通過示波器之眼圖進行高速信號抖動測試和分析

       在高速傳輸?shù)臄?shù)字系統(tǒng)或是通訊系統(tǒng)當中，將信號完整無缺地從傳送到目的地為其首要目標。信號在傳輸?shù)倪^程當中因為傳輸線的損失、系統(tǒng)的噪聲，以及不可避免的人為因素，常使得信號失真，而傳輸抖動之現(xiàn)象，乃是今日研究之重要課題。在大都會之骨干網(wǎng)絡當中，為了提升傳輸系統(tǒng)誤碼率之質(zhì)量，通常會以低噪聲的前置放大器作為降低噪聲以及抖動的方法之一。通常隨著抖動量之增加，系統(tǒng)誤碼率便會提升。所以如何從正確地分析抖動之特性以及對傳輸系統(tǒng)所造成之影響為本文所討論之重點。安捷倫提供了一系列之抖動測試解決方案，使得用戶能在準確而快速的狀況下取得適合的數(shù)據(jù)，亦能提供詳細之報表以作分析之用。

　　在之前的文章中，安泰測試為大家介紹了 眼圖是什么?通過示波器如何測量眼圖?

　　本文將以眼圖作為抖動量測之開端，從抖動之基本定義來分析抖動對于整體傳輸系統(tǒng)之影響。

　　圖1 網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)

　　 任何數(shù)字傳輸系統(tǒng)必定存在兩種構成要素，一是本質(zhì)數(shù)字信號，另一則是時鐘信號。時鐘信號又分為標準時鐘信號及依附時鐘信號。所謂的抖動現(xiàn)象，乃是指本質(zhì)數(shù)字信號與時鐘信號所產(chǎn)生的一種相位差，亦可看做是一種相位調(diào)變信號。而在這時候，時鐘信號所扮演的是一種標準之參考信號。這種時間差的相位變化，經(jīng)過了一段時間可能形成一種周期性的正弦調(diào)變現(xiàn)象，而將其稱之為時域抖動現(xiàn)象，如圖2所示：

　　圖2 抖動形成示意圖

　　  抖動的形成通常我們會使用取樣示波器(Sampling Scope)來擷取其眼圖(Eye Diagram)，根據(jù)眼圖之基本特性，來觀察其系統(tǒng)是否超過應有遵循之規(guī)范由圖三可知，從交叉點(Crossing Poin)的寬度，即可得知抖動的大小。一般來說，在傳輸系統(tǒng)中發(fā)射端能產(chǎn)生多少抖動，以及接收端能承受多大范圍之抖動，都必須要有明確的規(guī)范與定義。

　　圖3-1 取樣示波器下之眼圖

　　圖3-2 規(guī)范眼圖之屏蔽

　  　所以通常通訊規(guī)范組織會定義出一種屏蔽(Mask)來判定此通訊系統(tǒng)是否通過該傳輸協(xié)議下之規(guī)范。另外，解析抖動之精準度也和儀器以及系統(tǒng)之帶寬有極大之關系，首先要定義出抖動傳函(Jitter Transfer)之關系圖如圖4所示：

　　圖4抖動傳函示意圖

　 　抖動傳函之定義就好比放大器之頻率響應一般，即是輸出之抖動大小和輸入之抖動大小之比值對應抖動頻率之關系示意圖。若一傳輸系統(tǒng)或是量測儀表之抖動傳函帶寬越大，則解析抖動之能力越佳。

　　圖 5-1 圖 5-2

　　圖5解析抖動能力之比較圖

　　 由圖5-1 可看出若此系統(tǒng)之帶寬越大，所解析出來之抖動現(xiàn)象越差，會呈現(xiàn)較粗之眼圖以及不易辨識之本質(zhì)抖動(Deterministic Jitter)。圖5-2 乃是帶寬較大之系統(tǒng)，其可解析出更為精密細致之抖動現(xiàn)象，由此便可反推抖動形成之原因及電路設計須要改進之地方。

　　 附帶要提起的是，抖動又可分為本質(zhì)抖動( Deterministic Jitter)和隨機抖動(Random Jitter)兩種：

　　 本質(zhì)抖動乃是系統(tǒng)端固有之抖動，形成之原因可能是本地震蕩之誤差，或是震動晶體所造成之誤差，它是可以預期的，也是可以被規(guī)范的。其又可分為周期性抖動( Periodic Jitter)、周期比例失真(Duty Cycle Distortion)以及交越干擾失真( Inter-Symbol Interference)三種。而隨機抖動則是沒有邊界的，通常形成的原因可能為系統(tǒng)之熱噪聲 (Thermal Noise)，通常以隨機統(tǒng)計分布表來定義其大小。如圖6所示：

　　圖6 隨機統(tǒng)計分布示意圖

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