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我们在测量信道工作余量时,能否避免犯测量抖动时的相同错误?

Ransom Stephens?? 2016年05月26日 ?? 收藏0
COM(信道工作余量)是一个由多个测量参数结合成的、类似于信噪比的品质因数,就像ENOB(有效位数)一样,它用于表征模数转换器。对COM来说,余量越大,信道越好。因为COM是根据不同测量参数创造出来的,而且包括模型结果,所以有许多因素会导致它出问题。

在我们介绍这种新的可观测变量之前,先让我们回顾一下大约15年前我们是如何处理抖动这种类似情况的。

与COM相比,抖动似乎很简单,即信号变化时序与它们理想值之间的差异。我们很容易把这种分布情况想象为这些时序变化的直方图。

图1显示了示波器如何用眼图来展示抖动的,现在示波器也使用柱状图来表征抖动。

图1:示波器可以提供抖动分布情况(来源:Teledyne LeCroy)。
图1:示波器可以提供抖动分布情况(来源:Teledyne LeCroy)。

总抖动的错误

世代出现在时钟数据手册上的峰峰值抖动证明是不够的。来自随机过程的抖动——主要是来自串行解串器(SerDes)参考时钟的相位噪声——会随时间不断变化;测量峰峰值抖动的时间越长,得到的抖动值就越大。这时,推动高速串行数据技术标准的人们都遵循了Yogi Berra的建议:“当你遇到一个好机会时,请把握住。”

为了避免定义不清、不可再现的峰峰值抖动,我们做出了合情合理的选择,将BER(误码率)包含在了一个新数量的定义中,这就是TJ(BER)(在某个误码率时定义的总抖动)。TJ测量某一给定BER时的眼图闭合度,也就是说,如果TJ(BER)小于这个指定BER的位周期,那你就有一定的抖动余量,也就没问题——这正是人们想要的峰峰值测量特性。

听起来很棒!可以庆功了吗?

别急。因为我们关心的BER非常低,大约是1E-12到1E-18,所以需要花很长的时间来测量TJ(BER),而且能够测量BER的唯一设备BERT(误码率测试仪)真的很贵,并且对诊断实验室中的其它问题并不是那么有用。因此我们开发了许多技术,可以快速从测量结果估计出TJ(BER),但这又导致一个很大的问题:你可以称之为群抖动。这些外推技术需要依靠示波器功能来测量抖动的多个独立分量:RJ、DJ、ISI、PJ、DCD以及其他几个你可能知道或者可能已经忘了的缩写。

不同的测试测量公司开发出了不同的方法,他们的测量结果又是大相径庭。从2000年直到2006年,来自不同的测试测量公司的设备测出的结果至少差30%,甚至经常超过100%,而这些公司都是你知道的、信赖的、制造卓越设备的公司。在2004年以前,没有人能装配出一套可以准确区别哪些结果是正确的、哪些结果又是错误的系统。

问题来自于我们如何选择将RJ、DJ、ISI、PJ等结果整合成“套餐”,然后在此基础上估计出TJ(BER)。通过从相互依赖的数值套餐(图2)中构建TJ(BER),我们很难判断进入套餐的测量数据中哪里出了错。你会发现,如果你改变ISI数值,你也会改变RJ数值。如果增加了串扰,那么所有的测量就都白做了。

图2:相互依赖的变量组成的套餐很难调试,而COM就是这样一种套餐。
图2:相互依赖的变量组成的套餐很难调试,而COM就是这样一种套餐。

随着我们从几个Gb/s发展到10+Gb/s,ISI(码间干扰)成为了最大的问题。ISI是由于信道的频率响应引起的;它会改变信号的幅度和时序,改变程度取决于发送码元的顺序。这个问题给我们带来了COM,也带来了历史重演的可能性。

回到2003-2004年,我们中的一些人在那时的安捷伦科技公司搭建了一个精密抖动发送器,并将所有测试测量公司提供的全部抖动分析仪集中在一起工作。我们将测量得到的精确的RJ、PJ、ISI和DCD(随机抖动、周期抖动、码间干扰和占空比失真)合成套餐,做了数百次的测量,然后……我静静地坐在起居室里,开始判断最佳的技术。当时我的最大问题是套餐成分太多。即使我精确地知道每种抖动有多少进入每个信号,也没有办法判断为什么不同的技术会失败(而且它们都失败了!)。

为了搞清测量的意义,我不得不做一些基本的科学实验:从我们能够搭建的最干净、最低抖动的系统开始,然后一次加入一种抖动,比较结果,然后增加第二种抖动,再比较结果,以此类推。它花了我整整6个星期的时间来分析数据,并找出哪些技术是精确的,以及原因是什么。两年多后测试测量行业得到的结果才开始趋同到彼此10%-15%以内——整个行业困惑了5年以上,并且至少有一家公司因为无法产生精确结果而停业。

回到COM,拥有一个基于多个原因形成的单一品质因数可以实现设计的灵活性,并且不牺牲互操作性。这种灵活性和互操作性的组合是一个技术标准的巅峰。没有人想要一个标准类似于“技术社会主义”,但每个人都希望它确保互操作性。成功了!COM。

除非我们遇到处理抖动时的相同问题。

COM等于信号幅度与收集到的信号损伤的比值。这个损伤包括来自信号通道的损伤、来自所有串扰攻击信道的损伤以及标准委员可能想到的所有其它损伤源引起的损伤。

与TJ(BER)一样,COM测量的精度取决于其成分的精度。与TJ(BER)不一样的是,COM测量还取决于模型。下面是COM套餐成分的清单:

1.有问题信道和所有串扰攻击线的信道S参数

2.发送器和接收器(SerDes)封装模型

3.接收器3dB带宽

4.发送器均衡器系数的最大/最小值

5.连续时间线性均衡器(CTLE)增益

6.受害线、近端和远端攻击线的峰峰值差分输出电压

7.电平分离失配比(针对PAM4应用)

8.发送器信噪比

9.判决反馈均衡器(DFE)长度和系数限制

10.RJ

11.与双路迪拉克模型有关的峰峰值DJ

12.单侧噪声谱密度

这份清单使得TJ(BER)处方看起来相当简单哪!

《电子技术设计》2016年6月刊版权所有,谢绝转载。


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