信號(hào)完整性測(cè)試課件

1、PCI Express物理層一致性測(cè)試項(xiàng)目2022/7/241PCI Express物理層電參數(shù)測(cè)量 損耗與抖動(dòng)2022/7/242PCI Express物理層電參數(shù)測(cè)量?jī)x器設(shè)置測(cè)試主板/MCH/系統(tǒng):需要使用GoldenReference的負(fù)載板測(cè)試夾具CLB,支持x1,x4, x8, x16 PCI-Ex,將相關(guān)的測(cè)試點(diǎn)引導(dǎo)出來,供連接到示波器進(jìn)行信號(hào)采集需要使用6GHz或以上帶寬的示波器運(yùn)行PCI-Ex的一致性測(cè)試軟件2022/7/243PCI-E測(cè)試結(jié)果時(shí)間測(cè)量: 眼寬, 上升/下降時(shí)間, UI, 數(shù)據(jù)率,差分對(duì)時(shí)延偏差幅度測(cè)量: 眼高, 差分輸出電壓, 高幅度, 低幅度, 共模AC與

2、DC電壓, 預(yù)加重幅度等抖動(dòng)測(cè)量: Rj/Dj分離,BER, 250個(gè)連續(xù)周期的Median-Max Outlier Jitter,BER=10-12時(shí)的眼睛睜開度, TIE, PLL TIE,抖動(dòng)趨勢(shì), 抖動(dòng)頻譜,Bath-Tub曲線PCI-Ex模板與參數(shù)通過失敗檢驗(yàn)2022/7/244PCI-E物理層信號(hào)完整性測(cè)試小結(jié)了解PCI-E 測(cè)試規(guī)范PCI-E 1.0/1.1/2.0選擇合適的測(cè)試點(diǎn)Tx,Rx選擇合適的測(cè)試連接探頭直接連接，測(cè)試夾具連接選擇合適的測(cè)試儀器帶寬，采樣率，采集內(nèi)存選擇測(cè)試軟件PCI-SIG提供，測(cè)試儀器公司提供PCI-E信號(hào)完整性分析方法眼圖分析，抖動(dòng)分析，誤碼分析20

3、22/7/245內(nèi)容高速信號(hào)故障發(fā)現(xiàn)和定位技巧高速差分LVDS的測(cè)試方法高速串行總線的信號(hào)完整性測(cè)試高速標(biāo)準(zhǔn)總線的測(cè)試方法和實(shí)例（PCIExpress）DDR總線測(cè)試2022/7/246SDRAM演化Chart courtesy of Qimonda2022/7/247設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)Design challenges confronting the board designer can be summarized as follows: Routing requirements Power supply and decoupling, which includes the DDR devices a

4、nd controller, the termination rail generation (VTT), and reference generation (VREF) Proper termination for a given memory topology2022/7/248SSTL信號(hào)2022/7/249DDR總線中的信號(hào)完整性問題ReflectionViaReferenceTrace branch/StubS/H violationSkewSlew rateJitterClockPower/Noise2022/7/2410信號(hào)的探測(cè)2022/7/2411DDR的測(cè)量項(xiàng)目R/w La

5、tencySetup & Hold TimeSlew RatesClock to Strobe SkewStrobe to Data SkewClock Variation (Jitter)Eye Diagrams (Jitter - Noise)2022/7/2412DDR Setup and Hold Base MeasurementsMeasure from low to high on the source waveforms, rather than midpoint to midpoint. These are “base” measurements. According to J

6、EDEC specification need to modified depending on the slew rate of data and strobe signal. The JEDEC specification provides the derating table.Vref = 750mV (it is about 0.5*VDD and VDD is 1.5V)VIH (ac) Min = Vref + 175 mV ( so 925mV)VIH (dc) Min = Vref + 100mV (so 850 mV)VIL(dc) Max = Vref -100mV (so

7、 650 mV)VIL (ac) Max = Vref 175mV (so 575 mV)Use SE type when Strobe is Single EndedUse Diff type when Strobe is differentialThe JEDEC spec provides a min base number of 75ps for tDS and 150ps for tDH2022/7/2413DDR復(fù)雜性-Command信號(hào)2022/7/2414DDR雙向總線測(cè)量2022/7/2415DDR總線時(shí)序測(cè)試2022/7/2416Write cycle信號(hào)測(cè)試2022/7/

8、2417Read cycle信號(hào)測(cè)試2022/7/2418DDR測(cè)試的關(guān)鍵-讀寫分離通過觸發(fā)或其他方法將信號(hào)的Read和Write cycle區(qū)分來Preample的寬度Preample的極性Preample的幅度Preample的上升斜率或觸發(fā)R/W-信號(hào)業(yè)內(nèi)還有自動(dòng)化測(cè)量方案用以完整JEDEC規(guī)范測(cè)試Difference of pulse width of preamble2022/7/2419茶歇和Q/A2022/7/2420高速電路信號(hào)完整性測(cè)試、調(diào)試和驗(yàn)證高速眼圖和抖動(dòng)測(cè)試與分析2022/7/2421內(nèi)容什么是眼圖眼圖測(cè)試和分析的重要性眼圖測(cè)試和分析方法眼圖測(cè)試和分析對(duì)測(cè)試設(shè)備的要求

9、常見眼圖反應(yīng)的信號(hào)問題抖動(dòng)的定義抖動(dòng)的基本術(shù)語(yǔ)傳統(tǒng)的測(cè)試方法抖動(dòng)的高級(jí)術(shù)語(yǔ)高級(jí)抖動(dòng)測(cè)試和分析方法通過抖動(dòng)分析定位電路故障根源2022/7/2422眼圖定義眼圖包含豐富的信息，體現(xiàn)了數(shù)字信號(hào)的整體特征，能夠很好的評(píng)估數(shù)字信號(hào)的品質(zhì)，因而眼圖分析是高速互聯(lián)系統(tǒng)信號(hào)完整性分析的核心。眼圖是一些列數(shù)字信號(hào)在示波器上累積而顯示的圖形眼圖測(cè)試必要條件時(shí)鐘兩種眼圖測(cè)試類型等效眼圖實(shí)時(shí)眼圖2022/7/2423眼圖的形成2022/7/2424眼圖反映了什么Tx+-path+-+-6.25Gb/s at Tx launch into backplane6.25Gb/s at 17in (43cm) of bac

10、kplane6.25Gb/s after 34in (86cm) of backplaneSmall differences in levels being measured2022/7/2425典型的串行鏈路測(cè)試點(diǎn)定義Near End 串?dāng)_ 隨機(jī)抖動(dòng) 確定性抖動(dòng) - ISI - DCD - PJ - Uncorrelated 幅度損耗 - 傳導(dǎo)損耗 - 介質(zhì)損耗Far End2022/7/2426眼圖和信號(hào)傳輸質(zhì)量更大的眼睛意味著更多的信號(hào)幅度和時(shí)間的余量更大的眼睛系統(tǒng)可靠性更好眼圖過窄意味著信號(hào)的抖動(dòng)過大，誤碼率上升眼圖中心點(diǎn)2022/7/2427眼睛張開是否就表示信號(hào)傳輸沒有問題？引起誤

11、碼的原因：抖動(dòng)和噪聲。能否測(cè)量到全部的抖動(dòng)和噪聲呢？2022/7/2428眼圖參數(shù)2022/7/2429眼圖測(cè)試項(xiàng)目Jitter RMS = TCross1sigmaJitter Pk-Pk = TCross1pk-pkEye Height = (PTopmean-3*PTopsigma)-(PBasemean+3*PBasesigma)Eye Width = (TCross2mean-3*TCross2sigma)-(TCross1mean+3*TCross1sigma)Crossing Percent, Duty Cycle Distortion, Noisepk-pk, NoiseRMS

12、, SNR高速光眼圖測(cè)試中的項(xiàng)目Extinction Ratio = PTopmean /PBasemeanQuality Factor = (PTopmean-PBasemean)/(PTopsigma+PBasesigma)OMA (Optical Modulation Amplitude)=PTop-Pbase2022/7/2430眼圖模板（MASK）的定義歸一化模板絕對(duì)值模板脈沖模板僅針對(duì)低速信號(hào)模板定義在各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中有詳細(xì)的定義按照串行鏈路結(jié)構(gòu)，在不同的TP點(diǎn)有不同的模板形狀2022/7/2431為什么要測(cè)試眼圖眼圖是高速信號(hào)質(zhì)量的最直接反映眼圖的好壞和信號(hào)傳輸?shù)恼`碼率相關(guān)眼圖是信號(hào)測(cè)

13、試分析的最常用手段MASK 可以直接反映您設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是否“PASS”2022/7/2432眼圖測(cè)試分類：等效眼圖的生成When a clock signal is used to trigger the equivalent-time 8200 scope the sampled DATA signals generally create EYE PATTERNS (between clock triggers the sampled DATA could be either a logical 1 or 0)DatatriggervoltagetimePrecision variable d

14、elayA clock trigger can be user-supplied or recovered from the data to trigger the equivalent time samplerClockEye patterns are the common result of clock-triggering in Equivalent time sampling: vectors are not drawn since adjacent samples can jump from logical 1 to 0 frequentlyMask test時(shí)鐘從何而來？被測(cè)電路自

15、身的參考時(shí)鐘經(jīng)過CDR所提取的時(shí)鐘2022/7/2433CDR對(duì)眼圖和抖動(dòng)測(cè)試的影響時(shí)鐘恢復(fù)單元：CRU當(dāng)需要測(cè)試一個(gè)高速串行信號(hào)眼圖時(shí)，需要一個(gè)時(shí)鐘恢復(fù)單元，從被測(cè)信號(hào)中恢復(fù)出時(shí)鐘用于觸發(fā)事實(shí)上，一個(gè)真實(shí)的高速器件內(nèi)部就有一個(gè)時(shí)鐘恢復(fù)單元CRU的要求內(nèi)置Golden-PLL，跟隨信號(hào)的變化并解出時(shí)鐘內(nèi)置針對(duì)于信號(hào)抖動(dòng)的低通濾波器內(nèi)置抖動(dòng)濾波器的帶寬為被測(cè)數(shù)據(jù)率的1/1667內(nèi)置抖動(dòng)濾波器的滾降特性滿足-20dB/Dec2022/7/2434SamplingOscopeRT V.S.ET 軟件CDR的優(yōu)點(diǎn)軟件CDR能夠看到更加寬頻的抖動(dòng)。例如測(cè)試SSC頻率上限是數(shù)據(jù)率/2頻率下線是1/采集時(shí)間

16、軟件CDR更加的靈活HW CDR2.5Gb/sDUTw/SSCtriggerinputReal TimeOscopeDUTinputCant see jitter below LBW!SSC Viewable!33kHz SSC1.5MHz LBW2022/7/2435眼圖測(cè)試的時(shí)鐘選擇采樣示波器的CLK選擇用戶DUT提供的時(shí)鐘作為外觸發(fā)直接從數(shù)據(jù)中恢復(fù)時(shí)鐘（需要硬件時(shí)鐘恢復(fù)CDR）通行行業(yè)常用采樣示波器測(cè)等效眼圖實(shí)時(shí)示波器的時(shí)鐘選擇不需附加時(shí)鐘作為觸發(fā)信號(hào)，通過內(nèi)嵌軟件CDR恢復(fù)軟件時(shí)鐘，生成眼圖計(jì)算機(jī)行業(yè)常用實(shí)時(shí)示波器測(cè)眼圖2022/7/2436對(duì)于一個(gè)1.25G的并行LVDS信號(hào)，如何測(cè)

17、試眼圖？對(duì)于下圖中的5Gbps串行信號(hào)，如何測(cè)試眼圖，哪一類儀器合適？在高速電路設(shè)計(jì)中，如何獲得張開的眼圖？思考題2022/7/2437如何得到張開的眼圖走線長(zhǎng)度短走線并非始終能夠滿足.短走線意味低損耗.走線寬度寬走線可以降低趨膚效應(yīng).減小板材的介電常數(shù)即降低介電損耗(Dielectric Loss),但將增加成本.信號(hào)預(yù)加重和均衡處理通過對(duì)跳變位預(yù)加重(Pre-Emphasis)處理補(bǔ)償線路上因信號(hào)跳變產(chǎn)生的針對(duì)高頻分量的損耗，需要器件支持。2022/7/2438抖動(dòng) ABC 什么是抖動(dòng)?定義: “信號(hào)的某特定時(shí)刻從其理想時(shí)間位置上的短期偏離為抖動(dòng)”參考: Bell Communicatio

18、ns Research, Inc (Bellcore), “Synchrouous Optical Network (SONET) Transport Systems: Common Generic Criteria, TR-253-CORE”, Issue 2, Rev No. 1, December 19972022/7/2439抖動(dòng)的定義抖動(dòng)的表示方法絕對(duì)時(shí)間(Jpp=100ps)歸一化UI (2.5Gbps datarate, Jpp=0.25UI)弧度（Jpp=.25UI*2Pi=Pi/2 radians）2022/7/2440快過10Hz的偏離為 : 抖動(dòng) Jitter慢過10Hz

19、的偏離為: 漂移 Wander參考: ITU-T Recommendation G.810 (08/96) “Definitions and Terminology for Synchronization Networks”抖動(dòng) ABC 抖動(dòng) vs 漂移2022/7/2441抖動(dòng) vs 相位 vs 頻率2022/7/2442為何抖動(dòng)是如此重要?在同步系統(tǒng)如SDH, 傳輸時(shí)鐘的抖動(dòng)影響子系統(tǒng)的同步, 過大的抖動(dòng)直接造成誤碼, 或減低了信號(hào)的消光比ER (等同電信號(hào)的信噪比SNR)。所以ITU-T, Bellcore, ANSI都制定模板Mask來檢定眼圖是否擁有過大的抖動(dòng)，以及測(cè)量傳輸時(shí)鐘的抖動(dòng)

20、漂移。傳統(tǒng)的并行式數(shù)據(jù)通信，即多通道數(shù)據(jù)與時(shí)鐘分別傳送，往往因?yàn)镻CB阻抗不匹配，傳輸路徑不一致而產(chǎn)生建立與保持時(shí)間違反。當(dāng)速度增加的時(shí)候，準(zhǔn)確控制傳輸時(shí)延顯得異常的困難，今天新穎的數(shù)據(jù)通信都已經(jīng)是串行了， 不單只使用一對(duì)差分線來傳送數(shù)據(jù)，以減低信號(hào)EMI的干擾，更往往將時(shí)鐘嵌入在數(shù)據(jù)中， 而接收端則使用CDR從數(shù)據(jù)中恢復(fù)時(shí)鐘出來。 所以，若數(shù)據(jù)的抖動(dòng)過大，頻率過高，接收端的CDR將無法恢復(fù)時(shí)鐘而導(dǎo)致誤碼。 所以需要控制系統(tǒng)的時(shí)鐘與輸出的數(shù)據(jù)抖動(dòng)。抖動(dòng)直接減小了邏輯數(shù)字系統(tǒng)的建立保持時(shí)間的余量， 嚴(yán)重的影響邏輯運(yùn)作。有些情況，尤其以計(jì)算機(jī)行業(yè)應(yīng)用為多（因不能有足夠的空間進(jìn)行EMI控制），使用一

21、低頻信號(hào)調(diào)制其高速時(shí)鐘，在頻譜上的效果是使其能量被擴(kuò)散， 從而減小EMI干擾。在時(shí)域上效果是時(shí)鐘的周期性抖動(dòng)，其抖動(dòng)波形正是調(diào)制信號(hào)。2022/7/2443抖動(dòng)的成因熱噪聲,各種隨機(jī)噪聲注入噪聲(EMI/RFI)高速電路不穩(wěn)定性串?dāng)_振鈴反射地彈上行時(shí)鐘熱噪2022/7/2444熱噪聲隨機(jī)性的, 是多個(gè)隨機(jī)抖動(dòng)源的組合性現(xiàn)象內(nèi)部熱能現(xiàn)象Johnson Noise熱能的原子與分子振動(dòng)分子的解體外部的宇宙射線因熱噪聲所導(dǎo)致的抖動(dòng)的分布是高思與無邊際的分布2022/7/2445確定性的, 能被確認(rèn)為一些固有的成因例如：電源地跳聲Vdd 噪聲例如：晶振 熱能的與機(jī)器性的噪聲例如：由相鄰?fù)ǖ赖臅r(shí)鐘或數(shù)據(jù)跳

22、變所造成的電磁性串?dāng)_碼間干擾ISI: 不同長(zhǎng)度的連續(xù)“1”與“0”在帶寬有限的系統(tǒng)中受到不同的衰減，導(dǎo)致長(zhǎng)連續(xù)的“1”或“0”到達(dá)比短“1”與短“0”更高的電平，在接續(xù)這些長(zhǎng)“1”或長(zhǎng)“0”后的跳變，信號(hào)需要比短“1”與短“0”更多的時(shí)間才能到達(dá)門限電平，這些時(shí)間上的偏離就導(dǎo)致信號(hào)的抖動(dòng)，不同長(zhǎng)短“1”與“0”之間的干擾導(dǎo)致數(shù)據(jù)相關(guān)抖動(dòng)即ISI。占空比失真DCD: 因上升沿速率與下降沿速率的不對(duì)稱性所造成的時(shí)鐘周期上的偏離，即占空比失真。確定性抖動(dòng)分布是有邊際的，其頻譜通常呈現(xiàn)抖動(dòng)源的各個(gè)諧波例如：電源干擾所造成的周期性抖動(dòng)Pj, 在頻譜上通常呈現(xiàn)其基頻的多次諧波例如：通常使用重復(fù)的碼形來檢驗(yàn)

23、系統(tǒng)的ISI，因?yàn)榇a形是周期性重復(fù)的，在頻譜將呈現(xiàn)為固定間距的多次諧波注入噪聲2022/7/2446電路的不穩(wěn)定性導(dǎo)致抖動(dòng)同步開關(guān)噪聲當(dāng)多個(gè)輸出端同時(shí)開關(guān)至同一的狀態(tài)時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生電流上的毛刺，繼而導(dǎo)致Vcc與GND的毛刺，與判斷門限電壓的偏移2022/7/2447電路的不穩(wěn)定性PLL問題 有限的鎖相環(huán)帶寬 鎖相環(huán)只能跟蹤在其帶寬以下的低頻抖動(dòng)，一般不能承受高頻的抖動(dòng)檢定器的死區(qū)振動(dòng) 連續(xù)相同的NRZ碼不造成任何的信號(hào)跳變, 在此情況下，PLL的VCO頻率會(huì)向其自然的晶體頻率而漂移Loop FilterPhaseDetectorDQData2022/7/2448抖動(dòng)基本術(shù)語(yǔ)Period Jit

24、terCycle-to-Cycle JitterTime Interval Error (TIE)Clock JitterData JitterClock recoveryUnit IntervalBER2022/7/2449 Period JitterPeriod Jitter is the measurement of a signals period over a number of cycles Mean (the average of the period measurements)Std. Dev. (the RMS of the period measurements)Pk-Pk

25、 (the difference between the minimum and maximum period)What about jitter frequency or cycle-to-cycle requirements?t period2022/7/2450周期抖動(dòng) 的傳統(tǒng)測(cè)試方法受到示波器觸發(fā)抖動(dòng)的影響提供統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)平均最大最小標(biāo)準(zhǔn)偏差在這案例中，測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)偏差162ps2022/7/2451周期抖動(dòng) 的傳統(tǒng)測(cè)試方法：直方圖統(tǒng)計(jì)受到示波器觸發(fā)抖動(dòng)的影響低重復(fù)性，窗口的位置與大小影響測(cè)量的結(jié)果于誤差提供統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)平均最大最小標(biāo)準(zhǔn)偏差在這案例中，測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)偏差153ps眼圖是使用直方圖測(cè)量眼睛

26、抖動(dòng)的例子2022/7/2452 Cycle-to-Cycle JitterCycle to Cycle Jitter is the measurement of a signals change in period between adjacent cyclesMean (the average of the change in period measurements)Std. Dev. (the RMS of the change in period measurements)Pk-Pk (the difference between the minimum and maximum cha

27、nge)This is a period differential measurement!2022/7/2453Cycle-to-Cycle Jitter2022/7/2454N-Cycle jitter2022/7/2455時(shí)間間隔誤差 Time Interval Error2022/7/2456時(shí)間間隔誤差 Time Interval ErrorTIE Jitter is the measurement of a signals timing error relative to a known or recovered clock ITU says TEMean (the average

28、 of the timing error)Std. Dev. (the RMS of the timing error)Pk-Pk (the difference between the minimum and maximum error)This measurement requires a reference clock!2022/7/2457UI and BERUnit IntervalThe nominal period of one transmitted bit Bit Error Rate/RatioMethod to describe expected or measured

29、data stream error rate or ratio of good bits to bad bitsGenerally specified to be lower than 1E-122022/7/2458傳統(tǒng)的抖動(dòng)測(cè)試參數(shù)（Jitter Measurements）P2P3P4P1Period Jitter = 18.3ps StdDv (0.990/1.010/0.980/1.020) 40ps p-pCy-Cy Jitter = 36.1ps StdDv (0.020/-0.030/0.040) 70ps p-pTIE= 9.6ps StdDv (-0.010/0.000/-0

30、.020/0.000) 20ps p-p0.990ns1.010ns0.980ns1.020ns0.0ns0.990ns2.000ns2.980ns4.000ns0.020ns-0.030ns0.040ns-0.010ns0.000ns-0.020nsPCy-CyTIE0.000ns* StdDv = MS Excel StdDevA RMS of large populations2022/7/2459時(shí)間間隔誤差測(cè)試（Time Interval Error）TIEIDEAL SAMPLE POINT BECOMES THE REFERENCE FOR TIEAnother view TIE

31、 = StdDev of all edges2022/7/2460茶歇思考題對(duì)于一個(gè)80M的時(shí)鐘信號(hào)，一般測(cè)試哪些抖動(dòng)參數(shù)？一個(gè)時(shí)鐘的相位噪聲和抖動(dòng)相關(guān)嗎？TIE是如何定義的？高速數(shù)據(jù)信號(hào)的TIE為什么非常重要？在高速電路中，信號(hào)眼圖測(cè)試的抖動(dòng)越大，系統(tǒng)就越不穩(wěn)定嗎？2022/7/2461抖動(dòng)高級(jí)術(shù)語(yǔ)RjRandom JitterDjDeterministic JitterTjTotal JitterDCDISIPjPeriodic Jitter2022/7/2462隨機(jī)抖動(dòng)的統(tǒng)計(jì)分布是正態(tài)高斯分布直方圖 (有限的采樣數(shù)) 概率密度函數(shù)呈現(xiàn)高斯分布(數(shù)學(xué)的模型)因?yàn)殡S機(jī)抖動(dòng)是高斯分布，所以是無

32、邊際的。按理論，隨機(jī)抖動(dòng)的峰峰值隨測(cè)量時(shí)間變長(zhǎng)而增加。隨機(jī)抖動(dòng)+s-s+6s-6s-+峰峰值是多??？2022/7/2463隨機(jī)抖動(dòng)所以隨機(jī)抖動(dòng)的峰峰值必須伴同誤碼率BER表示出來RjRMS = 概率密度函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差, sRjpk-pk = N * s , 按不同的BER，N不同BER = 10-9, N =12BER = 10-12 , N =142022/7/2464確定性抖動(dòng)不是高斯分布，通常是有邊際的。直方圖 = pdf概率密度函數(shù)Peak-to-Peak確定性抖動(dòng)DjDj2022/7/2465不對(duì)稱的上升邊沿速率與下降邊沿速率不適當(dāng)?shù)呐袛嚅T限選擇占空比失真DCD2022/7/2466

33、ISI又稱為DDj數(shù)據(jù)相關(guān)抖動(dòng)或PDj碼型相關(guān)抖動(dòng)因?yàn)橛邢薜膸捪拗乞?qū)動(dòng)器 Driver對(duì)比器ComparatorPCB線路與電纜的衰減與損耗對(duì)經(jīng)常切換的“1,0,1,0,” 的高頻信號(hào)，衰減比連續(xù)的“1,1,1,1,0,0,0,0,”的低頻信號(hào)要來得厲害。所以長(zhǎng)的連續(xù)不變碼到達(dá)更高的電平，在跳變時(shí)需要更多的時(shí)間才能到達(dá)門限電平，導(dǎo)致信號(hào)抖動(dòng)。因?yàn)檫@個(gè)抖動(dòng)的幅度與碼型相關(guān)，所以又稱碼型相關(guān)抖動(dòng)。因?yàn)樽杩共黄ヅ鋵?dǎo)致信號(hào)發(fā)射。被發(fā)射的信號(hào)疊加在原由的信號(hào)導(dǎo)致幅度增加而最終使轉(zhuǎn)換電平所耗費(fèi)的時(shí)間更多，從而產(chǎn)生抖動(dòng)。碼間干擾ISI DDJ不一樣的電平2022/7/2467TIE vs. time 時(shí)間

34、間距誤差隨時(shí)間的變化是一重復(fù)的，周期性波形效果等同于頻率調(diào)制FM可能的抖動(dòng)源 電源的EMI干擾與擴(kuò)頻時(shí)鐘SSC的調(diào)制信號(hào)Peak-to-Peak周期性抖動(dòng)Periodic JitterSinusoidal2022/7/2468=抖動(dòng)的統(tǒng)計(jì)觀念理論: 兩個(gè)獨(dú)立隨機(jī)變量之和若兩個(gè)隨機(jī)變量是獨(dú)立的, 兩個(gè)獨(dú)立隨機(jī)變量之和的概率密度函數(shù)是兩者的概率密度函數(shù)的卷積pfd: Tj = Dj Rj (convolution)Dj = m+ - m-2022/7/2469抖動(dòng)和誤碼2022/7/2470總體抖動(dòng)TjTotal JitterEstimated jitter for a large populat

35、ion: 1012 bits2022/7/2471高級(jí)抖動(dòng)測(cè)試和分析思路隨機(jī)抖動(dòng)(RJ)確定抖動(dòng)(DJ)周期抖動(dòng)(PJ)數(shù)據(jù)相關(guān)抖動(dòng)(DDJ)占空比失真(DCD)誤碼率時(shí)的總抖動(dòng)(TjBER)理解抖動(dòng)測(cè)量和分離抖動(dòng)分析抖動(dòng)的根源減小抖動(dòng)設(shè)計(jì)可靠的高速數(shù)字系統(tǒng)2022/7/2472高級(jí)抖動(dòng)測(cè)試項(xiàng)目周期/頻率測(cè)量頻率、周期、N-Period、Cycle-Cycle周期、正向脈沖寬度、負(fù)向脈沖寬度、正向占空比、負(fù)向占空比、正向Cycle-Cycle占空比、負(fù)向Cycle-Cycle占空比時(shí)間測(cè)量上升時(shí)間、下降時(shí)間、高電平時(shí)間、低電平時(shí)間、建立時(shí)間、保持時(shí)間、延遲幅度測(cè)量高電平、低電平、峰峰值、共模電

36、壓、跳變/非跳變電平比例、差分電壓眼圖測(cè)量眼高、眼寬、WidthBER、Mask Hits抖動(dòng)測(cè)量TIE、Rj、Dj、Tj(BER)、Pj、DCD、DDJ、Rj(-)、Dj(-)、相噪2022/7/2473高級(jí)抖動(dòng)測(cè)試和分析方法: 抖動(dòng)直方圖分析抖動(dòng)中的確定性抖動(dòng)抖動(dòng)中的隨機(jī)抖動(dòng)分量測(cè)試抖動(dòng)中的峰峰值查找高速電路周圍的干擾源2022/7/2474高級(jí)抖動(dòng)測(cè)試和分析方法: 抖動(dòng)頻譜分析發(fā)現(xiàn)抖動(dòng)中的確定性抖動(dòng)定位確定性抖動(dòng)的頻率范圍查找高速電路周圍的干擾源減小確定性抖動(dòng)2022/7/2475高級(jí)抖動(dòng)測(cè)試和分析方法: 抖動(dòng)變化時(shí)間趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)抖動(dòng)中的確定性抖動(dòng)定位確定性抖動(dòng)的頻率范圍查找高速電路周圍的干

37、擾源2022/7/2476100 sec102 sec誤碼率評(píng)估106 sec2022/7/2477誤碼率評(píng)估BER 10-12BER = 10-122022/7/2478思考題A,B眼圖分別含有哪些抖動(dòng)分量？通過眼圖看出哪一個(gè)系統(tǒng)可靠？2022/7/2479思考題Period Jitter和Periodic Jitter是一個(gè)概念嗎？測(cè)試下面高速信號(hào)的眼圖和抖動(dòng)，每一個(gè)系統(tǒng)的主要抖動(dòng)分量是什么？可能由高速電路中的哪些原因產(chǎn)生？2022/7/2480典型的抖動(dòng)測(cè)試工具抖動(dòng)測(cè)試工具實(shí)時(shí)示波器采樣示波器時(shí)間間隔分析儀BERT頻譜儀信號(hào)源分析儀抖動(dòng)分離工具RT 實(shí)時(shí)示波器采樣示波器時(shí)間間隔分析儀BE

38、RT2022/7/2481典型的抖動(dòng)測(cè)試工具：實(shí)時(shí)示波器優(yōu)點(diǎn)測(cè)試范圍廣測(cè)量所有的抖動(dòng)參數(shù)信號(hào)連接方便，無需外部時(shí)鐘測(cè)試速度快抖動(dòng)分離能夠通過抖動(dòng)估算系統(tǒng)誤碼率支持實(shí)時(shí)波形顯示和調(diào)試功能支持豐富的抖動(dòng)分析和抖動(dòng)圖形顯示缺點(diǎn)不能實(shí)際測(cè)試誤碼率帶寬限制視頻演示2022/7/2482典型的抖動(dòng)測(cè)試工具：采樣示波器優(yōu)點(diǎn)帶寬高抖動(dòng)和噪聲極低支持TDR高速互連測(cè)試支持超過5Gbps的信號(hào)抖動(dòng)測(cè)試能夠同時(shí)分析抖動(dòng)和噪聲缺點(diǎn)需要外時(shí)鐘信號(hào)連接限制不能連續(xù)采集實(shí)時(shí)波形DJ限制估算誤碼率2022/7/2483典型的抖動(dòng)測(cè)試工具：實(shí)時(shí)頻譜儀/信號(hào)源分析儀優(yōu)點(diǎn)帶寬高動(dòng)態(tài)范圍大抖動(dòng)和噪聲極低支持測(cè)試相位噪聲等射頻參數(shù)缺點(diǎn)

39、只能測(cè)試時(shí)鐘信號(hào)連接限制不能連續(xù)采集實(shí)時(shí)波形僅能進(jìn)行簡(jiǎn)單抖動(dòng)分析無法實(shí)時(shí)顯示波形無法估算誤碼率2022/7/2484典型的抖動(dòng)測(cè)試工具：BERT優(yōu)點(diǎn)測(cè)試誤碼率系統(tǒng)級(jí)的工具直接測(cè)試高速鏈路和接受端性能缺點(diǎn)測(cè)試時(shí)間過長(zhǎng)抖動(dòng)分析功能弱信號(hào)連接限制不能連續(xù)采集實(shí)時(shí)波形無法實(shí)時(shí)顯示波形需要外部時(shí)鐘價(jià)格昂貴，功能單一2022/7/2485參考文獻(xiàn)T11組織高速信號(hào)完整性測(cè)試的權(quán)威組織為INCITS提供抖動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試技術(shù)探討最前沿的抖動(dòng)測(cè)試技術(shù)提供最權(quán)威的抖動(dòng)測(cè)試比較和推薦涵蓋高速信號(hào)完整性測(cè)試2022/7/2486高級(jí)抖動(dòng)測(cè)試和分析總結(jié)理解抖動(dòng)測(cè)量和分離抖動(dòng)分析抖動(dòng)的根源減小抖動(dòng)設(shè)計(jì)可靠的高速數(shù)字系統(tǒng)20

40、22/7/2487茶歇思考題什么儀器能夠測(cè)試一個(gè)高穩(wěn)的時(shí)鐘的相位噪聲？哪種儀器測(cè)試結(jié)果更精確？影響示波器測(cè)試抖動(dòng)精度的關(guān)鍵因素有哪些？示波器單次采樣率最快只有50GS/s, 即20ps的采樣間隔，怎能測(cè)試出1ps的抖動(dòng)?2022/7/2488內(nèi)容信號(hào)完整性測(cè)試內(nèi)容高速電路常見測(cè)試問題和調(diào)試技巧衡量高速信號(hào)質(zhì)量的重要手段和方法：眼圖和抖動(dòng)測(cè)試與分析高速互連的阻抗測(cè)試與分析TDR阻抗測(cè)試原理阻抗計(jì)算方法阻抗不連續(xù)點(diǎn)位置的計(jì)算方法TDR測(cè)試的幾個(gè)注意事項(xiàng)TDR功能的延續(xù)案例分析常用測(cè)試設(shè)備和選擇的方法2022/7/2489阻抗測(cè)試和信號(hào)完整性問題計(jì)算機(jī)、通信系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等領(lǐng)域的數(shù)字系統(tǒng)開

41、發(fā)人員正面臨著越來越快的時(shí)鐘頻率和數(shù)據(jù)速率，隨之，信號(hào)完整性變得越來越重要。在當(dāng)前的高工作速率下，影響信號(hào)上升時(shí)間、脈寬、時(shí)序、抖動(dòng)或噪聲內(nèi)容的任何事物都會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的性能和可靠性。為保證信號(hào)完整性，必須了解和控制信號(hào)經(jīng)過的傳輸環(huán)境的阻抗。阻抗不匹配和不連續(xù)會(huì)導(dǎo)致反射，增加系統(tǒng)噪聲和抖動(dòng)，在整體上降低信號(hào)的質(zhì)量。阻抗測(cè)試是當(dāng)前許多PCB、元器件規(guī)范的一部分，如USB2.0，F(xiàn)irewire（IEEE 1394），PCI Express，Infiniband，Serial ATA，XAUI等規(guī)范。業(yè)內(nèi)已經(jīng)普遍使用仿真工具設(shè)計(jì)高速電路，仿真加快了設(shè)計(jì)周期，最大限度地減少了錯(cuò)誤數(shù)量。但是仿真之后，

42、必須進(jìn)行工程驗(yàn)證來檢驗(yàn)仿真設(shè)計(jì)，這其中就包括阻抗測(cè)量。什么時(shí)候需要關(guān)心阻抗測(cè)試？（信號(hào)完整性測(cè)試？）當(dāng)上升時(shí)間和信號(hào)傳輸時(shí)間可比時(shí)，必須考慮阻抗問題2022/7/2490IPC規(guī)范了阻抗、差分阻抗的測(cè)試方法測(cè)試PCB、Cable、Connector等互連環(huán)境的特性阻抗的最常用的方法是使用時(shí)域反射計(jì)TDR。PCB 的阻抗測(cè)試規(guī)范由IPC.org (美國(guó)電子電路和電子互連行業(yè)協(xié)會(huì))制訂，可以在網(wǎng)站上免費(fèi)下載：/4.0_Knowledge/4.1_Standards/test/.pdf，下面就基于TDR規(guī)范介紹阻抗、差分阻抗測(cè)試方法，精確測(cè)量的校準(zhǔn)方法，TDR的應(yīng)用等內(nèi)容。2022/7/2491TD

43、R時(shí)域反射的原理TDR = Time Domain Reflectometry 時(shí)域反射計(jì)原理：當(dāng)傳輸路徑中發(fā)生阻抗變化, 部分能量會(huì)被反射, 剩余的能量會(huì)繼續(xù)傳輸。只要知道發(fā)射波的幅度及測(cè)量反射波的幅度，就可以計(jì)算阻抗的變化。同時(shí)只要測(cè)量由發(fā)射到反射波再到達(dá)發(fā)射點(diǎn)的時(shí)間差就可以計(jì)算阻抗變化的位置。2022/7/2492TDR基礎(chǔ)：儀器產(chǎn)生階躍信號(hào)TDR基于一簡(jiǎn)單的概念：當(dāng)能量沿著媒介傳播時(shí)，遇到阻抗變化，就會(huì)有一部分能量反射回來，反射回的能量、注入到媒介的能量與阻抗的變化有理論上的數(shù)學(xué)關(guān)系。因而TDR測(cè)量阻抗的過程是：先向傳輸線發(fā)送一個(gè)上升時(shí)間很快的階躍信號(hào)，階躍信號(hào)將沿著傳輸線傳輸：202

44、2/7/2493TDR基礎(chǔ)：阻抗變化傳輸線中的阻抗變化將導(dǎo)致傳播階躍的幅度變化2022/7/2494TDR基礎(chǔ)：發(fā)射信號(hào)、反射信號(hào)和示波器監(jiān)測(cè)阻抗變化導(dǎo)致某些能量反射回到來源，其余能量仍將傳輸。使用示波器監(jiān)測(cè)階躍源輸入點(diǎn)上的傳輸線信號(hào),示波器波形將以適當(dāng)?shù)臅r(shí)間順序顯示入射和反射傳播信號(hào)總和。2022/7/2495內(nèi)容信號(hào)完整性測(cè)試內(nèi)容高速電路常見測(cè)試問題和調(diào)試技巧衡量高速信號(hào)質(zhì)量的重要手段和方法：眼圖和抖動(dòng)測(cè)試與分析高速互連的阻抗測(cè)試與分析TDR阻抗測(cè)試原理阻抗計(jì)算方法阻抗不連續(xù)點(diǎn)位置的計(jì)算方法TDR測(cè)試的幾個(gè)注意事項(xiàng)TDR功能的延續(xù)案例分析常用測(cè)試設(shè)備和選擇的方法2022/7/2496TDR測(cè)試儀器結(jié)構(gòu)2022/7/2497幾種典型的負(fù)載2022/7/2498幾種典型的負(fù)載2022/7/2499幾種典型的負(fù)載2022/7/24100計(jì)算阻抗變化因?yàn)槿肷涞碾A躍脈沖的幅度是已知的，所以只要測(cè)量反射階躍脈沖的幅度，就可以找出反射系數(shù)， 若儀器的輸出阻抗是已知的，就可以計(jì)算反射點(diǎn)的阻抗值了。2022/7/24101vt 趨勢(shì)圖v t趨勢(shì)圖：將反射系數(shù)隨階躍脈沖被發(fā)出后在時(shí)間軸上的變化趨勢(shì)描繪出來。2022/7/24102t 趨勢(shì)圖t趨勢(shì)圖：將反射系數(shù)隨階躍脈沖被發(fā)出后在時(shí)間軸上的變化趨勢(shì)描繪出來。2022/7/24103zt 趨勢(shì)圖z t趨勢(shì)圖：將阻抗值隨階躍脈沖被發(fā)出后在時(shí)間軸上的