Магазин Gtest(R) пропонує широку
номенклатуру осцилографів на сторінці сайту, що наводиться в самому кінці
Розділу, а також рекомендовані прилади та статті для самоосвіти
Незалежно від того, чи тестуєте ви мікросхеми передачі даних, які обмінюються даними з іншими мікросхемами на платі, чи тестуєте телекомунікаційні мережі, які відправляють дані на багато миль, вам необхідно виміряти джиттер — різницю між тим, коли мають відбуватися фронти цифрового сигналу, і тим, коли вони фактично відбуваються. Тремтіння в тактових імпульсах може призвести до невирівняних біт як в електричних, так і в оптичних потоках даних, що призводить до бітових помилок. Вимірюючи джиттер у тактових імпульсах і сигналах даних, можна знайти джерела бітових помилок.
Три типи приладів можуть допомогти вам виміряти та проаналізувати джиттер: Тестери бітової помилки (BER), Аналізатори джиттера та Осцилографи (як оцифрувальні, так і вибіркові).
На малюнку 1 показано швидкість передачі бітів, яку може обробляти кожен прилад.

1. Тестери BER
2. Оцилографи в режимі еквівалентних тимчасових областях вибірки
3. Аналізатори Джіттера (телеком)
4. Аналізатори Джіттера (мережі передачі)
5. Осцилографи в режимі вибірки у реальному масштабі часу
Малюнок 1. Швидкість передачі даних, яку ви використовуєте, може визначити, який тип приладу потрібний для вимірювання джиттера.
Який тип тестового приладу вам слід використовувати, залежить від вашої програми - електрична або оптична, передача даних або телекомунікації - і швидкості передачі даних. Оскільки джиттер є основною причиною помилок біта, вам часто потрібно спочатку виміряти BER. Якщо мережа BER, мережевий компонент, підсистема або ІС перевищує допустимі межі, то ви повинні знайти джерело помилки. Швидше за все, вам знадобиться комбінація приладів для відстеження проблем джиттера. Томмі Кук, менеджер відділу НДДКР у Keysight Technologies (Південний Квінсферрі, Шотландія), каже, що багато інженерів починають із тестера BER, а потім переходять до аналізатора джиттера чи осцилографа, щоб ізолювати причину помилок. (Додаток, описаний у розділі «BERT і область дії», висвітлює один з таких випадків.)
Тестери Помилок Битових (BER testers)
Виробникам необхідно вимірювати BER своєї продукції, щоби гарантувати, що продукція відповідає телекомунікаційним стандартам. Тестування BER також необхідно для тестування обладнання високошвидкісної послідовної передачі даних, коли вам необхідно охарактеризувати компоненти та системи передачі даних. Тестер BER відправляє зумовлений потік даних, званий псевдовипадковою бітовою послідовністю (PRBS), через систему або пристрій, що тестується. Потім він вибирає кожен біт в отриманому потоці даних і перевіряє вхідні біти на відповідність очікуваного шаблону PRBS. Таким чином, тестери BER можуть дати вам точний вимір BER, чого ви не зможете отримати за допомогою аналізаторів джиттера чи осцилографів. (Див. «Вимірювання BER виявляють працездатність мережі», посилання 1.)
Малюнок 2. При пошуку джиттера та помилок бітів найкращі результати досягаються, якщо вибірка бітів проводиться у центрі ока.
Хоча тестери BER можуть проводити точні вимірювання BER, досягнення цієї точності в мережі або пристрої, розрахованому на BER 10–12 (1 бітова помилка на кожні 1012 біт), може зайняти годинник. Щоб скоротити час тестування з годин до хвилин, тестери BER використовують техніку сканування BERT, яка використовує статистичні методи для прогнозування BER.
На малюнку 2 показано, як працює сканування, використовуючи знайому глазкову діаграму як довідковий матеріал. Ви можете запрограмувати тестери BER на вибірку вхідних бітів у будь-якій точці тривалості біта (називається "одиничним інтервалом" або "UI"). Графік під глазковою діаграмою (часто званий кривою «ванна») показує BER як функцію розташування вибірки. Якщо тест BER перевіряє біти в центрі бітового періоду (0,5 UI), то ймовірність того, що джиттер викличе бітову помилку, має бути невеликою. Але якщо тестер BER перевіряє біти в місцях, ближчих до точок перетину вічка, він збільшить можливість виявлення бітової помилки, викликаної джиттером.
Аналізатори Джіттера / Тремтіння (Jitter analyzers)
Проте тестери BER можуть не надати достатньо інформації про характеристики чи джерела джиттера. Аналізатори джиттера (часто звані аналізаторами тимчасових інтервалів або аналізаторами цілісності сигналу) можуть вимірювати джиттер у будь-якому тактовому сигналі та надавати вам інформацію, яка може допомогти вам усунути джиттер. Ці прилади також використовують характеристики джиттера для прогнозування BER значно менше часу, ніж тестер BER.
Ви знайдете аналізатори джиттера корисними для тестування пристроїв, що використовуються у високошвидкісних шинах передачі даних, таких як Fibre Channel, SerialATA, Infiniband та RapidIO, зі швидкістю передачі даних до 3,125 Гбіт/с на канал (посилання 2). Оскільки аналізатори джиттера прогнозують BER всього за кілька секунд, вони корисні для тестування виробничої лінії, і багато виробників ATE встановлюють аналізатор джиттера, вказаний замовником у свої тестові системи.

Малюнок 3. Аналізатори джиттера та осцилографи можуть розділяти джиттер на його компоненти. Тут синусоїдальна складова джиттера виразно видно, що може підказати щодо джерела джиттера. Надано Anritsu.
Аналізатори джиттера виявляють фронти сигналу та вимірюють час між ними. Після отримання даних часу аналізатор джиттера запускає алгоритми, які генерують гістограми, графіки частот та інші візуальні зображення даних. Ці графіки часто розкривають підказки, які призводять вас до сигналів, що заважають. Виконуючи обчислення гістограм та графіків частот, аналізатор джиттера поділяє загальний джиттер на його компоненти - випадковий джиттер та детермінований джиттер. Для отримання навчальних посібників з джиттера та його компонентів можна завантажити статті, перелічені в розділі «Уроки джиттера в Інтернеті».
На малюнку 3 показаний тип детермінованого джиттера, який має певне джерело. Фаза заважає модулює опорний сигнал у верхній трасі, щоб створити джиттер у виміряному сигналі в нижній трасі. Аналізатори джиттера можуть обчислювати частоти в джиттері (фази 1–4). Дізнавшись частоту джиттера, ви часто можете ізолювати джерело джиттера та пом'якшити його наслідки. Якщо частота сигналу, що заважає, відповідає іншій тактовій частоті, наприклад, ви можете вирішити проблему, додавши екранування від електромагнітних перешкод або іншим чином ізолювавши джерело.
Осцилограф
Два типи осцилографів виявляються корисними для вимірювання та аналізу джиттера. Для тестування пристроїв, кабелів, підсистем або систем, які обмінюються даними на швидкостях до 3,125 Гбіт/с (поточна максимальна швидкість передачі даних мідним кабелем), ви можете використовувати осцилограф реального часу. Як і аналізатори джиттера, ці осцилографи можуть вимірювати джиттер у будь-якому тактовому сигналі, а не лише у тих, що використовуються в комунікаціях. (Див. "Не тільки проблема зв'язку" для прикладу застосування.)
Для проведення вимірювань оптичних сигналів, таких як OC-192 і 10 Gigabit Ethernet (9,952 Гбіт/с) або OC-768 (39,808 Гбіт/с), вам потрібна смуга пропускання від 50 ГГц до 75 ГГц осцилографа, такого як аналізатор цифрових комунікацій. Ви можете також використовувати ці осцилографи для електричних сигналів даних. Висока пропускна спроможність вибіркових осцилографів робить їх корисними для вимірювання джиттера на найвищих швидкостях передачі даних, що використовуються сьогодні. Через їх низькі швидкості вибірки (150 квиборок/с або менше) їм потрібні повторювані сигнали, такі як шаблони PRBS, для побудови глазкових діаграм, з яких вони можуть будувати гістограми джиттера.

Малюнок 4 Осциллографи можуть відображати графік помилки часового інтервалу, який може приймати періодичні характеристики. БПФ помилки часового інтервалу показує частоту, а гістограма показує розподіл джиттера. Надано LeCroy.
Виробники осцилографів пропонують програмне забезпечення для аналізу джиттера на своїх осцилографах, і на малюнку 4 показано частину інформації про джиттер, яку ви можете отримати за допомогою осцилографа. (Ви також можете отримати цей тип аналізу за допомогою аналізатора джиттера.) Найвищий слід є шаблоном PRBS OC-48 (2,488 Гбіт/с), який повторюється кожні 127 біт. На другому сліді осцилограф обчислює помилку синхронізації кожного біта по відношенню до ідеального тактового сигналу, згенерованого програмним забезпеченням. Графік помилки синхронізації є миттєвим фазовим графіком потоку даних.
Він показує, що джиттер містить періодичну складову. Швидке перетворення Фур'є графіка помилки синхронізації (третій слід, синій), масштабоване до 1 МГц/справ, показує частоту джиттера. Ця частота може відповідати тактовій частоті імпульсного джерела живлення або може виникати через перехресні перешкоди в кабелях даних системи.
На малюнку 5 показаний ще один приклад даних, які може надати осцилограф. Ця гістограма точки перетину глазкової діаграми показує розподіл із двома піками. Подвійні піки вказують на детермінований джиттер, що походить від зовнішнього джерела перешкод, такого як імпульсне джерело живлення. Ви можете простежити детермінований джиттер до його джерела. «Брошура з основ джиттера», вказана в розділі «Уроки джиттера» вище, дає хороше пояснення детермінованого джиттера. Інший тип джиттера - випадковий джиттер - слід гауссівського розподілу, і ви не можете визначити його джерело.

Малюнок 5. Подвійні піки на цій гістограмі джиттера вказують на детермінований джиттер. Відстань між піками вказує на амплітуду детермінованого джиттера. Надано Tektronix.
Вам потрібні всі три прилади?
Коли вам потрібно оснастити лабораторію або виробничий цех обладнання для вимірювання джиттера, ви повинні вирішити, скільки з цих приладів купити. Ви можете подумати, що можете відмовитися від BER-тестерів та аналізаторів джиттера і купити тільки осцилограф. Оскільки вони беруть серію вибірок на формі сигналу, осцилограф можуть відображати більше інформації про сигнал, ніж BER-тестери і аналізатори джиттера без дисплеїв осцилографа. Розглядаючи всю форму сигналу, а не тільки фронти, осцилограф може надати інформацію про амплітуд сигналу, а також його синхронізацію.
З іншого боку, отримання всіх цих вибірок означає, що при вимірі джиттера ви отримаєте вибірки, що містять інформацію про амплітуду (хоча сучасні осцилографи містять достатньо пам'яті для багатьох програм з вимірювання джиттера). Ви не отримаєте всю цю додаткову інформацію за допомогою джиттерів або BER-тестерів, але ці інші прилади дають вам більше вибірок фронтів.
Ви почуєте суперечливі заяви від виробників обладнання про те, які прилади використовувати. Виробники BER-тестерів скажуть вам, що лише їхнє обладнання дає вам достатньо вибірок. Виробники аналізаторів джиттера скажуть вам, що осцилографи не можуть надати вам достатньо вибірок для точного виміру джиттера. Виробники осцилографів стверджують, що осцилографи мають достатньо пам'яті для виконання цієї роботи і що тільки осцилографи дозволяють бачити амплітуду сигналу.
Тім Марджесон, менеджер з продукції в Tektronix (Бівертон, штат Орегон), стверджує, що «у деяких лабораторіях всі три типи обладнання відіграють свою роль через їх унікальні можливості». Нещодавно деякі виробники випробувального обладнання розробили гібридні прилади. Тестери BER, які традиційно повідомляли лише про помилки бітів, тепер виконують деякий аналіз джиттера, а деякі навіть включають стробоскопічні осцилографи. Аналізатори джиттера тепер можуть містити стробоскопічні осцилографи; одним із прикладів є Wavecrest SIA-3000 (див. Оновлення продукту). Ці стробоскопи дозволяють вам переглядати очкові діаграми, але вони не мають смуги пропускання, яку ви отримуєте від автономних стробоскопічних осцилографів. Смуга пропускання осцилографа гібридного приладу нині сягає 6 ГГц. У режимі реального часу та в еквівалентному часі вибіркові осцилографи тепер пропонують програмне забезпечення, яке вимірює джиттер та оцінює BER. Ключове слово тут - "оцінювати", оскільки ви можете отримати справжній вимір BER тільки за допомогою тестера BER.