淺析誤碼儀工作原理與測(cè)試結(jié)果

誤碼儀是常用的測(cè)試高速數(shù)字（包括光通信）器件和系統(tǒng)的儀器。

圖1 傳統(tǒng)誤碼儀結(jié)構(gòu)框圖

傳統(tǒng)誤碼儀由2大部分組成：

1）碼型發(fā)生器。

包括：時(shí)鐘源（可以采用內(nèi)時(shí)鐘或外時(shí)鐘），碼型產(chǎn)生組件（產(chǎn)生需要的碼型格式：PRBS或自定義等格式），信號(hào)調(diào)理前端（輸出電平控制等），時(shí)鐘信號(hào)前端（輸出時(shí)鐘電平控制等）。

2）誤碼接收機(jī)：

包括：時(shí)鐘恢復(fù)電路（有的BERT沒(méi)有CDR），碼型判決電路（從信號(hào)中判斷出碼型數(shù)據(jù)），錯(cuò)誤碼型檢測(cè)電路（判斷碼型數(shù)據(jù)是否正確），欲接收碼型產(chǎn)生電路（產(chǎn)生豫接收的碼型，作為參考），錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器等。

為了對(duì)數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行誤碼率測(cè)量，一般用測(cè)試碼型激勵(lì)輸入端。通常，測(cè)試碼型采用偽隨機(jī)二進(jìn)制序列（PRBS），當(dāng)然也可用其他帶協(xié)議的激勵(lì)模式（用戶自定義模式）來(lái)考察性能極限。

對(duì)于遠(yuǎn)程通信或數(shù)據(jù)通信傳輸系統(tǒng)，目的是仿真在正常工作條件下所經(jīng)歷的隨機(jī)通信量。采用真正隨機(jī)信號(hào)的問(wèn)題是，誤碼檢測(cè)器沒(méi)有了解被傳輸?shù)膶?shí)際位置的手段，因而沒(méi)有檢測(cè)誤碼的途徑。代之采用偽隨機(jī)信號(hào)，則意味著它具有真實(shí)隨機(jī)信號(hào)的幾何所有統(tǒng)計(jì)特性，看起來(lái)似乎就是被測(cè)項(xiàng)目，而實(shí)際上是完全確定的，因而可有誤碼檢測(cè)器所預(yù)測(cè)。為此，已對(duì)最大長(zhǎng)度PRBS碼型的范圍作出了規(guī)定。在誤碼檢測(cè)器處，被測(cè)系統(tǒng)的輸出與本地產(chǎn)生的無(wú)誤碼參考碼型逐位進(jìn)行比較，計(jì)算出誤碼率。

任何被傳輸位的出錯(cuò)概率既有統(tǒng)計(jì)性質(zhì)且必須如此處理：對(duì)在給定時(shí)段內(nèi)的出錯(cuò)概率進(jìn)行測(cè)量的任何作法可以用不同方式表示。最常用的表示方式為：

誤碼率（BER）=在平均間隔內(nèi)計(jì)讀的出錯(cuò)位數(shù)/在平均間隔內(nèi)被傳輸?shù)目偽粩?shù)

圖2 將碼型發(fā)生器與被測(cè)系統(tǒng)的輸入端相連，在輸出端連接誤碼檢測(cè)器

顯然，結(jié)果具有長(zhǎng)期平均誤碼率的統(tǒng)計(jì)特性，而誤碼率與總體中取出的樣本量有關(guān)。有三種計(jì)算BER的方法被普遍使用。

第一種方法（常用在早期測(cè)試裝置中）只對(duì)時(shí)鐘周期技術(shù)，以提供時(shí)基或平均間隔。這很容易利用分立的邏輯十進(jìn)制分頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于目前可以利用微處理器，故已使用更方便的選通周期。

第二種方法，采用譬如說(shuō)1秒鐘、1分鐘或1小時(shí)的定時(shí)選通周期，并有累積總數(shù)計(jì)算誤碼率。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于，它提供了與后面討論的誤碼性能判據(jù)一致的結(jié)果。

第三種方法，通過(guò)對(duì)足夠多（通常為100或更多）的誤碼計(jì)數(shù)來(lái)確定選通周期，以便獲得可靠的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。同樣，處理器也根據(jù)累積的總數(shù)來(lái)計(jì)算誤碼率。不過(guò)，在誤碼率之值很小的情況下，此法可能導(dǎo)致很長(zhǎng)的選通周期。例如，一個(gè)以100Mbps運(yùn)行的系統(tǒng)，當(dāng)誤碼率在10^-12時(shí)，為累積100次誤碼需要將近12天的時(shí)間。

最常用的方法是選取固定的重復(fù)的重復(fù)周期后計(jì)算誤碼率的方法2。在這種情況下，結(jié)果中的方差將連續(xù)改變。因此，通常的做法是，若方差超出一般能接受的水平，便給出某類警告。最廣泛的接受水平為10%，即誤碼計(jì)數(shù)至少為100次誤碼。在實(shí)際的數(shù)字傳輸系統(tǒng)，特別是利用無(wú)線傳播的數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，誤碼率可能顯著地隨時(shí)間變化。在這種情況下，長(zhǎng)期平均值值提供部分情況。通信工程師還關(guān)心被測(cè)系統(tǒng)性能下降到不能接受時(shí)所占的時(shí)間百分?jǐn)?shù)。這稱為“誤碼分析”或“誤碼性能”。

測(cè)試碼型通常要在通信量仿真的PRBS與考察模式相關(guān)趨勢(shì)或臨界點(diǎn)時(shí)系統(tǒng)效應(yīng)的特殊模式之間進(jìn)行選擇。利用PRBS時(shí)，選擇二進(jìn)制序列以及所形成的頻譜特性和運(yùn)行特性是重要的。這些特性可以歸納為：

1）序列長(zhǎng)度（位）；

2）決定二進(jìn)制運(yùn)行特性的移位寄存器的反饋配置；

3）取決于位速率的頻譜譜線間隔。

PRBS碼型已由CCITT針對(duì)數(shù)字傳輸系統(tǒng)的測(cè)試進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化（建議0.151，0.152和0.153）。通常，工作速率越高，仿真實(shí)際數(shù)據(jù)通信量所需的序列越長(zhǎng)。對(duì)于處于Gbit/s范圍的測(cè)試，目前測(cè)試設(shè)備能提供2^n-1序列長(zhǎng)度。

現(xiàn)代的抖動(dòng)誤碼儀在傳統(tǒng)的誤碼儀的基礎(chǔ)之上增加了抖動(dòng)產(chǎn)生能力，能夠方便的進(jìn)行接收靈敏度的測(cè)試。圖2是由傳統(tǒng)誤碼儀演進(jìn)過(guò)來(lái)的抖動(dòng)誤碼儀，它是把多種儀器集中在一起，并經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)設(shè)計(jì)已達(dá)到產(chǎn)生較精確的抖動(dòng)信號(hào)的目的。

圖3 現(xiàn)代的抖動(dòng)誤碼儀的演進(jìn)

從圖中可以看出：SJ和SSC由IQ調(diào)制器產(chǎn)生；PJ和BUJ由500ps或200ps可控延遲線產(chǎn)生；RJ由200ps可控延遲線產(chǎn)生。圖5是ISI抖動(dòng)和正弦波干擾的產(chǎn)生電路，由單獨(dú)一塊可切換長(zhǎng)度的傳輸線組成。

圖4 抖動(dòng)誤碼儀結(jié)構(gòu)框圖

圖5 ISI抖動(dòng)和正弦波干擾產(chǎn)生原理框圖

抖動(dòng)誤碼儀用于抖動(dòng)容限測(cè)試：

為了測(cè)試抖動(dòng)容限，需要儀器有產(chǎn)生抖動(dòng)的能力，經(jīng)校準(zhǔn)的、集成的抖動(dòng)產(chǎn)生能力一般要求為：

1.周期抖動(dòng)，單音和雙音

2.正弦抖動(dòng)

3.隨機(jī)抖動(dòng)和在頻譜上分布的隨機(jī)抖動(dòng)

4.有界不相關(guān)抖動(dòng)

5.碼間干擾（ISI）

6.正弦干擾

7.SSC 和剩余SSC

8.外部抖動(dòng)注入：將外部信號(hào)源連接到延遲控制輸入端。

使用者在儀器屏幕上可以輕松設(shè)置抖動(dòng)類型和抖動(dòng)幅度的組合，因此，可以設(shè)置用于接收機(jī)測(cè)試的眼圖閉合超過(guò)50% 的經(jīng)校準(zhǔn)的“壓力眼圖”。可以通過(guò)干擾通道注入額外抖動(dòng)。它可增加ISI和差分/單端正弦干擾。

自動(dòng)抖動(dòng)容限表征測(cè)試要根據(jù)要求選擇起始/終止頻率、步進(jìn)、精度、BER水平、置信度對(duì)SJ 在頻率上進(jìn)行自動(dòng)掃描。一般綠點(diǎn)表示接收機(jī)可以容忍的注入的抖動(dòng)的位置。紅點(diǎn)表示超過(guò)BER設(shè)置門限的位置。通過(guò)選擇測(cè)試點(diǎn)，抖動(dòng)設(shè)置條件可以被恢復(fù)用于進(jìn)行更多的其它分析。這個(gè)一致性曲線可以顯示在測(cè)試結(jié)果的屏幕上，以便用戶立即判讀結(jié)果。該自動(dòng)表征功能可以極大地節(jié)省編程時(shí)間。

而自動(dòng)抖動(dòng)容限一致性測(cè)試可自動(dòng)測(cè)試被測(cè)件與標(biāo)準(zhǔn)或用戶規(guī)定的接收機(jī)抖動(dòng)容限曲線限制的符合性。許多常用的串行總線標(biāo)準(zhǔn)都定義了抖動(dòng)容限曲線，如：SATA、光纖通道、FB-DIMM、10GbE/XAUI、CEI 6/11G和XFP/XFI。合格/ 不合格結(jié)果顯示在圖形結(jié)果屏幕上，并可以保存和打印。還要求可生成全面的一致性報(bào)告（包括抖動(dòng)設(shè)置和每個(gè)測(cè)試點(diǎn)的總抖動(dòng)結(jié)果），并以html 文件格式生成簡(jiǎn)單的抖動(dòng)容限測(cè)試文檔并可進(jìn)行保存。

圖6 自動(dòng)抖動(dòng)容限表征。綠圓圈表示被測(cè)件滿足所要求的BER 的位置