泰克DSA70000能滿足串行總線信號完整性測量的特殊要求

在設(shè)計、驗證和故障排除等領(lǐng)域， 串行總線 技術(shù)對高性能示波器的性能提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。在這一系列更高的標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中，高速數(shù)據(jù)速率只是一個起點，設(shè)計人員還需一套工具以支持關(guān)鍵 信號完整性 測量和眼圖分析。

對基于串行總線技術(shù)的信號完整性測量（如 PCI Express 2.0、Serial ATA III 和 HDMI 1.3）已成為設(shè)計人員測量工作的一個重要部分。當(dāng)今串行總線發(fā)展的許多挑戰(zhàn)既源于可觀察范圍內(nèi)時間位移和眼圖的問題，同樣也源于波形的不理想狀態(tài)（噪聲、抖動和偏差）。串行標(biāo)準(zhǔn)帶來了更窄的時間容差，要求測量工具具有前所未有的帶寬和精確度。在滿足上述要求的同時，現(xiàn)代測試工作還要求將測量設(shè)備本身帶來的影響降到最低。

一切從帶寬開始

大多數(shù)第一代串行總線結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)速率處于 2.5 Gb/s 到 3.125 Gb/

s 之間，這一速率對于如今的示波器算不上什么問題，因為絕大多數(shù)速率在 4 至 5 GHz 示波器似乎可以輕松滿足這一要求。但是在信號保真度測量，特別是在上升時間的評判工作中，用戶需要比此高得多的帶寬，大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)機構(gòu)都對這一需求有充分的認(rèn)識。很多行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都要求示波器能在傳輸端管腳處精確捕捉總線操作基頻的五次諧波，這樣方能確保上升時間的測量精確度在 5% 以內(nèi)。以第一代 PCI Express 為例，其 2.5 Gb/s 的數(shù)據(jù)速率相當(dāng)于 1.25 GHz 的基頻，將此乘以因數(shù) 5 便得到 6.25 GHz 的帶寬要求，而采樣率至少還應(yīng)該是該頻率的兩倍或者更高。類似地，測試數(shù)據(jù)速率為 3.125 Gb/s 的 XAUI 要求示波器帶寬 7.8 GHz。某些標(biāo)準(zhǔn)機構(gòu)在此領(lǐng)域的要求甚至更為嚴(yán)格，該機構(gòu)明確規(guī)定測試五次諧波時必須采用特定帶寬的設(shè)備，PCI SIG便是其中之一。

示波器的帶寬還會影響非常重要的信號眼圖，此類行業(yè)規(guī)范的示波器圖像是兼容性和有效性測試的基礎(chǔ)，眼圖同時將所有可能的邊沿過渡狀態(tài)疊加在一個綜合視圖中從而顯示一個“比特”或單位間隔的數(shù)據(jù)。用戶在屏幕上得到的結(jié)果顯示是由許多波形軌跡圍繞中心而展開的一個類六邊形開放區(qū)域，亦即通常所說的“眼”，其開放程度表示信號質(zhì)量（越“開放”質(zhì)量越好）。串行邏輯設(shè)備必須在眼的區(qū)域內(nèi)清晰區(qū)分 1 和 0 的狀態(tài)，以便對數(shù)據(jù)進(jìn)行正確響應(yīng)。用戶通常需要使用一個圖形掩模來定義眼的通過/失敗區(qū)域。

帶寬不足的示波器在獲取信號時會下降多達(dá) 1 dB的垂直幅度。不幸的是這一損耗往往落在眼圖的開放區(qū)域內(nèi)，這也正好在進(jìn)行二進(jìn)制判斷的區(qū)域。因此足夠的帶寬在眼圖測量和邊沿測量中都是至關(guān)重要的。

新型 DSA72004 提供的帶寬能嚴(yán)格滿足這些標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上所進(jìn)行的大多數(shù)時間和邊沿測量的要求。它的 20 GHz 帶寬（與所有通道上的 50 GS/s 采樣率配合）將能對當(dāng)今廣泛使用的任何串行總線提供測試支持。DSA72004 在波形邊沿 10-90% 部分的輸入上升時間只有 22 ps。基于 DSP 的帶寬增強技術(shù)提供平坦的頻率性能，令帶寬性能處理第一代串行標(biāo)準(zhǔn)中最高速信號的五次諧波。這一特點同時也確保了所有通道能以最佳的頻率和幅度響應(yīng)相互匹配。

大多數(shù)串行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中都明確注明了帶寬要求較低的連接點處的測量指標(biāo)。從 4GHz 到 16GHz 的其它 DSA70000 型號都能很好地滿足這些特定需求，在它們的性能范圍內(nèi)提供類似的帶寬增強功能和幅度響應(yīng)。

多通道結(jié)構(gòu)對同步采樣的要求

更快速的串行總線技術(shù)（第二代和第三代串行總線結(jié)構(gòu)，如 HDMI 1.3、SATA III 和 PCI-Express 2.0）不僅在單通道應(yīng)用中提供更好的性能，而且還還利用多通道串行數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)以達(dá)到更高的數(shù)據(jù)交換速率。在多通道配置中，串行數(shù)據(jù)包首先被分解，然后將這些數(shù)據(jù)包在大致相同的時間內(nèi)通過 4 個、8 個或更多的“通道”進(jìn)行傳輸。

在多通道 串行總線 上進(jìn)行驗證或調(diào)試工作的設(shè)計人員所需要的測試解決方案要能令他們在 4 個或更多的通道中同時實時獲取數(shù)據(jù)集，于此同時，這些通道的數(shù)據(jù)采集性能需要達(dá)到足夠的水平以滿足最新一代串行總線技術(shù)的要求。在驗證工作中，用戶需要在所有通道上同時獲取具有時間相關(guān)性的數(shù)據(jù)。而 DSA70000 系列提供了高達(dá) 50 GS/s 的實時采樣率并在所有輸入通道中確保優(yōu)越的時間分辨率，在全部 4 個通道上它都足以連續(xù)采集長達(dá) 4ms 的時間相關(guān)性串行數(shù)據(jù)。通過實時采集和深度內(nèi)存的結(jié)合，新款DSA70000能讓設(shè)計人員輕松分析干擾事件或錯誤以及這些事件/錯誤前后每個通道的總線流量。

在整個頻率范圍內(nèi)解決抖動問題

抖動是另一個讓串行總線開發(fā)人員擔(dān)心的問題。某些情況下，設(shè)計人員必須量化它對個別信號邊沿的影響，但更重要的問題在于抖動對于眼圖測量的影響。它會減少眼的寬度（上升沿和下降沿經(jīng)過之處），并有可能造成掩模失效。

另一個令人

困擾的問題是，如果觀察到抖動，如何確定它來自被測器件（DUT）還是儀器造成的測量副產(chǎn)品。因為示波器的觸發(fā)抖動和抖動基底噪聲（JNF）都會產(chǎn)生測量抖動，也都會使眼變窄，從而產(chǎn)生令人誤解的掩模故障。

某些有競爭力的解決方案通過提供詳細(xì)的軟件糾正方案以達(dá)到最小化示波器觸發(fā)抖動的目的。這確實潛在地改進(jìn)了等效時間采集模式的性能，因為該模式下必須為每個采樣點進(jìn)行重新觸發(fā)，但是在基于單一實時采集的眼圖測量中，觸發(fā)抖動卻不是根本問題，但JNF 圖對等效時間采集和實時采集都有影響。

得益于 DSA70000 系列垂直系統(tǒng)中模數(shù)轉(zhuǎn)換器所具備的超大動態(tài)范圍（10 個垂直分隔），該設(shè)備可以提供業(yè)界最高的信噪比和最低的 JNF（典型值 400 毫微微秒 rms）。因此，DSA70000 系列示波器在實施抖動測量時儀器本身造成的抖動可以忽略。

在設(shè)計、驗證和故障排除等領(lǐng)域， 串行總線 技術(shù)對高性能示波器的性能提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。在這一系列更高的標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中，高速數(shù)據(jù)速率只是一個起點，設(shè)計人員還需一套工具以支持關(guān)鍵 信號完整性 測量和眼圖分析。

對基于串行總線技術(shù)的信號完整性測量（如 PCI Express 2.0、Serial ATA III 和 HDMI 1.3）已成為設(shè)計人員測量工作的一個重要部分。當(dāng)今串行總線發(fā)展的許多挑戰(zhàn)既源于可觀察范圍內(nèi)時間位移和眼圖的問題，同樣也源于波形的不理想狀態(tài)（噪聲、抖動和偏差）。串行標(biāo)準(zhǔn)帶來了更窄的時間容差，要求測量工具具有前所未有的帶寬和精確度。在滿足上述要求的同時，現(xiàn)代測試工作還要求將測量設(shè)備本身帶來的影響降到最低。

一切從帶寬開始

大多數(shù)第一代串行總線結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)速率處于 2.5 Gb/s 到 3.125 Gb/

s 之間，這一速率對于如今的示波器算不上什么問題，因為絕大多數(shù)速率在 4 至 5 GHz 示波器似乎可以輕松滿足這一要求。但是在信號保真度測量，特別是在上升時間的評判工作中，用戶需要比此高得多的帶寬，大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)機構(gòu)都對這一需求有充分的認(rèn)識。很多行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都要求示波器能在傳輸端管腳處精確捕捉總線操作基頻的五次諧波，這樣方能確保上升時間的測量精確度在 5% 以內(nèi)。以第一代 PCI Express 為例，其 2.5 Gb/s 的數(shù)據(jù)速率相當(dāng)于 1.25 GHz 的基頻，將此乘以因數(shù) 5 便得到 6.25 GHz 的帶寬要求，而采樣率至少還應(yīng)該是該頻率的兩倍或者更高。類似地，測試數(shù)據(jù)速率為 3.125 Gb/s 的 XAUI 要求示波器帶寬 7.8 GHz。某些標(biāo)準(zhǔn)機構(gòu)在此領(lǐng)域的要求甚至更為嚴(yán)格，該機構(gòu)明確規(guī)定測試五次諧波時必須采用特定帶寬的設(shè)備，PCI SIG便是其中之一。

示波器的帶寬還會影響非常重要的信號眼圖，此類行業(yè)規(guī)范的示波器圖像是兼容性和有效性測試的基礎(chǔ)，眼圖同時將所有可能的邊沿過渡狀態(tài)疊加在一個綜合視圖中從而顯示一個“比特”或單位間隔的數(shù)據(jù)。用戶在屏幕上得到的結(jié)果顯示是由許多波形軌跡圍繞中心而展開的一個類六邊形開放區(qū)域，亦即通常所說的“眼”，其開放程度表示信號質(zhì)量（越“開放”質(zhì)量越好）。串行邏輯設(shè)備必須在眼的區(qū)域內(nèi)清晰區(qū)分 1 和 0 的狀態(tài)，以便對數(shù)據(jù)進(jìn)行正確響應(yīng)。用戶通常需要使用一個圖形掩模來定義眼的通過/失敗區(qū)域。

帶寬不足的示波器在獲取信號時會下降多達(dá) 1 dB的垂直幅度。不幸的是這一損耗往往落在眼圖的開放區(qū)域內(nèi)，這也正好在進(jìn)行二進(jìn)制判斷的區(qū)域。因此足夠的帶寬在眼圖測量和邊沿測量中都是至關(guān)重要的。

新型 DSA72004 提供的帶寬能嚴(yán)格滿足這些標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上所進(jìn)行的大多數(shù)時間和邊沿測量的要求。它的 20 GHz 帶寬（與所有通道上的 50 GS/s 采樣率配合）將能對當(dāng)今廣泛使用的任何串行總線提供測試支持。DSA72004 在波形邊沿 10-90% 部分的輸入上升時間只有 22 ps。基于 DSP 的帶寬增強技術(shù)提供平坦的頻率性能，令帶寬性能處理第一代串行標(biāo)準(zhǔn)中最高速信號的五次諧波。這一特點同時也確保了所有通道能以最佳的頻率和幅度響應(yīng)相互匹配。

大多數(shù)串行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中都明確注明了帶寬要求較低的連接點處的測量指標(biāo)。從 4GHz 到 16GHz 的其它 DSA70000 型號都能很好地滿足這些特定需求，在它們的性能范圍內(nèi)提供類似的帶寬增強功能和幅度響應(yīng)。

多通道結(jié)構(gòu)對同步采樣的要求

更快速的串行總線技術(shù)（第二代和第三代串行總線結(jié)構(gòu)，如 HDMI 1.3、SATA III 和 PCI-Express 2.0）不僅在單通道應(yīng)用中提供更好的性能，而且還還利用多通道串行數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)以達(dá)到更高的數(shù)據(jù)交換速率。在多通道配置中，串行數(shù)據(jù)包首先被分解，然后將這些數(shù)據(jù)包在大致相同的時間內(nèi)通過 4 個、8 個或更多的“通道”進(jìn)行傳輸。

在多通道 串行總線 上進(jìn)行驗證或調(diào)試工作的設(shè)計人員所需要的測試解決方案要能令他們在 4 個或更多的通道中同時實時獲取數(shù)據(jù)集，于此同時，這些通道的數(shù)據(jù)采集性能需要達(dá)到足夠的水平以滿足最新一代串行總線技術(shù)的要求。在驗證工作中，用戶需要在所有通道上同時獲取具有時間相關(guān)性的數(shù)據(jù)。而 DSA70000 系列提供了高達(dá) 50 GS/s 的實時采樣率并在所有輸入通道中確保優(yōu)越的時間分辨率，在全部 4 個通道上它都足以連續(xù)采集長達(dá) 4ms 的時間相關(guān)性串行數(shù)據(jù)。通過實時采集和深度內(nèi)存的結(jié)合，新款DSA70000能讓設(shè)計人員輕松分析干擾事件或錯誤以及這些事件/錯誤前后每個通道的總線流量。

在整個頻率范圍內(nèi)解決抖動問題

抖動是另一個讓串行總線開發(fā)人員擔(dān)心的問題。某些情況下，設(shè)計人員必須量化它對個別信號邊沿的影響，但更重要的問題在于抖動對于眼圖測量的影響。它會減少眼的寬度（上升沿和下降沿經(jīng)過之處），并有可能造成掩模失效。

另一個令人

困擾的問題是，如果觀察到抖動，如何確定它來自被測器件（DUT）還是儀器造成的測量副產(chǎn)品。因為示波器的觸發(fā)抖動和抖動基底噪聲（JNF）都會產(chǎn)生測量抖動，也都會使眼變窄，從而產(chǎn)生令人誤解的掩模故障。

某些有競爭力的解決方案通過提供詳細(xì)的軟件糾正方案以達(dá)到最小化示波器觸發(fā)抖動的目的。這確實潛在地改進(jìn)了等效時間采集模式的性能，因為該模式下必須為每個采樣點進(jìn)行重新觸發(fā)，但是在基于單一實時采集的眼圖測量中，觸發(fā)抖動卻不是根本問題，但JNF 圖對等效時間采集和實時采集都有影響。

得益于 DSA70000 系列垂直系統(tǒng)中模數(shù)轉(zhuǎn)換器所具備的超大動態(tài)范圍（10 個垂直分隔），該設(shè)備可以提供業(yè)界最高的信噪比和最低的 JNF（典型值 400 毫微微秒 rms）。因此，DSA70000 系列示波器在實施抖動測量時儀器本身造成的抖動可以忽略。