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示波器測(cè)量確定性抖動(dòng)

準(zhǔn)確的抖動(dòng)測(cè)量對(duì)網(wǎng)絡(luò)和光通路元件來(lái)說(shuō)是一個(gè)挑戰(zhàn).抖動(dòng)可以分成兩類,即隨機(jī)性(無(wú)界限)抖動(dòng)和確定性(有界限)抖動(dòng).確定性抖動(dòng)(DJ)包括在受控條件下能夠重現(xiàn)的所有抖動(dòng),可以再細(xì)分為周期抖動(dòng)，脈寬失真，測(cè)試序列模板造成的抖動(dòng)。和有限無(wú)關(guān)聯(lián)抖動(dòng)。

產(chǎn)生確定性抖動(dòng)主要原因有：

基準(zhǔn)的電平模糊.由于系統(tǒng)低頻截止點(diǎn)引起,它正常會(huì)在長(zhǎng)串連續(xù)同樣數(shù)字附近產(chǎn)生抖動(dòng). 系統(tǒng)帶寬不足.這會(huì)阻止某些脈沖達(dá)到穩(wěn)態(tài)水平,在分隔的脈沖(如..010..或..101..數(shù)據(jù)序列)上引起抖動(dòng). 放大器偏置.可在每次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)引起脈寬變形. 非線性放大器效應(yīng).它會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)測(cè)的抖動(dòng)影響,經(jīng)常在長(zhǎng)串CID之后引起抖動(dòng). 電源噪聲和串?dāng)_.會(huì)產(chǎn)生與數(shù)據(jù)輸入無(wú)關(guān)的抖動(dòng)(有時(shí)稱作有限無(wú)關(guān)聯(lián)抖動(dòng)). 
光纖通訊系統(tǒng)中,抖動(dòng)會(huì)在每個(gè)元件上累積.在接收端,時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路(CDR)分析數(shù)據(jù)并分解出串行速率時(shí)鐘,CDR上的抖動(dòng)表現(xiàn)為時(shí)鐘速率小頻率變化.緩慢的變化(小頻率抖動(dòng))很容易跟蹤,而快速變化(高頻抖動(dòng))則不那么容易.如果接收端有太多高頻抖動(dòng),時(shí)鐘就不能分解出來(lái),于是在數(shù)據(jù)通信中出現(xiàn)大量錯(cuò)誤. 

抖動(dòng)的測(cè)量 ：

用示波器測(cè)量確定性抖動(dòng)通常有3種方法,分別是眼圖法、平均眼圖法和平均交叉測(cè)量法.

使用眼圖法時(shí),示波器將同時(shí)顯示多個(gè)交叉的波形,可以迅速看到整體抖動(dòng)情況(確定性抖動(dòng)和隨機(jī)性抖動(dòng)結(jié)合在一起).眼圖法的主要優(yōu)點(diǎn)是速度快和設(shè)置方便,

如果被測(cè)器件含有時(shí)間再生電路(時(shí)鐘恢復(fù)或再定時(shí)器),應(yīng)采用好的鎖相環(huán)來(lái)恢復(fù)示波器觸發(fā)時(shí)鐘,該鎖相環(huán)是針對(duì)特定協(xié)議的.另外如果被測(cè)器件內(nèi)有光學(xué)元件,還需要增加適當(dāng)?shù)墓庾儞Q器(光-電或電-光轉(zhuǎn)換器).必要時(shí)可假設(shè)光轉(zhuǎn)換器或鎖相環(huán)已包含在測(cè)試設(shè)備里. 

有些示波器提供的平均模式能去除眼圖中的隨機(jī)性抖動(dòng),這種模式與基本眼圖相比性和可重復(fù)性都更高,但與觸發(fā)有關(guān)的問(wèn)題同樣存在. 

平均交叉測(cè)量法在K28.5序列上能準(zhǔn)確測(cè)量確定性抖動(dòng)的大部分來(lái)源,其步驟如下： 
1．在示波器屏幕上顯示整個(gè)K28.5序列. 
2．計(jì)算屏幕上每次轉(zhuǎn)換的預(yù)期交叉時(shí)間(是單位時(shí)間間隔,但應(yīng)跳過(guò)沒(méi)有轉(zhuǎn)換的單位時(shí)間間隔). 
3．反復(fù)進(jìn)行平均運(yùn)算. 
4．把交叉制成表格并計(jì)算抖動(dòng),重復(fù)K28.5序列(001111101011000001010)有10個(gè)交叉. 
5．保證信號(hào)填滿垂直平面的至少2/3,這樣可使示波器的數(shù)字化性能*. 
6．示波器主要位置設(shè)定盡可能小(使延遲離開(kāi)觸發(fā),顯示盡可能短以減少觸發(fā)抖動(dòng)). 
7．使用zui大水平分辨率(多個(gè)水平點(diǎn)). 
8．反復(fù)進(jìn)行平均(平均64到1,000次)以減少隨機(jī)性抖動(dòng). 

注意周期性抖動(dòng)和有限無(wú)關(guān)聯(lián)抖動(dòng)不能用已平均的示波器波形來(lái)捕捉,應(yīng)采用其它方法測(cè)量,如果能安全假設(shè)被測(cè)器件不會(huì)產(chǎn)生大量這類抖動(dòng),那就可用平均交叉測(cè)量. 

對(duì)于使用擾頻器的系統(tǒng),該技術(shù)則太過(guò)困難用不能使用,因?yàn)檫@類系統(tǒng)的測(cè)試序列一般都很長(zhǎng).例如通常用于測(cè)試擾頻數(shù)據(jù)系統(tǒng)的223-1偽隨機(jī)二進(jìn)制序列長(zhǎng)度超過(guò)800萬(wàn)比特,對(duì)如此長(zhǎng)的圖形進(jìn)行平均交叉測(cè)量很慢,而且也不準(zhǔn)確. 

抖動(dòng)余量考慮 
為防止上面所說(shuō)的這種情況出現(xiàn),系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮采用抖動(dòng)余量.注意確定性抖動(dòng)是線性增加的(在zui壞情況下所有抖動(dòng)源都加在一起),而隨機(jī)性抖動(dòng)則以幾何倍數(shù)增加(平方和再開(kāi)方),這里假設(shè)引起隨機(jī)性抖動(dòng)的噪聲源是獨(dú)立無(wú)關(guān)的.將抖動(dòng)元件分開(kāi)會(huì)使每個(gè)元件產(chǎn)生的抖動(dòng)更加隨機(jī),這有幾個(gè)好處,包括鏈接距離更長(zhǎng)及元件成本更低. 

應(yīng)注意的是,確定性抖動(dòng)測(cè)量誤差總是使元件確定性抖動(dòng)顯得更大,而且是直接從余量中減去,隨機(jī)性抖動(dòng)測(cè)量誤差沒(méi)有這么嚴(yán)重,所以更需要準(zhǔn)確測(cè)量確定性抖動(dòng). 

測(cè)量確定性抖動(dòng)需要知道一個(gè)數(shù)據(jù)模板序列.K28.5是測(cè)量光纖通道和工作在1Gb/s到3.125Gb/s以太網(wǎng)系統(tǒng)抖動(dòng)通常的序列模板,該序列是8B/10B譯碼表中的一個(gè)特殊字符,經(jīng)常表示一幀的開(kāi)始或結(jié)束.重復(fù)的K28.5序列(輪流由K28.5+和K28.5-構(gòu)成)含有數(shù)據(jù)串0011111010110000010,它有五個(gè)連續(xù)的1和五個(gè)連續(xù)的0(8B/10B譯碼數(shù)據(jù)中zui長(zhǎng)連續(xù)同樣數(shù)字),它還含有分開(kāi)的1-010和0-101. 

重復(fù)的K28.5序列可用于測(cè)量因基準(zhǔn)電平模糊、低帶寬和偏置引起的確定性抖動(dòng),其它序列更適合于測(cè)量非線性影響引起的抖動(dòng).