【測試案例分享】 信號(hào)鏈芯片的眼圖和抖動(dòng)測試

背景

信號(hào)鏈芯片的驗(yàn)證離不開抖動(dòng)和眼圖測量。抖動(dòng)考慮的是時(shí)鐘或數(shù)據(jù)過零點(diǎn)的時(shí)刻的不確定性，眼圖則更加直觀，以參考時(shí)鐘的邊沿為刀，將數(shù)據(jù)波形切割成無數(shù)的小段，每段波形只有 1 個(gè) bit。然后將這些小段波形堆疊到一起，形成的眼睛形狀的圖片，稱之為眼圖。

抖動(dòng)和眼圖是高速串行信號(hào)的必測項(xiàng)目。抖動(dòng)可以評估時(shí)鐘或信號(hào)的穩(wěn)定性，眼圖可以綜合評估信號(hào)的抖動(dòng)，幅度，反射，串?dāng)_等信號(hào)完整性問題。如果再套上一個(gè)眼圖模板，通過眼圖是否觸碰模板，就可以輕松評判信號(hào)質(zhì)量的優(yōu)劣。

圖 1. 眼圖是由所有 bits 堆疊而形成的圖樣，包含所有 bits 的信號(hào)完整性信息

圖 2. 眼圖及其模板

挑戰(zhàn)

測試工程師測出了眼圖和抖動(dòng)的結(jié)果，給出測試 Pass 或 Fail 的測量報(bào)告，工作就算完成了。但怎樣才能解決抖動(dòng)和眼圖 Fail 的問題呢？基本思路就是抓大放小，對癥下藥！

圖 3. 抖動(dòng)的分類

經(jīng)典理論下，信號(hào)的總體抖動(dòng) (Tj, Total Jitter) 可以分成以下幾類。通過示波器的抖動(dòng)軟件，測量出每種抖動(dòng)成分的大小，想辦法將最嚴(yán)重的抖動(dòng)成分降低，總體抖動(dòng)就能降下來了。

其中，隨機(jī)抖動(dòng) (Rj, Random Jitter) 是由布朗運(yùn)動(dòng) / 熱噪聲引起的。通過改良電源的噪聲性能，更換隨機(jī)抖動(dòng)較大的有源器件，可以降低系統(tǒng)的隨機(jī)噪聲。與隨機(jī)抖動(dòng)對應(yīng)的，是確定性抖動(dòng) (Dj, Deterministic Jitter)，最重要的兩種 Dj 是周期性抖動(dòng) (PJ, Periodic Jitter ) 和數(shù)據(jù)相關(guān)性抖動(dòng) (DDJ, Data-Dependent Jitter)。

周期性變化的抖動(dòng)，稱之為周期性抖動(dòng)。一般由高速 SerDes 的參考時(shí)鐘帶入，或者旁路高速信號(hào)的串?dāng)_所引起。周期性抖動(dòng)不僅要看抖動(dòng)的峰峰值，還要關(guān)注 Pj 的頻率。檢查時(shí)鐘，查找電路板上相關(guān)的干擾源，可以降低周期性抖動(dòng)。

數(shù)據(jù)相關(guān)性抖動(dòng) (DDj, Data Dependent Jitter)，也叫碼間干擾 (ISI, Inter-Symbol Interference)，當(dāng)數(shù)據(jù)速率升高時(shí)，DDj 會(huì)變得愈發(fā)重要。ISI 不僅會(huì)影響到抖動(dòng)，也會(huì)讓眼圖惡化。下圖是一個(gè)高速信號(hào)，從發(fā)送端，到傳輸路徑中間的測試點(diǎn)，再到接收端的眼圖變化。隨著傳輸線距離的增加，ISI 越來越大，眼圖的眼寬和眼高都明顯收窄，甚至到最后眼圖完全閉合了。降低傳輸線衰減，或者使用適當(dāng) 的 Tx均衡和 Rx均衡，可以有效降低DDj。

圖 4. 傳輸線損耗所引起的 ISI 抖動(dòng)會(huì)導(dǎo)致眼圖惡化

測試解決方案

泰克公司的 MSO6B 系列示波器最高帶寬可達(dá) 10GHZ， 采樣率高達(dá) 50GS/s， 底噪低至51.5uV，是測量信號(hào)鏈芯片抖動(dòng)和眼圖的最佳選擇。

圖 5. 泰克MSO6B系列示波器

泰克公司的 DJA 抖動(dòng)和眼圖分析軟件，可以精確并快速地測量信號(hào)的抖動(dòng)和眼圖，給出抖動(dòng)和眼圖的各項(xiàng)測量結(jié)果。DJA 幫助工程師將總體抖動(dòng)分解成各種抖動(dòng)成分，還提供各種高級(jí)分析窗口，比如抖動(dòng)頻譜圖，可以看到周期性抖動(dòng)的頻譜，幫助工程師快速確定干擾源；抖動(dòng)直方圖可以直觀地判斷是RJ或 DJ占主導(dǎo)地位，確定調(diào)試方向。

圖 6. 泰克公司的 DJA 抖動(dòng)和眼圖分析軟件豐富的測量項(xiàng)和分析窗口

總結(jié)

抖動(dòng)和眼圖是信號(hào)鏈芯片的重要測量項(xiàng)。 泰克的MSO6B 系列示波器和 DJA 軟件，不僅可以幫助工程師精確地測量抖動(dòng)和眼圖結(jié)果，還可以通過抖動(dòng)分解，和豐富的分析窗口，為工程師提供解決抖動(dòng)和眼圖問題的線索，幫助工程師快速解決問題。

使用1GHz~10GHz帶寬對高速設(shè)計(jì)進(jìn)行故障排除和驗(yàn)證。