高速串行信號(hào)分析需要真正意義的長(zhǎng)存儲(chǔ)

??? 抖動(dòng)分析和眼圖測(cè)試已成為分析高速串行鏈路的重要手段，也成為評(píng)估高端示波器的重要參考。

??? 當(dāng)使用示波器進(jìn)行抖動(dòng)測(cè)試時(shí)，高速采集內(nèi)存長(zhǎng)度是示波器進(jìn)行抖動(dòng)測(cè)試的關(guān)鍵指標(biāo)。高速內(nèi)存長(zhǎng)度不僅決定了一次抖動(dòng)測(cè)試中樣本數(shù)的多少，還決定了示波器能夠測(cè)試的抖動(dòng)頻率范圍。這是因?yàn)樗械亩秳?dòng)都具有不同的頻率分量，其通常從DC直流到高頻部分。示波器單次采集時(shí)間窗口的倒數(shù)即表明了抖動(dòng)測(cè)試的頻律范圍。例如，你用一個(gè)具有 20G 采樣/秒(S/s)的采樣率和 1M采樣內(nèi)存的示波器捕獲一個(gè) 2.5Gbps 信號(hào)，那么你的示波器屏幕上就能捕捉到50 微秒長(zhǎng)的一段波形，意味著你能捕獲到一個(gè)頻率為 20kHz的低頻抖動(dòng)周期。同樣的，對(duì)于20GS/s采樣率100M存儲(chǔ)深度（如力科的SDA6000AXXL），則可以捕獲到200Hz的低頻抖動(dòng)周期。

??? 而傳統(tǒng)示波器設(shè)計(jì)時(shí)采用將高速采集前端(多達(dá)80顆ADC)和高速內(nèi)存在物理上用一顆SoC芯片實(shí)現(xiàn)，由于有太多功能在一個(gè)芯片內(nèi)部，導(dǎo)致片內(nèi)高速內(nèi)存容量的限制(在40GS/s下一般小于2M)，只能測(cè)量到20KHz以上的抖動(dòng)，并且當(dāng)需要測(cè)試低頻抖動(dòng)時(shí)，無(wú)法對(duì)內(nèi)存擴(kuò)展升級(jí)。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，測(cè)試和分析200Hz到20KHz范圍內(nèi)的抖動(dòng)信息非常重要。為了彌補(bǔ)這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的缺陷，這類(lèi)示波器會(huì)采用外部的低速存儲(chǔ)器彌補(bǔ)片內(nèi)高速內(nèi)存，但外部存儲(chǔ)器不能在高采樣率下工作，一般只能提供2GS/s，無(wú)法提供有意義的抖動(dòng)測(cè)試結(jié)果。例如，當(dāng)使用40GS/s實(shí)時(shí)高速采集時(shí)，512K內(nèi)存一次采集數(shù)據(jù)量?jī)H為12.5us，只能測(cè)試頻率范圍為80K以上的抖動(dòng)。在各種串行總線(xiàn)和時(shí)鐘抖動(dòng)測(cè)試中都很難滿(mǎn)足測(cè)試要求。

??? 在眼圖測(cè)試中，由于力科率先采用的軟件時(shí)鐘恢復(fù)（CDR）技術(shù)已成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在高速串行總線(xiàn)大行其道的今天，需要示波器有更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力對(duì)大量的數(shù)據(jù)樣本做實(shí)時(shí)的眼圖分析。比如，對(duì)PCIE-G2等眼圖分析都需要一次對(duì)1百萬(wàn)個(gè)UI的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，并非所有廠商的示波器都能像力科示波器一樣能對(duì)所有捕獲到的數(shù)據(jù)樣本做實(shí)時(shí)的、動(dòng)態(tài)的眼圖測(cè)量。例如，T公司的示波器如需對(duì)一百萬(wàn)個(gè)UI的數(shù)據(jù)做眼圖就只能借助sigtest軟件來(lái)完成，因?yàn)樗J(rèn)每次只能對(duì)12K UI做眼圖，我們知道用sigtest做眼圖的效率是很低的，對(duì)于定位問(wèn)題及調(diào)試而言并不是很好的工具。

??? 例如，對(duì)于PCIE-G2的眼圖測(cè)試，一個(gè)UI = 1/(5 Gb/s) = 200 ps，捕獲連續(xù)的1個(gè)million UI的數(shù)據(jù)樣本即200微秒, 在40GS/s的采樣率下，需要的存儲(chǔ)深度達(dá)到8M，遺憾的是，這個(gè)數(shù)據(jù)量的處理會(huì)導(dǎo)致T公司的示波器崩潰死機(jī)的！這也是為什么T公司的示波器默認(rèn)的一次只做12K UI眼圖的原因，這也是在做高速串行信號(hào)眼圖測(cè)量時(shí)T公司的示波器只相當(dāng)于一個(gè)昂貴的“數(shù)據(jù)采集卡”，而眼圖的測(cè)試必須要借助于sigtest軟件來(lái)完成的原因。圖15是T公司內(nèi)部的一份文檔對(duì)這個(gè)問(wèn)題作了說(shuō)明。

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圖15? T公司對(duì)眼圖軟件的說(shuō)明

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T公司示波器缺省模式下最大只處理12k個(gè)UI的眼圖，即使當(dāng)前采集了更長(zhǎng)的波形，如果當(dāng)前采集了250K UI，則眼圖中一個(gè)lable會(huì)顯示，第一次觸發(fā)時(shí)為“12000/250000”，第二次觸發(fā)后為“24000/500000”。

圖16 ?T公司示波器默認(rèn)測(cè)量12K UI的眼圖

圖17? T公司示波器眼圖測(cè)試數(shù)據(jù)樣本一次不超過(guò)12K UI

圖18 和圖19是某次現(xiàn)場(chǎng)PK中T公司示波器對(duì)2.875Gbps信號(hào)的眼圖測(cè)試結(jié)果，和力科示波器對(duì)5Gbps信號(hào)的測(cè)量結(jié)果的對(duì)比（當(dāng)時(shí)T公司拒絕測(cè)試PRBS信號(hào)源發(fā)出的5Gbps信號(hào)，承認(rèn)他們測(cè)不出來(lái)，后來(lái)就只測(cè)試了2.875Gbps的信號(hào)）。

圖18? T公司的測(cè)試結(jié)果，注意--只用了捕獲到574996個(gè)UI中很少的8k數(shù)據(jù)

圖19 力科示波器對(duì)一次性捕獲到的494.046K數(shù)據(jù)做眼圖的結(jié)果