Варианты замеров джиттера

Магазин Gtest(R) предлагает широкую номенклатуру осциллографов на приводимой в самом конце Раздела страничке сайта, а также рекомендуемые приборы и статьи для самообразования 

Независимо от того, тестируете ли вы микросхемы передачи данных, которые обмениваются данными с другими микросхемами на плате, или тестируете телекоммуникационные сети, которые отправляют данные на многие мили, вам необходимо измерить джиттер — разницу между тем, когда должны происходить фронты цифрового сигнала, и тем, когда они фактически происходят. Дрожание в тактовых импульсах может привести к невыровненным битам как в электрических, так и в оптических потоках данных, что приводит к битовым ошибкам. Измеряя джиттер в тактовых импульсах и сигналах данных, вы можете обнаружить источники битовых ошибок.

Три типа приборов могут помочь вам измерить и проанализировать джиттер: Тестеры битовой ошибки (BER), Анализаторы джиттера и Осциллографы (как оцифровочные, так и выборочные).

На рисунке 1 показана скорость передачи битов, которую может обрабатывать каждый прибор.

1. Тестеры BER

2. Оциллографы в режиме эквивалентных временным областям выборки

3. Анализаторы Джиттера (телеком)

4. Анализаторы Джиттера (сети передачи)

5. Осциллографы в режиме выборки в реальном масштабе времени

Рисунок 1. Скорость передачи данных, которую вы используете, может определить, какой тип прибора вам нужен для измерения джиттера.

Какой тип тестового прибора вам следует использовать, зависит от вашего приложения — электрическое или оптическое, передача данных или телекоммуникации — и скорости передачи данных. Поскольку джиттер является основной причиной битовых ошибок, вам часто нужно сначала измерить BER. Если BER сети, сетевого компонента, подсистемы или ИС превышает допустимые пределы, то вы должны найти источник ошибки. Скорее всего, вам понадобится комбинация приборов для отслеживания проблем джиттера. Томми Кук, менеджер отдела НИОКР в Keysight Technologies (Южный Квинсферри, Шотландия), говорит, что многие инженеры начинают с тестера BER, а затем переходят к анализатору джиттера или осциллографу, чтобы изолировать причину ошибок. (Приложение, описанное в разделе «BERT и область действия», освещает один из таких случаев.)

Тестеры Битовых Ошибок (BER testers)

Производителям необходимо измерять BER своей продукции, чтобы гарантировать, что продукция соответствует телекоммуникационным стандартам. Тестирование BER также необходимо для тестирования оборудования высокоскоростной последовательной передачи данных, когда вам необходимо охарактеризовать компоненты и системы передачи данных. Тестер BER отправляет предопределенный поток данных, называемый псевдослучайной битовой последовательностью (PRBS), через тестируемую систему или устройство. Затем он выбирает каждый бит в полученном потоке данных и проверяет входящие биты на соответствие ожидаемому шаблону PRBS. Таким образом, тестеры BER могут дать вам точное измерение BER, чего вы не сможете получить с помощью анализаторов джиттера или осциллографов. (См. «Измерения BER выявляют работоспособность сети», ссылка 1.)

Рисунок 3. Анализаторы джиттера и осциллографы могут разделять джиттер на его компоненты. Здесь синусоидальная составляющая джиттера отчетливо видна, что может дать подсказки относительно источника джиттера. Предоставлено Anritsu.

Анализаторы джиттера обнаруживают фронты сигнала и измеряют время между ними. После получения данных о времени анализатор джиттера запускает алгоритмы, которые генерируют гистограммы, графики частот и другие визуальные изображения данных. Эти графики часто раскрывают подсказки, которые приводят вас к мешающим сигналам. Выполняя вычисления гистограмм и графиков частот, анализатор джиттера разделяет общий джиттер на его компоненты — случайный джиттер и детерминированный джиттер. Для получения учебных пособий по джиттеру и его компонентам вы можете загрузить статьи, перечисленные в разделе «Уроки джиттера в Интернете».

На рисунке 3 показан тип детерминированного джиттера, который имеет определенный источник. Фаза мешающего сигнала модулирует опорный сигнал в верхней трассе, чтобы создать джиттер в измеренном сигнале в нижней трассе. Анализаторы джиттера могут вычислять частоты, присутствующие в джиттере (фазы 1–4). Узнав частоту джиттера, вы часто можете изолировать источник джиттера и смягчить его последствия. Если частота мешающего сигнала соответствует другой тактовой частоте, например, вы можете решить проблему, добавив экранирование от электромагнитных помех или иным образом изолировав источник.

Осциллогафы

Два типа осциллографов оказываются полезными для измерения и анализа джиттера. Для тестирования устройств, кабелей, подсистем или систем, которые обмениваются данными на скоростях до 3,125 Гбит/с (текущая максимальная скорость передачи данных по медному кабелю), вы можете использовать осциллограф реального времени. Как и анализаторы джиттера, эти осциллографы могут измерять джиттер в любом тактовом сигнале, а не только в тех, которые используются в коммуникациях. (См. «Не только проблема связи» для примера применения.)

Для проведения измерений оптических сигналов, таких как OC-192 и 10 Gigabit Ethernet (9,952 Гбит/с) или OC-768 (39,808 Гбит/с), вам нужна полоса пропускания от 50 ГГц до 75 ГГц осциллографа, такого как анализатор цифровых коммуникаций Keisight Technologies или анализатор сигналов коммуникаций Tek. Вы также можете использовать эти осциллографы для электрических сигналов данных. Высокая пропускная способность выборочных осциллографов делает их полезными для измерения джиттера на самых высоких скоростях передачи данных, используемых сегодня. Из-за их низких скоростей выборки (150 квыборок/с или меньше) им требуются повторяющиеся сигналы, такие как шаблоны PRBS, для построения глазковых диаграмм, из которых они могут строить гистограммы джиттера.

Рисунок 4 Осциллографы могут отображать график ошибки временного интервала, который может принимать периодические характеристики. БПФ ошибки временного интервала показывает частоту, а гистограмма показывает распределение джиттера. Предоставлено LeCroy.

Производители осциллографов предлагают программное обеспечение для анализа джиттера на своих осциллографах, и на рисунке 4 показана часть информации о джиттере, которую вы можете извлечь с помощью осциллографа. (Вы также можете получить этот тип анализа с помощью анализатора джиттера.) Самый верхний след представляет собой шаблон PRBS OC-48 (2,488 Гбит/с), который повторяется каждые 127 бит. На втором следе осциллограф вычисляет ошибку синхронизации каждого бита по отношению к идеальному тактовому сигналу, сгенерированному программным обеспечением. График ошибки синхронизации фактически является мгновенным фазовым графиком потока данных. Он показывает, что джиттер содержит периодическую составляющую. Быстрое преобразование Фурье графика ошибки синхронизации (третий след, синий), масштабированное до 1 МГц/дел, показывает частоту джиттера. Эта частота может соответствовать тактовой частоте импульсного источника питания или может возникать из-за перекрестных помех в кабелях данных системы.

На рисунке 5 показан еще один пример данных, которые может предоставить осциллограф. Эта гистограмма точки пересечения глазковой диаграммы показывает распределение с двумя пиками. Двойные пики указывают на детерминированный джиттер, который исходит от внешнего источника помех, такого как импульсный источник питания. Вы часто можете проследить детерминированный джиттер до его источника. «Брошюра по основам джиттера», указанная в разделе «Уроки джиттера» выше, дает хорошее объяснение детерминированного джиттера. Другой тип джиттера — случайный джиттер — следует гауссовскому распределению, и вы не можете определить его источник.

Рисунок 5. Двойные пики на этой гистограмме джиттера указывают на детерминированный джиттер. Расстояние между пиками указывает на амплитуду детерминированного джиттера. Предоставлено Tektronix.

Вам требуются все три прибора?

Когда вам нужно оснастить лабораторию или производственный цех оборудованием для измерения джиттера, вы должны решить, сколько из этих приборов купить. Вы можете подумать, что можете отказаться от BER-тестеров и анализаторов джиттера и купить только осциллограф. Поскольку они берут серию выборок на форме сигнала, осциллографы могут отображать больше информации о сигнале, чем BER-тестеры и анализаторы джиттера без дисплеев осциллографа. Рассматривая всю форму сигнала, а не только фронты, осциллограф может предоставить информацию об амплитуде сигнала, а также его синхронизации.

С другой стороны, получение всех этих выборок означает, что при измерении джиттера вы получите выборки, содержащие информацию об амплитуде (хотя современные осциллографы содержат достаточно памяти для многих приложений по измерению джиттера). Вы не получите всю эту дополнительную информацию с помощью анализаторов джиттера или BER-тестеров, но эти другие приборы дают вам больше выборок фронтов.

Вы услышите противоречивые заявления от производителей оборудования о том, какие приборы использовать. Производители BER-тестеров скажут вам, что только их оборудование дает вам достаточно выборок. Производители анализаторов джиттера скажут вам, что осциллографы не могут предоставить вам достаточно выборок для точного измерения джиттера. Производители осциллографов будут утверждать, что осциллографы имеют достаточно памяти для выполнения этой работы и что только осциллографы позволяют вам видеть амплитуду сигнала. 

Тим Марджесон, менеджер по продукции в Tektronix (Бивертон, штат Орегон), утверждает, что «в некоторых лабораториях все три типа оборудования играют свою роль из-за их уникальных возможностей». Недавно некоторые производители испытательного оборудования разработали гибридные приборы. Тестеры BER, которые традиционно сообщали только об ошибках битов, теперь выполняют некоторый анализ джиттера, а некоторые даже включают в себя стробоскопические осциллографы. Анализаторы джиттера теперь могут также содержать стробоскопические осциллографы; одним из примеров является Wavecrest SIA-3000 (см. Обновление продукта). Эти стробоскопы позволяют вам просматривать глазковые диаграммы, но у них нет полосы пропускания, которую вы получаете от автономных стробоскопических осциллографов. Полоса пропускания осциллографа гибридного прибора в настоящее время достигает 6 ГГц. В режиме реального времени и в эквивалентном времени выборочные осциллографы теперь предлагают программное обеспечение, которое измеряет джиттер и оценивает BER. Ключевое слово здесь — «оценивать», поскольку вы можете получить истинное измерение BER только с помощью тестера BER.

Магазин Gtest® - авторизованный поставщик осциллографов в Украину: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/ostcillografy

Поставки со склада и под заказ LeCroy, Tektronix, Keysight Technologies, Rohder&Schwarz