DVD與高速串行總線抖動測量技術(shù)與應(yīng)用

引言

隨著計算機和通信系統(tǒng)總線速度的顯著提高，特別是各種不同的采用內(nèi)嵌時鐘技術(shù)的高速串行總線日益普及，定時抖動已經(jīng)成為影響其性能的基本因素;而DVD普遍于國內(nèi)外伴隨的品質(zhì)控制-抖動問題又成為廠商與用戶關(guān)注的焦點.如何面對關(guān)系到系統(tǒng)成敗關(guān)鍵的這二個領(lǐng)域的具有共性的抖動測量技術(shù)與方法是我們應(yīng)研討重點方案。值此將所采的不同的新型和實用之測量技術(shù)作分折介紹。

1、作為新標(biāo)準的DVD抖動測量方法

1.1使用數(shù)字時間取樣和處理技術(shù)(TIA)的方法測量抖動

使用數(shù)字處理方法讀取抖動值。抖動測量設(shè)備, 例如型號LEl875(S1版)和LEl870(抖動測量設(shè)備)使用數(shù)字處理方法(即使用和TIA相同的處理方法)以讀取抖動值。

由于抖動基本上是一種隨機現(xiàn)象，源于光碟、光頭和驅(qū)動器的特性，因此，根據(jù)測量的數(shù)據(jù)，利用統(tǒng)計的方法計算累積的結(jié)果，便能夠以SIGMA(西格碼)形式顯示出標(biāo)準偏差的條帶圖，見圖1所示。

該條帶圖是由表示抖動時間(周期)的水平軸和表示頻率分布的垂直軸所構(gòu)成的抖動圖。

由于抖動可以被視為一種標(biāo)準偏差(即是說，數(shù)據(jù)按時間分布的偏差)，因此可以通過以下的公式獲得：其中Dn：時間數(shù)據(jù) Xn：為頻率分布。

1.2、測量DVD的抖動有以下兩種方法：

有All抖動測量方法-按照DVD標(biāo)準規(guī)格與3T抖動測量方法-測量數(shù)據(jù)信號的脈沖寬度兩種方法。

*All-T抖動測量

這種方法也叫做“DATA to CLOCK-數(shù)據(jù)到時鐘”測量法。DVD光碟上所記錄的8-16調(diào)制的脈沖串(即從3T到11T、14T)。All-T就是測量該脈沖串的全部上升沿、下降沿，并與一個鎖相環(huán)產(chǎn)生的時鐘信號進行比較，見圖2所示。

*脈沖寬度Tw測量

這種方法主要用于測量CD的抖動。CD光碟上所記錄的，是一種8-14調(diào)制(EFM)的脈沖群(即是說，3T到11T)。脈沖寬度測量法就是測量每一脈脈沖寬度的抖動。這種方法亦可以用于測量DVD，見圖3所示。

1.3、按照DVD標(biāo)準規(guī)格的測量方法

以下的方框圖(見圖4所示表示符合DVD只讀光碟1.0版規(guī)格的信號流程(來自某一光頭)。因為,都是按照該DVD規(guī)格設(shè)計的(例如LEl875和LEl870)，所以采用了直接由符合該標(biāo)準的光頭輸出的HF信號。其方框圖由高通濾波器、均衡器、低通濾波器、限幅器、鎖相環(huán)等組成，測量方式為全部邊沿上的抖動。該電路只用于DVD重放機及其光頭檢查系統(tǒng)。

1.4、應(yīng)用舉例-抖動分析測量設(shè)備

1.41有抑制 和設(shè)防功能,特別適合RAM光碟抖動的的LE1875抖動分析測量儀

LE 1875(S1版)是Leader先進的抖動分析測量設(shè)備儀，它采用了數(shù)字時間取樣和處理技術(shù)(TIA)，配合一個全彩色LCD顯示屏，可以提供快速、全面和精確的分析，便于研制、生產(chǎn)、品質(zhì)控制部門對DVD、DVD-RAM、CD、CD-R/RW進行跟蹤檢測。如果選用可變均衡器，更便于通過直接的信號檢測輸入進行測試。

特征：適用于RAM光碟的抖動測試的功能；以信號輸入模式的脈沖寬度對DVD的抖動進行測量；輸入放大器的可選帶通濾波器，適用于待測抖動成分的時間分析和校正。

*時距分析儀(TIA)可以處理DVD、DVD—RAM、CD和CD—R/RW；條帶圖彩色LCD顯示屏可以清晰地顯示出抖動、歷程、RF數(shù)據(jù)幅度、均值Sigma(西格碼)讀數(shù)和時鐘；可測抖動從3T至11T和14T；抖動讀數(shù)以百分率(%)時鐘頻率和Sigma顯示；可測量在上升沿、下降沿以及兩種數(shù)據(jù)邊緣；可響應(yīng)雙倍速度；長時間測量Sigma和平均值讀數(shù)對時間的變化；高靈敏度-讀數(shù)可精確到在50mV或更高；可選50Ω/10MΩ/輸入阻抗使得可以使用10：1的探頭，以減少電路的負載；合格/不合格判斷預(yù)設(shè)輸入；容易設(shè)定和儲存；自動限幅器符合DVD規(guī)格；出現(xiàn)跳隙等故障時，可設(shè)定延遲時間，抑制輸入，暫時中止測試；為RS-232C標(biāo)準。

1.42 TIA高速、高精度抖動測量的LE 1870抖動分析儀

設(shè)計LE 1870抖動儀的目的是為了測量符合DVD規(guī)格的DVD EFM PLUS時鐘信號的抖動。此儀器可對CD和DVD信號進行3T窄脈沖信號抖動進行測量。LE 1870采用TIA數(shù)字處理方法，實現(xiàn)了高速、高精度抖動測量。較大的刻度盤和數(shù)字顯示使LE 1870特別適合于研制工作，生產(chǎn)部門和檢查部門。配合選件，此儀器還可對CD-R/RW進行雙相位信號抖動測量，故擁有LE 1870， 便可測量DVD，CD，CD-R/RW。

特征

*DVD測量；利用數(shù)字工作系統(tǒng)進行高速和準確的測量,LE 1870采用TIA同樣的數(shù)字處理系統(tǒng)，提供更高速和更準確的測量；LE 1870可測量數(shù)據(jù)信號中的3T至11T和14T抖動，并以sigma的形式顯示，同時亦可進行3T窄脈沖的抖動測量；抖動值以%和SIGMA的形式顯示,抖動值的顯示可以選擇以對應(yīng)CLOCK信號的百分比計算單位，亦可以選擇SIGMA的形式絕對值表示抖動。用百分比顯示時，儀器的自動操作電路可以使精確度達到數(shù)據(jù)信號波動的10%內(nèi)；抖動測量有三種極性,即抖動的測量可以在數(shù)據(jù)信號的上升沿、下降沿以及兩個邊沿上進行，測量模式有signal-signal測量和two-signal測量兩種；響應(yīng)速度可達到兩倍,可以測量RF(數(shù)據(jù))信號和再生的CLOCK信號之間的抖動，并以SIGMA值顯示。

*一般功能

高靈敏的測量,可測數(shù)據(jù)信號的振幅可以超過50mVp-p；輸入阻抗可以任意選擇50Ω或者1MΩ；同時測量抖動和RF信號電平，數(shù)據(jù)信號的峰值電平(p-p)由數(shù)字顯示；模擬顯示易于調(diào)節(jié)，數(shù)字顯示減少視差，LE1870兼有大型的模擬顯示刻度盤和較大的發(fā)光二極管數(shù)字顯示。抖動測量的結(jié)果既可以選擇模擬顯示，亦可以選擇數(shù)字顯示；測量抑制，配備插座。當(dāng)光碟重放發(fā)生類似彈跳的故障時，這種輸入控制功能抑制抖動的測量；各種監(jiān)視器輸出,具有數(shù)據(jù)信號監(jiān)視器的功能，其直流輸出與抖動、電平指示成正比;內(nèi)置自動限幅功能，內(nèi)置的自動限幅功能符合DVD規(guī)格。

*生產(chǎn)線上的應(yīng)用

合格/不合格判斷功能方便在線測量,合格/不合格判斷功能是在對比設(shè)定值和測量值的基礎(chǔ)上建立，利用LED指示并被輸出；遙控功能，抖動測量和其他面板功能可以遙控實現(xiàn)。

*其余用途

可以測量CD-R/RW的每一抖動，最高可達*32倍速度；對于CD-R/RW，可以測量雙相位信號的1T抖動;符合DVD標(biāo)準規(guī)格的均衡器，進行精確的測量通過選購的RF均衡器可以直接檢測生產(chǎn)線上發(fā)射的待測信號。

2、高速串行總線抖動測量技術(shù)

2.1問題的引來

越來越多的高速計算機和通信系統(tǒng)開始采用高速串行總線在芯片間，背板間和系統(tǒng)設(shè)備間傳送高速數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，任何微小的高速時鐘和數(shù)據(jù)抖動都會對整個系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的影響，在這種情況下，抖動已經(jīng)成為設(shè)計高速數(shù)字系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。最典型的是傳統(tǒng)的33M PCI并行總線正在被采用高速串行技術(shù)的PCI-Express取代，而它的最新標(biāo)準支持的數(shù)據(jù)率已經(jīng)到5Gb/S，一個U1的寬度僅200ps，任何微小的抖動都會導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯誤.從當(dāng)前各種高速串行總線和數(shù)據(jù)鏈路的定時余量規(guī)范中表明，在數(shù)字系統(tǒng)中嚴格地控制抖動是必須的。只有全面有效的測試和分析抖動，其根本原因才能被隔離，從而針對引起系統(tǒng)抖動的原因來減少抖動，提高系統(tǒng)性能和穩(wěn)定性。如PCI-Express、FBD、InfiniBand、SerialATA和DVI等高速總線都對于時鐘，數(shù)據(jù)抖動有明確要求。

2.2示波器進行的實時抖動測試方法不失為實用可靠之方法。

針對高速串行總線抖動可用示波器進行的實時抖動測試方法并探討影響抖動測試結(jié)果的關(guān)鍵因素。

2.21典型的抖動測試方法

*在了解抖動測試前，明智選擇合適的抖動測試工具和方法成為整個抖動測試工作的首先。

為成功地設(shè)計高速數(shù)字系統(tǒng)，不僅需要理解什么是抖動，計算抖動的大小，還需要對不同的抖動分量進行隔離和分解，分析造成抖動的原因，進而避免在高速系統(tǒng)中出現(xiàn)抖動造成的系統(tǒng)故障。在了解抖動測試前，首先必須選擇合適的抖動測試工具和方法。

2.22高性能數(shù)字示波器配備高速采集內(nèi)存成為最流行的抖動測試工具。

這是因為目前有幾種抖動測試工具可供選擇，誤碼儀(BERT)直接測試系統(tǒng)的誤碼率，但是價位昂貴，功能單一，并不適合設(shè)計人員和調(diào)試人員；采用時間間隔分析儀測試抖動也存在功能單一，抖動分析能力不足的限制。

對于數(shù)字示波器而言，典型的抖動測試方法主要有2種：

*即采用數(shù)字存儲示波器的等效采樣模式或直接使用采樣示波器，通過直方圖統(tǒng)計測量累計定時抖動.等效采樣的缺點是無法消除示波器自身的觸發(fā)抖動對測試結(jié)果的影響，并且由于它采用的是多次觸發(fā)，多次采集，累計顯示的工作方式，對于電路設(shè)計和調(diào)試而言受到較多的限制，無法進行深層的抖動分析。另一個限制是該方法抖動測試參數(shù)有限，例如不能測試周期間抖動。

*更為流行的方法是采用數(shù)字存儲示波器的實時捕獲模式，單次．分析和抖動分解得到每一個抖動分量，幫助設(shè)計和測試人員分析抖動產(chǎn)生的原因，甚至通過抖動分解估算系統(tǒng)的誤碼率。例如，在有關(guān)抖動和信號完整性方法論用泰克實時示波器配合TDSJIT3抖動分析軟件進行抖動測試和分析。圖5是TDSJIT3實時抖動測試結(jié)果。

2.3抖動測試

抖動可以描述為相鄰脈：中邊沿、甚至非相鄰脈；中邊沿周期或相位的定時變化。這些指標(biāo)適合檢定長期和短期的時鐘和數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。通過更加深入地分析抖動指標(biāo)，利用抖動測試結(jié)果，預(yù)測復(fù)雜系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸性能。

周期抖動用來衡量時鐘或數(shù)據(jù)周期樣點的邊沿到邊沿定時。例如，通過測量1000個時鐘周期上升沿之間的時間，可以對統(tǒng)計的周期取樣，統(tǒng)計數(shù)據(jù)會告訴您信號的質(zhì)量。標(biāo)準偏差等價于日MS周期抖動，最大周期減去最小周期，得到峰到峰周期抖動。每個不同周期測量的精度決定著抖動測量的精度。

相位抖動用來衡量被測信號邊沿相對于一個參考信號邊沿的時間偏差，從而可以檢測到信號相位中的任何變化。這一指標(biāo)在許多方面不同于周期測量指標(biāo)。第一，它單獨使用每個邊沿，而沒有使用“period”周期測量，它可以測量大的時間位移。邊沿相位可以偏離幾百或幾千度，但仍可以以非常高的精度進行測量 (360度等于一個周期或循環(huán)時間)。測量相位誤差常用的指標(biāo)是時間間隔誤差(TIE)，測量結(jié)果用相對于度的秒來表示。TIE把信號邊沿與參考邊沿匹配起來，對各邊沿之差相加計算總和。在比較了大量的邊沿之后，可以為分析提供一個樣點集合。與上面的周期測量一樣，標(biāo)準偏差變成日MST TIE，最大時間減最小時間得到峰到峰值(peak-to-peak)TIE等等。TIE測試精度取決于構(gòu)成樣點集合的各個測量的精度。圖6顯示的是對一個時鐘信號的不同抖動測試參數(shù)。

2.4測試精度

任何設(shè)計人員選擇示波器進行參數(shù)測量前都會通過產(chǎn)品的指標(biāo)了解其測試精度，以保證足夠的容許誤差和測量余量，抖動測試也不例外。抖動測試精度受到許多因素的影響，主要包括示波器的定時穩(wěn)定度、取樣噪聲、儀器幅度本底噪聲和內(nèi)插誤差。

內(nèi)插誤差是由在實際電壓樣點之間進行線性內(nèi)插導(dǎo)致的誤差。在測量100ps上升時間的信號、示波器以20GSa/s采樣率在50%電壓門限上進行檢測時，這一誤差要小于0.3ps RMS。在許多情況下這一誤差可以使用示波器中的Sin(X)/X正弦內(nèi)插及其它方法改善，例如充分利用示波器的垂直動態(tài)范圍，使輸入信號幅度達到示波器滿刻度。在大多數(shù)情況下，這一原因?qū)е碌恼`差會遠小于其它誤差源，并且通過使用如Sin(X)/X內(nèi)插，可以進一步減小這一誤差。

示波器采樣系統(tǒng)中定時元件的穩(wěn)定性直接影響著定時測量精度。如果時基有誤差，那么基于該時基進行的測量會具有同等或更大的誤差。示波器中的時基穩(wěn)定性包括參考時鐘、倍頻器、計數(shù)器等相關(guān)電路的穩(wěn)定性。

3、結(jié)束語

上述針對當(dāng)前DVD與高速串行總線二種不同領(lǐng)域的抖動測試技術(shù)與和方法及測試實例作重點介紹。這僅是基本理念，具體如何測量與分析要根據(jù)不同的應(yīng)用場合與精度來選定與運作。