秘密武器助你从容应对噪声检测难题

关键字：噪声检测

如今的噪声问题已经进入下一个领域：高速串行背板。实际上，这与噪声和抖动都有关，严格地讲，这是一个应用技术。Tektronix的Pavel Zivny将噪声定义为“垂直(用于光信令的电压或功率)方向上的所有不良现象”，并将抖动有所区别地定义为“水平发方向(即时间方向)上的所有不良现象”。问题在于由于这两种现象共同作用而对误码率(BER)性能产生影响，因此很难分隔这两个问题。

现在已经可以进行大量串行数据测量，或者至少将测量表示出来用于分析，如图1中的眼图所示。在存储管模拟示波器出现之后，工程师们开始使用眼图进行定性分析。他们在一个重复的位图上观察两个转换过程，发现如果数据抖动时，重叠的波形会趋于平缓。

早期的数字存储示波器(DSO)带有彩色显示器，但内存相对较小，通过用颜色显示抖动事件的相对分布情况，这种示波器增加了第三种定性关系。目前的DSO的速度较快，其内存可以存储长数据序列，DSP引擎能够进行数据分析，可对眼图测量进行定性分析。

这种示波器还可以简化设置，并提供标准图像波罩，并将图像用于可行/不可行测试(请参阅“眼图样本尺寸和定时”)。

为了了解广义上的噪声影响串行数据传输的原因，这里引入几个眼图。图2a是一个好信号的眼图。接收器将有短暂的时间用于检测传输。在图2b中，眼图中的电压是固定的，因此问题不在于电压，但是定时边沿的抖动非常厉害。在图2c中，定时边沿没问题，但是信号在垂直面的杂声状况很差，可能来自电源。

图2d为同时有噪声和抖动问题的信号。接收器比较器将不得不与低噪声相比，从而在高电平和低电平之间控制较窄的电压范围。另外，由于传输向前后来回移动，用于了解信息的电路的定时边沿逐渐减小。

误码率

这些测量的实际目的是评估不同抖动和噪声对误码率的影响(图3)。抖动有很多组成部分。而噪声则主要分为随机噪声和确定性噪声。

随机噪声是我们使用示波器或频谱分析仪观察信号时通常所指的噪声或RMS噪声。确定性噪声则被分成周期噪声，这种噪声具有与信令位速率无关的清晰的频谱分布。例如，来自电源的串扰就是一种周期噪声。串行数据未在处理器时钟上运行时，处理器时钟也会出现周期性噪声。

数据相关噪声(DDN)能以取决于位图的方式捕捉位速率造成的损害，如lonely-low图(在这种图中，许多电平为一的两端分布着零电平)。DDN通常是由ISI (码间干扰)引起的，即由于传导或电容性耦合、损失或传输线路的影响，能量从一个位耦合到相邻位的物理机制引起的。

眼图测量

LeCroy的Mike Hertz表示，由于仪器的内存中可获得完整的数据记录，因此通过将原始波形中每个位的间隔与预载入的波罩进行比较，可以确定单个位的位置。当打开波罩测试时，整个波形将被逐位扫描，并与波罩进行比较。

一旦检测到波罩碰撞，将保存位码，并生成位值表。这个表是经过排序的，从波形的第一个位开始。它可以用来索引回原始波形，以显示坏位的波形。某些眼图测量被指定为许多标准的必需测试项目。基本的眼图测试包括振幅和定时。

眼图振幅是零电平信号分布与电平为一的信号分布平均数之差。眼图振幅测量是通过在眼图中央位置附近区域(通常为零点交叉时间之间距离的20%)分布振幅值进行的。

眼图高度是信噪比测量，除了零电平与一电平之间的标准偏差是从眼图振幅中减去之外，它与眼图振幅非常相似。

眼图宽度则反映信号的总抖动。交叉点之间的时间是基于信号中的两个零交叉点处的直方图平均数计算而来，每个分布的标准偏差是从两个平均数之间的差值相减而来。

光纤上的光学信号需要另外一种眼图测量，称为“消光比”。需要测量它是因为激光发射器在数据传输期间不会完全关闭。消光比的定义很简单，它是打开状态与关闭状态时激光的光功率之比。进行激光功率测量比电压测量更为复杂，这是因为前者需要在测量设备前端采用光电转换器。

至于定时测量，其眼图交叉点是指电平从零向一以及从一向零的转换中达到同一振幅的点。它以眼图振幅的百分比表示。测量仪器展示眼图的水平切片，并以最小直方图宽度截取切片。

如果你截取的是垂直切片而非水平切片，那么你可以测量平均功率，即整个数据流的平均值。与分隔一和零直方图的眼图振幅测量不同，平均功率是直方图的平均值。如果数据编码正常工作，平均功率应为总眼图振幅的50%。

误码率的提取

BER计算的基本部分为时间间隔错误(TIE)，即数据边沿和恢复时钟边沿之间的差。TIE直方图的测量可以确定抖动值超过给定最大值的可能性。

为了获得BER，数据样本的TIE将以TIE值与该值出现次数的直方图的形式表示。这样做的目的是为了确定数据传输与数据采样同时发生的可能性。如果数据同时也在被采样的话，直方图将有可能有条件地在位周期内的给定时间出现数据边沿。浴缸曲线(产品失效曲线)以图形方式显示了这种关系(图4)。

系统通常在10-12范围内指定误码率。以10-12的范围测量一以下可能性的事件会产生过多边沿，以致于无法获取这些边沿，而现在的仪器也无法存储这么多的边沿。这将需要从较小规模的测量中对直方图进行归纳。