【測(cè)試案例分享】信號(hào)鏈芯片的眼圖和抖動(dòng)測(cè)試

背景

信號(hào)鏈芯片的驗(yàn)證離不開(kāi)抖動(dòng)和眼圖測(cè)量。抖動(dòng)考慮的是時(shí)鐘或數(shù)據(jù)過(guò)零點(diǎn)的時(shí)刻的不確定性，眼圖則更加直觀，以參考時(shí)鐘的邊沿為刀，將數(shù)據(jù)波形切割成無(wú)數(shù)的小段，每段波形只有1個(gè)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(dòng)和眼圖是高速串行信號(hào)的必測(cè)項(xiàng)目。抖動(dòng)可以評(píng)估時(shí)鐘或信號(hào)的穩(wěn)定性，眼圖可以綜合評(píng)估信號(hào)的抖動(dòng)，幅度，反射，串?dāng)_等信號(hào)完整性問(wèn)題。如果再套上一個(gè)眼圖模板，通過(guò)眼圖是否觸碰模板，就可以輕松評(píng)判信號(hào)質(zhì)量的優(yōu)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(hào)完整性信息

圖2. 眼圖及其模板

挑戰(zhàn)

測(cè)試工程師測(cè)出了眼圖和抖動(dòng)的結(jié)果，給出測(cè)試Pass或Fail的測(cè)量報(bào)告，工作就算完成了。但怎樣才能解決抖動(dòng)和眼圖Fail的問(wèn)題呢？基本思路就是抓大放小，對(duì)癥下藥！

圖3. 抖動(dòng)的分類

經(jīng)典理論下，信號(hào)的總體抖動(dòng)（Tj，Total Jitter）可以分成以下幾類。通過(guò)示波器的抖動(dòng)軟件，測(cè)量出每種抖動(dòng)成分的大小，想辦法將最嚴(yán)重的抖動(dòng)成分降低，總體抖動(dòng)就能降下來(lái)了。

其中，隨機(jī)抖動(dòng)（Rj，Random Jitter）是由布朗運(yùn)動(dòng)/熱噪聲引起的。通過(guò)改良電源的噪聲性能，更換隨機(jī)抖動(dòng)較大的有源器件，可以降低系統(tǒng)的隨機(jī)噪聲。與隨機(jī)抖動(dòng)對(duì)應(yīng)的，是確定性抖動(dòng)（Dj，Deterministic Jitter），最重要的兩種Dj是周期性抖動(dòng)（PJ，Periodic Jitter）和數(shù)據(jù)相關(guān)性抖動(dòng)（DDJ，Data-Dependent Jitter）。

周期性變化的抖動(dòng)，稱之為周期性抖動(dòng)。一般由高速SerDes的參考時(shí)鐘帶入，或者旁路高速信號(hào)的串?dāng)_所引起。周期性抖動(dòng)不僅要看抖動(dòng)的峰峰值，還要關(guān)注Pj的頻率。檢查時(shí)鐘，查找電路板上相關(guān)的干擾源，可以降低周期性抖動(dòng)。

數(shù)據(jù)相關(guān)性抖動(dòng)（DDj，Data Dependent Jitter），也叫碼間干擾（ISI，Inter-Symbol Interference），當(dāng)數(shù)據(jù)速率升高時(shí)，DDj會(huì)變得愈發(fā)重要。ISI不僅會(huì)影響到抖動(dòng)，也會(huì)讓眼圖惡化。下圖是一個(gè)高速信號(hào)，從發(fā)送端，到傳輸路徑中間的測(cè)試點(diǎn)，再到接收端的眼圖變化。隨著傳輸線距離的增加，ISI越來(lái)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(dāng)?shù)腡x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(dòng)會(huì)導(dǎo)致眼圖惡化

測(cè)試解決方案

泰克公司的MSO6B系列示波器最高帶寬可達(dá)10GHZ，采樣率高達(dá)50GS/s，底噪低至51.5uV，是測(cè)量信號(hào)鏈芯片抖動(dòng)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(dòng)和眼圖分析軟件，可以精確并快速地測(cè)量信號(hào)的抖動(dòng)和眼圖，給出抖動(dòng)和眼圖的各項(xiàng)測(cè)量結(jié)果。DJA幫助工程師將總體抖動(dòng)分解成各種抖動(dòng)成分，還提供各種高級(jí)分析窗口，比如抖動(dòng)頻譜圖，可以看到周期性抖動(dòng)的頻譜，幫助工程師快速確定干擾源；抖動(dòng)直方圖可以直觀地判斷是RJ或DJ占主導(dǎo)地位，確定調(diào)試方向。

圖6. 泰克公司的DJA抖動(dòng)和眼圖分析軟件豐富的測(cè)量項(xiàng)和分析窗口

總結(jié)

抖動(dòng)和眼圖是信號(hào)鏈芯片的重要測(cè)量項(xiàng)。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(cè)量抖動(dòng)和眼圖結(jié)果，還可以通過(guò)抖動(dòng)分解，和豐富的分析窗口，為工程師提供解決抖動(dòng)和眼圖問(wèn)題的線索，幫助工程師快速解決問(wèn)題。

使用1GHz~10GHz帶寬對(duì)高速設(shè)計(jì)進(jìn)行故障排除和驗(yàn)證，了解泰克6系列B MSO混合信號(hào)示波器更多高速設(shè)計(jì)，請(qǐng)登錄：https://www.tek.com.cn/products/oscilloscopes/6-series-mso#。

關(guān)于泰克科技

泰克公司總部位于美國(guó)俄勒岡州畢佛頓市，致力提供創(chuàng)新、精確、操作簡(jiǎn)便的測(cè)試、測(cè)量和監(jiān)測(cè)解決方案，解決各種問(wèn)題，釋放洞察力，推動(dòng)創(chuàng)新能力。70多年來(lái)，泰克一直走在數(shù)字時(shí)代前沿。歡迎加入我們的創(chuàng)新之旅，敬請(qǐng)登錄：tek.com.cn。