Agilent——眼图、抖动、相噪

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1、Agilent——眼图、抖动、相噪　2009-02-2522:31随着数据速率超过Gb/s水平，工程师必须能够识别和解决抖动问题。抖动是在高速数据传输线中导致误码的定时噪声。如果系统的数据速率提高，在几秒内测得的抖动幅度会大体不变，但在位周期的几分之一时间内测量时，它会随着数据速率成比例提高，进而导致误码。新兴技术要求误码率(BER)，亦即误码数量与传输的总码数之比，低于一万亿分之一(10-12)。随着数据通信、总线和底板的数据速率提高，市场上已经出现许多不同的抖动检定技术，这些技术采用各种不同的实验室设备，包括实时数字示波器、取样时间间隔分

2、析仪(TIA)、等时取样示波器、模拟相位检波器和误码率测试仪(BERT)。为解决高数据速率上难以解决的抖动问题，工程师必需理解同步和异步网络中使用的各种抖动分析技术　　本文重点介绍3Gb/s以上新兴技术的数据速率。低于3Gb/s的实时示波器可以捕获连续的数据流，可以同时在时域和频域中分析数据流；在更高的数据速率上，抖动分析要更具挑战性。本文将从数字工程师的角度，介绍应对SONET/SDH挑战的各种经验。抖动分析基本上包括比较抖动时钟信号和参考时钟信号。参考时钟是一种单独的黄金标准时钟，或从数据中重建的时钟。在高数据速率时，分析每个时钟的唯一技

3、术是位检测和误码率测试；其它技术则采用某种取样技术。如图1所示，眼图是逻辑脉冲的重叠。它为测量信号质量提供了一种有用的工具，即使在极高的数据速率时，也可以在等时取样示波器上简便生成。边沿由‘1’到‘0’转换和‘0’到‘1’转换组成，样点位于眼图的中心。如果电压(或功率)高于样点，则码被标为逻辑‘1’；如果低于样点，则标为‘0’。系统时钟决定着各个位的样点水平位置。图1:具有各项定义的眼图E1是逻辑‘1’的平均电压或功率电平，E0是逻辑‘0’的平均电压或功率电平。参考点t=0在左边的交点进行选择，右边的交点及其后是位周期TB。EyeCrossi

4、ngPoint:眼图交点LeftEdge:左沿RightEdge:右沿NominalSamplingPoint:标称样点幅度噪声可能会导致逻辑‘1’的电压或功率电平垂直波动，低于样点，导致逻辑‘1’码错误地标为逻辑‘0’码，即误码。抖动描述了相同的效应，但它是水平波动。抖动或定时噪声可能会导致码的边沿在水平方向中的样点内波动，导致错误。从这种意义上讲，抖动定义为一个数字信号在有效时点上距理想时间位置的短期变化。脉冲电压电平的波动源自不需要的调幅(AM)。类似的，转换的定时波动可以描述为脉冲相位波动、不需要的调相(PM)或相噪。在系统器件的定时

5、方面，数据通信和电信技术并不相同。在同步系统中，如SONET/SDH，系统器件同步到公共的系统时钟。在信号通过网络传送时，不同器件生成的抖动会通过网络传播，除非对器件中传送的抖动提出严格的要求，否则抖动可能会无限制地提高。在异步系统中，如千兆位以太网、PCIExpress和光纤通道，器件定时由分布式时钟提供或从数据转换中重建的时钟中提供。在这种情况下，必须限制器件生成的抖动，但从一个器件转移到另一个器件上的抖动则不太重要。不管是哪种情况，底线是系统的工作性能如何，即误码率。图2:抖动大的眼图的交点，直方图是一个像素宽的交点块投射到时间轴上的投

6、影器件生成的固有抖动称为抖动输出。其主要来源可以分为两个：随机抖动(RJ)和确定性抖动(DJ)。可以把抖动看作从理想定时位置的、逻辑转换的定时变化，如图2中的直方图所示。这一分布显示了被不同抖动源模糊的理想定时位置。抖动分布是RJ和DJ概率密度函数的卷积。随机抖动源自各种随机流程，如热噪声和散粒噪声，其假设遵守高斯分布，如图3a所示。由于高斯分布的尾部扩展到无穷大，RJ的峰到峰值没有边界，而RJ的均方根则收敛到高斯分布的宽度上。图3:单个时点的抖动、正弦周期抖动和随机抖动相结合，导致误码的实例IdealTransitionEdge:理想的转换

7、边沿RJSmearedEdge:RJ模糊的边沿DJSmearedEdge:DJ模糊的边沿确定性抖动(DJ)包括占空比失真(DCD)、码间干扰(ISI)、正弦或周期抖动(PJ)和串扰。DCD源自时钟周期中的不对称性。ISI源自由于数据相关效应和色散导致的边沿响应变化。PJ源自周期来源的电磁捡拾，如电源馈通。串扰是由捡拾其它信号导致的。DJ的特色特点是，其峰到峰值具有上下限。DCD和ISI称为有界相关抖动；Pj和串扰称为不相关有界抖动；RJ称为不相关无界抖动。识别不同类型的抖动来源，可以减少设计层次的问题，因为不同的器件以不同的方式生成抖动。例如

8、，发射机主要生成RJ。外部调制的激光发射机生成的大多数抖动是由激光器和主参考时钟的随机抖动导致的。相反，接收机生成的绝大部分抖动是DJ，这源于导致ISI的前置放大器