Малошумящие измерения с технологией QuietChannel на осциллографе серии 7

Если вам когда-либо приходилось измерять высокоскоростные сигналы в реальных каналах, вы знаете, насколько это непросто. Кабели с потерями, приспособления и разъёмы размывают сигнал ещё до того, как он достигает осциллографа. Именно поэтому инженеры прибегают к деэмбеддингу — математическому процессу, устраняющему эффекты канала, чтобы сигнал можно было наблюдать так, будто он поступает напрямую от передатчика.

Однако здесь есть одна сложность: хотя деэмбеддинг восстанавливает утраченные высокочастотные составляющие, он также усиливает шум осциллографа. Это похоже на повышение резкости размытой фотографии — вы восстанавливаете детали, но зернистость и артефакты тоже становятся заметнее. При испытаниях на соответствие стандартам и при верификации разработки этот дополнительный шум может стать решающим фактором между прошедшей проверку диаграммой глаза и дорогостоящей переработкой проекта.

Почему традиционный деэмбеддинг усиливает шум при измерениях осциллографом

Современные осциллографы прилагают немало усилий для поддержания низкого уровня шума, однако при применении фильтра деэмбеддинга и сигнал, и шум осциллографа усиливаются совместно. В результате фронты сигнала оказываются не такими чистыми, какими должны быть, а измерения джиттера могут вводить в заблуждение.

На коротких трассах это может обойтись потерей лишь нескольких процентов запаса. Но по мере роста скоростей передачи данных и увеличения длины каналов усиление шума способно привести к тому, что тщательно обработанные методом деэмбеддинга диаграммы глаза «схлопнутся», скрывая реальную картину производительности вашей разработки.

Технология QuietChannel: снижение уровня шума для точных измерений осциллографом

Инженеры Tektronix осознали, что узким местом является не только канал, но и то, как прибор управляет шумом при выполнении деэмбеддинга.

Именно поэтому в осциллографе 7 Series DPO была реализована технология QuietChannel™ — запатентованное сочетание аппаратных средств и цифровой обработки сигналов (DSP), которое формирует уровень шума осциллографа, не давая ему бесконтрольно нарастать.

Испытательный стенд: генератор ошибок в битах (BERT) используется для подачи тестовых сигналов PRBS через каналы различной длины. Осциллограф 7 Series DPO с технологией QuietChannel применяется для измерения результирующего сигнала.

Принцип работы:

Предусилитель осциллографа применяет разновидность непрерывно-временной линейной эквализации (CTLE) для усиления высокочастотных составляющих перед оцифровкой. После АЦП блок DSP отменяет эту эквализацию, восстанавливая плоскую амплитудно-частотную характеристику. Данный метод сохраняет сигнал неизменным, формируя при этом уровень шума таким образом, что на высоких частотах он остаётся ниже.

Результат — как если бы вы надели на осциллограф шумоподавляющие наушники: деэмбеддированная форма волны внезапно становится чище, джиттер снижается, а запасы помехоустойчивости вызывают бо́льшее доверие.

Результаты экспериментов: улучшение диаграмм глаза, джиттера и отношения сигнал/шум

Компания Tektronix провела серию экспериментов для демонстрации влияния технологии QuietChannel при различных длинах каналов.

Трасса длиной 17 дюймов, скорость передачи данных 20 Гбит/с. Скромное увеличение высоты диаграммы глаза на 3% и ширины на 1%. Незначительное улучшение, но достаточное для того, чтобы склонить чашу весов в пользу прохождения испытания на соответствие.

Трасса длиной 24 дюйма. Высота диаграммы глаза возросла на 34%, ширина — на 31%. Ещё более впечатляет то, что случайный джиттер снизился почти на 40%: с 1,4 пс до 860 фс.

Трасса длиной 31 дюйм, скорость передачи данных 16 Гбит/с. Высота диаграммы глаза более чем удвоилась, а отношение сигнал/шум на высоких частотах улучшилось на 5 дБ.

Иными словами: чем длиннее и более потери в вашем канале, тем бо́льший эффект даёт технология QuietChannel.

Преимущества технологии QuietChannel для инженеров

Применительно к испытаниям на соответствие эти улучшения означают более высокую уверенность в том, что устройство, которое должно пройти проверку, действительно её проходит, а то, которое должно её не пройти, — не проходит. Применительно к верификации разработки это означает ускоренную отладку, меньшее количество ложных сбоев и более высокий выход годных изделий при производстве.

Вместо того чтобы бороться с шумом измерительной системы, вы наконец можете наблюдать реальное поведение своего сигнала.

Точность и чёткость при высокоскоростном тестировании и отладке

Технология QuietChannel — это не просто ещё один фильтр: это переосмысление того, как осциллографы управляют шумом в условиях деэмбеддинга. Благодаря формированию самого уровня шума осциллограф Tektronix 7 Series DPO делает тестирование каналов с потерями более точным, более надёжным и более удобным для инженеров.

Если вы работаете с последовательными каналами со скоростями 16, 20 или даже 28 Гбит/с, технология QuietChannel может стать тем запасом чёткости, которого вам не хватало.