抖动与眼图的测试与分析
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抖动可以定义为 “一个信号在跳变时，相对其理想时间位置的偏移量”
参考时钟 (理想的时间位置) 抖动的时钟 (跳变时会偏移) 时间偏移量
抖动量
11
2007-8-23
Zhao Kai
抖动的分类
时钟抖动： period jitter，cycle-cycle jitter，N-cycle jitter，long-term jitter等 并行总线中数据与时钟相关的抖动： setup-hold time jitter等 高速串行数据的抖动测试：TIE（time interval error）等
14
2007-8-23
Zhao Kai
Tj：Total Jitter
Total Jitter
– 评估大量数据时的抖动：例如 1012 bits
15
2007-8-23
Zhao Kai
随机抖动 抖动 ABC – 随机抖动
8 随机抖动的统计分布是正态高斯分布 8 直方图 (有限的采样数) ↔ 概率密度函数呈现高斯分布 有限的采样数) 数学的模型) (数学的模型) 8 因为随机抖动是高斯分布，所以是无边际的。按理论，随 因为随机抖动是高斯分布，所以是无边际的。按理论， 机抖动的峰峰值随测量时间变长而增加。 机抖动的峰峰值随测量时间变长而增加。
8 例子 工业标准如 例子: 工业标准如Fiber Channel, Gigabit Ethernet等使用 等使用K28.5码型组来测试 码型组来测试Rj 等使用 码型组来测试
与Dj:
8 K28.5是这样的 8B = 101 11100 (十进制 28 = 二进制 11100 ;十进制 5 =二进制 101) 是这样的: 是这样的 十进制 十进制 二进制 8 8B 编码至10B: 编码至
Tx Tx Tx Tx
+ -
+ -
+ -
+ -
+ + Rcv + + Rcv + + Rcv - + + -Rcv- - -
8
2007-8-23
Zhao Kai
高速串行总线－设计者要更加精确的掌控设计
6.25Gb/s at Tx launch into backplane 6.25Gb/s at 17in (43cm) of backplane 6.25Gb/s after 34in (86cm) of backplane
Chip Set
PCI Express 8x
DDR333/DDR-II FB-DIMM
InfiniBand, FC, 10GbE
South
PCI-32 PCI Express 1x, 2x, 4x
Inter-chip, Slot, and Cable Interconnects. Inter-chip, Slot, and Cable Interconnects.
7 2007-8-23 Zhao Kai
高速串行总线－串扰
Serial data can be a single differential signal…
Tx
+ + - -
path
+ + -
Rcv
…but generally there are multiple “lanes” of serial data running side by side; these can CROSSTALK with each other.
峰峰值是多小？ 峰峰值是多小？
−σ −6σ +σ +6σ
-∞ ∞
16 2007-8-23 Zhao Kai
+∞ ∞
随机抖动 抖动 ABC – 随机抖动
8 所以随机抖动的峰峰值必须伴同误码率 所以随机抖动的峰峰值必须伴同误码率BER表示出来 表示出来 8 RjRMS = 概率密度函数（pdf）的标准偏差： σ 概率密度函数（ ）的标准偏差： 8 Rjpk-pk = N * σ , 按不同的 按不同的BER，N不同 ， 不同
抖动与眼图的测试与分析
The New Serial Data Computer Architecture
Storage
ATA, SerATA
CPU
FSB
Peripheral
CPU
USB2.0, 1394B
Graphics Fabric Fabric
AGP-8X PCI Express 16x PCI-X PCI Express
12
2007-8-23
Zhao Kai
Jitter Measurement Summary
参考时钟 (理想的时间位置)
抖动的时钟 (跳变时会偏移)
13
2007-8-23
Zhao Kai
TIE抖动的分类
What about Tj/Rj/Dj?
– Tj = Total Jitter in a signal（总体抖动） – Rj = random jitter in a signal（随机抖动） – Dj = deterministic jitter in a signal（固有抖动或者确定性抖动） Periodic Jitter（周期性抖动） Data Dependent Jitter (ISI)（数据相关性抖动） Duty Cycle Jitter（占空比失真抖动）
Tx
+ + - -
path
+ + -
Rcv
Tx
+ + - -
path
+ + - path
+ + - -
path
+ + -
Rcv
Tx
+ + - -
path
+ + - path
+ + - -
path
+ + -
Rcv
Transition points often involve combinations of solder joints, circuit board vias, and connectors: these all can have substantial effect on the total link performance.
BER = 10-9, N =12 BER = 10-12 , N =14
17
2007-8-23
Zhao Kai
确定性抖动 抖动 ABC – 确定性抖动
8 确定性抖动不是高斯分布，通常是有边际的。 确定性抖动不是高斯分布，通常是有边际的。 8 确定性抖动的 确定性抖动的PDF函数呈现离散分布。 函数呈现离散分布。 函数呈现离散分布
Peak-to-Peak
Sinusoidal
19
2007-8-23
Zhao Kai
空比失真DCD 抖动 ABC – 占空比失真
8 不对称的上升边沿速率与下降边沿速率
8 不适当的判决门限选择
20
2007-8-23
Zhao Kai
抖动 ABC – 码间干扰
8 ISI又称为 又称为DDj数据相关抖动或 数据相关抖动或PDj码型相关抖动 又称为 数据相关抖动或 码型相关抖动 8 因为有限的带宽限制
2 2007-8-23 Zhao Kai
串行传输的原理
3
2007-8-23
Zhao Kai
eSerial: Clockless Signal includes both data
and clock
Differential serial data is sent without any clock signal across the interconnect to the receiver
Tx
+ + - -
path
+ + -
Rcv
Fast, sharp, edges at transmitter launch Smeared edges at end of long interconnect.
Reference Maxim Note HFDN-27.0 (Rev. 0, 09/03)
2007-8-23
Zhao Kai
串行总线: Basic blocks
Transmitters
Tx
+ -
Differential Transmitter
Interconnects (paths)
+ path
+ -
+ path
+ -
+ -
path
+ -
Dual-coax differential cable
Twisted-pair differential cable
Coupled-pair traces on circuit board (backplanes)
Receivers
+ -
Rcv
Differential Receiver
Biblioteka Baidu
5
2007-8-23
Zhao Kai
高速串行总线－数据传输过程中干扰因素增多
6
2007-8-23
Zhao Kai
高速串行总线－损耗 速率越高互连距离越长,损耗越大
Clean, open, logical 1 & 0 at launch from transmitter Logical 1 & 0 can be hard to distinguish at end of long interconnects; (this is often called a “closed eye”)
Dj
Peak-to-Peak
18
2007-8-23
Zhao Kai
周期性抖动 抖动Periodic Jitter 抖动 ABC – 周期性抖动
8 TIE vs. time 时间间距误差随时间的变化是重复的，周期性波形 时间间距误差随时间的变化是重复的， 8 效果等同于频率调制 效果等同于频率调制FM 8 可能的抖动源 电源的 可能的抖动源– 电源的EMI干扰与扩频时钟 干扰与扩频时钟SSC的调制信号 干扰与扩频时钟 的调制信号
Tx
+ + - -
path
+ + -
Rcv
CDR DATA
DATA CLOCK
A clock is “recovered” from the incoming data at the receiver through a clock and data recovery circuit (CDR).
4
8 驱动器 Driver 8 对比器 对比器Comparator 8 PCB线路与电缆的衰减与损耗 线路与电缆的衰减与损耗
对经常切换的“1,0,1,0,…” 的高频信号，衰减比连续的 的高频信号，衰减比连续的“1,1,1,1,0,0,0,0,…”的低频信号 对经常切换的 的低频信号 要来得厉害。所以长的连续不变码到达更高的电平， 要来得厉害。所以长的连续不变码到达更高的电平，在跳变时需要更多的时间才能到 达门限电平，导致信号抖动。因为这个抖动的幅度与码型相关， 达门限电平，导致信号抖动。因为这个抖动的幅度与码型相关，所以又称码型相关抖 动。 8 因为阻抗不匹配导致信号发射。被发射的信号叠加在原由的信号导致幅度增加而最终 因为阻抗不匹配导致信号发射。 使转换电平所耗费的时间更多，从而产生抖动。 使转换电平所耗费的时间更多，从而产生抖动。 不一样的电平 DDJ
23
2007-8-23
Zhao Kai
抖动浴盆曲线
T1 Tj=T1+T2
T2
24
2007-8-23
Zhao Kai
抖动的分离 抖动的分离
抖动的分离 抖动的分离
对于重复码型的抖动分离： 对于重复码型的抖动分离： 产生已知长度的重复码型, 发送至DUT, 测试其反应 测试其反应: 第一步 : 产生已知长度的重复码型 发送至
才显得有意义。 来, Tj才显得有意义。 才显得有意义
8 Pk-Pk: Tj = (N*RjRMS) + DjPK-PK , 按不同的 按不同的BER，N不同 ， 不同
for BER=10-9： Pk-Pk: Tj = DjPK-PK + 12* RjRMS for BER=10-12： Pk-Pk: Tj = DjPK-PK + 14* RjRMS
Tx
+ + - -
path
+ -
Small differences in levels being measured
9
2007-8-23
Zhao Kai
抖动测量
抖动的定义 抖动的来源 抖动的分类 抖动统计分析 TDSJitter3 V2的新功能 抖动的分离
10
2007-8-23
Zhao Kai
抖动的定义
21
2007-8-23
Zhao Kai
抖动 ABC – 无边际的总体抖动
8 究竟这个眼睛有多开 究竟这个眼睛有多开? (…这却与你观察多久有关 这却与你观察多久有关) 这却与你观察多久有关
?
22
2007-8-23
Zhao Kai
总体抖动 抖动 ABC – 总体抖动
8 因为 是无边际的 所以 也是无边际的 因为Rj是无边际的 所以Tj也是无边际的 是无边际的, 也是无边际的. 8 如Rj, Tj按测量的时间变长而增加 所以 必须伴同误码率 按测量的时间变长而增加, 必须伴同误码率BER表示出 按测量的时间变长而增加 所以Tj必须伴同误码率 表示出
参考时钟 (理想的时间位置) 抖动的时钟 (跳变时会偏移) 时间偏移量
抖动量
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2007-8-23
Zhao Kai
抖动的分类
时钟抖动： period jitter，cycle-cycle jitter，N-cycle jitter，long-term jitter等 并行总线中数据与时钟相关的抖动： setup-hold time jitter等 高速串行数据的抖动测试：TIE（time interval error）等
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Tj：Total Jitter
Total Jitter
– 评估大量数据时的抖动：例如 1012 bits
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随机抖动 抖动 ABC – 随机抖动
8 随机抖动的统计分布是正态高斯分布 8 直方图 (有限的采样数) ↔ 概率密度函数呈现高斯分布 有限的采样数) 数学的模型) (数学的模型) 8 因为随机抖动是高斯分布，所以是无边际的。按理论，随 因为随机抖动是高斯分布，所以是无边际的。按理论， 机抖动的峰峰值随测量时间变长而增加。 机抖动的峰峰值随测量时间变长而增加。
8 例子 工业标准如 例子: 工业标准如Fiber Channel, Gigabit Ethernet等使用 等使用K28.5码型组来测试 码型组来测试Rj 等使用 码型组来测试
与Dj:
8 K28.5是这样的 8B = 101 11100 (十进制 28 = 二进制 11100 ;十进制 5 =二进制 101) 是这样的: 是这样的 十进制 十进制 二进制 8 8B 编码至10B: 编码至
Tx Tx Tx Tx
+ -
+ -
+ -
+ -
+ + Rcv + + Rcv + + Rcv - + + -Rcv- - -
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2007-8-23
Zhao Kai
高速串行总线－设计者要更加精确的掌控设计
6.25Gb/s at Tx launch into backplane 6.25Gb/s at 17in (43cm) of backplane 6.25Gb/s after 34in (86cm) of backplane
Chip Set
PCI Express 8x
DDR333/DDR-II FB-DIMM
InfiniBand, FC, 10GbE
South
PCI-32 PCI Express 1x, 2x, 4x
Inter-chip, Slot, and Cable Interconnects. Inter-chip, Slot, and Cable Interconnects.
7 2007-8-23 Zhao Kai
高速串行总线－串扰
Serial data can be a single differential signal…
Tx
+ + - -
path
+ + -
Rcv
…but generally there are multiple “lanes” of serial data running side by side; these can CROSSTALK with each other.
峰峰值是多小？ 峰峰值是多小？
−σ −6σ +σ +6σ
-∞ ∞
16 2007-8-23 Zhao Kai
+∞ ∞
随机抖动 抖动 ABC – 随机抖动
8 所以随机抖动的峰峰值必须伴同误码率 所以随机抖动的峰峰值必须伴同误码率BER表示出来 表示出来 8 RjRMS = 概率密度函数（pdf）的标准偏差： σ 概率密度函数（ ）的标准偏差： 8 Rjpk-pk = N * σ , 按不同的 按不同的BER，N不同 ， 不同
抖动与眼图的测试与分析
The New Serial Data Computer Architecture
Storage
ATA, SerATA
CPU
FSB
Peripheral
CPU
USB2.0, 1394B
Graphics Fabric Fabric
AGP-8X PCI Express 16x PCI-X PCI Express
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Jitter Measurement Summary
参考时钟 (理想的时间位置)
抖动的时钟 (跳变时会偏移)
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Zhao Kai
TIE抖动的分类
What about Tj/Rj/Dj?
– Tj = Total Jitter in a signal（总体抖动） – Rj = random jitter in a signal（随机抖动） – Dj = deterministic jitter in a signal（固有抖动或者确定性抖动） Periodic Jitter（周期性抖动） Data Dependent Jitter (ISI)（数据相关性抖动） Duty Cycle Jitter（占空比失真抖动）
Tx
+ + - -
path
+ + -
Rcv
Tx
+ + - -
path
+ + - path
+ + - -
path
+ + -
Rcv
Tx
+ + - -
path
+ + - path
+ + - -
path
+ + -
Rcv
Transition points often involve combinations of solder joints, circuit board vias, and connectors: these all can have substantial effect on the total link performance.
BER = 10-9, N =12 BER = 10-12 , N =14
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确定性抖动 抖动 ABC – 确定性抖动
8 确定性抖动不是高斯分布，通常是有边际的。 确定性抖动不是高斯分布，通常是有边际的。 8 确定性抖动的 确定性抖动的PDF函数呈现离散分布。 函数呈现离散分布。 函数呈现离散分布
Peak-to-Peak
Sinusoidal
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空比失真DCD 抖动 ABC – 占空比失真
8 不对称的上升边沿速率与下降边沿速率
8 不适当的判决门限选择
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2007-8-23
Zhao Kai
抖动 ABC – 码间干扰
8 ISI又称为 又称为DDj数据相关抖动或 数据相关抖动或PDj码型相关抖动 又称为 数据相关抖动或 码型相关抖动 8 因为有限的带宽限制
2 2007-8-23 Zhao Kai
串行传输的原理
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2007-8-23
Zhao Kai
eSerial: Clockless Signal includes both data
and clock
Differential serial data is sent without any clock signal across the interconnect to the receiver
Tx
+ + - -
path
+ + -
Rcv
Fast, sharp, edges at transmitter launch Smeared edges at end of long interconnect.
Reference Maxim Note HFDN-27.0 (Rev. 0, 09/03)
2007-8-23
Zhao Kai
串行总线: Basic blocks
Transmitters
Tx
+ -
Differential Transmitter
Interconnects (paths)
+ path
+ -
+ path
+ -
+ -
path
+ -
Dual-coax differential cable
Twisted-pair differential cable
Coupled-pair traces on circuit board (backplanes)
Receivers
+ -
Rcv
Differential Receiver
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高速串行总线－数据传输过程中干扰因素增多
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高速串行总线－损耗 速率越高互连距离越长,损耗越大
Clean, open, logical 1 & 0 at launch from transmitter Logical 1 & 0 can be hard to distinguish at end of long interconnects; (this is often called a “closed eye”)
Dj
Peak-to-Peak
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周期性抖动 抖动Periodic Jitter 抖动 ABC – 周期性抖动
8 TIE vs. time 时间间距误差随时间的变化是重复的，周期性波形 时间间距误差随时间的变化是重复的， 8 效果等同于频率调制 效果等同于频率调制FM 8 可能的抖动源 电源的 可能的抖动源– 电源的EMI干扰与扩频时钟 干扰与扩频时钟SSC的调制信号 干扰与扩频时钟 的调制信号
Tx
+ + - -
path
+ + -
Rcv
CDR DATA
DATA CLOCK
A clock is “recovered” from the incoming data at the receiver through a clock and data recovery circuit (CDR).
4
8 驱动器 Driver 8 对比器 对比器Comparator 8 PCB线路与电缆的衰减与损耗 线路与电缆的衰减与损耗
对经常切换的“1,0,1,0,…” 的高频信号，衰减比连续的 的高频信号，衰减比连续的“1,1,1,1,0,0,0,0,…”的低频信号 对经常切换的 的低频信号 要来得厉害。所以长的连续不变码到达更高的电平， 要来得厉害。所以长的连续不变码到达更高的电平，在跳变时需要更多的时间才能到 达门限电平，导致信号抖动。因为这个抖动的幅度与码型相关， 达门限电平，导致信号抖动。因为这个抖动的幅度与码型相关，所以又称码型相关抖 动。 8 因为阻抗不匹配导致信号发射。被发射的信号叠加在原由的信号导致幅度增加而最终 因为阻抗不匹配导致信号发射。 使转换电平所耗费的时间更多，从而产生抖动。 使转换电平所耗费的时间更多，从而产生抖动。 不一样的电平 DDJ
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抖动浴盆曲线
T1 Tj=T1+T2
T2
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Zhao Kai
抖动的分离 抖动的分离
抖动的分离 抖动的分离
对于重复码型的抖动分离： 对于重复码型的抖动分离： 产生已知长度的重复码型, 发送至DUT, 测试其反应 测试其反应: 第一步 : 产生已知长度的重复码型 发送至
才显得有意义。 来, Tj才显得有意义。 才显得有意义
8 Pk-Pk: Tj = (N*RjRMS) + DjPK-PK , 按不同的 按不同的BER，N不同 ， 不同
for BER=10-9： Pk-Pk: Tj = DjPK-PK + 12* RjRMS for BER=10-12： Pk-Pk: Tj = DjPK-PK + 14* RjRMS
Tx
+ + - -
path
+ -
Small differences in levels being measured
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抖动测量
抖动的定义 抖动的来源 抖动的分类 抖动统计分析 TDSJitter3 V2的新功能 抖动的分离
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抖动的定义
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抖动 ABC – 无边际的总体抖动
8 究竟这个眼睛有多开 究竟这个眼睛有多开? (…这却与你观察多久有关 这却与你观察多久有关) 这却与你观察多久有关
?
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总体抖动 抖动 ABC – 总体抖动
8 因为 是无边际的 所以 也是无边际的 因为Rj是无边际的 所以Tj也是无边际的 是无边际的, 也是无边际的. 8 如Rj, Tj按测量的时间变长而增加 所以 必须伴同误码率 按测量的时间变长而增加, 必须伴同误码率BER表示出 按测量的时间变长而增加 所以Tj必须伴同误码率 表示出