简述抖动测量的基本原理

试了StratixIV.

信号完整性在串行链路中很重要。Altera信号完整性特性板的制造采用了工程师们能找到的最精密PCB材料和SMA连接器。为什么要这么做？因为他们必须尽可能减小走线和连接器可能增加的电压损耗和抖动，这样结果才能代表器件的固有特性。注意图1中SMA至FPGA的距离变化。工程师们用最短走线的SMA连接器，在无电力线噪声环境下测试收发器，尽可能减少了信号的退化问题。

在一个宁静无扰的环境下作测试，Altera工程师能了解到一个器件的最好性能水平，但提供的不是真实性能数据。客户使用器件核心、逻辑和I/O部分的方式影响着收发器的性能，尤其是在高数据速率下。因此，Altera工程师们必须确定器件在各种工作配置下的性能。

开始时，公司的特性描述工程师并没有简单地去使用每个门和I/O脚。那是一种不切实际的方法，因为没有客户会用到一片FPGA中的每只晶体管。每个客户使用FPGA的方法都不相同。所以，我们会从客户获得样品设计，了解他们使用我们器件的方式

收发器运行以后，工程师们就开始检查FPGA的I/O脚，同时查看其对PDN和信号完整性的影响。然后，他们接通核心与逻辑部分的电源，并检查收发器的信号。工程师每接通器件一部分的电源，就检查一次功率完整性，查看噪声和电压骤降情况，它们对PLL和信号抖动都有很深刻的影响。

Chow工作的核心就是研究抖动，以及确定其特性。他说："十年前，我们不知道今天所理解的抖动。我们不知道TJ（总抖动）、RJ（随机抖动）、DJ（确定性抖动）、PJ（周期抖动）或ISI（符号间干扰）。随着FibreChannel和XAUI的实用，我们开始了解抖动。MikePengLi第一个懂得，当你规定BER时，只有TJ起作用。"

为了测量抖动，Chow和其它Altera的工程师采用了一系列仪器，如来自Agilent技术公司、LeCroy公司和Tektronix公司的实时示波器与采样示波器。在实验室中，工程师还使用Agilent公司的频谱分析仪和Agilent公司与SynthesysResearch公司的BERT（误码率测试仪）。

他指出，示波器是在时域测量抖动，频谱分析仪是在频域，而BERT使用数字域。Chow用频谱分析仪查看PJ,因为这个抖动分量包含有频率，这种仪器可以很容易显示它。他还喜欢用频谱分析仪测量RJ,因为它能测量相位噪声，并将结果转换为RJ.频谱分析仪还有低的噪声背景，最低为-160dBm,Chow喜欢用它在一个特定带宽下测量RJ.

"RJ正在越变越小",他说，并指出针对SFP和SFP+收发模块的标准都规定了约800fs的噪声。"对StratixIV器件，客户一般可以预期RJ值在600fs和700fs之间。在实验室中，我们能够测量低至400fs的RJ.很少有仪器能测量低于1ps的RJ.实时示波器才可以到这么低。"图3显示了一台采样示波器上的RJ和PJ,其中RJ=566fs.

图3.在10.3Gbps时，StratixIV的一个串行I/O端口实现了566fs的RJ（随机抖动）。感谢Altera公司供图。

Chow用一台实时或采样示波器测量DJ、RJ、PJ和ISI.他用一台10–12BER的BERT测量TJ.如果所有抖动测量都正确完成，各抖动分量应近似等于TJ.

有些时候抖动分量与TJ并不相符。这些矛盾性有时候来源于仪器，这就是为什么我们必须知道每台仪器如何得到抖动结果，包括硬件限制、软件实现、算法和抖动理论。这么做是因为每台仪器都是看到大象的不同部位。当抖动分量不相符时，Chow和他的团队会复核他们的测量过程，可能要用不同的示波器或时钟恢复系统再作尝试。

Chow可能要更换示波器，再作测量，因为当数据速率增加到8Gbps、10Gbps和11.3Gbps时，每种速率得到的结果都不相同。他表示，10年前也遇到过相同的问题，但时至今日，示波器制造商已经改进了自己的仪器，在数据速率高达5Gbps时，抖动值的差别可以在10%内（参考文献2）。在更高数据速率下，Chow看到不同制造商之间的差别在增加。

Chow提出了差别的原因：较小的UI,它产生较小的抖动裕度，以及更快的上升与下降时间。Chow说："仪器制造商不断告诫我们在测量中需要更多带宽。有些厂家建议说我们需要50GHz的采样示波器模块，根据经验法则，我们需要五倍于数据速率的带宽。"但Chow怀疑是否真正能在自己的示波器上看到一个10GHz信号。因为PCB走线和连接器都会减缓一个信号的跃变时间。他指出："并且设备还非常昂贵。我们的工作是发现要推动的测量标准，以及真正需要哪种设备。"

尽管Altera拥有了最新的测试设备，但客户一般却不会有。客户会尝试验证StratixIV的规格，但他们可能缺乏必要的设备。因此，Chow和他的工程师们必须培训现场应用工程师，告诉他们如何正确地完成测量。他曾收到现场报告，说客户用于测量StratixIV抖动性能