信号完整性基础系列之十一——理解力科SDA的三种抖动分解方法

在通讯和PC 行业，高速串行信号越来越普及，在使用示波器测量和分析这类信号时，通常要求测量总体抖动（Total jitter，简称Tj）和固有抖动（Deterministic jitter，简称Dj），验证是否满足相关规范的要求。 在力科SDA 系列示波器中使用了“Normalized Q-Scale method”（简称NQ-Scale 方法）来求解 Tj。而 Tj 分解为固有抖动Dj 和随机抖动Rj 时，力科SDA提供了三种抖动分解方法，分别为 Conventional、effective、MJSQ，如下图所示。 图一：力科SDA 的三种抖动分解方法 MJSQ 方法在Fibre Channel 规范已有定义（MJSQ 代表 Methodologies for jitter and signal quality specification），这种方法在串行数据的抖动分析中被广泛使用。在MJSQ 文档中，Tj是某一测量样本数量下的TIE 抖动的峰峰值，由 Rj 和Dj 组成，Dj 是有边界的，而 Rj 是没有边界的，其概率密度函数满足高斯分布。Tj 的直方图使用dual-Dirac 来建模。Dual-Dirac 模型是由两个满足高斯分布的脉冲组成，左右两个脉冲的均值为 μL 和μR，两个脉冲的标准偏差都等于 σ，Dj = μR - μL，Rj = σ， Tj@BER-12 = 14 * Rj + Dj。如下图二所示。 图二：Dual-driac 模型与MJSQ 方法示意图 力科SDA 中的MJSQ 方法直接处理PDF 概率密度函数，使用两个高斯分布的曲线分别拟合TIE 直方图的左右两边的尾部，调节高斯曲线的标准偏差让曲线能尽量拟合TIE 直方图的尾部。 力科SDA 的MJSQ 分解方法基于传统的MJSQ 方法进行了革新，两个高斯分布的均值可以是不以Y 轴对称的，标准偏差也可以是不相等的。拟合的两个高斯曲线的均值之差为Dj，标准偏差的平均值为Rj。 Effectiv e方法是直接对浴盆曲线（bathtu b cu rv e）进行分析，将Tj 分解为Dj 和Rj。这种方法与误码率测试仪（BERT）的方法相同。在使用NQ-Scale 方法得到不同BER 下的Tj 后，由于Tj = Dj + α ×Rj，在不同BER 下的系数α 是已知，可以推算出不同BER 下的Dj 和Rj。如右图所示，BER=10e-12 时 α =14.069，BER=10e-10 时 α =12.723。 由于effectiv e 方法求解Dj 和Rj 与BERT 相似，所以使用这种方法的计算结果可以与BERT 的进行对比。另外，effectiv e 方法求解的Dj 和Rj 与MJSQ 方法的非常相似。 图三：力科SDA 中effectiv e 方法分解Tj Conventional 方法先计算Dj 中的周期性抖动Pj（periodic jitter）、数据...