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【測試案例分享】信號鏈芯片的眼圖和抖動測試

2024-06-27 來源：微波射頻網(wǎng) 字號：大中小

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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)波形切割成無數(shù)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(wěn)定性，眼圖可以綜合評估信號的抖動，幅度，反射，串?dāng)_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(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 的信號完整性信息

圖 2. 眼圖及其模板

挑戰(zhàn)

測試工程師測出了眼圖和抖動的結(jié)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(jīng)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(yán)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(tǒng)的隨機噪聲。與隨機抖動對應(yīng)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(shù)據(jù)相關(guān)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?dāng)_所引起。周期性抖動不僅要看抖動的峰峰值，還要關(guān)注 Pj 的頻率。檢查時鐘，查找電路板上相關(guān)的干擾源，可以降低周期性抖動。

數(shù)據(jù)相關(guān)性抖動 (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，DDj 會變得愈發(fā)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(fā)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(dāng) 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(dǎo)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(jié)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(dǎo)地位，確定調(diào)試方向。