存在串扰时的抖动和定时分析（1）

Chris Loberg

串行数据标准数量不断激增，明显改善了PC、服务器系统的性能。对这些更高速的标准执行测试，找到抖动迹象对设计的长期稳定性及实现优秀的误码率(BER)目标至关重要。要进行高效分析，首先要选择正确的仪器，要很好地了解仪器噪声、上升时间以及三阶谐波、四阶谐波、五阶谐波性能等因素。

但这远不只是进行测量 – 适当的仪器必需与适当的分析工具配套使用。在测试8 Gb/sec以上的串行数据速率时，抖动分隔、反嵌/嵌入等也是重要的考虑因素。在本文中，我们将重点介绍存在串扰时隔离抖动的一种新方法，随着通路数量提高、以提升计算系统吞吐量，串扰问题正变得日益明显。

使用电压跳变表示定时信息的所有电气系统都有定时抖动。在历史上，电气系统通过采用相对较低的信令速率，弱化了定时抖动 (或简称抖动)的负面效应。随着数据速率攀升到8 Gb/sec以上，抖动在信令间隔中的占比明显提高，了解抖动的类型和来源对成功地部署高速串行技术非常关键。

最简单的抖动是边沿距本应位置的偏差，如图1所示。根据ITU定义，抖动是“数字信号有效时点距理想时间位置的短期变化”。


图1: 抖动是边沿距本应位置的偏差。

[图示内容：]

Reference edge: 参考边沿

One Unit Interval: 一个单位间隔

Sometimes It’s here: 有时它在这儿

Edges should Be here: 边沿应该在这儿

可以通过多种方式，测量一个波形上的抖动，包括周期抖动、周期间抖动及时间间隔误差(TIE)，设计中经常会指定哪种测量指标比较合适。

在独立振荡器中，信号是时钟，可以跳频或扫频。这里，周期抖动是合适的测量指

标。在发射机的串行数据流中，信号是数据流，ISI (符号间干扰)是关键问题。这里，TIE抖动是合适的测量指标。

徘徊在抖动问题上的工程师有很多仪器可以选择，每种仪器都有独特的优势和劣势：

1）·实时数字存储示波器(DSO)恢复整个波形，可以测量任意项目，可以用于TIE、周期间抖动和周期抖动测量。但它在频率(或位速率)和频谱分辨率、小的抖动和多电平调制方面具有局限性。

2）·BER测试仪(BERT)特别适合测量TIE抖动，尤其是TJ或总抖动，这是TIE的一种形式。BERT的优势是它计数每个比特，但测试执行起来耗时可能会很长。

3）·实时频谱分析仪(RTSA)可以用于移动设备复杂调制的周期间测量和周期测量，用来观察时钟、PLL，了解其动态性能。其局限性包括频宽(低于100 MHz)、带宽信号有大的调制频谱。

4）·等效时间采样示波器提供了最佳的带宽，可以用于串行数据所有抖动测量。目前，这种仪器是唯一拥有噪声分析功能和BER眼图的仪器。其局限性包括：没有实时捕获功能，只能用于重复码型，部分抖动频谱有假信号。

用户经常问的一个问题是如果我们只关心BER，那么为什么还要担心抖动。原因在于如果眼图(宽度)闭合太多，那么会导致误差。抖动和噪声分析工具可以迅速预测和分析BER中的问题。最终，它测试的就是误差，但消除设计中的这些误差要求了解抖动过高的一个或多个原因。

我们首先要从整体BER角度了解系统的性能状况。示波器实现了这一目标，它使用眼图和统计分析创建浴缸曲线，之所以叫浴缸图，是因为在极限变化时，得到的图形形状像浴缸。在使用BERT仪器时，每个位的具体数量会得到一个抖动峰值图。如图2所示，左面来自BERT的抖动峰值与右面示波器抖动浴缸图几乎完全等效。


图2: 左面BERT 抖动峰值与右面示波器抖动浴缸之间的BER性能等效图。

鉴于结果紧密对准，示波器成为BERT非常实用的补充，因为使用BERT测量直到BER=10-12的TJ会需要几个小时的时间，结果并不能揭示哪类问题导致抖动。示波器可以以智能方式测量少量数据，然后把抖动划分成各种抖动成分，其一般采用图3所示的公认的抖动模型。

通过做出假设，示波器可以进行TJ@BER计算，真实反映使用BERT获得的结果，而所用时间只是BERT的几分之一，也就是说，如果所有假设都正确的话。所有复杂系统模型都做出假设和简化，因此模型和实际系统行为之间永远不会完全拟合。正如本文后面讨论的那样，目前，特别麻烦的一个问题是串扰。


图3: 业内抖动模型，2001-2010.