如何進行眼圖模板測試?讓它和BER關聯起來看看……

過去要進行眼圖模板測試,工程師是用油筆在模擬示波器的顯示屏上繪製一個模板。接下來,他們需要用時鐘信號觸發示波器,調長跡線存續時間,如果略圖內部是暗色,則信號通過測試。後來,就在實時和等時數字示波器中使用了定義良好的模板。模板內的亮點像素是不好的情況。現代模板測試規定了大量波形中允許的最大“觸碰”數。

雖然眼圖模板測量提供了一種快速判斷髮送器是否工作的方法,但對於唯一重要的事:誤碼率(BER,比特錯誤數與總傳輸比特數之比),卻沒提到多少。圖1顯示了一個眼圖中的模板,其中沒有波形進入模板。

如何進行眼圖模板測試?讓它和BER關聯起來看看……

圖1:沒有故障的眼圖模板測試。眼圖由Teledyne LeCroy提供,綠色模板由Ransom Stephens繪製。

Teledyne LeCroy的Marty Miller在DesignCon 2018發言中提出了一種巧妙的觀點——將眼圖模板測量與BER輪廓(contour)測量關聯起來。

BER輪廓

BER輪廓就像顯示等高線輪廓的地形圖。 BER輪廓測量顯示具有相同BER輪廓的眼圖。

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圖2 :BER輪廓圖,不變的顏色表示BER(t、V)恆定的區域。圖片由Teledyne-LeCroy提供。

也可以將它們想成是一個三維浴缸圖。在浴缸圖(圖3)中,BER是採樣點時間延遲位置BER(t)的函數。BER輪廓包括時延和電壓(或功率)兩種情況下采樣點不同位置的BER變化,BER輪廓是BER(t、V)=常數的解。

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圖3:浴缸圖,BER(t)是採樣點的函數。由Ransom Stephens繪圖。

Miller博士指出,實際採樣器的BER不是任何點(t、V)的BER,它不是BER輪廓邊沿或BER輪廓內某點的BER。相關的BER是採樣器時序分辨率和電壓靈敏度所包含的總BER。

接收機的帶寬設定了時序分辨率——採樣一個比特所需的時間——也就是我們所說的建立和保持時間。電壓靈敏度是採樣器能可靠區分的邏輯1和0之間的最小峰-峰值電壓擺幅。用採樣器的時序分辨率給出的半長軸和電壓靈敏度給出的半短軸畫一個小橢圓,採樣器分辨率/靈敏度的實際幾何結構是變化的,但顯而易見的猜測是橢圓結構。高速串行應用中典型電壓限制器的時序分辨率為幾ps,電壓靈敏度約為30mV(圖4)。

如何進行眼圖模板測試?讓它和BER關聯起來看看……

圖4:帶採樣“點”的眼圖,包括採樣器水平時序分辨率和垂直電壓靈敏度。眼圖由Teledyne LeCroy提供,灰色採樣“點”由Ransom Stephens繪製。

模板誤差比

Miller博士將模板誤差比(MER)定義為:單位間隔寬度內單個位的波形進入模板的次數與傳輸的總位數之比(圖5)。由於單個位的波形可能引起很多次模板觸碰但只有一個模板誤差,所以MER與模板觸碰數不同。

如何進行眼圖模板測試?讓它和BER關聯起來看看……

圖5:模板測試有很多次“觸碰”,但僅有兩個“模板誤差”。眼圖由Teledyne LeCroy提供,綠色模板和紅色模板誤差由Ransom Stephens繪製。

我們可以將MER看作是真正的邏輯解碼器會得到的BER,其時序分辨率和電壓靈敏度由模板區域定義。

為了將BER輪廓與MER相關聯,Miller博士研究了四種情況。首先,在從眼圖中心垂直往上到1E-4 BER輪廓的時間座標上,模板較薄。該模板對應一個採樣器,其零(即,完美)時序分辨率和電壓靈敏度是由從眼圖中心到1E-4輪廓的電壓擺動決定的。在這種特殊情況下,BER與MER大致相同。

其次,將該模板向下延伸,使其從BER = 1E-4輪廓底部到頂部基本上成為一個垂直薄矩形。對於該模板,MER = 2E-4,是BER輪廓值的兩倍。在模板頂部,1被誤認為0,在模板底部,0被誤認為1;通過大量取樣,我們得到的誤差是1E-4輪廓頂部或底部理想採樣點的兩倍。

在第三個實驗中,將模板旋轉90度。這本質上是一個具有完美電壓靈敏度的採樣器,但其時序分辨率水平穿過BER = 1E-4輪廓。因為類似的原因,該實驗也得出了MER = 2E-4。

到目前為止,我們所做的只是測量一些簡單的情況,顯示了非零時序分辨率和電壓靈敏度如何導致實際採樣器的BER大於或等於相關的BER輪廓。

在第四個測試中,Miller博士定義了一個與BER = 1E-4輪廓一致的模板,模板由BER = 1E-4輪廓包圍的閉合曲線定義。他測量的結果是MER = 6.27E-4。除了單個位誤差的不相關程度,6.27這個因數不太可能表達其它任何含義。

讓我們重新考慮一下如何將良好的舊模板測試與系統的BER性能聯繫起來。假設我們有一組通過相同模板測試的接收器,Miller博士總結說,沒有明顯可用的方法可以使用模板測試來預測最大BER性能,從本質上驗證最近發佈的標準從模板測試轉向針對BER定義的眼高(EH)和眼寬(EW)測量的有效性。

Miller說,“模板測試更復雜,並且就其常見形式來說,可能並非決定通道性能(例如有效BER)的真正客觀標準。垂直和水平薄模板實驗表明,針對BER,眼高和眼寬概念可能是更好的度量標準。”


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