高速抖动测试实例分析
抖动分类
定义抖动为信号时序事件与其理想位置的偏差。抖动是数据眼图在时间轴上产生拖尾的原因，任何有损传输线的收发器件都有可能产生抖动。目前高速串行系统单通道已达112G之上，所以通道对噪声有极高的敏感性，即使在前端设计、后端制造中严格控制裕量，也难以保证在最后设计出的系统能够满足预期的指标要求。因此，在高速串行系统的设计和调试中，抖动成为衡量系统性能的重要指标，从抖动组成中分离并确定系统中存在的影响性能的因素，从而为系统设计和调试提供指导方向和依据。一般抖动的分类如图1：
图1 抖动分类
抖动测试
通常情况，测试抖动均是误码率在1E-12下测试，图2是针对某一通道的抖动测试结果，其中测试包含总抖动、确定性抖动和随机抖动以及抖动直方图。下面我们基于此结果，通过抖动分离来分析影响通道的因素。
图2 抖动测试图
抖动分析
01
从图2观察：TJ（1E-12）=43.1ps，DJ（δ—δ）=25.3ps，RJ（rms）=1.30ps。其中，TJ为在误码率为1E-12下的总抖动；一般描述抖动都会基于某一特定的误码率而言，此时：
TJ（BER）=1*UI-Eye_width（BER） （公式1）
因此，通过上面计算，我们可知道图2下所对应的眼宽为53.9ps（10.3125G速率下）；
02
DJ为利用双狄拉克模型测试的确定性抖动，该抖动是有界的，且可以用峰峰值来表示；
03
RJ为无界的随机性抖动，也是基于1E-12误码率的前提所测试的，经查看图2的RJ（rms）为1.30ps，因此可推断测试系统对于板子所带来的抖动影响较小，可排除测试系统因素。
对于RJ来讲，它是基于概率密度函数（PDF）的高斯分布，即任何一点的概率都不为0，也就是说信号边沿偏离理想位置多远都有可能，区别仅仅在于可能性的大小，所以RJ是无界且无法用峰峰值来表示。有时候为了计算某一误码率下总抖动TJ的大小，仍然需要知道在该误码率下的RJ峰峰值。对于高斯抖动而言，比较容易获取到均方根（RMS）值δ，然后可以通过下式将均方根值转化为特定误码率下的峰峰值。
RJP-P（BER）=N·δ（公式2）
其中，N是和误码率有关的一个参量，对应关系如表1：
表1 误码率与N对应关系
BER |
N |
10E-3 |
6.18 |
10E-4 |
7.438 |
10E-5 |
8.53 |
10E-6 |
9.507 |
10E-7 |
10.399 |
10E-8 |
11.224 |
10E-9 |
11.996 |
10E-10 |
12.723 |
10E-11 |
13.412 |
10E-12 |
14.096 |
10E-13 |
14.698 |
10E-14 |
15.301 |
10E-15 |
15.883 |
10E-16 |
16.444 |
对于图2的实测结果，RJ（rms）=1.30ps，即δ值大小，代入公式2，得到RJ峰峰值：
RJP-P（BER）=14.069*1.30=18.2897ps
一般进行抖动分离研究，都会采用双狄拉克法，而该方法将抖动粗略的分为确定性抖动和随机性抖动，因此基于双狄拉克法的假设，总抖动可用下式描述：
TJ（BER）=DJ+N·δ （公式3）
代入实测的DJ和公式转换计算的RJ，得到TJ如下：DJ（δ—δ）（25.3ps）+ RJP-P（BER）（18.2897ps）=43.5897ps。
实测TJ为43.1ps，计算结果和实测结果匹配，因此可以证明根据公式2和表1计算RJ峰峰值的方法有效。
04
05
图3 通道眼图测试
从图3判断，眼图上升沿/下降沿无不对称现象，且Crossing在50%左右；上升/下降时间基本一致，所以DCD（800fs）所带来的影响因素可排除；
06
对于DDJ（p-p）而言，图2显示为20.0ps，相对较大，而DDJ又包含ISI抖动和DCD抖动，通过05分析，可将DCD抖动排除掉，因此DDJ的20.0ps的抖动极大可能来自反射/损耗所带来的ISI抖动，进而推断，该10.2135G的通道可能还是回损或者插损较大，即差分阻抗一致性较差以及通道损耗较大。
结论
从上述抖动分析结果来看，导致抖动偏大的原因是阻抗和损耗，这两个因素会带来ISI抖动，影响高速通道传输性能。损耗可通过更换低损耗板材、高速通道切换最优层等方式优化。而高速通道中任何阻抗不连续的点都有可能带来反射，需要有针对性地对不连续点进行容性补偿或感性补偿。
在高速系统设计时利用抖动测试分离技术进行问题定位和分析，可以迅速得到影响通道传输性能的主要因素，给设计者提供整改方向，帮助设计者完成产品迭代。
END
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