深度解析高速串行信號的誤碼測試

  高速信號發(fā)展趨勢

  我們所處的是一個高速的世界。

  隨著近十年的狹義和廣義人工智能，數(shù)據(jù)中心，5G/6G，云存儲和云計算，商用機器人和自動駕駛的飛速發(fā)展。數(shù)據(jù)已經(jīng)超過石油成為最寶貴的資源，高速傳輸就像連接城市的高速公路網(wǎng)絡，在消費電子，商用，政府的應用必不可少。例如數(shù)據(jù)中心大廈內的所有模塊，機柜之間的信號傳輸，以及數(shù)據(jù)在跨城市，跨國家之間的高速傳輸在從過去20年前每5-6年速率翻倍，加速迭代到每2-3年就實現(xiàn)速率翻倍。

  高速傳輸鏈路

  在高速信號傳輸鏈路中互連鏈路上任何一個環(huán)節(jié)的故障可能影響整個系統(tǒng)工作的效率以及穩(wěn)定性，對于測試人員需要花費更多的成本去發(fā)現(xiàn)問題、定位問題、分析問題、解決問題。新標準逐漸從單一互連簡單要求的基礎上，額外增加協(xié)同整體要求，例如發(fā)送、接收、電纜或者背板需要放在一個互連鏈路中評估。在發(fā)送端測試時用示波器測試抖動眼圖相關的信號質量，接收端需要誤碼分析儀做誤碼測試，鏈路需要VNA/TDR測試阻抗，有時也需要用誤碼儀做串擾源和和誤碼率測試，因此誤碼儀是高速鏈路評估測試中不可獲缺的部分。

  高速誤碼分析儀概念和原理

  1. 基本原理及功能

  Pattern Generator產(chǎn)生特定的比特碼流，例如：PRBS 碼型;信號可以被施加壓力。

  比特碼流從DUT輸出到Error Detector比較以進行BER測量。

  2. 常見波形：

  NRZ：不歸零碼/Not Return to Zero采用高、低兩種信號電平表示數(shù)字邏輯信號的1和0，每個時鐘周期可以傳輸1bit的邏輯信息。

  PAM4：四脈沖幅度調制 Pulse Amplitude Modulation，PAM4信號采用4個不同的信號電平進行傳輸，每個時鐘周期可以傳輸2bit的邏輯信息，即00、01、10、11。

PAM4/NRZ， 理想的信號波形和眼圖

  中星聯(lián)華高速誤碼分析儀

  利用創(chuàng)建壓力眼圖，真實還原現(xiàn)實世界中的信號完整性問題，

  全面提升高速鏈路的可靠性與穩(wěn)定性，開啟卓越高速互連

  3. 強大的模塊化設計

   單機設備支持6個可擴展功能槽位， 靈活配置不同模塊

   每通道支持1Gbps到最高64Gbps，速率連續(xù)可調，沒有斷點

   支持32GBaud內所有主流NRZ/PAM4速率和各種非標準速率，提供不同選件方便未來速率擴展和升級

   高速信號完整性測試系統(tǒng)， 可定制化工裝夾具，配套線纜、轉接頭等，以滿足不同場景測試需求，打造專用測試工具

   使測試更專業(yè)，更簡單

  4. 卓越的信號完整性和豐富的功能

   支持NRZ，PAM4編碼信令格式

   豐富的低頻抖動和高頻抖動注入模擬真實世界的復雜環(huán)境

   2個獨立的 周期性PJ抖動注入

   1個隨機抖動RJ注入

   1個串擾抖動BUJ注入

   1個擴頻時鐘SSC注入

   豐富的各種噪聲注入

   共模噪聲CMI注入

   差模噪聲DMI注入

   寬帶白噪聲BBN注入

   PPG內置最高達4個Taps FFE，提供靈活的預失真設置來進行通道補償

   PPG多通道間支持高達ps分辨率的相位/Skew調整功能

   支持多種隨機碼型和高級自定義碼型

   接收端ED支持高級自動均衡功能輕松滿足各種復雜測試環(huán)境

   接收端ED內置了CDR時鐘恢復功能，無需外部時鐘輸入

  中星聯(lián)華誤碼儀注抖、加噪

  5. 快捷豐富的軟件用戶界面

   方便易用的向導功能

   人性化的布局和操作

   方便靈活的界面切換

   豐富的測試相關信息

  誤碼儀典型應用

  1. 光器件測試

      光器件的產(chǎn)業(yè)鏈包括光芯片、光電器件，其中光有源器件，是指在工作過程中需要外加能源驅動的光電器件，多數(shù)是進行光-電轉換的器件，例如激光器、探測器、調制器等等，但也有不進行光電轉換的器件，如光放大器。光器件的廠商在研發(fā)生產(chǎn)的過程中，需要對器件進行眼圖、誤碼率等測試。

  2. 光模塊測試

      光模塊(Optical Modules)作為光纖通信中的重要組成部分，是實現(xiàn)光信號傳輸過程中光電轉換和電光轉換功能的光電子器件。廣泛應用于數(shù)據(jù)中心、移動通信基站、無源波分系統(tǒng)、SAN/NAS存儲網(wǎng)絡和5G承載網(wǎng)。速率發(fā)展從百M到Gbps飛速發(fā)展，目前速率已經(jīng)發(fā)展到800Gbit/s、1.6Tbit/s。

  3. 接收端抖動容限測試/JTOL

  隨著信號速率的提升，設計人員會遇到不同接收機性能的差異越來越大，而單純的靈敏度指標已經(jīng)無法保證接收機可互換適配使用。為了對接收機一致性進行衡量，IEEE規(guī)范提出了接收機壓力容限一致性的要求。

  與常用的靈敏度測試不同，JTOL使用了精確添加抖動干擾的發(fā)射信號，來模擬實際鏈路中接收機所收到的信號失真。在測試中，使用中星聯(lián)華誤碼儀產(chǎn)生一個劣化(注入抖動)的眼圖信號，俗稱壓力眼信號，通過校準后的壓力眼輸入被測接收機，進行收機靈敏度和抖動容限測試，可充分驗證接收機眼里容限的一致性。

  4. 接收端噪聲容限測試/ITOL

  隨著通信速率的提升，通道間的串擾，噪聲對測試影響越來越大。 OIF-CEI, IEEE, CPRI, JESD等標準都規(guī)定了接收機噪聲容限一致性的要求。使用中星聯(lián)華誤碼儀可以幫助進行接收機靈敏度測試。誤碼儀產(chǎn)生一個劣化(注入寬帶噪聲)的眼圖，模擬鏈路中串擾，輸出一個通過校準的加噪信號，并傳輸進入被測接收機，進而進行接收機靈敏度和噪聲容限測試。

  5. RX 串擾測試

   測試RX接收機噪聲容限，核心系統(tǒng)測試項目，類似ITOL

   BERT PPG 或者 DUT 產(chǎn)生 victim 通道

   BERT PPG 產(chǎn)生aggressor多通道數(shù)據(jù)輸出

   串擾耦合板耦合

   Aggressor最好異步數(shù)據(jù)輸出PRBS碼型

  6. 高速背板/連接器/線纜測試

  連接器、線纜、背板是電子系統(tǒng)設備之間電流或光信號等傳輸與交換的電子部件，保障了器件、組件、設備、子系統(tǒng)之間電流或光信號的傳輸，是構成整個完整系統(tǒng)連接所必須的基礎元件。為保持各系統(tǒng)之間的信號失真和能量損失的變化，需要對連接器、線纜、背板進行測試。

  7. 相干光通信

  相干光通信，Coherent Optical Communication，是光纖通信領域的一項技術。相比于傳統(tǒng)的非相干光通信，相干光通信具有傳輸距離更遠、傳輸容量更大的技術優(yōu)勢，因此廣受行業(yè)各界的關注，研究熱度不斷攀升。

  相干光調制器需要產(chǎn)生兩個相互垂直的偏振光信號，分別表示信號的I路和Q路。其中, I路和Q路分別對應著原始信號的實部和虛部。利用誤碼儀的PPG可以產(chǎn)生4路IQ信號調制到相干光的發(fā)射機上，通過光纖進行長距傳輸，相干光接收機收到信號，進行處理分析。

  總結

  中星聯(lián)華高性能誤碼儀具有優(yōu)異的性能指標、豐富的注抖、加噪功能特點、模塊化設計配置、和超高的整機集成度，支持后續(xù)升級，為高速串行電路產(chǎn)品預研、設計和生產(chǎn)測試提供了強大的性能和豐富的高級功能。可以對數(shù)字系統(tǒng)進行高速、高精度的誤碼率測試，廣泛應用于通信、數(shù)據(jù)中心、計算、服務器半導體等行業(yè)，表征芯片間、芯片與模塊、背板、連接器、光器件、光模塊、有源光纖電纜、收發(fā)模塊和子組件以及系統(tǒng)等產(chǎn)品的傳輸性能。

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