深度解析高速串行信号的误码测试

  高速信号发展趋势

  我们所处的是一个高速的世界。

  随着近十年的狭义和广义人工智能，数据中心，5G/6G，云存储和云计算，商用机器人和自动驾驶的飞速发展。数据已经超过石油成为最宝贵的资源，高速传输就像连接城市的高速公路网络，在消费电子，商用，政府的应用必不可少。例如数据中心大厦内的所有模块，机柜之间的信号传输，以及数据在跨城市，跨国家之间的高速传输在从过去20年前每5-6年速率翻倍，加速迭代到每2-3年就实现速率翻倍。

  高速传输链路

  在高速信号传输链路中互连链路上任何一个环节的故障可能影响整个系统工作的效率以及稳定性，对于测试人员需要花费更多的成本去发现问题、定位问题、分析问题、解决问题。新标准逐渐从单一互连简单要求的基础上，额外增加协同整体要求，例如发送、接收、电缆或者背板需要放在一个互连链路中评估。在发送端测试时用示波器测试抖动眼图相关的信号质量，接收端需要误码分析仪做误码测试，链路需要VNA/TDR测试阻抗，有时也需要用误码仪做串扰源和和误码率测试，因此误码仪是高速链路评估测试中不可获缺的部分。

  高速误码分析仪概念和原理

  1. 基本原理及功能

  Pattern Generator产生特定的比特码流，例如：PRBS 码型;信号可以被施加压力。

  比特码流从DUT输出到Error Detector比较以进行BER测量。

  2. 常见波形：

  NRZ：不归零码/Not Return to Zero采用高、低两种信号电平表示数字逻辑信号的1和0，每个时钟周期可以传输1bit的逻辑信息。

  PAM4：四脉冲幅度调制 Pulse Amplitude Modulation，PAM4信号采用4个不同的信号电平进行传输，每个时钟周期可以传输2bit的逻辑信息，即00、01、10、11。

PAM4/NRZ， 理想的信号波形和眼图

  中星联华高速误码分析仪

  利用创建压力眼图，真实还原现实世界中的信号完整性问题，

  全面提升高速链路的可靠性与稳定性，开启卓越高速互连

  3. 强大的模块化设计

   单机设备支持6个可扩展功能槽位， 灵活配置不同模块

   每通道支持1Gbps到最高64Gbps，速率连续可调，没有断点

   支持32GBaud内所有主流NRZ/PAM4速率和各种非标准速率，提供不同选件方便未来速率扩展和升级

   高速信号完整性测试系统， 可定制化工装夹具，配套线缆、转接头等，以满足不同场景测试需求，打造专用测试工具

   使测试更专业，更简单

  4. 卓越的信号完整性和丰富的功能

   支持NRZ，PAM4编码信令格式

   丰富的低频抖动和高频抖动注入模拟真实世界的复杂环境

   2个独立的 周期性PJ抖动注入

   1个随机抖动RJ注入

   1个串扰抖动BUJ注入

   1个扩频时钟SSC注入

   丰富的各种噪声注入

   共模噪声CMI注入

   差模噪声DMI注入

   宽带白噪声BBN注入

   PPG内置最高达4个Taps FFE，提供灵活的预失真设置来进行通道补偿

   PPG多通道间支持高达ps分辨率的相位/Skew调整功能

   支持多种随机码型和高级自定义码型

   接收端ED支持高级自动均衡功能轻松满足各种复杂测试环境

   接收端ED内置了CDR时钟恢复功能，无需外部时钟输入

  中星联华误码仪注抖、加噪

  5. 快捷丰富的软件用户界面

   方便易用的向导功能

   人性化的布局和操作

   方便灵活的界面切换

   丰富的测试相关信息

  误码仪典型应用

  1. 光器件测试

      光器件的产业链包括光芯片、光电器件，其中光有源器件，是指在工作过程中需要外加能源驱动的光电器件，多数是进行光-电转换的器件，例如激光器、探测器、调制器等等，但也有不进行光电转换的器件，如光放大器。光器件的厂商在研发生产的过程中，需要对器件进行眼图、误码率等测试。

  2. 光模块测试

      光模块(Optical Modules)作为光纤通信中的重要组成部分，是实现光信号传输过程中光电转换和电光转换功能的光电子器件。广泛应用于数据中心、移动通信基站、无源波分系统、SAN/NAS存储网络和5G承载网。速率发展从百M到Gbps飞速发展，目前速率已经发展到800Gbit/s、1.6Tbit/s。

  3. 接收端抖动容限测试/JTOL

  随着信号速率的提升，设计人员会遇到不同接收机性能的差异越来越大，而单纯的灵敏度指标已经无法保证接收机可互换适配使用。为了对接收机一致性进行衡量，IEEE规范提出了接收机压力容限一致性的要求。

  与常用的灵敏度测试不同，JTOL使用了精确添加抖动干扰的发射信号，来模拟实际链路中接收机所收到的信号失真。在测试中，使用中星联华误码仪产生一个劣化(注入抖动)的眼图信号，俗称压力眼信号，通过校准后的压力眼输入被测接收机，进行收机灵敏度和抖动容限测试，可充分验证接收机眼里容限的一致性。

  4. 接收端噪声容限测试/ITOL

  随着通信速率的提升，通道间的串扰，噪声对测试影响越来越大。 OIF-CEI, IEEE, CPRI, JESD等标准都规定了接收机噪声容限一致性的要求。使用中星联华误码仪可以帮助进行接收机灵敏度测试。误码仪产生一个劣化(注入宽带噪声)的眼图，模拟链路中串扰，输出一个通过校准的加噪信号，并传输进入被测接收机，进而进行接收机灵敏度和噪声容限测试。

  5. RX 串扰测试

   测试RX接收机噪声容限，核心系统测试项目，类似ITOL

   BERT PPG 或者 DUT 产生 victim 通道

   BERT PPG 产生aggressor多通道数据输出

   串扰耦合板耦合

   Aggressor最好异步数据输出PRBS码型

  6. 高速背板/连接器/线缆测试

  连接器、线缆、背板是电子系统设备之间电流或光信号等传输与交换的电子部件，保障了器件、组件、设备、子系统之间电流或光信号的传输，是构成整个完整系统连接所必须的基础元件。为保持各系统之间的信号失真和能量损失的变化，需要对连接器、线缆、背板进行测试。

  7. 相干光通信

  相干光通信，Coherent Optical Communication，是光纤通信领域的一项技术。相比于传统的非相干光通信，相干光通信具有传输距离更远、传输容量更大的技术优势，因此广受行业各界的关注，研究热度不断攀升。

  相干光调制器需要产生两个相互垂直的偏振光信号，分别表示信号的I路和Q路。其中, I路和Q路分别对应着原始信号的实部和虚部。利用误码仪的PPG可以产生4路IQ信号调制到相干光的发射机上，通过光纤进行长距传输，相干光接收机收到信号，进行处理分析。

  总结

  中星联华高性能误码仪具有优异的性能指标、丰富的注抖、加噪功能特点、模块化设计配置、和超高的整机集成度，支持后续升级，为高速串行电路产品预研、设计和生产测试提供了强大的性能和丰富的高级功能。可以对数字系统进行高速、高精度的误码率测试，广泛应用于通信、数据中心、计算、服务器半导体等行业，表征芯片间、芯片与模块、背板、连接器、光器件、光模块、有源光纤电缆、收发模块和子组件以及系统等产品的传输性能。

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