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10G光网络信号抖动测量鉴定分析

2010-10-14 12:04
龙凰
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  由于不断追求更高性能,有效数据窗的单位间隔(UI)继续缩短。速率为1Gbps时,UI为1000 ps;5Gbps缩短为200ps;10Gbps则为100ps。对于100ps的有效数据窗,在系统没有连贯而可靠地发送和接收数据之前,只能容忍很小的Tj (总抖动)。以上述速度传输时,Tj结果需远小于100ps,而Rj (随机抖动)更是以飞秒(fs)为单位。有什么技术和工具能用来检定这些飞秒系统呢?

  基本上,随着速度的提升,高速I/O设计遭遇到较以往更大的挑战。很多最新标准要求物理层的比特误码率为10–12。然而,随着UI逐渐缩小,要想保持这个数量级的误码率也越来越难。最终,这就意味着设备级抖动要继续缩短。例如,5Gbps的SuperSpeed USB 3.0规定Rj为2.42ps RMS;10Gbps的SFP规定Tj为28ps,Rj为1ps左右。

  定时分析

  所有采用电压变换来体现定时情况的电气系统,都伴有讨厌的定时抖动。当信号速率不断提高、电压摆动缩小以降低功耗时,系统的抖动在信号发送间隔占到相当大的比重。这种情况下,抖动成为基本的性能限制。是否具有抖动检定能力,对成功运用符合性能要求的高速第三代(Gen 3)系统至关重要。如图1所示,每个时钟的数据级、上升沿和下降沿都在D处表示出来。数据锁存是数据通信的关键环节,无论在何种工具(示波器或软件仿真系统)上,都以眼图形式显示。在每个时钟上,边沿的定时位置(如果有的话)有助于时钟/数据延时统计分布。这种位移即抖动或时间间隔误差(TIE)。

  TIE抖动是相对已知或已恢复时钟测量出的信号定时误差。在串行数据的应用中,TIE通常被称为抖动。TIE很重要,因为其甚至能显示一段时间内少量抖动的累积效应。以图2为例,每毫微秒时钟边沿的TIE标准偏差是9.6ps。

  

  图1: 串行数据中的抖动,每个时钟的数据级、上升沿和下降沿都在D处表示出来。数据锁存是数据通信的关键环节,在示波器上以眼图形式显示。

  

  图2: TIE抖动测量有其他方法测量单波形抖动,包括周期性抖动和cycle-to-cycle抖动。

  然而,测量信号波形上抖动的方法还包括测量周期抖动(period jitter)和相邻周期间抖动(cycle-to-cycle jitter)。周期抖动是对信号的测量,通常针对从一个沿到另一相似沿的重复信号。常见的周期测量工具,会测量某一信号的上升沿到下一上升沿之间的数值。采用数据传输方式(如DDR内存),同时利用上升沿和下降沿来记时数据比特,这时测量周期仅为半个周期。在采集周期测量值的有效样值后,可分辨标准偏差和峰值。该统计数据即信号中的周期性抖动。

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