新技術(shù)和新科技超越了基于模擬的抖動(dòng)分析方法
Tektronix公司DAN WOLAVER著
---- 抖動(dòng)分析跟隨著科技從模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)變進(jìn)程,正如在電話、電視、攝影、音樂(lè)和視頻領(lǐng)域里進(jìn)行的一樣。 ---- 現(xiàn)有的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)受模擬抖動(dòng)分析能力的限制�；跀�(shù)字的抖動(dòng)分析方法有先進(jìn)得多的特性,能使工程師們?yōu)橄乱淮O(shè)計(jì)的測(cè)試和分析作更充分的準(zhǔn)備。新的特性廣泛用于業(yè)界以后,自然會(huì)產(chǎn)生未來(lái)的新的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。 |  圖：為保證全球通信網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)錯(cuò)數(shù)據(jù)收發(fā),抖動(dòng)測(cè)試已成為10Gbit/s測(cè)試的一個(gè)極其重要的部分。
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模擬抖動(dòng)測(cè)量
---- 典型的方法是在一個(gè)不返零（NRZ）數(shù)據(jù)信號(hào)上進(jìn)行抖動(dòng)測(cè)量。先從NRZ信號(hào)上恢復(fù)一個(gè)時(shí)鐘,有效地填入丟失的數(shù)據(jù)沿。由于這通常是在有限的帶寬上由一個(gè)鎖相環(huán)電路完成的,抖動(dòng)就必須是低通的,抖動(dòng)噪聲就會(huì)附加在過(guò)程當(dāng)中。為給相位檢測(cè)器一個(gè)更大的動(dòng)態(tài)范圍,恢復(fù)過(guò)來(lái)的時(shí)鐘被分開(kāi)--可能是被4分--以得到一個(gè)4單元間隔(UI)的峰峰值范圍。 ---- 要測(cè)的抖動(dòng)是X信號(hào)上的抖動(dòng),基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)來(lái)自于它,X信號(hào)將與基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)作比較。來(lái)自基準(zhǔn)時(shí)鐘的鎖相環(huán)信號(hào)的帶寬很窄（可能只有10Hz）,獲取時(shí)間可能有幾秒。相位檢測(cè)器產(chǎn)生的模擬電壓Vd均衡了X信號(hào)和基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)之間的相位差。 ---- 實(shí)際上,Vd是一串寬度與相位差成比例的脈沖。但這個(gè)脈沖波形的平均值（圖1中虛線曲線）是個(gè)與相位差成比例的模擬電壓。平均值由低通濾波器實(shí)現(xiàn),這就進(jìn)一步限制了抖動(dòng)測(cè)量的頻率范圍。電信標(biāo)準(zhǔn)中詳細(xì)說(shuō)明了這種濾波器的原理。 |  圖1：經(jīng)典的模擬抖動(dòng)測(cè)量方法將數(shù)據(jù)信號(hào)與基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)相比較,使用相位探測(cè)器的平均輸出。
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---- 模擬測(cè)量方法帶來(lái)了很多問(wèn)題,這都是因?yàn)橄辔惶綔y(cè)器將相位表達(dá)成一個(gè)模擬電壓： - 時(shí)鐘恢復(fù)限制了抖動(dòng)測(cè)量的帶寬。
- 時(shí)間恢復(fù)由于自由運(yùn)行頻率的偏移引入抖動(dòng)噪聲。
- 大動(dòng)態(tài)范圍要求大頻率分割,導(dǎo)致產(chǎn)生了超出相位探測(cè)器范圍的低頻脈沖,進(jìn)一步限制了測(cè)量的帶寬。
- 模擬電壓受制于由噪聲和寄生電容產(chǎn)生的負(fù)面影響。
- 模擬電壓的范圍受制于電源電壓的范圍。
- 基準(zhǔn)恢復(fù)由于其帶寬小獲得鎖相很慢。
數(shù)字抖動(dòng)測(cè)量
---- 圖2顯示的是數(shù)字方法測(cè)量抖動(dòng)的功能方框圖。這里的目標(biāo)是將每個(gè)NRZ沿用二進(jìn)制數(shù)作時(shí)間標(biāo)記,其中最不重要的位（LSB）是分辨率。（時(shí)間間隔分辨器完成這個(gè)功能,但不是在每個(gè)沿上,也不是在一個(gè)連續(xù)的基礎(chǔ)上。） |  圖2：數(shù)字抖動(dòng)測(cè)量方法用計(jì)數(shù)器對(duì)NRZ沿進(jìn)行數(shù)字標(biāo)記。
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---- 基準(zhǔn)振蕩器以32倍的波特驅(qū)動(dòng)一個(gè)5位計(jì)數(shù)器。這樣每個(gè)波特的UI,計(jì)數(shù)器從0到31循環(huán)一次。當(dāng)NRZ信號(hào)沿（上升或下降）出現(xiàn)時(shí),它將目前的計(jì)數(shù)鎖入一個(gè)寄存器。 ---- 該數(shù)字代表UI內(nèi)邊沿的相位,其中LSB重是1/32 UI。5位的相位數(shù)字?jǐn)U展到17位,減少了相位從一個(gè)UI移動(dòng)到下一個(gè)UI時(shí)的過(guò)流。 ---- 最后,數(shù)字濾波器提供抖動(dòng)測(cè)量所需的高通和低通濾波。在濾波過(guò)程中,可實(shí)現(xiàn)分辨率中兩個(gè)最佳位。抖動(dòng)得到進(jìn)一步的處理以檢測(cè)峰峰值、真有效值或其它參數(shù),比如頻譜容量。 ---- 數(shù)字抖動(dòng)測(cè)量有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： - 更寬的帶寬,更低的噪聲,因?yàn)椴恍枰獣r(shí)鐘恢復(fù)。
- 更寬的帶寬和更光滑的頻率響應(yīng),因?yàn)閿?shù)字相位探測(cè)器將每個(gè)NRZ沿以時(shí)間標(biāo)記（沒(méi)有模擬脈沖要平均）。
- 更低的抖動(dòng)噪聲,因?yàn)閿?shù)字時(shí)間標(biāo)記不受噪聲的負(fù)面影響。
- 增益誤差率只有0.01%,因?yàn)樾盘?hào)處理是完全數(shù)字的。
- 動(dòng)態(tài)范圍超過(guò)4000UIp-p,同時(shí)保持0.01UI的分辨率。
- 測(cè)量時(shí)沒(méi)有延時(shí),因?yàn)闆](méi)有鎖相環(huán)信號(hào)去獲取時(shí)鐘。
---- 數(shù)據(jù)調(diào)理 ---- 由于圖2中的時(shí)間標(biāo)記是一個(gè)5位數(shù),它的范圍僅在25×1/32UI=1UIp-p。我們要求的范圍是217×1/32UI=4096UI。表中的位擴(kuò)展器將相位擴(kuò)展到17位數(shù)字,同時(shí)修正R的過(guò)流,通過(guò)監(jiān)視連續(xù)采樣之間的相位變化實(shí)現(xiàn)。 ---- 如果變化超過(guò)+0.5UI（比如是+0.6UI）,實(shí)際上被認(rèn)為是負(fù)變化（例子中是-0.4UI）。同樣,如果變化超過(guò)-0.5UI（比如-0.7UI）,實(shí)際上被認(rèn)為是正變化（例子中是+0.3UI）。 ---- 低通濾波器的輸入E有個(gè)12.5ps或1/32UI的分辨率。圖2中數(shù)字濾波器的低通濾波過(guò)程產(chǎn)生了一個(gè)更好的分辨率。在效果上,濾波器平均了四個(gè)連續(xù)的相位采樣,產(chǎn)生一個(gè)為起初分辨率的1/4的分辨率。它用3ps或1/128UI的LSB重量給輸出J增加了2位。高頻相位抖動(dòng)被加入被測(cè)相位以保證兩個(gè)添加位的有效。 ---- 圖3中普遍的12.5ps延時(shí)的不均勻的間隔導(dǎo)致了相位測(cè)量的非線性。因?yàn)橄到y(tǒng)是數(shù)字的,可重復(fù)的,非線性可被測(cè)量并存儲(chǔ)到一個(gè)查找表中（RAM）,用于更正實(shí)時(shí)被測(cè)相位。被存數(shù)值是被測(cè)相位的1/32UI分辨率的四倍。因此被校正的測(cè)量值有19位,并帶有一個(gè)1/128UI的分辨率（與圖2中的J一樣）。
