2019年11月16日 | 抖动误码仪工作原理

    误码仪是常用的测试高速数字（包括光通信）器件和系统的仪器。

    图1是传统误码仪的结构框图。

图1   传统误码仪结构框图

    传统误码仪由2大部分组成：
    1）码型发生器。
    包括：时钟源（可以采用内时钟或外时钟），码型产生组件（产生需要的码型格式：PRBS或自定义等格式），信号调理前端（输出电平控制等），时钟信号前端（输出时钟电平控制等）。

    2）误码接收机：
    包括：时钟恢复电路（有的BERT没有CDR），码型判决电路（从信号中判断出码型数据），错误码型检测电路（判断码型数据是否正确），欲接收码型产生电路（产生豫接收的码型，作为参考），错误计数器等。

    为了对数字系统进行误码率测量，一般用测试码型激励输入端。通常，测试码型采用伪随机二进制序列（PRBS），当然也可用其他带协议的激励模式（用户自定义模式）来考察性能极限。

    对于远程通信或数据通信传输系统，目的是仿真在正常工作条件下所经历的随机通信量。采用真正随机信号的问题是，误码检测器没有了解被传输的实际位置的手段，因而没有检测误码的途径。代之采用伪随机信号，则意味着它具有真实随机信号的几何所有统计特性，看起来似乎就是被测项目，而实际上是完全确定的，因而可有误码检测器所预测。为此，已对最大长度PRBS码型的范围作出了规定。在误码检测器处，被测系统的输出与本地产生的无误码参考码型逐位进行比较，计算出误码率。

    任何被传输位的出错概率既有统计性质且必须如此处理：对在给定时段内的出错概率进行测量的任何作法可以用不同方式表示。最常用的表示方式为：

误码率（BER）=在平均间隔内计读的出错位数/在平均间隔内被传输的总位数

图2  将码型发生器与被测系统的输入端相连，在输出端连接误码检测器

    显然，结果具有长期平均误码率的统计特性，而误码率与总体中取出的样本量有关。有三种计算BER的方法被普遍使用。

    第一种方法（常用在早期测试装置中）只对时钟周期技术，以提供时基或平均间隔。这很容易利用分立的逻辑十进制分频器来实现。由于目前可以利用微处理器，故已使用更方便的选通周期。

    第二种方法，采用譬如说1秒钟、1分钟或1小时的定时选通周期，并有累积总数计算误码率。这种方法的优点在于，它提供了与后面讨论的误码性能判据一致的结果。

    第三种方法，通过对足够多（通常为100或更多）的误码计数来确定选通周期，以便获得可靠的统计结果。同样，处理器也根据累积的总数来计算误码率。不过，在误码率之值很小的情况下，此法可能导致很长的选通周期。例如，一个以100Mbps运行的系统，当误码率在10^-12时，为累积100次误码需要将近12天的时间。

    最常用的方法是选取固定的重复的重复周期后计算误码率的方法2。在这种情况下，结果中的方差将连续改变。因此，通常的做法是，若方差超出一般能接受的水平，便给出某类警告。最广泛的接受水平为10%，即误码计数至少为100次误码。在实际的数字传输系统，特别是利用无线传播的数字传输系统中，误码率可能显著地随时间变化。在这种情况下，长期平均值值提供部分情况。通信工程师还关心被测系统性能下降到不能接受时所占的时间百分数。这称为“误码分析”或“误码性能”。

    测试码型通常要在通信量仿真的PRBS与考察模式相关趋势或临界点时系统效应的特殊模式之间进行选择。利用PRBS时，选择二进制序列以及所形成的频谱特性和运行特性是重要的。这些特性可以归纳为：

    1）序列长度（位）；

    2）决定二进制运行特性的移位寄存器的反馈配置；

    3）取决于位速率的频谱谱线间隔。

PRBS码型已由CCITT针对数字传输系统的测试进行了标准化（建议0.151，0.152和0.153）。通常，工作速率越高，仿真实际数据通信量所需的序列越长。对于处于Gbit/s范围的测试，目前测试设备能提供2^n-1序列长度。

     现代的抖动误码仪在传统的误码仪的基础之上增加了抖动产生能力，能够方便的进行接收灵敏度的测试。图2是由传统误码仪演进过来的抖动误码仪，它是把多种仪器集中在一起，并经过校准设计已达到产生较精确的抖动信号的目的。

图3  现代的抖动误码仪的演进

    图4是抖动误码仪的原理结构框图。
    从图中可以看出：SJ和SSC由IQ调制器产生；PJ和BUJ由500ps或200ps可控延迟线产生；RJ由200ps可控延迟线产生。图5是ISI抖动和正弦波干扰的产生电路，由单独一块可切换长度的传输线组成。

图4  抖动误码仪结构框图

         图5  ISI抖动和正弦波干扰产生原理框图

抖动误码仪用于抖动容限测试：

     为了测试抖动容限，需要仪器有产生抖动的能力，经校准的、集成的抖动产生能力一般要求为：

     ●    周期抖动，单音和双音

     ●    正弦抖动

     ●    随机抖动和在频谱上分布的随机抖动

     ●    有界不相关抖动

     ●    码间干扰(ISI)

     ●    正弦干扰

     ●    SSC 和剩余SSC

     ●    外部抖动注入：将外部信号源连接到延迟控制输入端。

    使用者在仪器屏幕上可以轻松设置抖动类型和抖动幅度的组合，因此，可以设置用于接收机测试的眼图闭合超过50% 的经校准的“压力眼图”。可以通过干扰通道注入额外抖动。它可增加ISI和差分/单端正弦干扰。

    自动抖动容限表征测试要根据要求选择起始/终止频率、步进、精度、BER水平、置信度对SJ 在频率上进行自动扫描。一般绿点表示接收机可以容忍的注入的抖动的位置。红点表示超过BER设置门限的位置。通过选择测试点，抖动设置条件可以被恢复用于进行更多的其它分析。这个一致性曲线可以显示在测试结果的屏幕上，以便用户立即判读结果。该自动表征功能可以极大地节省编程时间。

    而自动抖动容限一致性测试可自动测试被测件与标准或用户规定的接收机抖动容限曲线限制的符合性。许多常用的串行总线标准都定义了抖动容限曲线，如：SATA、光纤通道、FB-DIMM、10GbE/XAUI、CEI 6/11G和XFP/XFI。合格/ 不合格结果显示在图形结果屏幕上，并可以保存和打印。还要求可生成全面的一致性报告(包括抖动设置和每个测试点的总抖动结果)，并以html 文件格式生成简单的抖动容限测试文档并可进行保存。

 
图6    自动抖动容限表征。绿圆圈表示被测件满足所要求的BER 的位置