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深度解析高速串行信號的誤碼測試

摘要:在發(fā)送端測試時(shí)用示波器測試抖動(dòng)眼圖相關(guān)的信號質(zhì)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(shí)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。

  高速信號發(fā)展趨勢

  我們所處的是一個(gè)高速的世界。

  隨著(zhù)近十年的狹義和廣義人工智能,數據中心,5G/6G,云存儲和云計算,商用機器人和自動(dòng)駕駛的飛速發(fā)展。數據已經(jīng)超過(guò)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(luò ),在消費電子,商用,政府的應用必不可少。例如數據中心大廈內的所有模塊,機柜之間的信號傳輸,以及數據在跨城市,跨國家之間的高速傳輸在從過(guò)去20年前每5-6年速率翻倍,加速迭代到每2-3年就實(shí)現速率翻倍。

  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(gè)環(huán)節的故障可能影響整個(gè)系統工作的效率以及穩定性,對于測試人員需要花費更多的成本去發(fā)現問(wèn)題、定位問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題。新標準逐漸從單一互連簡(jiǎn)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(gè)互連鏈路中評估。在發(fā)送端測試時(shí)用示波器測試抖動(dòng)眼圖相關(guān)的信號質(zhì)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(shí)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(jìn)行BER測量。

  2. 常見(jiàn)波形:

  NRZ:不歸零碼/Not Return to Zero采用高、低兩種信號電平表示數字邏輯信號的1和0,每個(gè)時(shí)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(gè)不同的信號電平進(jìn)行傳輸,每個(gè)時(shí)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(shí)還原現實(shí)世界中的信號完整性問(wèn)題,

  全面提升高速鏈路的可靠性與穩定性,開(kāi)啟卓越高速互連

  3. 強大的模塊化設計

   單機設備支持6個(gè)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,速率連續可調,沒(méi)有斷點(diǎn)

   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(lái)速率擴展和升級

   高速信號完整性測試系統, 可定制化工裝夾具,配套線(xiàn)纜、轉接頭等,以滿(mǎn)足不同場(chǎng)景測試需求,打造專(zhuān)用測試工具

   使測試更專(zhuān)業(yè),更簡(jiǎn)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(dòng)和高頻抖動(dòng)注入模擬真實(shí)世界的復雜環(huán)境

   2個(gè)獨立的 周期性PJ抖動(dòng)注入

   1個(gè)隨機抖動(dòng)RJ注入

   1個(gè)串擾抖動(dòng)BUJ注入

   1個(gè)擴頻時(shí)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(gè)Taps FFE,提供靈活的預失真設置來(lái)進(jìn)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(dòng)均衡功能輕松滿(mǎn)足各種復雜測試環(huán)境

   接收端ED內置了CDR時(shí)鐘恢復功能,無(wú)需外部時(shí)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(hù)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(guān)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(guò)程中需要外加能源驅動(dòng)的光電器件,多數是進(jìn)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(jìn)行光電轉換的器件,如光放大器。光器件的廠(chǎng)商在研發(fā)生產(chǎn)的過(guò)程中,需要對器件進(jìn)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(shí)現光信號傳輸過(guò)程中光電轉換和電光轉換功能的光電子器件。廣泛應用于數據中心、移動(dòng)通信基站、無(wú)源波分系統、SAN/NAS存儲網(wǎng)絡(luò )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(dòng)容限測試/JTOL

  隨著(zhù)信號速率的提升,設計人員會(huì )遇到不同接收機性能的差異越來(lái)越大,而單純的靈敏度指標已經(jīng)無(wú)法保證接收機可互換適配使用。為了對接收機一致性進(jìn)行衡量,IEEE規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(dòng)干擾的發(fā)射信號,來(lái)模擬實(shí)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(gè)劣化(注入抖動(dòng))的眼圖信號,俗稱(chēng)壓力眼信號,通過(guò)校準后的壓力眼輸入被測接收機,進(jìn)行收機靈敏度和抖動(dòng)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(zhù)通信速率的提升,通道間的串擾,噪聲對測試影響越來(lái)越大。 OIF-CEI, IEEE, CPRI, JESD等標準都規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(jìn)行接收機靈敏度測試。誤碼儀產(chǎn)生一個(gè)劣化(注入寬帶噪聲)的眼圖,模擬鏈路中串擾,輸出一個(gè)通過(guò)校準的加噪信號,并傳輸進(jìn)入被測接收機,進(jìn)而進(jìn)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,核心系統測試項目,類(lèi)似ITOL

   BERT PPG 或者 DUT 產(chǎn)生 victim 通道

   BERT PPG 產(chǎn)生aggressor多通道數據輸出

   串擾耦合板耦合

   Aggressor最好異步數據輸出PRBS碼型

  6. 高速背板/連接器/線(xiàn)纜測試

  連接器、線(xiàn)纜、背板是電子系統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、子系統之間電流或光信號的傳輸,是構成整個(gè)完整系統連接所必須的基礎元件。為保持各系統之間的信號失真和能量損失的變化,需要對連接器、線(xiàn)纜、背板進(jìn)行測試。

  7. 相干光通信

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

  相干光調制器需要產(chǎn)生兩個(gè)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(zhù)原始信號的實(shí)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(guò)光纖進(jìn)行長(cháng)距傳輸,相干光接收機收到信號,進(jìn)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(diǎn)、模塊化設計配置、和超高的整機集成度,支持后續升級,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??梢詫底窒到y進(jìn)行高速、高精度的誤碼率測試,廣泛應用于通信、數據中心、計算、服務(wù)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等產(chǎn)品的傳輸性能。

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