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(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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