可能產生抖動。目前高速串行系統單通道已達112G之上，所以通道對噪聲有極高的敏感性，即使在前端設計、后端制造中嚴格控制裕量，也難以保證在最后設計出的系統能夠滿足預期的指標要求。因此，在高速串行系統的設計和調試中，抖動成為衡量系統性能的重要指標，從抖動組成中分離并確定系統中存在的影響性能的因素，從而為系統設計和調試提供指導方向和依據。一般抖動的分類如圖1：
圖1 抖動分類
抖動測試
通常情況，測試抖動均是誤碼率在1E-12下測試，圖2是針對某一通道的抖動測試結果，其中測試包含總抖動、確定性抖動和隨機抖動以及抖動直方圖。下面我們基于此結果，通過抖動分離來分析影響通道的因素。
圖2 抖動測試圖
抖動分析
01
從圖2觀察：TJ（1E-12）=43.1ps，DJ（δ—δ）=25.3ps，RJ（rms）=1.30ps。其中，TJ為在誤碼率為1E-12下的總抖動；一般描述抖動都會基于某一特定的誤碼率而言，此時：
TJ（BER）=1*UI-Eye_width（BER） （公式1）
因此，通過上面計算，我們可知道圖2下所對應的眼寬為53.9ps（10.3125G速率下）；
02
DJ為利用雙狄拉克模型測試的確定性抖動，該抖動是有界的，且可以用峰峰值來表示；
03
RJ為無界的隨機性抖動，也是基于1E-12誤碼率的前提所測試的，經查看圖2的RJ（rms）為1.30ps，因此可推斷測試系統對于板子所帶來的抖動影響較小，可排除測試系統因素。
對于RJ來講，它是基于概率密度函數（PDF）的高斯分布，即任何一點的概率都不為0，也就是說信號邊沿偏離理想位置多遠都有可能，區別僅僅在于可能性的大小，所以RJ是無界且無法用峰峰值來表示。有時候為了計算某一誤碼率下總抖動TJ的大小，仍然需要知道在該誤碼率下的RJ峰峰值。對于高斯抖動而言，比較容易獲取到均方根（RMS）值δ，然后可以通過下式將均方根值轉化為特定誤碼率下的峰峰值。
RJP-P（BER）=N·δ（公式2）
其中，N是和誤碼率有關的一個參量，對應關系如表1：
表1 誤碼率與N對應關系
BER |
N |
10E-3 |
6.18 |
10E-4 |
7.438 |
10E-5 |
8.53 |
10E-6 |
9.507 |
10E-7 |
10.399 |
10E-8 |
11.224 |
10E-9 |
11.996 |
10E-10 |
12.723 |
10E-11 |
13.412 |
10E-12 |
14.096 |
10E-13 |
14.698 |
10E-14 |
15.301 |
10E-15 |
15.883 |
10E-16 |
16.444 |
對于圖2的實測結果，RJ（rms）=1.30ps，即δ值大小，代入公式2，得到RJ峰峰值：
RJP-P（BER）=14.069*1.30=18.2897ps
一般進行抖動分離研究，都會采用雙狄拉克法，而該方法將抖動粗略的分為確定性抖動和隨機性抖動，因此基于雙狄拉克法的假設，總抖動可用下式描述：
TJ（BER）=DJ+N·δ （公式3）
代入實測的DJ和公式轉換計算的RJ，得到TJ如下：DJ（δ—δ）（25.3ps）+ RJP-P（BER）（18.2897ps）=43.5897ps。
實測TJ為43.1ps，計算結果和實測結果匹配，因此可以證明根據公式2和表1計算RJ峰峰值的方法有效。
04
05
圖3 通道眼圖測試
從圖3判斷，眼圖上升沿/下降沿無不對稱現象，且Crossing在50%左右；上升/下降時間基本一致，所以DCD（800fs）所帶來的影響因素可排除；
06
對于DDJ（p-p）而言，圖2顯示為20.0ps，相對較大，而DDJ又包含ISI抖動和DCD抖動，通過05分析，可將DCD抖動排除掉，因此DDJ的20.0ps的抖動極大可能來自反射/損耗所帶來的ISI抖動，進而推斷，該10.2135G的通道可能還是回損或者插損較大，即差分阻抗一致性較差以及通道損耗較大。
結論
從上述抖動分析結果來看，導致抖動偏大的原因是阻抗和損耗，這兩個因素會帶來ISI抖動，影響高速通道傳輸性能。損耗可通過更換低損耗板材、高速通道切換最優層等方式優化。而高速通道中任何阻抗不連續的點都有可能帶來反射，需要有針對性地對不連續點進行容性補償或感性補償。
在高速系統設計時利用抖動測試分離技術進行問題定位和分析，可以迅速得到影響通道傳輸性能的主要因素，給設計者提供整改方向，幫助設計者完成產品迭代。
END
工程師必備
- 項目客服
- 培訓客服
- 平臺客服
TOP
