高速信號測試基礎(chǔ)知識(去加重-預(yù)加重)

1、高速信號測試基礎(chǔ)知識李華2012-7目錄高速串行信號LVDC123抖動的分析眼圖的說明4PCIe信號測試實例5其它測試內(nèi)容.信號完整性測試內(nèi)容信號完整性測試內(nèi)容. - 阻抗的測試 - 波形的測試 - 時序的測試 - 電源的測試 - 均衡,預(yù)加重 - 誤碼率BER.測試能幫我們做什么測試能幫我們做什么. - 驗證我們的硬件設(shè)計是否符合設(shè)計要求 - 驗證我們的信號質(zhì)量是否達到設(shè)計要求 - 驗證仿真結(jié)果和實測結(jié)果的一致性. - 發(fā)現(xiàn)問題 - 區(qū)分問題時硬件設(shè)計問題還是器件的原因. - 問題是否是布局布線,端接阻抗,走線,串?dāng)_等原因.1.由硬件上數(shù)據(jù)線路的減少到速度越來越高.2. 包含數(shù)據(jù)和時鐘.3.

2、 電壓越來越低. 250-450mv4. LVDS是由電流驅(qū)動,恒定3.5mA. 則 3.5mAX100歐=350mv串行傳輸?shù)幕究驁D如上圖,由Parallel-Serial Converter ;Transmitter ; Recever ; Serial-Parallel 四大部分組成.LVDS : 其低壓幅和低電流驅(qū)動輸出實現(xiàn)了低噪聲和低功耗。LVDS: Low Voltage Differential Singaling串行傳輸?shù)幕究驁D 一般,當(dāng)信號幅度減小時,噪音裕度相應(yīng)也降低,然而,LVDS就不是這種情況,因為是差分信號,這2根線上共有的噪音將會被抑制掉.這是差分信號的好處.傳

3、輸信號幅度的變化LVDS 速度 :信號的轉(zhuǎn)換時間就是你能達到的速度極限.更高的信號擺幅將需花更長的時間才能完成轉(zhuǎn)換。一個提高速度的辦法就是縮短轉(zhuǎn)換時間,但由于噪音,串?dāng)_和功率方面的原因,那是不現(xiàn)實的.為了提高速度,LVDS通過降低信號擺幅來加快轉(zhuǎn)換過程,更短的轉(zhuǎn)換時間,并不會增加串?dāng)_,EMI和功耗. 一般來說,這減小了噪音裕度,但LVDS利用其差分傳輸方式來解決問題,信噪比得到大大提高.上圖中在相同的dv/dt條件下,速度提高了7X以上. 目錄高速串行信號LVDC123抖動的分析眼圖的說明4PCIe信號測試實例5其它什么是抖動抖動的成因抖動的組成隨機抖動RJ確定性抖動DJ周期性抖動占空比失真D

4、CD碼間干擾ISI目錄高速串行信號LVDC123抖動的分析眼圖的說明4PCIe信號測試實例5其它眼圖的形成過程示例 如果將被測信號輸入示波器，并且當(dāng)示波器的觸發(fā)時鐘和被測信號同步時，在示波器上顯示的圖形很象人的眼睛，因此被稱為眼圖。1. 眼圖.眼圖生成原理1. 眼圖.眼圖生成原理眼圖是一系列數(shù)字信號在示波器上累積而顯示的圖形. 所以,眼圖特征是采用統(tǒng)計的方式.通過示波器內(nèi)置的硬件時鐘恢復(fù)進行時鐘恢復(fù).以時鐘沿為觸發(fā)條件捕獲數(shù)據(jù)的各比特位的信息.以時鐘沿為參考將所有的比特位疊加形成眼圖. 眼圖已成為信號完整性和兼容性測試的基石之一,對于不同工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字傳輸信號的驗證測試和兼容性測試來說,眼圖是

5、規(guī)范測量. （1）眼圖張開的寬度決定了接收波形可以不受串?dāng)_影響而抽樣再生的時間間隔。顯然，最佳抽樣時刻應(yīng)選在眼睛張開最大的時刻。 （2）眼圖斜邊的斜率表示系統(tǒng)對定時抖動（或誤差）的靈敏度，斜邊越陡，系統(tǒng)對定時抖動越敏感。 （3）眼圖左（右）角陰影部分的水平寬度表示信號零點的變化范圍，稱為零點失真量，在許多接收設(shè)備中，定時信息是由信號零點位置來提取的，對于這種設(shè)備零點失真量很重要。 （4）在取樣時刻，陰影區(qū)的垂直寬度表示最大信號失真量。 （5）在取樣時刻，上、下兩陰影區(qū)間隔的一半是最小噪聲容限，噪聲瞬時值超過它就有可能發(fā)生錯誤判決。 眼圖的說明1. 眼圖測量既迅速又容易. 提供更深次的診斷信息.

6、 眼圖可以顯示數(shù)字信號的整體品質(zhì). 能夠進行子系統(tǒng)和組件分析;5.能夠反映鏈路上傳輸?shù)乃袛?shù)字信號的整體信息.6.眼高不能太低：會導(dǎo)致數(shù)據(jù)誤判。7.眼圖不能太高：1）導(dǎo)致EMI。2）導(dǎo)致器件功耗過大眼圖測試的作用什么是模板目錄高速串行信號LVDC123抖動的分析眼圖的說明4PCIe信號測試實例5其它 在數(shù)字電路系統(tǒng)中，發(fā)送端發(fā)送出多個比特的數(shù)據(jù)，由于多種因素的影響，接收端可能會接收到一些錯誤的比特（即誤碼）。錯誤的比特數(shù)與總的比特數(shù)之比稱為誤碼率，即Bit Error Ratio，簡稱BER。誤碼率是描述數(shù)字電路系統(tǒng)性能的最重要的參數(shù)。是衡量數(shù)據(jù)在規(guī)定時間內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸?shù)木_性的指標(biāo)。 誤比特率=

7、錯誤比特數(shù)/傳輸總比特數(shù)BER 誤碼率是最常用的數(shù)據(jù)通信傳輸質(zhì)量指標(biāo)。它表示傳輸質(zhì)量的方式是“在多少位數(shù)據(jù)中出現(xiàn)一位差錯”。舉例來說，如果在一萬位數(shù)據(jù)中出現(xiàn)一位差錯，即誤碼率為萬分之一，即10E-4。 IEEE802.3規(guī)定最壞情況的誤碼率是10E-10。在這種條件下，出現(xiàn)的誤碼不會降低網(wǎng)絡(luò)的性能，因為所有的網(wǎng)絡(luò)軟硬件都按這個要求建立。因此，這個條件下出現(xiàn)的噪音將不足以改變接收端的比特值，不會造成誤碼.BER KRONE公司定義 10E-12誤碼率稱為零誤碼率，零誤碼率意味著每十萬億個比特中產(chǎn)生的誤碼小于1個。n常用規(guī)范要求: 1000Base-T網(wǎng)絡(luò)制定的可接受得最高限度誤碼率是10E-10

8、;SAS 可接受的最高限度誤碼率是10E-12； PCIe 可接受的最高限度誤碼率是10E-12；QPI 可接受的最高限度誤碼率是10E-12。Bathtub曲線預(yù)加重 pre-emphasis 為便于信號的傳輸,而對某些頻譜分量的幅值相對于其他分量的幅值預(yù)先有意予以增強的措施. 信號傳輸線表現(xiàn)出來的是低通濾波器特性,傳輸過程中信號的高頻成分衰減大,低頻成分衰減小,預(yù)加重技術(shù)的思想就是在傳輸新的始端增強信號的高頻成分,以補償高頻分量在傳輸過程中的過大衰減.信號的高頻分量主要出現(xiàn)在信號的上升沿和下降沿處,預(yù)加重技術(shù)就是增強信號上升沿和下降沿的幅度.去加重 de-emphasis 去加重技術(shù)的思想

9、跟預(yù)加重技術(shù)有點類似，只是實現(xiàn)方法有點不同，預(yù)加重是增加信號上升沿和下降沿處的幅度，其它地方幅度不變；而去加重是保持信號上升沿和下降沿處的幅度不變，其他地方信號減弱。 去加重補償后的信號擺渡比預(yù)加重補償后的信號擺幅小，眼圖高度低，功耗小，EMC輻射小。均衡器 前面介紹的預(yù)加重和去加重能很好的補償信號在傳輸過程中的損耗，改善信號質(zhì)量，但是預(yù)加重和去加重技術(shù)也存在一些缺陷，比如當(dāng)線路上存在串?dāng)_時，預(yù)加重和去加重會將高頻串?dāng)_分量放大，增大串?dāng)_的危害。為了彌補預(yù)加重和去加重技術(shù)的缺陷，后來就出現(xiàn)了均衡技術(shù)。跟預(yù)加重和去加重不同，均衡技術(shù)在信號的接收端使用均衡技術(shù)在信號的接收端使用，它的特性相當(dāng)于一個高

10、通濾波器，。目錄高速串行信號LVDC123抖動的分析眼圖的說明4PCIe信號測試實例5其它PCIe信號的測試n 測試準(zhǔn)備: 16G以上帶寬示波器;TCA_SMA轉(zhuǎn)換頭； 高速測試線纜-PCIe；測試夾具CLB。測試軟件RT-eyePCIe測試過程n 測試步驟:擇Analyze-RT-Eye Compliance and Analysis啟動軟件，點擊Run Wizard進入導(dǎo)航界面；或者選擇Measurements-Wizard進入導(dǎo)航界面;Step 1中選擇探頭類型，使用SMA線纜選擇Single-Ended ； Step 2選擇信號通道，一般高速串行信號單端連接，選擇Ch1和Ch3 ；Step 3選擇PCIe信號速率，根據(jù)實際選擇PCIE:2.5G或5.0G；S