| 電磁串擾有許多危害,其中一種危害便是降低接收機靈敏度。隨著人們要求以增加數(shù)據(jù)速率來獲得更高的吞吐量,以減小模塊尺寸來增加端口密度以及通過降低電源線路電壓來減少功耗和電路中的串擾變得越來越具挑戰(zhàn)性。
兩個信道之間的串擾定義為：沒有輸入信號時信道A的輸出除以由輸入信號激勵的信道B輸出所得到的比值。以分貝表示的B至A串擾定義為： 
對于隔離信道的理想情況是,該分貝值為負無窮大（參考文獻1）。對于雙向模塊,信道A代表接收器預放輸出,而信道B則表示發(fā)射驅動器的輸出（圖1）。 
由于對傳導與發(fā)射的發(fā)射機輻射的電磁敏感性,串擾可降低接收器靈敏度。高速電路大量使用對輸入端噪聲特別敏感的動態(tài)電路（參考文獻2）。存在兩種由串擾引起的錯誤,即短暫性錯誤與邏輯性錯誤。短暫性錯誤是指由串擾造成的時延偏差,而邏輯性錯誤則源自動態(tài)電路中不正確的估計（參考文獻3）。本文主要討論由串擾引起的邏輯性錯誤,設計者可使用接收信號誤碼率 (BER) 來量化邏輯性錯誤。
在采用雙向傳輸?shù)娜魏畏忾]回路中都無法避免串擾,但如果您遵循良好的射頻設計規(guī)則,則可以極大地減少串擾噪聲的危害。由于技術的進步允許采用更小及更快的電子器件,因此您必須將更多的精力放在串擾隔離的設計上,以便保持未來通信系統(tǒng)所要求的高電平信號完整性。 量化串擾
直接測量串擾是一件非常困難的事情。電路拓撲、阻抗電平、物理布局與IC技術等,都是影響串擾強度的關鍵因素。差分電路拓撲越來越普及,因為它具有較強的抗串擾性,且與參考接地（單端）電路相比具有更大的動態(tài)范圍。但由于缺乏精確的差分測量能力,因此測量、模擬或預測兩個復雜電路之間的串擾相當困難,甚至不可能。
一種解決這一難題的方法是使用PMVNA（純模式矢量網(wǎng)絡分析儀）直接進行測量,它可以按照混合模式散射參數(shù)來測量設備的差模與共模響應。即使在串擾超出電磁模擬器建模能力的情況下,精確地捕獲混合模式S參數(shù)亦可實現(xiàn)對差分電路之間射頻串擾的直接測量（參考文獻4）。這種方法雖然很有效,但它需要昂貴的設備以及直接接通被測電路。
為了放大串擾的可視效應,您可以采用以下三種方法中的任何一種：關閉主（被監(jiān)視的）信號、關閉串擾源或產(chǎn)生人工串擾（參考文獻5）。您可以用一個較短的低電感連接將其驅動電路短路接地來關閉主信號。短路非常關鍵,因為如果讓驅動電路保持開路會使互感引起的噪聲消失。隨著輸出驅動電路的關閉,串擾應該能明顯地顯現(xiàn)出來。
您可以通過切斷干擾線路或短路干擾源驅動電路來使串擾源不起作用;在上述任何一種情況下,您都必須切斷電流汲取。隨著主驅動電路的啟動,您可以觀察到啟動前后的波形;在具有數(shù)學功能的數(shù)字示波器上,通過波形調整和減法運算可獲得差分值。通過用已知上升時間的階躍函數(shù)來取代干擾驅動電路,您就可以產(chǎn)生人工串擾;串擾與受影響的網(wǎng)絡上產(chǎn)生的dV/dt成正比。這是一個向印制電路板安裝組件之前應該采用的測試過程,以便您能隔離和確定串擾源。 另一種方法：BER測量
這些試驗需要拆卸或部分破壞被測設備 (DUT) ,從而改變串擾產(chǎn)生的環(huán)境。盡管這些方法可提供確定串擾源的手段,但它們并不提供您希望知道的有關串擾的情況,即串擾引起的相對性能惡化。不過有比這更好的辦法。利用幾臺通�？稍谝粋�配備良好的通信模塊開發(fā)試驗室中找到的設備,您就可通過測量真正有用的數(shù)據(jù)來間接地完成串擾測量,即由數(shù)據(jù)發(fā)送路徑的串擾所造成的數(shù)據(jù)接收路徑的靈敏度降低。
以下3個實際測量例子即代表了目前可用的高速通信模塊的典型情況：一個2.5Gbps的光纖收發(fā)器、一個10Gbps的串行收發(fā)器芯片與一個10Gbps的光纖轉發(fā)器。盡管這些例子并不能涵蓋每一種應用,但它們可以作為您能方便地運用到其他模塊上的測量方法的基礎。
每個例子都采用類似方法。對于嚴格在電氣域工作的模塊來說,測試需要一個精密的參考時鐘、一個串行線速測試圖形發(fā)生器、一個電衰減器、一個可變相位延遲元件、一個時鐘及數(shù)據(jù)恢復(CDR) 部件以及一個串行誤碼率測試器 (BERT)。在2.5Gbps及2.5Gbps以上的線速上,模塊還可能包含光學器件。即要求有其他硬件：一個光發(fā)射器、光衰減器與光功率計。
要求多個制造商共同協(xié)作來保證互換性與互操作性的多源協(xié)定 (MSA) 規(guī)定了2.5Gbps光纖串行收發(fā)器的形式與功能。利用對線速及CDR少量的修改,其串擾性能惡化測量設置可用來測試此MSA協(xié)定所涵蓋的155Mbps至4.25Gbps的收發(fā)器（圖2）。您可以將可插拔的DUT插入測試板上的一個盒子中。在此例中,該設備光接收器的輸入為一個由2.488Gbps測試圖形發(fā)生器驅動的1310nm的激光發(fā)射器。 
測試圖形為一個偽隨機二進制序列 (PRBS),它有一個大小為231- 1的種子,能夠創(chuàng)建一個寬頻譜的信號。激光源路由至一個帶有電源抽頭的可調光衰減器,以便測量至DUT的光功率。收發(fā)器的接收器路徑包含一個可產(chǎn)生與入射光功率成正比的輸出電流的雪崩光電二極管 (APD)、一個將電流轉換成模擬電壓的跨阻抗放大器以及一個從模擬電壓上產(chǎn)生數(shù)字輸出的限幅放大器。輸出為差分信號,其中正相信號進入一個從差錯檢測器上獲得時鐘與數(shù)據(jù)的CDR部件。
反相輸出饋送至一個相位延遲元件,該元件實際上是一個帶旋轉式轉盤的同軸管（可調u形波導同軸線）,它充當一個機械線路延伸器。然后可變延遲的信號再路由至收發(fā)器的發(fā)射器輸入端。當差錯檢測器上的BER相對差別出現(xiàn)時,您就可以調整發(fā)送信號與接收信號之間的相位關系來增大或減小串擾的惡化。
收發(fā)器的接收器靈敏度的測量需要以0.5dB的增量來調整光衰減并測量產(chǎn)生的BER。對于此例,靈敏度為BER達到10-10位時的輸入電平。測量由發(fā)射器串擾引起的靈敏度惡化可得到三條靈敏度曲線（表1和圖3）。對于此設備,最佳的-31dBm靈敏度出現(xiàn)在發(fā)射器被禁用的時候。最好情況下的0.3dB串擾惡化出現(xiàn)在發(fā)射與接收轉換時相位對準的時候。最壞情況下的1.3dB的串擾惡化出現(xiàn)詵⑸渥晃揮誚郵帳菅弁賈行牡氖焙潁簿褪撬擔雜諞桓?00皮秒比特周期的2.5Gbps信號來說偏移為200皮秒的時候。從這些測量結果可以看出,發(fā)射信號與接收信號之間的相位關系是一個決定最壞情況下串擾惡化的重要因素。   點擊看原圖 10Gbps串行收發(fā)器IC 下一個例子是測量一個10Gbps雙向串行收發(fā)器芯片的串擾惡化,該芯片在每個方向上均具有用于數(shù)據(jù)重定時的CDR功能（圖4）。這種芯片可在串行線速率從9.95至11.1 Gbps的銅纜或光纖收發(fā)器--例如MSA兼容的XFP （10G比特小形狀系數(shù)可插拔模塊）模塊中找到。這種器件的測試復雜性小于前面介紹的光纖收發(fā)器,因為在這種情況下的測試完全是在電氣域進行。 一個可手動調節(jié)的電衰減圖形信號發(fā)生器的輸出,進入DUT的接收路徑輸入端就會產(chǎn)生串行PRBS數(shù)據(jù)流。差分輸出一半饋送到一個執(zhí)行CDR以驅動差錯檢測器的外部CDR部件。差分接收器路徑輸出的另一半通過一個手動延遲元件路由并返回發(fā)射器路徑輸入。帶50Ω負載的發(fā)射器終端給發(fā)射器驅動電路加壓,且發(fā)射器至接收器信號延遲從0至100皮秒變化--在10 Gbps速率上也就是1個UI（單位間隔）。 串擾惡化是指在0至100皮秒延遲掃描范圍內接收信號的BER變化,使用輸入衰減來使接收器保持在一種錯誤狀態(tài)--大約10-6的BER或者每100萬個比特中有一個錯誤。盡管該BER范圍對于實際應用沒有意義,但它提供一個能很好說明與相位有關的BER變化的圖（圖5）。該設備的BER在額定10-7 BER（或每1000萬個比特中有一個錯誤）的情況下產(chǎn)生幅度大約為20的變動。您還可以通過最小BER（發(fā)射器轉換對準接收器轉換的時候）相對于最大BER（發(fā)射器轉換位于接收器數(shù)據(jù)眼圖的中央）的靈敏度差別來量化串擾。對于此例,靈敏度確定為BER為10-12（每1萬億個比特中有一個錯誤）時的輸入電平。 這種情況下對應的靈敏度惡化在電壓域中為1.2 dB（表2和圖6）。在發(fā)射器被禁的時候,該器件測得的接收機輸入靈敏度為13.5 mV差分值。在發(fā)送信號與接收信號之間的相位差處于最壞情況下（0.5單位間隔或50皮秒）,靈敏度惡化至15.5 mV差分值。這種下降的靈敏度乍看起來無關緊要,但如果將該器件裝配到光收發(fā)器中,則可能會對系統(tǒng)性能產(chǎn)生不利影響。光功率靈敏度惡化恰好是電壓靈敏度惡化的一半,或者說為0.6 dB;光鏈路的功率預算將會按這個數(shù)量減少。當輸入信號接近比較閾值時,如果主機模塊包含這種情況,則另一種不利影響是信號丟失警告過早產(chǎn)生并人為脫扣。
10Gbps的光纖轉發(fā)器 最后也是最復雜的一個例子是對一個300引腳的622-Mbps×16Gbps到10 Gbps的串行光纖轉發(fā)器的串擾惡化的測量（圖7）。盡管這些器件不是完全串行的,但它們包含通過光纖傳輸?shù)囊粚Υ邪l(fā)射器與接收器。發(fā)射器與接收器的光學引擎分別和一個16:1復用器與一個1:16解復用器配對。此設置類似于2.5Gbps收發(fā)器設置,但有一些明顯的不同：線速為10 Gbps,電模塊接口上的數(shù)據(jù)是按線速的1/16速度并行傳輸?shù)?此外該設置還需要有用于數(shù)據(jù)恢復及重定時的參考時鐘。 由速率為9.95328 Gbps（OC-192 SONET速率）的PRBS 231-1圖形信號發(fā)生器產(chǎn)生的數(shù)據(jù),驅動一個實驗室標準1550-nm激光發(fā)射器。然后光數(shù)據(jù)進入一個帶有校準電源抽頭的光衰減器,該抽頭用于監(jiān)視送到被測轉發(fā)器的輸入電平。轉發(fā)器的接收路徑采用一個參考時鐘來執(zhí)行CDR;然后它將串行 |
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