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如何避免測量信道工作餘量抖動時犯相同錯誤

2020年09月11日 09:18 次閲讀

COM(信道工作餘量)是一個由多個測量參數結合成的、類似於信噪比的品質因數,就像ENOB(有效位數)一樣,它用於表徵模數轉換器。對COM來説,餘量越大,信道越好。因為COM是根據不同測量參數創造出來的,而且包括模型結果,所以有許多因素會導致它出問題。

在我們介紹這種新的可觀測變量之前,先讓我們回顧一下大約15年前我們是如何處理抖動這種類似情況的。

與COM相比,抖動似乎很簡單,即信號變化時序與它們理想值之間的差異。我們很容易把這種分佈情況想象為這些時序變化的直方圖。

圖1顯示了示波器如何用眼圖來展示抖動的,現在示波器也使用柱狀圖來表徵抖動。

如何避免測量信道工作餘量抖動時犯相同錯誤

圖1:示波器可以提供抖動分佈情況(來源:Teledyne LeCroy)。

總抖動的錯誤

世代出現在時鐘數據手冊上的峯峯值抖動證明是不夠的。來自隨機過程的抖動——主要是來自串行解串器(SerDes)參考時鐘的相位噪聲——會隨時間不斷變化;測量峯峯值抖動的時間越長,得到的抖動值就越大。這時,推動高速串行數據技術標準的人們都遵循了Yogi Berra的建議:“當你遇到一個好機會時,請把握住。”

為了避免定義不清、不可再現的峯峯值抖動,我們做出了合情合理的選擇,將BER(誤碼率)包含在了一個新數量的定義中,這就是TJ(BER)(在某個誤碼率時定義的總抖動)。TJ測量某一給定BER時的眼圖閉合度,也就是説,如果TJ(BER)小於這個指定BER的位週期,那你就有一定的抖動餘量,也就沒問題——這正是人們想要的峯峯值測量特性。

聽起來很棒!可以慶功了嗎?

別急。因為我們關心的BER非常低,大約是1E-12到1E-18,所以需要花很長的時間來測量TJ(BER),而且能夠測量BER的唯一設備BERT(誤碼率測試儀)真的很貴,並且對診斷實驗室中的其它問題並不是那麼有用。因此我們開發了許多技術,可以快速從測量結果估計出TJ(BER),但這又導致一個很大的問題:你可以稱之為羣抖動。這些外推技術需要依靠示波器功能來測量抖動的多個獨立分量:RJ、DJ、ISI、PJ、DCD以及其他幾個你可能知道或者可能已經忘了的縮寫。

不同的測試測量公司開發出了不同的方法,他們的測量結果又是大相徑庭。從2000年直到2006年,來自不同的測試測量公司的設備測出的結果至少差30%,甚至經常超過100%,而這些公司都是你知道的、信賴的、製造卓越設備的公司。在2004年以前,沒有人能裝配出一套可以準確區別哪些結果是正確的、哪些結果又是錯誤的系統。

問題來自於我們如何選擇將RJ、DJ、ISI、PJ等結果整合成“套餐”,然後在此基礎上估計出TJ(BER)。通過從相互依賴的數值套餐(圖2)中構建TJ(BER),我們很難判斷進入套餐的測量數據中哪裏出了錯。你會發現,如果你改變ISI數值,你也會改變RJ數值。如果增加了串擾,那麼所有的測量就都白做了。

圖2:相互依賴的變量組成的套餐很難調試,而COM就是這樣一種套餐。

隨着我們從幾個Gb/s發展到10+Gb/s,ISI(碼間干擾)成為了最大的問題。ISI是由於信道的頻率響應引起的;它會改變信號的幅度和時序,改變程度取決於發送碼元的順序。這個問題給我們帶來了COM,也帶來了歷史重演的可能性。

回到2003-2004年,我們中的一些人在那時的安捷倫科技公司搭建了一個精密抖動發送器,並將所有測試測量公司提供的全部抖動分析儀集中在一起工作。我們將測量得到的精確的RJ、PJ、ISI和DCD(隨機抖動、週期抖動、碼間干擾和佔空比失真)合成套餐,做了數百次的測量,然後……我靜靜地坐在起居室裏,開始判斷最佳的技術。當時我的最大問題是套餐成分太多。即使我精確地知道每種抖動有多少進入每個信號,也沒有辦法判斷為什麼不同的技術會失敗(而且它們都失敗了!)。

為了搞清測量的意義,我不得不做一些基本的科學實驗:從我們能夠搭建的最乾淨、最低抖動的系統開始,然後一次加入一種抖動,比較結果,然後增加第二種抖動,再比較結果,以此類推。它花了我整整6個星期的時間來分析數據,並找出哪些技術是精確的,以及原因是什麼。兩年多後測試測量行業得到的結果才開始趨同到彼此10%-15%以內——整個行業困惑了5年以上,並且至少有一家公司因為無法產生精確結果而停業。

回到COM,擁有一個基於多個原因形成的單一品質因數可以實現設計的靈活性,並且不犧牲互操作性。這種靈活性和互操作性的組合是一個技術標準的巔峯。沒有人想要一個標準類似於“技術社會主義”,但每個人都希望它確保互操作性。成功了!COM。

除非我們遇到處理抖動時的相同問題。

COM等於信號幅度與收集到的信號損傷的比值。這個損傷包括來自信號通道的損傷、來自所有串擾攻擊信道的損傷以及標準委員可能想到的所有其它損傷源引起的損傷。

與TJ(BER)一樣,COM測量的精度取決於其成分的精度。與TJ(BER)不一樣的是,COM測量還取決於模型。下面是COM套餐成分的清單:

1.有問題信道和所有串擾攻擊線的信道S參數

2.發送器和接收器(SerDes)封裝模型

3.接收器3dB帶寬

4.發送器均衡器係數的最大/最小值

5.連續時間線性均衡器(CTLE)增益

6.受害線、近端和遠端攻擊線的峯峯值差分輸出電壓

7.電平分離失配比(針對PAM4應用)

8.發送器信噪比

9.判決反饋均衡器(DFE)長度和係數限制

10.RJ

11.與雙路迪拉克模型有關的峯峯值DJ

12.單側噪聲譜密度

責任編輯:gt

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