用数字示波器对系统总线实时抖动测试不失为实用可靠之方法

　　1、问题的引出

　　在研发项目中常遇到下列几种情况：第一、随着计算机和通信系统总线速度的显著提高，特别是各种不同的采用内嵌时钟技术的高速串行总线日益普及，定时抖动已经成为影响其性能的基本因素;第二、在一个实际系统中，电源噪声有多种不同的来源，即随机噪声与来自于开关电源或其他数字电路的数字毛刺，就会造成信号质量的降低;再则，又如DVD普遍于国内外伴随的品质控制-抖动问题又成为用户关注的焦点。

　　如何面对关系到系统成败关键的上述领域所具有共性的抖动测量技术与方法是我们应研讨的方案。

　　往常对计算机通信系统与DVD品质控制的测试中，较多的采用二种方法：其一、使用专用测量设备，如误码仪(BERT)或LE 1875抖动分析测量仪， 在技术上采用了数字时间取样和处理技术(TIA)，配合一个全彩色LCD显示屏，可以提供快速、全面和精确的分析，便于研制、生产、品质控制部门对DVD-RAM进行跟踪检测;其二、为了衡量一个时钟源对于电源噪声的抑制能力，我们将一个正弦信号注入到电源，然后在各单一频点测量确定性抖动。可以采用多种不同的设备完成这种测试，例如数字示波器、时间间隔分析仪(TIA)，或者频谱分析仪。

　　上述用专用误码仪或抖动分析测量仪迸行测量方法是可行的，但对每一个项目中的不同类型的抖动去购买不同类型专用设备是价格昂贵功能单一，并不适合设计人员和调试人员。而作为一个研发来说，直接使用DS1000数字存储示波器对实时高速串行总线抖动测试不失为实用可靠之方法。

　　2、高速串行总线抖动测量技术

　　2.1全面有效的测试和分析抖动是必须的

　　越来越多的高速计算机和通信系统开始采用高速串行总线在芯片间，背板间和系统设备间传送高速数据。在数据传输过程中，任何微小的高速时钟和数据抖动都会对整个系统产生巨大的影响，在这种情况下，抖动已经成为设计高速数字系统成败的关键。其最典型的例如：PXI模块化系统串行高速总线实时抖动测试。

　　PXl是一种专为工业数据采集与自动化应用度身定制的模块化仪器平台，具备机械、电气与软件等多方面的专业特性。PXl(PCIextensions for lnstrumentation)充分利用了当前最普及的台式计算机高速标准结构-PCI。PXl规范是CompactPCI规范的扩展。CompactPCI定义了封装坚固的工业版PCI总线架构，在硬件模块易于装卸的前提下提供优秀的机械整合性。

　　其PXI系统机箱为系统提供了坚固的模块化封装结构。按尺寸不同，机箱有4槽到18槽不等，机箱具有高性能PXI背板，它包括PCI总线，定时和触发总线，并且还可以有一些专门特性，如DC电源和集成式信号调理。 PXl在背板上结合了工业标准的PCI总线和测量与自动化系统专用的定时与触发特性高级及同步扩展。

　　需指出的是，传统的33M PCI并行总线正在被采用高速串行技术的PCI-Express取代，而它的最新标准支持的数据率已经到5Gb/S，一个U1的宽度仅200ps。实际上对PXI模块化系统串行高速总线实时抖动测试。就是对高速串行技术的PCIBus实时抖动的测试。

　　因为它们任何微小的抖动都会导致数据传输错误。从当前各种高速串行总线和数据链路的定时余量规范中表明，在数字系统中严格地控制抖动是必须的。只有全面有效的测试和分析抖动，其根本原因才能被隔离，从而针对引起系统抖动的原因来减少抖动，提高PXI系统性能和稳定性。

　　2.2 DS1000数字示波器对PXI模块化系统进行的高速串行总线系统实时抖动测试方法

　　由于DS1000数字示波器具有因更深的1MB存储深度可提供很高的采样率高(实时采样率400 MSa/s，等效采样率高达25 GSa/s)，采集频带宽(25-100MHz)、再加上显示屏画面清晰醒目及灵敏度高的特征，故用于高速串行总线抖动此的测量是不失为实用而又可靠之方法，它是迸行实时抖动测试方法并探讨影响抖动测试结果的关键因素。由此可见它们均为实用简易而可靠之装置。

　　常用的测试方法是采用DS1000数字示波器的实时捕获模式，单次分析和抖动分解得到每一个抖动分量，帮助设计和测试人员分析抖动产生的原因，甚至通过抖动分解估算系统的误码率。例如，在有关抖动和信号完整性方法论用DS1000数字示波器器配合抖动分析软件进行抖动测试和分析。以下作抖动测试与精度分析。

　　2.3基于高采样率的抖动测试

　　由于DS1000数字示波器具有丰富的触发功能：边沿、视频、脉宽、斜率、交替、码型和持续时间触发等功能，为抖动测试提供极为方便的条件。抖动可以描述为相邻脉：中边沿、甚至非相邻脉;中边沿周期或相位的定时变化。这些指标适合检定长期和短期的时钟和数据稳定性。通过更加深入地分析抖动指标，利用抖动测试结果，预测复杂系统的数据传输性能。

　　周期抖动用来衡量时钟或数据周期样点的边沿到边沿定时。例如，通过测量1000个时钟周期上升沿之间的时间，可以对统计的周期取样，统计数据会告诉您信号的质量。标准偏差等价于RMS周期抖动，最大周期减去最小周期，得到峰到峰周期抖动。每个不同周期测量的精度决定着抖动测量的精度。

　　相位抖动用来衡量被测信号边沿相对于一个参考信号边沿的时间偏差，从而可以检测到信号相位中的任何变化。这一指标在许多方面不同于周期测量指标。第一，它单独使用每个边沿，而没有使用period周期测量，它可以测量大的时间位移。边沿相位可以偏离几百或几千度，但仍可以以非常高的精度进行测量(360度等于一个周期或循环时间)。测量相位误差常用的指标是时间间隔误差(TIE)，测量结果用相对于度的秒来表示。TIE把信号边沿与参考边沿匹配起来，对各边沿之差相加计算总和。在比较了大量的边沿之后，可以为分析提供一个样点集合。与上面的周期测量一样，标准偏差变成RMS TIE，最大时间减最小时间得到峰到峰值(peak-to-peak)TIE等等。

　　2.4清晰显示抖动测试波形与参数

　　TIE测试精度取决于构成样点集合的各个测量的精度。而其波形和上升时间的描绘都是通过实时采样电路和高速A/D变换器获得波形数据，再通过插值运算得到的。由于DS1000数字示波器是5.7’64K色TFT彩色液晶屏 使对一个时钟信号的不同抖动测试波形与参数显示更加清晰，见图2示意所示。

　　2.5良好的定时稳定度与Sin(X)/X正弦内插技术是测试精度的保证

　　对于具有定量指标要求的参数精度的测量非常重要关，而这方面所选用的示波器是否具有良好的定时稳定度与Sin(X)/X正弦内插技术有很重要的关系。特别对抖动测的精度更是如此，只有这样才能以保证足够的容许误差和测量余量。这是为什么?

　　因其内插误差是指由在实际电压样点之间进行线性内插导致的误差。在测量100ps上升时间的信号、示波器以25GSa/s采样率在50%电压门限上进行检测时，这一误差要小于0.3ps RMS。值此应用DS1000数字示波器较高的Sin(X)/X正弦内插技术减小误差。在大多数情况下，这一原因导致的误差会远小于其它误差源，则通过使用如Sin(X)/X内插，可以进一步减小这一误差较为合适，当然也可有其它方法亦可改善。

　　而良好的定时稳定度主要取决于包括DS1000示波器的抗干扰性能、定时稳定度、取样噪声、仪器幅度本底噪声和内插误差等因素。通过测定此DS1000数字示波器在这方面是能以良好的性能获得了实时抖动测试的精度。由于DSl000数字示波器集成USB Host，支持U盘存储、USB接口打印和直接系统升级功能，在软件测试方面有较好的支持，故对示波器上所显示的波形进行存储和数据传输并通过打印机直接打印。