高速信号测试基础知识(去加重-预加重)

1、高速信号测试基础知识 李华 2012-7 目录 高速串行信号LVDC 1 2 3 抖动的分析 眼图的说明 4 PCIe信号测试实例 5 其它 测试内容 .信号完整性测试内容信号完整性测试内容. - 阻抗的测试 - 波形的测试 - 时序的测试 - 电源的测试 - 均衡,预加重 - 误码率BER .测试能帮我们做什么测试能帮我们做什么. - 验证我们的硬件设计是否符合设计要求 - 验证我们的信号质量是否达到设计要求 - 验证仿真结果和实测结果的一致性. - 发现问题 - 区分问题时硬件设计问题还是器件的原因. - 问题是否是布局布线,端接阻抗,走线,串扰等原因. 1.由硬件上数据线路的减少到速度越

2、来越高. 2. 包含数据和时钟. 3. 电压越来越低. 250-450mv 4. LVDS是由电流驱动,恒定3.5mA. 则 3.5mAX100欧=350mv 串行传输的基本框图 如上图,由Parallel-Serial Converter ;Transmitter ; Recever ; Serial-Parallel 四大部分组成. LVDS : 其低压幅和低电流驱动输出实现了低噪声和低功耗。 LVDS: Low Voltage Differential Singaling 串行传输的基本框图 一般,当信号幅度减小时,噪音裕度相应也降低,然而,LVDS就不是这种情 况,因为是差分信号,这2

3、根线上共有的噪音将会被抑制掉.这是差分信号的 好处. 传输信号幅度的变化 LVDS 速度 :信号的转换时间就是你能达到的速度极限.更高的信号摆幅将需花更长 的时间才能完成转换。一个提高速度的办法就是缩短转换时间,但由于噪 音,串扰和功率方面的原因,那是不现实的. 为了提高速度,LVDS通过降低信号摆幅来加快转换过程,更短的转换时间,并不 会增加串扰,EMI和功耗. 一般来说,这减小了噪音裕度,但LVDS利用其差分 传输方式来解决问题,信噪比得到大大提高. 上图中在相同的dv/dt条件下,速度提高了7X以上. 目录 高速串行信号LVDC 1 2 3 抖动的分析 眼图的说明 4 PCIe信号测试实

4、例 5 其它 什么是抖动 抖动的成因 抖动的组成 随机抖动RJ 确定性抖动DJ 周期性抖动 占空比失真DCD 码间干扰ISI 目录 高速串行信号LVDC 1 2 3 抖动的分析 眼图的说明 4 PCIe信号测试实例 5 其它 眼图的形成过程示例 如果将被测信号输入示波器，并且当示波器的触发时钟和被 测信号同步时，在示波器上显示的图形很象人的眼睛，因此被 称为眼图。 1. 眼图. 眼图生成原理 1. 眼图. 眼图生成原理 眼图是一系列数字信号在示波器上累积而显示的图形. 所以,眼图特征是采用统计的方式. 通过示波器内置的硬件时钟恢复进行时钟恢复. 以时钟沿为触发条件捕获数据的各比特位的信息. 以

5、时钟沿为参考将所有的比特位叠加形成眼图. 眼图已成为信号完整性和兼容性测试的基石之一,对于不同工 业标准的数字传输信号的验证测试和兼容性测试来说,眼图是规 范测量. （1）眼图张开的宽度决定了接收波形可以不受串扰影响而抽样 再生的时间间隔。显然，最佳抽样时刻应选在眼睛张开最大的时 刻。 （2）眼图斜边的斜率表示系统对定时抖动（或误差）的灵敏度 ，斜边越陡，系统对定时抖动越敏感。 （3）眼图左（右）角阴影部分的水平宽度表示信号零点的变化 范围，称为零点失真量，在许多接收设备中，定时信息是由信号 零点位置来提取的，对于这种设备零点失真量很重要。 （4）在取样时刻，阴影区的垂直宽度表示最大信号失真量

6、。 （5）在取样时刻，上、下两阴影区间隔的一半是最小噪声容 限，噪声瞬时值超过它就有可能发生错误判决。 眼图的说明 1. 眼图测量既迅速又容易. 提供更深次的诊断信息. 眼图可以显示数字信号的整体品质. 能够进行子系统和组件分析; 5.能够反映链路上传输的所有数字信号的整体 信息. 6.眼高不能太低：会导致数据误判。 7.眼图不能太高：1）导致EMI。2）导致器件 功耗过大 眼图测试的作用 什么是模板 目录 高速串行信号LVDC 1 2 3 抖动的分析 眼图的说明 4 PCIe信号测试实例 5 其它 在数字电路系统中，发送端发送出多个比特的数据，由于多种因素 的影响，接收端可能会接收到一些错误

7、的比特（即误码）。错误的比特数 与总的比特数之比称为误码率，即Bit Error Ratio，简称BER。误码率是描述 数字电路系统性能的最重要的参数。是衡量数据在规定时间内数据传输的 精确性的指标。 误比特率=错误比特数/传输总比特数 BER 误码率是最常用的数据通信传输质量指标。它表示传输质量的方式是 “在多少位数据中出现一位差错”。举例来说，如果在一万位数据中出现 一位差错，即误码率为万分之一，即10E-4。 IEEE802.3规定最坏情况的误码率是10E-10。在这种条件下，出现的 误码不会降低网络的性能，因为所有的网络软硬件都按这个要求建立。因 此，这个条件下出现的噪音将不足以改变接

8、收端的比特值，不会造成误码. BER KRONE公司定义 10E-12误码率称为零误码率，零误码率意味着每十万 亿个比特中产生的误码小于1个。 n常用规范要求: 1000Base-T网络制定的可接受得最高限度误码率是10E-10; SAS 可接受的最高限度误码率是10E-12； PCIe 可接受的最高限度误码率是10E-12； QPI 可接受的最高限度误码率是10E-12。 Bathtub曲线 预加重 pre-emphasis 为便于信号的传输,而对某些频谱分量的幅值相对于其他分量的幅值预 先有意予以增强的措施. 信号传输线表现出来的是低通滤波器特性,传输过程中信号的高频成 分衰减大,低频成分

9、衰减小,预加重技术的思想就是在传输新的始端增强信 号的高频成分,以补偿高频分量在传输过程中的过大衰减.信号的高频分量 主要出现在信号的上升沿和下降沿处,预加重技术就是增强信号上升沿和 下降沿的幅度. 去加重 de-emphasis 去加重技术的思想跟预加重技术有点类似，只是实现方法有点不同， 预加重是增加信号上升沿和下降沿处的幅度，其它地方幅度不变；而去加 重是保持信号上升沿和下降沿处的幅度不变，其他地方信号减弱。 去加重补偿后的信号摆渡比预加重补偿后的信号摆幅小，眼图高度低 ，功耗小，EMC辐射小。 均衡器 前面介绍的预加重和去加重能很好的补偿信号在传输过程中的损耗， 改善信号质量，但是预加

10、重和去加重技术也存在一些缺陷，比如当线路上存 在串扰时，预加重和去加重会将高频串扰分量放大，增大串扰的危害。为了 弥补预加重和去加重技术的缺陷，后来就出现了均衡技术。 跟预加重和去加重不同，均衡技术在信号的接收端使用均衡技术在信号的接收端使用，它的特性相当于一 个高通滤波器， 。 目录 高速串行信号LVDC 1 2 3 抖动的分析 眼图的说明 4 PCIe信号测试实例 5 其它 PCIe信号的测试 n 测试准备: 16G以上带宽示波器; TCA_SMA转换头； 高速测试线缆-PCIe； 测试夹具CLB。 测试软件RT-eye PCIe测试过程 n 测试步骤: 择Analyze-RT-Eye Compliance and Analysis启动软件，点击Run Wizard进入导航界面；或者选择Measurements-Wizard进入导航界面; Step 1中选择探头类型，使用SMA线缆选择Single-Ended ； Step 2选择信号通道，一般高速串行信号单端连接，选择Ch1和Ch3 ； Step 3选择PCIe信号速率，根据实际选择PCIE:2.5G或5.0G；