三種方式測量數(shù)據(jù)通訊抖動

無論您是測試數(shù)據(jù)通信綜合系統(tǒng),該系統(tǒng)與板上的其他芯片交換數(shù)據(jù),還是測試電信網(wǎng)絡(luò),發(fā)送數(shù)據(jù)多英里,您都需要測量震動--當數(shù)字信號的邊緣發(fā)生時和實際發(fā)生時的區(qū)別。時鐘的震動可能會導(dǎo)致電子和光學(xué)數(shù)據(jù)流中的位不一致,導(dǎo)致位錯誤。通過測量時鐘和數(shù)據(jù)信號的振動,您可以發(fā)現(xiàn)比特錯誤的來源。

三種類型的儀器可以幫助你測量和分析震動:位錯誤率測試器、震動分析儀和示波器(數(shù)字化范圍和采樣范圍)。你應(yīng)該使用哪一種類型的測試儀器取決于你的應(yīng)用--電氣或光學(xué)、數(shù)據(jù)管理或電信--以及比特率。因為震動是比特錯誤的主要原因,所以你經(jīng)常需要首先測量貝爾。如果網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)組件、子系統(tǒng)或IC的BER超過了可接受的范圍,則必須找到錯誤源。

你很可能需要一系列儀器來追蹤通信抖動問題。美國安捷倫科技公司(蘇格蘭,南奎恩斯弗瑞)研發(fā)部門經(jīng)理湯米庫克說,很多工程師都是從BER測試儀開始,然后轉(zhuǎn)移到一個振動分析儀或示波器來分離錯誤的原因。

貝爾測試器

制造商需要測量他們的產(chǎn)品,以確保產(chǎn)品符合電信標準。當您需要描述數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組件和系統(tǒng)的特性時,對測試高速串行數(shù)據(jù)通信設(shè)備而言,BER測試也是必不可少的。

雖然BER測試器可以產(chǎn)生精確的BER測量結(jié)果,但是在為10BER設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)或設(shè)備上實現(xiàn)這種精確性 –12 (每10位錯誤1位 12 可能需要幾個小時。為了將測試時間從數(shù)小時減少到數(shù)分鐘,測試人員使用了一種"伯特掃描"技術(shù),該技術(shù)使用統(tǒng)計技術(shù)來預(yù)測測試時間。

如何使用熟悉的眼影圖作為參考進行掃描。您可以在一個位的持續(xù)時間的任何點(稱為"單位間隔"或"UI")上為測試器編程來采樣。眼圖下面的圖表(通常稱為"浴缸"曲線)顯示了樣本位置的函數(shù)。如果一個BR測試器在一個位周期(0.5UI)的中心檢查位,那么通信抖動會導(dǎo)致一個位錯誤的概率應(yīng)該是很小的。但是,如果BER測試器在眼睛交叉點附近的位置檢查比特,它將增加發(fā)現(xiàn)一個由通信抖動引起的一點錯誤的可能性。

振動分析儀

然而,BER測試人員可能沒有提供足夠的信息,說明其特征或來源的通信抖動。振動分析儀(常被稱為時序-間隔分析儀或信號完整性分析儀)可以測量任何時鐘信號中的振動,并向您提供信息,可以幫助您排除故障。這些儀器也使用震動特性來預(yù)測在很小的時間比一個測試器的貝爾。

您會發(fā)現(xiàn),對于測試高速數(shù)據(jù)交換總線中使用的設(shè)備(如光纖通道、塞利亞拉塔、英菲尼班德和拉帕迪歐)的數(shù)據(jù)速率最高可達3.125比特/秒(參考文件),震動分析儀是非常有用的。因為振動分析儀在幾秒鐘內(nèi)就預(yù)測了貝爾,所以它們對生產(chǎn)線測試很有用,許多ATE制造商將在他們的測試系統(tǒng)中安裝一個由客戶指定的振動分析儀。

振動分析器檢測信號的邊緣并測量它們之間的時間。在獲取定時數(shù)據(jù)后,通信抖動分析儀運行生成直方圖、頻率圖和其他數(shù)據(jù)視覺圖像的算法。這些圖表經(jīng)常顯示出導(dǎo)致干擾信號的線索。通過對直方圖和頻率圖的計算,振動分析儀將總震動分解為其成分--隨機震動和確定性通信抖動。

顯示一種確定性的通信抖動,它有一個特定的源。干擾信號相位對上端的參考信號進行調(diào)制,從而在下端的被測信號中產(chǎn)生顫動。振動分析儀可以計算在震動(階段1-4)中存在的頻率.一旦你知道了震動頻率,你就能經(jīng)常隔離震動源并減輕它的影響。如果干擾信號的頻率與另一個時鐘頻率相對應(yīng),例如,您可以通過添加EMI屏蔽或以其他方式隔離源來解決這個問題。

示波器

兩種類型的示波器被證明是有用的通信抖動測量和分析。要測試設(shè)備、電纜、子系統(tǒng)或系統(tǒng)的通信速度達到3.125比特/秒(目前通過銅傳輸數(shù)據(jù)的最高速度),可以使用實時采樣示波器。像震動分析儀一樣,這些范圍可以測量任何時鐘信號中的震動,而不僅僅是通信中使用的。

要對光學(xué)信號進行測量,例如OC-192和10千兆以太網(wǎng)(9.952千兆比特/秒)或OC-768(39.808千兆比特/秒),你需要一個采樣范圍的50千兆赫至75千兆赫帶寬,例如安捷倫數(shù)字通信分析儀或TEK通信信號分析儀。您也可以在電信數(shù)據(jù)信號上使用這些范圍。

高帶寬的采樣范圍,使它們有用的測量通信抖動在最高的比特率今天使用。由于他們的采樣率低(150K/s或更低),他們需要重復(fù)的信號,如PRBS模式,以建立眼影圖,他們可以根據(jù)這些信號建立通信抖動的直方圖。

示波器制造商提供關(guān)于其范圍的JIT分析軟件,(你也可以用一個通信抖動分析器得到這種類型的分析。最上面的軌跡表示每127位重復(fù)的OC-48(2.488比特/秒)PRBS模式。在第二個跟蹤中,作用域根據(jù)軟件生成的理想時鐘計算每一位的時間錯誤。

時誤圖實際上是數(shù)據(jù)流的瞬時相位圖。它顯示了振動包含一個周期分量。一個快速的傅立葉變換的時間-錯誤圖(藍色的第三跟蹤,),縮放到1兆赫/did,揭示了震動的頻率。該頻率可能與開關(guān)電源的時鐘頻率相對應(yīng),也可能來自系統(tǒng)數(shù)據(jù)電纜中的串擾。

顯示范圍可以提供的另一個數(shù)據(jù)示例。這張眼圖交叉點的直方圖顯示了兩個峰的分布。這兩個峰值表示確定性的震動,它來自外部的干擾源,例如開關(guān)電源。你可以經(jīng)常追蹤決定性的通信抖動回到它的來源。上面"通信抖動課程"中列出的"通信抖動基本原理小冊子"為決定論的通信抖動提供了一個很好的解釋。其他類型的通信抖動--隨機顫動--遵循高斯分布,您無法確定它的來源。

你需要三個嗎?

當你需要為一個實驗室或生產(chǎn)設(shè)施配備測量器時,你必須決定要購買多少這樣的儀器。你可能認為你可以放棄測試器和搖擺分析器,只購買一個范圍。因為示波器在波形上采集一系列樣品,所以它可以顯示比測試機和沒有顯示器的振動分析儀更多的關(guān)于信號的信息。通過觀察整個波形,而不僅僅是邊緣,一個范圍可以提供關(guān)于信號的幅值及其時序的信息。

在缺點上,采集所有這些樣本意味著,當測量震動時,你會得到包含幅值信息的樣本(盡管今天的作用域包含了足夠的內(nèi)存,可以用于許多快速測量應(yīng)用程序)。你將不會得到所有額外的信息,以通信抖動分析器或貝爾測試器,但其他的儀器給你更多的邊緣樣品。

你會聽到設(shè)備制造商關(guān)于使用哪種儀器的矛盾說法。BE測試儀制造商會告訴你,只有他們的設(shè)備給你足夠的樣品。JIT分析器制造商會告訴你,望遠鏡不能給你足夠的樣品,以精確測量通信抖動。范圍制造商會爭辯說范圍有足夠的內(nèi)存來完成這項工作,只有范圍能讓你看到信號的幅度。特克特龍公司的產(chǎn)品經(jīng)理蒂姆?馬格森說:"在一些實驗室里,這三種設(shè)備由于其獨特的功能都可以發(fā)揮作用。"

最近,一些測試設(shè)備制造商開發(fā)了混合儀器。傳統(tǒng)上只報告比特錯誤的測試人員現(xiàn)在進行了一些震動分析,有些甚至包括采樣示波器。震動分析儀現(xiàn)在可能還包括采樣示波器，這些抽樣范圍讓您查看眼圖,但它們沒有從獨立的抽樣范圍獲得的帶寬。目前混合儀器的范圍帶寬最高為6千兆赫。實時和等時采樣范圍現(xiàn)在提供了軟件,測量震動和估計。這里的關(guān)鍵詞是"估算",因為你只可以用測試儀來獲得一個真實的BR。