分析高速數(shù)據(jù)通信接口是一項重要任務(wù)，可確保信號完整性。這種分析的一個主要挑戰(zhàn)在于連接物理接口和示波器，因為大部分數(shù)據(jù)通信接口不提供適用于射頻的測試接頭。這需要使用測試夾具連接高速數(shù)據(jù)通信中頻接口和示波器的射頻連接器，但這會影響信號完整性測量。帶有高級抖動選件的R&S RTO64示波器可以分析和分離抖動影響。此外，該選件自身還可以評估測試夾具和跡線的影響，有助于充分了解測試裝置的影響。

 R&S RTO64示波器能夠深入分析信號完整性。抖動分析能夠細分關(guān)鍵參數(shù)。除了誤碼率 (BER)以外，可以通過時域軌跡、頻域頻譜和統(tǒng)計直方圖查看所有參數(shù)。 此外，R&S RTx-K133 高級抖動選件具有兩個新功能，將分析擴展到了常見的抖動參數(shù)之外： 

合成眼圖：讓用戶探索特定抖動參數(shù)對數(shù)據(jù)眼圖的影響

傳輸通道階躍響應(yīng)的固有測量：包括被測設(shè)備、測試夾具和電纜的數(shù)據(jù)相關(guān)特性

階躍響應(yīng)非常重要，涉及測試夾具對信號完整性分析的影響。您可以根據(jù)階躍響應(yīng)執(zhí)行各種測量，以了解測試夾具對分析的影響。

該應(yīng)用說明描述了分析在誤碼率測試(BERT)中通過擴頻時鐘(SSC)和無抖動添加生成的差分信號(8.125 Gbps，PRBS31)。信號在PCIe Gen4 ISI電路板(PCIe-VAR-ISI)上通過長跡線傳播。電路板引起的碼間干擾(ISI)是造成抖動的主要因素。

以相同的方式分析抖動至關(guān)重要，接收機將接收數(shù)據(jù)并為其計時。因此，示波器會捕獲差分發(fā)射數(shù)據(jù)，并利用硬件時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù) (CDR)觸發(fā)數(shù)據(jù)信號(參見圖 1)。

圖1：具有較大ISI的PRBS31的差分眼圖

在分析之前，應(yīng)根據(jù)周期性抖動分析需要的最小頻率分辨率設(shè)置合適的采集時間。為了實現(xiàn)低至40kHz的分辨率(在開關(guān)電源 (SMPS)范圍內(nèi))和40Gsample/s的采樣率，記錄長度設(shè)置為2Msample(=2×(采樣率)/(SMPS開關(guān)頻率) )，因此采集時間為50μs。

抖動分解算法將差分通道作為不歸零(NRZ)信號進行分析。使用帶寬為16MHz的二階鎖相環(huán)(PLL)配置必要的CDR。

圖2：TJ和RJ頻譜結(jié)果

圖2中的表格顯示了抖動分解結(jié)果，并以直方圖的形式顯示統(tǒng)計數(shù)據(jù)TJ(總體抖動)、RJ(隨機抖動)、PJ(周期性抖動)、DDJ(數(shù)據(jù)相關(guān)抖動)。與預(yù)期結(jié)果一樣，主要以DDJ為主。BER浴盆曲線說明 BER 測量值和計算值吻合良好。這種分解算法的新穎之處在于圖2中部所示的估計階躍響應(yīng)。階躍響應(yīng)是施加到通道傳遞函數(shù)的理想階躍引起的結(jié)果。此估計將未經(jīng)校準的測試夾具納入考量。

用戶可以配置估計過程中的階躍響應(yīng)時長；在本例中，此時長設(shè)為75UI。階躍響應(yīng)時長的設(shè)置遵循三個原則：

1、配置的階躍響應(yīng)時長越長，計算時間越長。

2、階躍響應(yīng)時長應(yīng)大于通道內(nèi)存。時長較長，有利于詳細分析階躍響應(yīng)。

3、眼圖的運行時長應(yīng)大于階躍響應(yīng)時長。

用戶可以使用光標和自動測量等熟悉的工具來分析階躍響應(yīng)。本例中使用光標測量上升時間。通過測量上升時間tr，用戶可以根據(jù)有效用于單級低通濾波器的fB=0.35?tr公式估計通道帶寬fB。

因此，可以在頻域中進行更加詳細的分析。傳遞函數(shù)的超調(diào)、下垂和振鈴等現(xiàn)象在頻域中同樣可見。 

圖3：被測設(shè)備和測試夾具的階躍響應(yīng)以及幅度和相位轉(zhuǎn)換。

除了直方圖和估計的階躍響應(yīng)外，圖3還以幅度(參見標記M1)和相位(參見標記M2)的形式顯示了頻域中階躍響應(yīng)的相關(guān)傳遞函數(shù)。為了根據(jù)階躍響應(yīng)計算頻域中的傳遞函數(shù)，數(shù)學(xué)菜單提供了一組函數(shù) [1]：

Step2FreqRespNormMag(<channel>,<points>)

Step2FreqRespNormPhi(<channel>,<points>,<delay>)

正如預(yù)期，幅度顯示出頻率相關(guān)的衰減，這主要由介電損耗引起。趨膚效應(yīng)相當小。相位顯示了跡線的色散。對于兩條跡線，16GHz以上的每個值都是噪聲，因為通道帶寬有限。在8.125 GHz處，由于數(shù)據(jù)速率而產(chǎn)生了一個偽影。將該測量結(jié)果與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)的測量結(jié)果進行了比較。由于PCIe Gen4 ISI板引入了ISI，因此測量了相關(guān)的跡線(差分)，并在頻域中比較了傳遞函數(shù)和散射參數(shù)差分/差分(S21 DD)(如圖4)。在0 Hz至16GHz頻段內(nèi)，兩次測量均顯示出良好的一致性。幅度偏差小于1dB，相位偏差小于5°。

參考文獻[1] A.M.Nicolson，“在時域測量中形成階躍響應(yīng)的快速傅里葉變換”(Forming the fast Fourier transform of a step response in time-domain metrology)，《電子快報》，第9卷，第14期，第317頁，1973年。

圖4：比較VNA測得的S21和示波器的傳遞函數(shù)估計值。

此測量與VNA測量進行了比較。PCIe Gen4 ISI電路板產(chǎn)生ISI，因此在頻域中測量相關(guān)跡線(差分)，并比較傳遞函數(shù)和散射參數(shù)差分/差分(S21 DD)(參見圖4)。

兩種測量均在0Hz至16GHz范圍內(nèi)顯示出吻合良好。幅度偏差小于1dB，相位偏差不足5°。

總結(jié): 

R&S RTO64示波器分析數(shù)字高速信號的信號完整性。示波器精確測量TJ、RJ、PJ和DDJ等常見的抖動成分。示波器還可以分析傳輸函數(shù)，傳輸函數(shù)是導(dǎo)致確定性抖動（DDJ）的原因。由于傳輸路徑的各個組件的可訪問性具有挑戰(zhàn)性，且信號驅(qū)動器隨頻率變化的輸出阻抗通常未知，因此，傳輸函數(shù)的固有測量是了解確定性抖動（DDJ）來源的關(guān)鍵因素。

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