如何通過實時示波器進行抖動測試和分析

摘要：隨著計算機和通信系統總線速度的顯著提高，特別是各種不同的采用內嵌時鐘技術的高速串行總線日益普及，定時抖動已經成為影響其性能的基本因素。本文針對當前各種不同的抖動測試工具和方法重點介紹了如何通過實時示波器進行抖動測試和分析，并且探討了示波器中影響抖動測試結果的幾個關鍵因素。最后針對高精度抖動測試提供了參考方法和測試實例。

關鍵詞：實時示波器, 觸發抖動, Trigger Jitter, 增量時間精度, DTA, 抖動本底噪聲, JNF, 高速采集內存

1. 引言
　　越來越多的高速計算機和通信系統開始采用高速串行總線在芯片間，背板間和系統設備間傳送高速數據。在數據傳輸過程中，任何微小的高速時鐘和數據抖動都會對整個系統產生巨大的影響，在這種情況下，抖動已經成為設計高速數字系統成敗的關鍵。最典型的應用是傳統的33M PCI 并行總線正在被采用高速串行技術的PCI-Express 取代，它的最新標準支持的數據率已經到5Gb/s，一個UI 的寬度僅200ps，任何微小的抖動都會導致數據傳輸錯誤。從當前各種高速串行總線和數據鏈路的定時余量規范中表明，在數字系統中嚴格地控制抖動是必須的。只有全面有效的測試和分析抖動，其根本原因才能被隔離，從而針對引起系統抖動的原因來減少抖動，提高系統性能和穩定性。象PCI-Express、FBD、InfiniBand、SerialATA 和DVI 等高速總線都對于時鐘，數據抖動有明確要求。本文針對示波器進行的實時抖動測試方法，探討了影響抖動測試結果的關鍵因素。

2. 典型的抖動測試方法
　　為成功地設計高速數字系統，不僅需要理解什么是抖動，計算抖動的大小，還需要對不同的抖動分量進行隔離和分解，分析造成抖動的原因，進而避免在高速系統中出現抖動造成的系
統故障。在了解抖動測試前，明智選擇合適的抖動測試工具和方法成為整個抖動測試工作的第一步。目前有幾種抖動測試工具可供選擇，誤碼儀(BERT)直接測試系統的誤碼率，但是價位昂貴，功能單一，并不適合設計人員和調試人員；采用時間間隔分析儀測試抖動也存在功能單一，抖動分析能力不足的限制。高性能數字示波器配備高速采集內存成為最流行的抖動測試工具。
　　對于數字示波器而言，典型的抖動測試方法主要有2 種：
1) 采用數字存儲示波器的等效采樣模式或直接使用采樣示波器，通過直方圖統計測量累計定時抖動。等效采樣的缺點是無法消除示波器自身的觸發抖動對測試結果的影響，并且由于它采用的是多次觸發，多次采集，累計顯示的工作方式，對于電路設計和調試而言受到較多的限制，無法進行深層的抖動分析。另一個限制是該方法抖動測試參數有限，例如不能測試周期間抖動。
2) 更為流行的方法是采用數字存儲示波器的實時捕獲模式，單次觸發，連續采集大量數據，配合相應的抖動測試軟件進行抖動測試。當通過實時采集模式時，由于示波器工作在單次觸發模式，連續實時采集所有信號，所以它不受儀器多次觸發帶來的觸發抖動影響。并且它可以通過復雜的抖動分析和抖動分解得到每一個抖動分量，幫助設計和測試人員分析抖動產生的原因，甚至通過抖動分解估算系統的誤碼率。例如，在美國國家信息標準委員會(INCITS)下屬的T11.2 組織在有關抖動和信號完整性方法論(MJSQ)中，推薦泰克實時示波器配合TDSJIT3 抖動分析軟件進行抖動測試和分析。圖1 是TDSJIT3 實時抖動測試結果。