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(dòng)這種類似情況的。
測量信道工作余量時(shí),能否避免犯測量抖動(dòng)時(shí)的相同錯(cuò)誤?
發(fā)布時(shí)間:2021-04-02 來源:Ransom Stephens 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】COM(信道工作余量)是一個(gè)由多個(gè)測量參數(shù)結(jié)合成的、類似于信噪比的品質(zhì)因數(shù),就像ENOB(有效位數(shù))一樣,它用于表征模數(shù)轉(zhuǎn)換器。對COM來說,余量越大,信道越好。因?yàn)镃OM是根據(jù)不同測量參數(shù)創(chuàng)造出來的,而且包括模型結(jié)果,所以有許多因素會導(dǎo)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(dòng)這種類似情況的。
與COM相比,抖動(dòng)似乎很簡單,即信號變化時(shí)序與它們理想值之間的差異。我們很容易把這種分布情況想象為這些時(shí)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(dòng)的,現(xiàn)在示波器也使用柱狀圖來表征抖動(dòng)。
圖1:示波器可以提供抖動(dòng)分布情況(來源:Teledyne LeCroy)。
總抖動(dòng)的錯(cuò)誤
世代出現(xiàn)在時(shí)鐘數(shù)據(jù)手冊上的峰峰值抖動(dòng)證明是不夠的。來自隨機(jī)過程的抖動(dòng)——主要是來自串行解串器(SerDes)參考時(shí)鐘的相位噪聲——會隨時(shí)間不斷變化;測量峰峰值抖動(dòng)的時(shí)間越長,得到的抖動(dòng)值就越大。這時(shí),推動(dòng)高速串行數(shù)據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的人們都遵循了Yogi Berra的建議:“當(dāng)你遇到一個(gè)好機(jī)會時(shí),請把握住。”
為了避免定義不清、不可再現(xiàn)的峰峰值抖動(dòng),我們做出了合情合理的選擇,將BER(誤碼率)包含在了一個(gè)新數(shù)量的定義中,這就是TJ(BER)(在某個(gè)誤碼率時(shí)定義的總抖動(dòng))。TJ測量某一給定BER時(shí)的眼圖閉合度,也就是說,如果TJ(BER)小于這個(gè)指定BER的位周期,那你就有一定的抖動(dòng)余量,也就沒問題——這正是人們想要的峰峰值測量特性。
聽起來很棒!可以慶功了嗎?
別急。因?yàn)槲覀冴P(guān)心的BER非常低,大約是1E-12到1E-18,所以需要花很長的時(shí)間來測量TJ(BER),而且能夠測量BER的唯一設(shè)備BERT(誤碼率測試儀)真的很貴,并且對診斷實(shí)驗(yàn)室中的其它問題并不是那么有用。因此我們開發(fā)了許多技術(shù),可以快速從測量結(jié)果估計(jì)出TJ(BER),但這又導(dǎo)致一個(gè)很大的問題:你可以稱之為群抖動(dòng)。這些外推技術(shù)需要依靠示波器功能來測量抖動(dòng)的多個(gè)獨(dú)立分量:RJ、DJ、ISI、PJ、DCD以及其他幾個(gè)你可能知道或者可能已經(jīng)忘了的縮寫。
不同的測試測量公司開發(fā)出了不同的方法,他們的測量結(jié)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(shè)備測出的結(jié)果至少差30%,甚至經(jīng)常超過100%,而這些公司都是你知道的、信賴的、制造卓越設(shè)備的公司。在2004年以前,沒有人能裝配出一套可以準(zhǔn)確區(qū)別哪些結(jié)果是正確的、哪些結(jié)果又是錯(cuò)誤的系統(tǒng)。
問題來自于我們?nèi)绾芜x擇將RJ、DJ、ISI、PJ等結(jié)果整合成“套餐”,然后在此基礎(chǔ)上估計(jì)出TJ(BER)。通過從相互依賴的數(shù)值套餐(圖2)中構(gòu)建TJ(BER),我們很難判斷進(jìn)入套餐的測量數(shù)據(jù)中哪里出了錯(cuò)。你會發(fā)現(xiàn),如果你改變ISI數(shù)值,你也會改變RJ數(shù)值。如果增加了串?dāng)_,那么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(diào)試,而COM就是這樣一種套餐。
隨著我們從幾個(gè)Gb/s發(fā)展到10+Gb/s,ISI(碼間干擾)成為了最大的問題。ISI是由于信道的頻率響應(yīng)引起的;它會改變信號的幅度和時(shí)序,改變程度取決于發(fā)送碼元的順序。這個(gè)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(shí)的安捷倫科技公司搭建了一個(gè)精密抖動(dòng)發(fā)送器,并將所有測試測量公司提供的全部抖動(dòng)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(jī)抖動(dòng)、周期抖動(dòng)、碼間干擾和占空比失真)合成套餐,做了數(shù)百次的測量,然后……我靜靜地坐在起居室里,開始判斷最佳的技術(shù)。當(dāng)時(shí)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(dòng)有多少進(jìn)入每個(gè)信號,也沒有辦法判斷為什么不同的技術(shù)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(xué)實(shí)驗(yàn):從我們能夠搭建的最干凈、最低抖動(dòng)的系統(tǒng)開始,然后一次加入一種抖動(dòng),比較結(jié)果,然后增加第二種抖動(dòng),再比較結(jié)果,以此類推。它花了我整整6個(gè)星期的時(shí)間來分析數(shù)據(jù),并找出哪些技術(shù)是精確的,以及原因是什么。兩年多后測試測量行業(yè)得到的結(jié)果才開始趨同到彼此10%-15%以內(nèi)——整個(gè)行業(yè)困惑了5年以上,并且至少有一家公司因?yàn)闊o法產(chǎn)生精確結(jié)果而停業(yè)。
回到COM,擁有一個(gè)基于多個(gè)原因形成的單一品質(zhì)因數(shù)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的靈活性,并且不犧牲互操作性。這種靈活性和互操作性的組合是一個(gè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的巔峰。沒有人想要一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)類似于“技術(shù)社會主義”,但每個(gè)人都希望它確?;ゲ僮餍?。成功了!COM。
除非我們遇到處理抖動(dòng)時(shí)的相同問題。
COM等于信號幅度與收集到的信號損傷的比值。這個(gè)損傷包括來自信號通道的損傷、來自所有串?dāng)_攻擊信道的損傷以及標(biāo)準(zhǔn)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測量的精度取決于其成分的精度。與TJ(BER)不一樣的是,COM測量還取決于模型。下面是COM套餐成分的清單:
1.有問題信道和所有串?dāng)_攻擊線的信道S參數(shù)
2.發(fā)送器和接收器(SerDes)封裝模型
3.接收器3dB帶寬
4.發(fā)送器均衡器系數(shù)的最大/最小值
5.連續(xù)時(shí)間線性均衡器(CTLE)增益
6.受害線、近端和遠(yuǎn)端攻擊線的峰峰值差分輸出電壓
7.電平分離失配比(針對PAM4應(yīng)用)
8.發(fā)送器信噪比
9.判決反饋均衡器(DFE)長度和系數(shù)限制
10.RJ
11.與雙路迪拉克模型有關(guān)的峰峰值DJ
12.單側(cè)噪聲譜密度
這份清單使得TJ(BER)處方看起來相當(dāng)簡單哪!
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