誤碼率分析儀應(yīng)對(duì)高速通信的測(cè)試挑戰(zhàn)

高速總線的速度和復(fù)雜度正在不斷提升，并且提升速度有越來(lái)越快的趨勢(shì)。為了提升通信速率，將多個(gè)高速串行總線并行組織起來(lái)使用，將會(huì)引起串?dāng)_現(xiàn)象。另一個(gè)問(wèn)題是符號(hào)間干擾(ISI)。銅線具有介電效應(yīng)，數(shù)據(jù)速率越快，距離越長(zhǎng)，信號(hào)衰減就會(huì)越嚴(yán)重。這些問(wèn)題對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)都造成了很大影響。

泰克(Tektronix)公司BERTScope產(chǎn)品經(jīng)理Allen談到，串行技術(shù)演變到現(xiàn)在，25Gbps速率大概是銅線的極限。要達(dá)到更高的吞吐率，需要采用并行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。例如，為了達(dá)到100Gbps速率，可以采用4路25Gbps或10路10Gbps的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。將多路串行總線(如Displayport或DDR)并行使用，就會(huì)產(chǎn)生串?dāng)_現(xiàn)象。在100Gbps的應(yīng)用中如何克服這種串?dāng)_現(xiàn)象是一個(gè)比較大的挑戰(zhàn)。

另一個(gè)問(wèn)題符號(hào)間干擾與碼型有關(guān)。一個(gè)很常用的測(cè)試碼型是PRBS(偽隨機(jī)二進(jìn)制序列)。真實(shí)世界的碼型是隨機(jī)性的，但在做誤碼分析的時(shí)候不能采用隨機(jī)碼型，原因是誤碼儀必須要用一致的碼型作比對(duì)，才能得到誤碼率。PRBS幾乎考慮了所有的隨機(jī)特性。

PRBS有很多類型，例如PRBS 7、11、13……31。這些不同類型具有不同的長(zhǎng)度：PRBS 7的長(zhǎng)度為27-1=127位，PRBS 31的長(zhǎng)度為231-1位(約2Gb)。要產(chǎn)生PRBS 31這樣多的封包，是一件很困難的事情。因?yàn)榇鎯?chǔ)器有限，不管是TX端還是RX端，要產(chǎn)生2Gb的數(shù)據(jù)都不簡(jiǎn)單。泰克最新推出的BERTScope誤碼率分析儀BSA286C(見(jiàn)圖)雖然具有大容量的128Mb存儲(chǔ)器，但是還是沒(méi)有辦法直接產(chǎn)生2Gb的碼型。這樣，BSA286C便在內(nèi)部采用邏輯門(mén)去產(chǎn)生PRBS的線路。

泰克BERTScope誤碼率分析儀BSA286C。

能夠接收這么長(zhǎng)的碼型也是一個(gè)挑戰(zhàn)。ISI與材料、距離、總線速度和碼型有關(guān)。碼型越復(fù)雜，ISI的效率就越強(qiáng)。對(duì)于設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，測(cè)試碼型由PRBS 9或PRBS 16變成PRBS 31不只是翻倍，這是一個(gè)非常嚴(yán)格的挑戰(zhàn)。

另外，時(shí)序裕量在減少——數(shù)據(jù)速率1Gbps時(shí)，眼寬為1ns;速率變成25Gbps時(shí)，只剩40ps。對(duì)于RX端測(cè)試，可以容忍±5%的誤差率(高速通信必須考慮RX端測(cè)試)。速率為25Gbps時(shí)，可容忍的固有抖動(dòng)為4ps，以RZR延時(shí)算法除以14，可容忍的抖動(dòng)只有300fs。這樣小的抖動(dòng)容限目前只有BERTScope可以做到。

100Gbps通信會(huì)涉及到光的部分。系統(tǒng)端采用銅線通信，線端則采用光纖通信。光纖較銅線損耗小。光纖的距離通常很長(zhǎng)，因此對(duì)底噪的要求(低噪、低抖動(dòng))很高(銅線對(duì)底噪要求卻相反，需要在信號(hào)中加入抖動(dòng))。泰克不只提供了BERT，同時(shí)還推出了新的光模塊。它的底噪可以做到100fs。從TX端來(lái)看，主要的挑戰(zhàn)是在帶寬的部分(28Gbps的三次諧波為42GHz)，因此做到50GHz。

在光的測(cè)試上，一個(gè)很重要的指標(biāo)是動(dòng)態(tài)范圍。對(duì)于光的應(yīng)用，需要做到50dBm(即10-5mW)的動(dòng)態(tài)范圍。這是一個(gè)非常小的能量。采用高帶寬的實(shí)時(shí)示波器測(cè)量成本會(huì)很高，高垂直分辨率也難以達(dá)到。另外，底噪如果不能保證，高分辨率也沒(méi)有意義。從成本、底噪和垂直分辨率來(lái)講，這些都是示波器很難達(dá)到的。

不管是BERTScope還是新的光模塊，都可以達(dá)到要求。對(duì)于高速串行通信測(cè)試，BERTScope的BERT很重要;要做抖動(dòng)分析，則一定要有示波器。BERTScope的固有抖動(dòng)可以做到350fs的Rj。光和電需要同時(shí)測(cè)量。另外還有CRU(時(shí)鐘恢復(fù)單元)。高速通信雖然采用并行拓?fù)?，但卻仍是串行總線。區(qū)別并行和串行最簡(jiǎn)單的方法就是看它是否具有時(shí)鐘，有則是并行，無(wú)則是串行。測(cè)量高速串行數(shù)據(jù)的眼圖和抖動(dòng)，必須要知道一個(gè)UI的長(zhǎng)度，即它的時(shí)鐘。BERTScope可以對(duì)串行數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)鐘恢復(fù)。另外，BERTScope擁有28.6Gbps的數(shù)據(jù)速率和較低的固有抖動(dòng)，相當(dāng)于一個(gè)帶有示波器功能的誤碼率分析儀，適合于對(duì)高速光電器件進(jìn)行誤碼定位和抖動(dòng)分析。

最后，他指出，100Gbps對(duì)于傳統(tǒng)的光傳輸是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。城市間的遠(yuǎn)距離光纖鋪設(shè)投入了大量成本。光通信的一個(gè)主要器件是EDFA(摻餌光纖放大器)，用于克服長(zhǎng)距離衰減而做信號(hào)放大。那么，如何能夠在原有的基礎(chǔ)設(shè)施下提高吞吐量?那就是用相干光的方式，即在同一個(gè)數(shù)據(jù)包內(nèi)多放一些數(shù)據(jù)。泰克也可以提供傳統(tǒng)的光、電、TX端、RX端和新的相干光的應(yīng)用。