【做信号链，你须要了解的高速信号常识（二）】高速的应战

【做信号链，你须要了解的高速信号常识（二）】高速的应战 – 颤抖和眼图

文章编号：5360 更新时间：2024-12-03 分类：互联网资讯 阅读次数：次

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【导读】做高速的工程师最头疼的疑问就是颤抖和眼图测量Fail。颤抖和眼图测量就像是一个照妖镜，任何一个设计不当，都或许会造成颤抖和眼图结果的好转，而要处置颤抖和眼图疑问，工程师往往无从下手。

做高速的工程师最头疼的疑问就是颤抖和眼图测量Fail。颤抖和眼图测量就像是一个照妖镜，任何一个设计不当，都或许会造成颤抖和眼图结果的好转，而要处置颤抖和眼图疑问，工程师往往无从下手。教科书上的数字信号，每个时钟周期都严厉相等，每个数据UI (Unit Interval, 即每个bit的期间长度)也都严厉相等，但实在环球里这种信号是不存在的。因为热噪声和各种要素的影响，时钟或数据的边际往往存在不确定性，其实在位置和现实位置之间的偏向，就是所谓的颤抖。过后钟信号或数据信号存在较大的颤抖时，接纳机在识别消息时就会出错，造成消息传递发生“误码”（Bit Error）。

【做链，你须要了解的高速常识（二）】高速的应战 – 颤抖和眼图图7：颤抖的示用意

颤抖思考的是时钟或数据过零点的时辰的不确定性，眼图则愈加直观。咱们以参考时钟的边际为刀，将数据波形切割成有数的小段，每段波形只要1个bit。而后将这些小段波形重叠到一同，构成的眼睛状态的图片，称之为眼图。

【做链，你须要了解的高速常识（二）】高速的应战 – 颤抖和眼图图8：眼图是由一切bits重叠而构成的图样，蕴含一切bits的信号完整性消息

自高速串行信号降生之初，颤抖和眼图就是必测的名目。颤抖可以评价时钟或信号的稳固性，眼图可以综合评价信号的颤抖，幅度，反射，串扰等信号完整性疑问。假设再套上一个眼图模板，经过眼图能否触碰模板，就可以轻松评判信号品质的优劣。

【做链，你须要了解的高速常识（二）】高速的应战 – 颤抖和眼图图9：眼图及其模板

LVDS和JESD204B规范里就有颤抖和眼图模板测试。打开JESD Spec，会发现它明晰地定义了近端和源端的眼图模板。眼图不得碰到三块模板(灰色区域)里的任何一块，否则测量项就是Fail的。

【做链，你须要了解的高速常识（二）】高速的应战 – 颤抖和眼图图10：JESD204B规范的接纳端眼图模板

测试工程师测出了眼图和颤抖的结果，给出测试Pass或Fail的测量报告，上班就算成功了。但研发工程师的噩梦才刚刚开局，测试Fail了，怎样能力处置呢？其实基本思绪十分繁难，概括起来就是：抓大放小，隔靴搔痒！经典切实下，信号的总体颤抖(Tj, Total Jitter)可以分红以下几类。咱们经过示波器的颤抖软件，测量出每种颤抖成分的大小，将最重大的颤抖成分降低，总体颤抖就能降上去了。

【做链，你须要了解的高速常识（二）】高速的应战 – 颤抖和眼图图11：颤抖的分类

其中，随机颤抖(Rj, Random Jitter)是由布朗静止/热噪声惹起的，合乎高斯正态散布。随机颤抖的峰峰值和测量的样本数(总bits数量)息息关系，切实上只需测量的期间足够长，随机颤抖可以参与到无量大。颤抖剖析时，随机颤抖的测量值普通用RMS值来表示，即正态散布的σ值。特定样本数下（也称特定误码率下），随机颤抖的峰峰值RJ(pk-pk)，可以经常使用RJ(rms)乘以一个批改系数获取。比如在1E12 个累积bits下(或1E-12误码率下), 这个系数是14，即:RJ(pk-pk) = RJ(rms) x 14随机颤抖普通是由链路中的电源和有源器件带来的，经过改良电源的噪声性能，改换随机颤抖较大的有源器件，可以降低系统的随机噪声。

【做链，你须要了解的高速常识（二）】高速的应战 – 颤抖和眼图图12：随机颤抖合乎正态散布，向正无量和负无量方向有限加长，无际无界

与随机颤抖对应的，是确定性颤抖(Dj, Deterministic Jitter)，它是有界的。在有限的样本数之内，Dj的峰峰值会很快趋于稳固，并维持不变。Dj的测量结果常罕用峰峰值来表示。Dj最关键的两个成分是周期性颤抖(PJ, Periodic Jitter )和数据关系性颤抖(DDJ,>周期性变动的颤抖，称之为周期性颤抖。比如一个周期为1ns的时钟信号，它的前15000个周期是1.01ns，后15000个周期是0.99ns，如此循环，那么这个信号中就蕴含一个33KHZ、三角波调制的周期性颤抖。这就是大家十分相熟的SSC扩频时钟，宽泛用于生产电子产品中，降低高速信号传输时所发生的EMI搅扰。周期性颤抖普通由高速SerDes的参考时钟带入，或许旁路高速信号的串扰所惹起。周期性颤抖不只要看颤抖的峰峰值，还要关注Pj的频率。审核时钟，查找电路板上关系的搅扰源，从而降低周期性颤抖。

【做链，你须要了解的高速常识（二）】高速的应战 – 颤抖和眼图图13：周期性颤抖

最后也是最关键的颤抖成分，数据关系性颤抖(DDj,>信号在链路上行输时，因为寄生参数的影响，会有损耗。专业名词叫做拔出损耗(Insertion Loss)，对应S参数里的传输参数S21。传输线越长，信号频率越高，损耗越大。关于链路上行输的数据信号而言，因为不同的码型对应不同的信号频率，损耗会有差异，直观来看就是信号的电平会出现不同的幅度。

【做链，你须要了解的高速常识（二）】高速的应战 – 颤抖和眼图图14：典型的S21拔出损耗。同一信道，对不同频率信号的衰减是不同的

打个比如，一个信号的速率是10Gbps，当它传输的是1010这样的码型，其频率为5GHZ；而假设传输的是1100码型，频率就只要2.5GHZ了。高频衰减更大，因此1010这种码型，信号幅度会比拟低。信号幅度的差异会带来什么疑问呢？咱们观察下图中的最后一个降低沿。当它从一个电平较高的逻辑1回到逻辑0（白色虚线），或许是从一个电平较低的逻辑1回到逻辑0(蓝色实线)，降低沿的门路不一样了。这就造成降低沿过零点的时辰发生了不确定性，这就是颤抖。这种颤抖成分称之为DDJ或ISI。

【做链，你须要了解的高速常识（二）】高速的应战 – 颤抖和眼图图15：ISI颤抖构成的要素