High speed signal

正如这个标题一样,做过的高速信号的测试也和这个标题一样宽泛。有单测电气特性的(比如DDR PCIE等等),也有会测到协议层(HDMI USB等等)的.具体测项不打算记录了,因为太多太多了.单DDR就从SDRAMàDDR3全都测过,还记得那时候为了区分读写,往往要trigger半天才能抓到稳定的波形,到后来Keysight的自动测试,简直是救星啊.HDMI从1.1做到2.0等等等.

只记录最经典的部分~~

Jitter

这是印象最深刻的,第一次接触这个概念是参加Agilent(keysight)的研讨会.在此之前一直以为测高速信号就是测眼图,看setup/holdup time而已,没什么特别的东西的.那次研讨会上听了jitter的介绍后,才发现高速信号测试背后水还是很深的ORZ.

Jitter部分打算就当搬运工了,写写当时研讨会讲的东西.下面写的这些东西基本都是基于Agilent的研讨会资料,仅做技术交流使用.

抖动的概念

Jitter(抖动)定义是信号相对于其理想时间的偏差.其构成部分是很复杂的,可能是偶尔串进来的噪声,或者热噪声,也有可能是系统没设计好,也有可能外界不明因素等等,都可能造成信号抖动.我们会把这些造成抖动的因素分为2大类RJ(随机抖动)和DJ(确定性抖动)

首先讲RJ, RJ是不可控的,是无界的.也就是说如果你测试时间足够长,那么你将得到抖动的峰峰值是无限大的.RJ因为它的随机性,是不可控因素,好像并没有太好的方式去解.RJ是呈高斯分布的.系统中RJ成分的话,可以观察到它应该会同时影响到上升下降沿,因为其随机性.RJ产生的原因一般是系统热噪声或随机的系统噪声.

DJ:确定性抖动.通常是由高速设计时的系统错误引起的.所以通常也称为系统抖动.如果你可以观察到每个边沿的话,你可能会发现在不同的数据模式下(比如长时间0后变1或者随机数据)可能抖动方式有差,但同一数据模式下,抖动的方式是一致的.排除掉随机因素,那么系统可能就是存在DJ.要确定系统中是否有DJ存在最简单方式就把示波器的无限余晖打开.然后观察余晖上升下降沿是否有比较明亮部分(明亮部分较粗),有的话 就是存在DJ.

DJ的细分(TIE)

DJ分布是不可预期的.但DJ的构成成分和特征是可预期的.

DJ是由三部分组成的: DCD(占空比失真),ISI(码间干扰),PJ(周期抖动).下面会对这三部分做详细介绍.

DCD Duty Cycle Distortion占空比失真

DCD产生有2个可能原因.

1.假设发送端收到的数据是完美的,但由于发送端的判决门限电平偏离理想位置,那么发送端数据就会出现占空比失真.如下图所示,虚线是理想状态波形=50% Duty Cycle 但因为发送端判决电平的提高,造成输出波形+duty cycle明显偏小<50%(实线部分)

2.  另一个产生duty cycle失真的原因是:上升下降沿的不对称.如果判决电平是没有问题的,上升时间比下降时间快的话,就会产生一个+duty cycle>50%波形.反之则会产生+duty cycle<50%波形.

 

ISI(码间干扰) 有时也称数据依赖型抖动

ISI产生依赖于重复0/1的长度或先前发的数据,也有2个可能产生原因.

1.  传输带宽的受限;

按照SI知识,信号的带宽=0.35/tr  那么tr越快,占用的频宽也就越大.但实际传输线可能达不到发送端收到的数据的带宽,那么信号的边沿变化速度就会受到影响,从而引起信号的幅度影响发生变化--信号传输时间错误 –这是原话 好像有点绕诶 让我们换个角度理解,

画出电路的等效模型:

R是电路的寄生电阻,L是寄生电感,C是寄生电容,u是‘1’信号

可以直观的判断,这个电路的稳态一定是C被u充满电,然后C保持电压u不变

那么在稳态之前一定是一个震荡过程,稳定需要的时间取决于L,C,R(专业点说就是Q值)

如果信号速度很快,都在震荡周期时就发生跳变了,这时电压是不稳定的,但马上就被拉到GND了..这是一种情况

另一种情况是,信号速度还是很快,但因为出现了连续的几个1,信号还是被稳定了.

这两种情况的上升沿一定是不一样的.

继续往下想,1--0跳变也会有这个情况,”111110000”的边沿和”10101010”的边沿一定是不一样的.不同的码会造成一样的上升下降沿,所以称为码间干扰.

2.  阻抗不匹配:

如果线路上存在阻抗不连续点,那么信号就会发生反射.反射信号会叠加在原来信号上.如果反射信号正好叠加在原来信号的上升/下降沿,就会造成上升/下降信号畸变.但也有可能叠加在信号稳态的地方.所以也是不同的码,可能会造成不同的干扰.完全取决于你的信号不连续点的位置.

如下图所示:

 

3.  周期性抖动PJ(原话解释的很透彻了,直接套用了J)

周期性抖动PJ 通常是由于交叉耦合或者EMI 问题引起,可能和信号

相关,也可能和信号非相关。一个和信号非相关的PJ 例子就是系统中的

开关电源切换信号耦合到数据或者系统时钟信号中。因为开关电源切换

信号是在一个不同的时钟域上,信号和数据或者系统时钟是无关的,所

以这种情况被认为是非相关周期抖动。如果周期性抖动是由于周边同时

钟域或者相同频率的信号耦合引起的,那么这样的周期性抖动就是相关

的周期性抖动。

 

先记录到这边, 下一篇会记录抖动的分析方法,但会先提CDR部分(这是抖动分析的前提)