【做信号链，你需要了解的高速信号知识（二）】高速的挑战 – 抖动和眼图

做高速的工程师最头疼的题目便是颤动和眼图丈量Fail。颤动和眼图丈量就像是一个照妖镜，任何一个设想欠妥，都可能会致使颤动和眼图效果的好转，而要解决颤动和眼图题目，工程师每每无从动手。

教科书上的数字旌旗灯号，每一个时钟周期都严峻相称，每一个数据UI（Unit Interval，即每一个bit的时候长度）也都严峻相称，但实在天下里这类旌旗灯号是不存在的。因为热噪声和种种要素的影响，时钟或数据的边际每每存在不确定性，其实在地位和现实地位之间的误差，便是所谓的颤动。当时钟旌旗灯号或数据旌旗灯号存在较大的颤动时，接收机在辨认信息时就会失足，致使信息通报涌现“误码”（Bit Error）。

图7：颤动的示意图

颤动思量的是时钟或数据过零点的时辰的不确定性，眼图则加倍直观。咱们以参考时钟的边际为刀，将数据波形切割成有数的小段，每段波形惟独1个bit。而后将这些小段波形重叠到一路，构成的眼睛外形的图片，称之为眼图。

图8：眼图是由所有bits重叠而构成的图样，包括所有bits的旌旗灯号完整性信息

自高速串行旌旗灯号降生之初，颤动和眼图便是必测的项目。颤动能够评价时钟或旌旗灯号的稳定性，眼图能够综合评价旌旗灯号的颤动，幅度，反射，串扰等旌旗灯号残缺性问题。假如再套上一个眼图模板，通过眼图是不是触碰模板，就能轻松评判旌旗灯号品质的好坏。

图9：眼图及其模板

LVDS和JESD204B标准里就有颤动和眼图模板测试。掀开JESD Spec，会发明它清楚地界说了近端和源端的眼图模板。眼图不得碰着三块模板（灰色地区）里的任何一块，不然丈量项便是Fail的。

图10：JESD204B规范的接受端眼图模板

测试工程师测出了眼图和颤动的效果，给出测试Pass或Fail的丈量呈报，事情就算完成为了。但研发工程师的恶梦才方才开端，测试Fail了，怎样能力解决呢？

实在基础思绪异常简略，归纳综合起来便是：抓大放小，对症下药！经典理论下，旌旗灯号的整体颤动（Tj，Total Jitter）能够分红如下几类。咱们经由过程示波器的颤动软件，测量出每种颤动成份的巨细，将最紧张的颤动成份下降，整体颤动就可以降下来了。

图11：颤动的分类

此中，随机颤动（Rj，Random Jitter）是由布朗活动/热噪声惹起的，吻合高斯正态漫衍。随机颤动的峰峰值和丈量的样本数（总bits数目）息息相干，理论上只需丈量的时候足够长，随机颤动能够增加到无穷大。颤动阐发时，随机颤动的测量值普通用RMS值来暗示，即正态漫衍的σ值。特定样本数下（也称特定误码率下），随机颤动的峰峰值RJ(pk-pk)，能够应用RJ(rms)乘以一个批改系数失掉。比如在1E12个积累bits下（或1E-12误码率下），这个系数是14，即：

RJ(pk-pk) = RJ(rms) x 14

随机颤动普通是由链路中的电源和有源器件带来的，经由过程改进电源的噪声功能，改换随机颤动较大的有源器件，能够下降体系的随机噪声。

图12：随机颤动吻合正态漫衍，向正无限和负无限偏向有限延长，无际无界

与随机颤动对应的，是确定性颤动（Dj，Deterministic Jitter），它是有界的。在无限的样本数以内，Dj的峰峰值会很快趋于稳固，并维持稳定。Dj的丈量效果常经常使用峰峰值来暗示。Dj首要的两个成份是周期性颤动（PJ，Periodic Jitter）和数据相关性颤动（DDJ，Data-Dependent Jitter）。

周期性变迁颤动，称之为周期性颤动比方一个周期为1ns的时钟旌旗灯号，它的前15000个周期是1.01ns，后15000个周期是0.99ns云云轮回那末这个旌旗灯号中就包括一个33KHZ、三角波调制的周期性颤动便是人人异常熟习的SSC扩频时钟普遍用于花费电子产物下降高速旌旗灯号传输发生的EMI滋扰。周期性颤动普通由高速SerDes的参考时钟带入或许旁路高速旌旗灯号惹起。周期性颤动不但要看颤动的峰峰值，还要存眷Pj频次查抄时钟，查找电路板相干滋扰源，从而下降周期性颤动。

图13：周期性颤动

图14典范的S21拔出消耗统一信道分歧频次旌旗灯号的衰减分歧的

打个譬如，一个旌旗灯号速度是10Gbps，当它传输的是1010如许频次为5GHZ假如传输的是1100码频次就只有2.5GHZ了。高频衰减更大是以1010这类旌旗灯号幅度会比较低。

图15：ISI颤动构成缘故原由

ISI不但会影响到颤动好转。下图是一个高速旌旗灯号，从发送端，到传输门路旁边的测试点，再到接受变迁咱们看到跟着传输线间隔增添，ISI颤动愈发紧张，眼图的眼宽和显然以至到最后完整闭合了。

图16：传输线消耗惹起的ISI颤动致使好转

图17：TekExpress LVDS软件支撑丈量品种齐备

工程师能够依据标准请求倏地天生自定义眼图模板。

图18：TekExpress LVDS的自定义眼图模板

JESD204B也有成熟丈量计划，基于DPOJET一键实现包孕首要的眼图模板测试在内的所有丈量项。

图19：JESD204B测试计划

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