隨著數據速率的不斷提高,高速數字電路設計的時序冗余度越來越小。要確保接收端采集到的串行數據信號有效和穩定,工程師要熟知各種抖動分量,尤其是他們對數據有效時間窗口的影響。目前主要使用示波器捕獲和查看波形的抖動。SDS7000A提供抖動分析測量選件,以各種方式顯示抖動,還可以將各種抖動分量分離出來。
抖動是指隨時間變化的信號對其當時理想位置的偏離,往往又被稱作時間間隔誤差(TIE),以每個周期點的累計時間值相對當前時間點的理想值偏差為樣本進行統計分析,這個時間偏差算法呈現累積效應,是一個積分運算,可以反映出信號的長期抖動。目前大部分高速串行總線都采用嵌入式時鐘,嵌入式時鐘必須由接收端進行時鐘恢復之后才能查看。對含有嵌入式時鐘的串行總線數據信號執行抖動分析,要求示波器必須能夠從數據信號中恢復時鐘。抖動分析選件中的軟件算法可以完成這一任務。其方法是創建一個虛擬時鐘,以仿真串行數據總線接收端的時鐘恢復。示波器以此恢復時鐘為參考,對采集到示波器存儲器中的串行數據進行逐個邊沿對齊,完成 TIE 測量。
實際上,我們常常將眼圖和抖動分析放在一起來說,這是因為他們的分析方式是類似的,都是先進行時鐘恢復,然后再以此恢復時鐘作為參考來對波形進行分析。他們的不同之處在于,示波器的眼圖中只能分析總的抖動,也就是TIE,但是在抖動分析的功能中,我們可以把不同的抖動分量分解出來,從而得到RJ、DCD、PJ等分量,更好的對信號進行分析。
抖動的分解
使用SDS7000A進行抖動分析
在抖動分解中SDS7000A支持繪制浴盆曲線。浴盆曲線的橫坐標是時間,范圍是一個周期;縱坐標是誤碼率。浴盆曲線表征的是眼睛在水平方向上的開合程度與誤碼率的關系,浴盆的“盆底”即對應的誤碼率下眼睛的張開程度。
阻抗測試
對于高速信號而言,阻抗匹配是一個非常值得關注的點,阻抗不匹配帶來的反射會在接收機處產生噪聲。因此,我們常使用矢量網絡分析儀來進行阻抗分析,從而反映多重反射引起的噪聲。
對于PCB板上的走線,我們同樣可以使用矢量網絡分析儀搭配TDR探頭進行測試。相較于示波器+信號發生器的TDR方案,使用矢量網絡分析儀能夠在較高的頻率下進行測試,并且信號注入可以選擇探頭的方式,測試場景更加靈活。
阻抗不匹配,特別是差分電路中,對于信號質量的影響很大。如圖為相同的DUT發送PAM3差分信號,粉色跡線為兩根差分線良好匹配時接收到的信號,黃色為不完全匹配,可以明顯看出,黃色跡線的過沖和欠幅非常明顯。
不同的匹配情況下差分線的信號質量
我們在測試差分阻抗時,可以使用網絡分析儀的TDR功能來測試單端走線阻抗,也可以直接測試差分阻抗。
使用TDR探頭進行測試
頻域測試
高速信號沿著PCB上的導線進行傳輸時,實質上是按照電磁波的方式在傳播,在整個傳輸路徑上能量存在于隨時間交替變化的電場和磁場中。在實際的應用中,電磁場能量并不限制在傳播導線內,有相當一部分的磁場能量存在于導線之外,當高速信號沿著某一根導線傳播時,其電場和磁場將通過某種方式耦合到其他線路內,當這種耦合的電磁場強度達到一定量時會產生無法預期的信號,這樣就導致了串擾和電磁輻射,嚴重時還會對原信號的傳輸質量產生影響。
我們可以使用矢量網絡分析儀進行信號鏈路的串擾測試,并且在測試開始之前設置極限值,從而完成自動化測試。當PCB走線過長,或者速率很高時,近端串擾是需要考慮的點。在測試差分信號時,可以使用四端口矢量網絡分析儀進行測試,也可以使用巴倫轉化成單端信號再進行測試。