信號完整性分析基礎(chǔ)系列之十九--高速串行信號接收機測試
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2）內(nèi)部BERT
圖7內(nèi)部BERT測試框圖
DUT直接對接收到的BERT數(shù)據(jù)進行誤碼判斷，并把誤碼率測試結(jié)果保存在DUT寄存器里。BERT通過讀取誤碼寄存器得到誤碼率測試結(jié)果。
如前文所述，誤碼率測試儀能夠在激勵信號中注入一定程度的“干擾”，并且“干擾”的特征參數(shù)可以定量調(diào)節(jié)，這些“干擾”包括：
1）信號幅度
信號從發(fā)送器輸出，經(jīng)過信道到達接收端，幅度可能衰減以至于接收機無法識別。因此誤碼率測試儀通過逐步降低激勵信號幅度，直到接收機芯片無法正確檢測出數(shù)據(jù)，從而獲得被測芯片的接收靈敏度。下圖是一個典型的測試結(jié)果圖，橫坐標是激勵信號的差模幅度，縱坐標代表共模偏置程度。綠色點表示接收機芯片能正常識別出該點代表的差模共模幅度，紅叉則表示不能正常接收。這樣能得一幅直觀的接收機靈敏度圖。
圖8接收靈敏度測試結(jié)果圖
2）預(yù)加重(Pre-Emphasis)
高速串行信號普遍運用預(yù)加重技術(shù)來補償信道對信號高頻分量的衰減。通過調(diào)節(jié)激勵信號預(yù)加重程度可以補償測試夾具、電纜的影響，確保信號達到接收端后的幅度符合預(yù)期。下圖是一個預(yù)加重信號的眼圖。
圖9預(yù)加重后的信號眼圖
3）抖動
接收機芯片中的時鐘恢復(fù)電路運用鎖相環(huán)來跟蹤數(shù)據(jù)的跳變沿，其頻響是一個低通濾波器。當串行數(shù)據(jù)信號的抖動變化頻率較低時，處于直流到鎖相環(huán)截至頻率范圍以內(nèi)，鎖相環(huán)就能及時追蹤到數(shù)據(jù)跳變沿（即鎖住相位），輸出的時鐘與輸入數(shù)據(jù)同相（嚴格講相位差為固定常數(shù)），這樣抖動為零。當連續(xù)邊沿的抖動變化太快時（即存在高頻抖動時），鎖相環(huán)不能及時追蹤到邊沿的變化，于是輸出的時鐘和數(shù)據(jù)邊沿存在抖動。誤碼率測試儀可以輸出含有定量正弦抖動（即周期抖動）和隨機抖動的數(shù)據(jù)，從而評估接收機芯片的抖動容限。
圖10含有周期抖動的激勵信號眼圖
圖11是一個抖動容限測試結(jié)果圖，橫坐標表示抖動的頻率，縱坐標表示抖動的值。綠色點表示在相應(yīng)抖動激勵下，接收機的誤碼率測試可以通過（例如小于10-12），紅叉表示不能通過。圖中一條黑色的曲線是USB3.0規(guī)范要求的抖動容限曲線。測試后，通過檢查曲線下方是否有測試不通過點來判斷接收機特性是否符合標準。
圖11抖動容限測試結(jié)果圖
4）時鐘擴頻（Spread Spectrum Clocking，SSC）
時鐘擴頻是用一個低頻信號去調(diào)制時鐘。在頻譜上，時鐘單一的譜線在調(diào)制后變?yōu)樵谝欢ǚ秶鷥?nèi)分布，從而降低頻譜峰值水平。這是一種減小輻射發(fā)射峰值的方法。目前高速串行標準一般都要求支持時鐘擴頻，因此測試接收機能否識別出帶有擴頻的數(shù)據(jù)也是重要的測試內(nèi)容。
3.力科接收機測試方案-PeRT3
PeRT3是Protocol-enabled Receiver and Transmitter Tolerance Tester的簡寫，即具備協(xié)議使能的接收機和發(fā)送器容限測試儀。包含Eagle和Phoenix兩個系列，外觀如下圖：
圖12力科PeRT3
PeRT3首先具備了BERT的Pattern Generator和Error Detector功能，可以對激勵數(shù)據(jù)注入前文所提到的各種“干擾”，其次還具備業(yè)界其他BERT所不具有的功能：
1)支持USB3.0，PCI Express，SATA，SAS標準規(guī)定的接收機一致性測試。目前是SuperSpeed USB（USB3.0）Platform Interoperability Lab采用和推薦的測試方案。
2)能夠自動完成協(xié)議握手和DUT的初始化。
3)能夠自動控制DUT進入或退出回環(huán)模式。如果沒有這項功能，測試人員只能通過對DUT相關(guān)寄存器進行編程的方法使其進入特定狀態(tài)，操作不方便。
1）USB3.0收發(fā)器為補償發(fā)送和接收時鐘的頻率偏差，會在發(fā)送出去的碼流中加入一些SKP符號。這樣BERT的Error Detector將會收到測試碼和多余的SKP符號。傳統(tǒng)的BERT會誤認為測量到了誤碼。而力科PeRT3可以智能地添加和刪除SKP后，再來計算是否有誤碼。
2）支持PCI Express Gen3動態(tài)均衡（Dynamic Equalization）測試
3）除了可以測量誤比特率，還可以測量誤幀率（Frame Error Rate），識別和記錄協(xié)議層的錯誤。
如果配合示波器使用，PeRT3能夠完成發(fā)送器和接收機的全面測試，芯片設(shè)計者憑借這些測試驗證工具，可對其高速收發(fā)器的設(shè)計充滿信心。
參考文獻
[1] David Li . Receiver Testing Basic. LeCroy Corporation.
[2] PeRT3 Eagle System User Manual. LeCroy Corporation.
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