信号完整性测试2

2013-8-18
CDR对眼图和抖动测试的影响
时钟恢复单元：CRU
– 当需要测试一个高速串行信号眼图时，需要一个时钟恢复单元，从被测信号 中恢复出时钟用于触发 – 事实上，一个真实的高速器件内部就有一个时钟恢复单元

CRU的要求
– 内置Golden-PLL，跟随信号的变化并解出时钟 – 内置针对于信号抖动的低通滤波器 – 内置抖动滤波器的带宽为被测数据率的1/1667 – 内置抖动滤波器的滚降特性满足-20dB/Dec
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眼图模板（MASK）的定义
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为什么要测试眼图
眼图是高速信号质量的最直接反映 眼图的好坏和信号传输的误码率相关 眼图是信号测试分析的最常用手段 MASK 可以直接反映您设计的系统是否“PASS”
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眼睛张开是否就表示信号传输没有问题？
6.25Gb/s at 17in (43cm) of backplane
6.25Gb/s after 34in (86cm) of backplane
Tx
+ + - -
path
+ -
Small differences in levels being measured
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眼图和信号传输质量
(between clock triggers the sampled DATA could be either a logical 1 or 0)
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时钟恢复CDR的功能
Differential serial data is sent without any clock signal across the interconnect to the receiver
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抖动的定义
What is jitter?
–“the deviation of an edge from where it should be”
抖动的表示方法
–时间(Jpp=100ps) –归一化UI (2.5Gbps datarate, Jpp=0.25UI) –弧度（Jpp=.25UI*2Pi=Pi/2 radians）
Networks”
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抖动 vs 相位 vs 频率
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为何抖动是问题?
在同步系统如SDH, 传输时钟的抖动影响子系统的同步, 过大的抖动直接造成误码, 或减低了 信号的消光比ER (等同电信号的信噪比SNR)。所以ITU-T, Bellcore, ANSI都制定模板Mask 来检定眼图是否拥有过大的抖动，以及测量传输时钟的抖动漂移。 传统的并行式数据通信，即多通道数据与时钟分别传送，往往因为PCB阻抗不匹配，传输路 径不一致而产生建立与保持时间违反。当速度增加的时候，准确控制传输时延显得异常的困 难，今天新颖的数据通信都已经是串行了， 不单只使用一对差分线来传送数据，以减低信 号EMI的干扰，更往往将时钟嵌入在数据中， 而接收端则使用CDR从数据中恢复时钟出来 。 所以，若数据的抖动过大，频率过高，接收端的CDR将无法恢复时钟而导致误码。 所以 需要控制系统的时钟与输出的数据抖动。 抖动直接减小了逻辑数字系统的建立保持时间的余量， 严重的影响逻辑运作。 有些情况，尤其以计算机行业应用为多（因不能有足够的空间进行EMI控制），使用一低频 信号调制其高速时钟，在频谱上的效果是使其能量被扩散， 从而减小EMI干扰。在时域上效 果是时钟的周期性抖动，其抖动波形正是调制信号。
抖动的基本术语
传统的测试方法 抖动的高级术语
高级抖动测试和分析方法
通过抖动分析定位电路故障根源
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眼图定义
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眼图的形成
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眼图的形成
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眼图反映了什么
6.25Gb/s at Tx launch into backplane
–4Extinction Ratio = PTopmean /PBasemean –4Quality Factor = (PTopmeanPBasemean)/(PTopsigma+PBasesigma) –OMA (Optical Modulation Amplitude)=PTop-Pbase
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PCI-E信号完整性分析方法
–眼图分析，抖动分析，误码分析
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茶歇和Q/A
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高速电路信号完整性测试，调试和验证
高速眼图和抖动测试与分析
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内容
什么是眼图 眼图测试和分析的重要性 眼图测试和分析方法 眼图测试和分析对测试设备的要求 常见眼图反应的信号问题 抖动的定义
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眼图测试分类：等效眼图的生成
voltage Data
Mask test
Eye 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 frequently
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眼图测试分类：实时采样眼图
One trigger can initiate the real-time sampling of the entire record length Minimum time between real-time sampled points is determined by the fastest sample rate the realtime scope is capable of. 40GSamples/sec results in 25ps between sampled points.**
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抖动 ABC – 抖动 vs 漂移
快过10Hz的偏离为 : 抖动 Jitter 慢过10Hz的偏离为: 漂移 Wander
参考: ITU-T Recommendation G.810 (08/96) “Definitions and Terminology for Synchronization
time
Clock
Precision variable delay
A clock trigger can be usersupplied or recovered from the data to trigger the equivalent time sampler

When a clock signal is used to trigger the equivalent-time 8200 scope the sampled DATA signals generally create EYE PATTERNS
更大的眼睛意味着更多的信号幅度和 时间的余量 更大的眼睛系统可靠性更好 眼图过窄意味着信号的抖动过大，误 码率上升 眼图中心点
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眼图参数
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眼图测试项目
Jitter RMS = TCross1sigma Jitter Pk-Pk = TCross1pk-pk Eye Height = (PTopmean-3*PTopsigma)(PBasemean+3*PBasesigma) Eye Width = (TCross2mean-3*TCross2sigma)(TCross1mean+3*TCross1sigma) Crossing Percent, Duty Cycle Distortion, Noisepk-pk, NoiseRMS, SNR 高速光眼图测试中的项目
voltage
Data
time

A realtime scope does not require a separate signal to trigger: the signal under test can act as the trigger for initiating fast real-time sampling to acquire a waveform.
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如何得到张开的眼图
走线长度
– 短走线并非始终能够满足.短走线意 味低损耗.

走线宽度
– 宽走线可以降低趋肤效应.
减小板材的介电常数
– 即降低介电损耗(Dielectric Loss), 但将通过对跳变位预加重(Pre-Emphasis) 处理补偿线路上因信号跳变产生的 针对高频分量的损耗，需要器件支 持。
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眼图测试的时钟选择
采样示波器的CLK选择
–用户DUT提供的时钟作为外触发 –直接从数据中恢复时钟（需要硬件时钟恢复CDR）
实时示波器的时钟选择
–不需附加时钟作为触发信号，通过内嵌软件CDR恢复软件时钟，生 成眼图
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思考题
–对于一个1.25G的并行LVDS信号，如何测试眼图？ –对于下图中的5Gbps串行信号，如何测试眼图，哪一类仪器合适？ –在高速电路设计中，如何获得张开的眼图？
Tx
+ + - -
path
+ + -
Rcv
CDR DATA