标准的抖动量测
发布时间:2007/8/23 0:00:00 访问次数:569
让我们想象您正处于必须将10亿位的高速通讯设计交付生产的压力下。最后一个问题似乎很难以理解 – 在芯片之间的高速通讯看似正常,但偶尔会出现一些您无法捕捉到的位错误。眼图看起来很正常,就与您曾经看过的正常操作的系统所显现的眼图一样。那么究竟哪里不对劲?难道隐藏着抖动问题?
抖动量测的原理大体上可以分为两类,即SONET/SDH和非SONET/SDH理论。这二派理论的目标都在于找出发射信号上的抖动,以及确认接收器所能容忍的抖动程度。SONET/SDH抖动量测已经存在很长一段时间了,但它的执行成本较高,而且很难以系统性的方法建立信息与特定的装置特性间的关系。另一种理论主张量测抖动的随机和确定性成分,即所谓的无限和有限成分,这时必须使用一种实际的方法来检验这些成分。
眼图是显现抖动的一个好方法。某特定位究竟是1或0,通常是在眼图的中间部份决定的。如果我们站在中间,有时某个边缘会滑向我们这一边。如果愿意等待够长的时间(或抖动的情形够糟),我们将会看到一直滑动、超越眼图的中心(晚到边缘)、或者太早到达而出现在眼图的中心或前面(早到边缘)的边缘。这些情形都会造成不当的决定,进而导致错误。即使是设计精良的发射器,也会发生这种情况。我们只要确定它们不会经常发生就行了,至于可被接受的发生频率则取决于目标BER – 以真实的系统来说通常为1x10-12。
为了证实错误的发生频率不会过高,专为计算错误而设计的仪器是必然的选择 - BERT(误码率测试器)。BERT与接收器采用相同的决定方式 – 设定一个时间决定点,通常是在位周期的中点。它们会在该时间点,依据进入的位究竟比预设的电压临界值高或低来做决定。早到边缘或超过决定点所在位置的晚到边缘,将会被视同错误加以记录。追踪造成此种情形的位比例,即可能发现幅度大到足以在决定点位置引起错误的抖动。效率是BERT的一项重要优点 – 有别于取样不足的仪器,如示波器和时间间隔分析仪(TIA’s),BERT会取样每一个进入的位。然而我们的目的是要确认不太常发生的某件事情,100%的取样效率可能会使量测耗费很多的时间。举例来说,在一个1 Gb/s的系统中,以1x10-12的BER而言,平均每1000秒(~17分钟)才会出现一次错误,一般假设您必须量测10或100个错误之后,才有信心说您量测到了特定的错误效能。这时需要的是能够加快量测速度的方法。
图1:范例眼图的交叉点,显示多个位路径(DJ)和每个路径的模糊特性(RJ)。
回想眼图作为显现抖动的方法会很有帮助。我们从图1的眼图,可以观察到波形的一些特性。首先,我们似乎看到了多重路径 – 有些位的上升缘发生时间,与其它位的上升缘发生时间明显不同。这并非随机现象,而是一再发生的情形 – 码型中的一些序列是待测电路较容易处理的,至于其它较难处理的序列则会稍微失真。太早和太晚到达的位会转变成抖动,而且因为这个机制是完全可重复的,所以称之为确定性抖动(DJ)。另一个观察结果是,每个路径都具有模糊的特性 – 即使是某个特定的码型序列,其边缘到达时间也会有所差异。这与确定性抖动不同,因为它会发生在所有的位序列上,所以称为随机抖动(RJ)。随机过程通常会呈现一个规则的机率分布。最后一项观察结果是,最糟的抖动可能源自于“叠加”在最严重的系统机制(DJ)上的随机机制(RJ)的尾部。短测试码型如27-1(‘PRBS-7’,长度为127个位)会经常重复,所以码型中容易处理与难以处理的部份会常常出现。在任何量测中都很可能会出现极端的系统性机制,而随机机制则会呈现一个规则、可预测的分布。或许有一种方法可以利用这项信息来加快量测的速度。
BERT与接收器判定电路间的主要差异是,BERT决定点的时间和电压临界值可以轻易地加以改变。不将决定点设在眼图中心,我们开始往左右两个方向将它移到不同的时间(在眼图上的水平方向),看看会发生什么情况。在一个相当完美的眼图的中心,应该很少会出现错误。往左边移动,我们发现很长一段时间都没有变化 – 仍然没看到什么错误。在接近交叉点时,情况变得更有趣了。当我们进入最远的确定路径的外侧(随机)尾端时,错误开始多了起来。如果我们将它绘制成图,以位周期中的位置为x轴,以错误机率为y轴,则在此区域内撷取到的资料点应该会呈现一个规则的机率分布。我们可以采取曲线拟合的处理方法,并从眼图中快速测得的部份外推到10-12,这在以往是一件相当费时的工作,现在我们可以透过更具时间效率的方法,估计出在非常低的机率极端值下的抖动效能。我们也可以根据曲线的位置,算出它偏离理想的边缘到达时间的距离,进而推论抖动的确定性部份。结合以上两项快速获得的信息,我们得出在10-12下的总抖动为RJ与DJ部份的总和。
图2:依据大约10-7的BER执行量测所得到
让我们想象您正处于必须将10亿位的高速通讯设计交付生产的压力下。最后一个问题似乎很难以理解 – 在芯片之间的高速通讯看似正常,但偶尔会出现一些您无法捕捉到的位错误。眼图看起来很正常,就与您曾经看过的正常操作的系统所显现的眼图一样。那么究竟哪里不对劲?难道隐藏着抖动问题?
抖动量测的原理大体上可以分为两类,即SONET/SDH和非SONET/SDH理论。这二派理论的目标都在于找出发射信号上的抖动,以及确认接收器所能容忍的抖动程度。SONET/SDH抖动量测已经存在很长一段时间了,但它的执行成本较高,而且很难以系统性的方法建立信息与特定的装置特性间的关系。另一种理论主张量测抖动的随机和确定性成分,即所谓的无限和有限成分,这时必须使用一种实际的方法来检验这些成分。
眼图是显现抖动的一个好方法。某特定位究竟是1或0,通常是在眼图的中间部份决定的。如果我们站在中间,有时某个边缘会滑向我们这一边。如果愿意等待够长的时间(或抖动的情形够糟),我们将会看到一直滑动、超越眼图的中心(晚到边缘)、或者太早到达而出现在眼图的中心或前面(早到边缘)的边缘。这些情形都会造成不当的决定,进而导致错误。即使是设计精良的发射器,也会发生这种情况。我们只要确定它们不会经常发生就行了,至于可被接受的发生频率则取决于目标BER – 以真实的系统来说通常为1x10-12。
为了证实错误的发生频率不会过高,专为计算错误而设计的仪器是必然的选择 - BERT(误码率测试器)。BERT与接收器采用相同的决定方式 – 设定一个时间决定点,通常是在位周期的中点。它们会在该时间点,依据进入的位究竟比预设的电压临界值高或低来做决定。早到边缘或超过决定点所在位置的晚到边缘,将会被视同错误加以记录。追踪造成此种情形的位比例,即可能发现幅度大到足以在决定点位置引起错误的抖动。效率是BERT的一项重要优点 – 有别于取样不足的仪器,如示波器和时间间隔分析仪(TIA’s),BERT会取样每一个进入的位。然而我们的目的是要确认不太常发生的某件事情,100%的取样效率可能会使量测耗费很多的时间。举例来说,在一个1 Gb/s的系统中,以1x10-12的BER而言,平均每1000秒(~17分钟)才会出现一次错误,一般假设您必须量测10或100个错误之后,才有信心说您量测到了特定的错误效能。这时需要的是能够加快量测速度的方法。
图1:范例眼图的交叉点,显示多个位路径(DJ)和每个路径的模糊特性(RJ)。
回想眼图作为显现抖动的方法会很有帮助。我们从图1的眼图,可以观察到波形的一些特性。首先,我们似乎看到了多重路径 – 有些位的上升缘发生时间,与其它位的上升缘发生时间明显不同。这并非随机现象,而是一再发生的情形 – 码型中的一些序列是待测电路较容易处理的,至于其它较难处理的序列则会稍微失真。太早和太晚到达的位会转变成抖动,而且因为这个机制是完全可重复的,所以称之为确定性抖动(DJ)。另一个观察结果是,每个路径都具有模糊的特性 – 即使是某个特定的码型序列,其边缘到达时间也会有所差异。这与确定性抖动不同,因为它会发生在所有的位序列上,所以称为随机抖动(RJ)。随机过程通常会呈现一个规则的机率分布。最后一项观察结果是,最糟的抖动可能源自于“叠加”在最严重的系统机制(DJ)上的随机机制(RJ)的尾部。短测试码型如27-1(‘PRBS-7’,长度为127个位)会经常重复,所以码型中容易处理与难以处理的部份会常常出现。在任何量测中都很可能会出现极端的系统性机制,而随机机制则会呈现一个规则、可预测的分布。或许有一种方法可以利用这项信息来加快量测的速度。
BERT与接收器判定电路间的主要差异是,BERT决定点的时间和电压临界值可以轻易地加以改变。不将决定点设在眼图中心,我们开始往左右两个方向将它移到不同的时间(在眼图上的水平方向),看看会发生什么情况。在一个相当完美的眼图的中心,应该很少会出现错误。往左边移动,我们发现很长一段时间都没有变化 – 仍然没看到什么错误。在接近交叉点时,情况变得更有趣了。当我们进入最远的确定路径的外侧(随机)尾端时,错误开始多了起来。如果我们将它绘制成图,以位周期中的位置为x轴,以错误机率为y轴,则在此区域内撷取到的资料点应该会呈现一个规则的机率分布。我们可以采取曲线拟合的处理方法,并从眼图中快速测得的部份外推到10-12,这在以往是一件相当费时的工作,现在我们可以透过更具时间效率的方法,估计出在非常低的机率极端值下的抖动效能。我们也可以根据曲线的位置,算出它偏离理想的边缘到达时间的距离,进而推论抖动的确定性部份。结合以上两项快速获得的信息,我们得出在10-12下的总抖动为RJ与DJ部份的总和。
图2:依据大约10-7的BER执行量测所得到
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