關(guān)鍵字：噪聲檢測

如今的噪聲問題已經(jīng)進(jìn)入下一個領(lǐng)域：高速串行背板。實際上，這與噪聲和抖動都有關(guān)，嚴(yán)格地講，這是一個應(yīng)用技術(shù)。Tektronix的Pavel Zivny將噪聲定義為“垂直(用于光信令的電壓或功率)方向上的所有不良現(xiàn)象”，并將抖動有所區(qū)別地定義為“水平發(fā)方向(即時間方向)上的所有不良現(xiàn)象”。問題在于由于這兩種現(xiàn)象共同作用而對誤碼率(BER)性能產(chǎn)生影響，因此很難分隔這兩個問題。

現(xiàn)在已經(jīng)可以進(jìn)行大量串行數(shù)據(jù)測量，或者至少將測量表示出來用于分析，如圖1中的眼圖所示。在存儲管模擬示波器出現(xiàn)之后，工程師們開始使用眼圖進(jìn)行定性分析。他們在一個重復(fù)的位圖上觀察兩個轉(zhuǎn)換過程，發(fā)現(xiàn)如果數(shù)據(jù)抖動時，重疊的波形會趨于平緩。

早期的數(shù)字存儲示波器(DSO)帶有彩色顯示器，但內(nèi)存相對較小，通過用顏色顯示抖動事件的相對分布情況，這種示波器增加了第三種定性關(guān)系。目前的DSO的速度較快，其內(nèi)存可以存儲長數(shù)據(jù)序列，DSP引擎能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，可對眼圖測量進(jìn)行定性分析。

這種示波器還可以簡化設(shè)置，并提供標(biāo)準(zhǔn)圖像波罩，并將圖像用于可行/不可行測試(請參閱“眼圖樣本尺寸和定時”)。

為了了解廣義上的噪聲影響串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑?，這里引入幾個眼圖。圖2a是一個好信號的眼圖。接收器將有短暫的時間用于檢測傳輸。在圖2b中，眼圖中的電壓是固定的，因此問題不在于電壓，但是定時邊沿的抖動非常厲害。在圖2c中，定時邊沿沒問題，但是信號在垂直面的雜聲狀況很差，可能來自電源。

圖2d為同時有噪聲和抖動問題的信號。接收器比較器將不得不與低噪聲相比，從而在高電平和低電平之間控制較窄的電壓范圍。另外，由于傳輸向前后來回移動，用于了解信息的電路的定時邊沿逐漸減小。

誤碼率

這些測量的實際目的是評估不同抖動和噪聲對誤碼率的影響(圖3)。抖動有很多組成部分。而噪聲則主要分為隨機(jī)噪聲和確定性噪聲。

隨機(jī)噪聲是我們使用示波器或頻譜分析儀觀察信號時通常所指的噪聲或RMS噪聲。確定性噪聲則被分成周期噪聲，這種噪聲具有與信令位速率無關(guān)的清晰的頻譜分布。例如，來自電源的串?dāng)_就是一種周期噪聲。串行數(shù)據(jù)未在處理器時鐘上運行時，處理器時鐘也會出現(xiàn)周期性噪聲。

數(shù)據(jù)相關(guān)噪聲(DDN)能以取決于位圖的方式捕捉位速率造成的損害，如lonely-low圖(在這種圖中，許多電平為一的兩端分布著零電平)。DDN通常是由ISI (碼間干擾)引起的，即由于傳導(dǎo)或電容性耦合、損失或傳輸線路的影響，能量從一個位耦合到相鄰位的物理機(jī)制引起的。

眼圖測量

LeCroy的Mike Hertz表示，由于儀器的內(nèi)存中可獲得完整的數(shù)據(jù)記錄，因此通過將原始波形中每個位的間隔與預(yù)載入的波罩進(jìn)行比較，可以確定單個位的位置。當(dāng)打開波罩測試時，整個波形將被逐位掃描，并與波罩進(jìn)行比較。

一旦檢測到波罩碰撞，將保存位碼，并生成位值表。這個表是經(jīng)過排序的，從波形的第一個位開始。它可以用來索引回原始波形，以顯示壞位的波形。某些眼圖測量被指定為許多標(biāo)準(zhǔn)的必需測試項目?；镜难蹐D測試包括振幅和定時。

眼圖振幅是零電平信號分布與電平為一的信號分布平均數(shù)之差。眼圖振幅測量是通過在眼圖中央位置附近區(qū)域(通常為零點交叉時間之間距離的20%)分布振幅值進(jìn)行的。

眼圖高度是信噪比測量，除了零電平與一電平之間的標(biāo)準(zhǔn)偏差是從眼圖振幅中減去之外，它與眼圖振幅非常相似。

眼圖寬度則反映信號的總抖動。交叉點之間的時間是基于信號中的兩個零交叉點處的直方圖平均數(shù)計算而來，每個分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差是從兩個平均數(shù)之間的差值相減而來。

光纖上的光學(xué)信號需要另外一種眼圖測量，稱為“消光比”。需要測量它是因為激光發(fā)射器在數(shù)據(jù)傳輸期間不會完全關(guān)閉。消光比的定義很簡單，它是打開狀態(tài)與關(guān)閉狀態(tài)時激光的光功率之比。進(jìn)行激光功率測量比電壓測量更為復(fù)雜，這是因為前者需要在測量設(shè)備前端采用光電轉(zhuǎn)換器。

至于定時測量，其眼圖交叉點是指電平從零向一以及從一向零的轉(zhuǎn)換中達(dá)到同一振幅的點。它以眼圖振幅的百分比表示。測量儀器展示眼圖的水平切片，并以最小直方圖寬度截取切片。

如果你截取的是垂直切片而非水平切片，那么你可以測量平均功率，即整個數(shù)據(jù)流的平均值。與分隔一和零直方圖的眼圖振幅測量不同，平均功率是直方圖的平均值。如果數(shù)據(jù)編碼正常工作，平均功率應(yīng)為總眼圖振幅的50%。

誤碼率的提取

BER計算的基本部分為時間間隔錯誤(TIE)，即數(shù)據(jù)邊沿和恢復(fù)時鐘邊沿之間的差。TIE直方圖的測量可以確定抖動值超過給定最大值的可能性。

為了獲得BER，數(shù)據(jù)樣本的TIE將以TIE值與該值出現(xiàn)次數(shù)的直方圖的形式表示。這樣做的目的是為了確定數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)采樣同時發(fā)生的可能性。如果數(shù)據(jù)同時也在被采樣的話，直方圖將有可能有條件地在位周期內(nèi)的給定時間出現(xiàn)數(shù)據(jù)邊沿。浴缸曲線(產(chǎn)品失效曲線)以圖形方式顯示了這種關(guān)系(圖4)。

系統(tǒng)通常在10-12范圍內(nèi)指定誤碼率。以10-12的范圍測量一以下可能性的事件會產(chǎn)生過多邊沿，以致于無法獲取這些邊沿，而現(xiàn)在的儀器也無法存儲這么多的邊沿。這將需要從較小規(guī)模的測量中對直方圖進(jìn)行歸納。