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信號鏈芯片的眼圖和抖動測試

發布時間:2024-6-27 18:34    發布者:eechina
關鍵詞: 抖動測試 , 眼圖 , 信號鏈
作者:泰克科技

背景

信號鏈芯片的驗證離不開抖動和眼圖測量。抖動考慮的是時鐘或數據過零點的時刻的不確定性,眼圖則更加直觀,以參考時鐘的邊沿為刀,將數據波形切割成無數的小段,每段波形只有 1 個 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,稱之為眼圖。

抖動和眼圖是高速串行信號的必測項目。抖動可以評估時鐘或信號的穩定性,眼圖可以綜合評估信號的抖動,幅度,反射,串擾等信號完整性問題。如果再套上一個眼圖模板,通過眼圖是否觸碰模板,就可以輕松評判信號質量的優劣。


圖 1. 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


圖 2. 眼圖及其模板

挑戰

測試工程師測出了眼圖和抖動的結果,給出測試 Pass 或 Fail 的測量報告,工作就算完成了。但怎樣才能解決抖動和眼圖 Fail 的問題呢?基本思路就是抓大放小,對癥下藥!


圖 3. 抖動的分類

經典理論下,信號的總體抖動 (Tj, Total Jitter) 可以分成以下幾類。通過示波器的抖動軟件,測量出每種抖動成分的大小,想辦法將最嚴重的抖動成分降低,總體抖動就能降下來了。

其中,隨機抖動 (Rj, Random Jitter) 是由布朗運動 / 熱噪聲引起的。通過改良電源的噪聲性能,更換隨機抖動較大的有源器件,可以降低系統的隨機噪聲。與隨機抖動對應的,是確定性抖動 (Dj, Deterministic Jitter),最重要的兩種 Dj 是周期性抖動 (PJ, Periodic Jitter ) 和數據相關性抖動 (DDJ, Data-Dependent Jitter)。

周期性變化的抖動,稱之為周期性抖動。一般由高速 SerDes 的參考時鐘帶入,或者旁路高速信號的串擾所引起。周期性抖動不僅要看抖動的峰峰值,還要關注 Pj 的頻率。檢查時鐘,查找電路板上相關的干擾源,可以降低周期性抖動。

數據相關性抖動 (DDj, Data Dependent Jitter),也叫碼間干擾 (ISI, Inter-Symbol Interference),當數據速率升高時,DDj 會變得愈發重要。ISI 不僅會影響到抖動,也會讓眼圖惡化。下圖是一個高速信號,從發送端,到傳輸路徑中間的測試點,再到接收端的眼圖變化。隨著傳輸線距離的增加,ISI 越來越大,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。降低傳輸線衰減,或者使用適當 的 Tx均衡和 Rx均衡,可以有效降低DDj。


圖 4. 傳輸線損耗所引起的 ISI 抖動會導致眼圖惡化

測試解決方案

泰克公司的 MSO6B 系列示波器最高帶寬可達 10GHZ, 采樣率高達 50GS/s, 底噪低至51.5uV,是測量信號鏈芯片抖動和眼圖的最佳選擇。


圖 5. 泰克MSO6B系列示波器

泰克公司的 DJA 抖動和眼圖分析軟件,可以精確并快速地測量信號的抖動和眼圖,給出抖動和眼圖的各項測量結果。DJA 幫助工程師將總體抖動分解成各種抖動成分,還提供各種高級分析窗口,比如抖動頻譜圖,可以看到周期性抖動的頻譜,幫助工程師快速確定干擾源;抖動直方圖可以直觀地判斷是RJ或 DJ占主導地位,確定調試方向。


圖 6. 泰克公司的 DJA 抖動和眼圖分析軟件豐富的測量項和分析窗口

總結

抖動和眼圖是信號鏈芯片的重要測量項。 泰克的MSO6B 系列示波器和 DJA 軟件,不僅可以幫助工程師精確地測量抖動和眼圖結果,還可以通過抖動分解,和豐富的分析窗口,為工程師提供解決抖動和眼圖問題的線索,幫助工程師快速解決問題。

使用1GHz~10GHz帶寬對高速設計進行故障排除和驗證,了解泰克6系列B MSO混合信號示波器更多高速設計,https://www.tek.com.cn/products/oscilloscopes/6-series-mso#

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