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高速示波器的分析實(shí)現(xiàn)原理
2012-02-13
在高速信號(hào)調(diào)試時(shí)工程師必須首先調(diào)試并驗(yàn)證其設(shè)計(jì)是否符合物理層規(guī)范。在此階段，信號(hào)完整性(如眼圖和抖動(dòng))是關(guān)鍵問題，很多這種驗(yàn)證和調(diào)試是通過使用偽隨機(jī)碼序列(PRBS)或循環(huán)測(cè)試碼，并結(jié)合示波器及示波器廠家提供的串行數(shù)據(jù)眼圖和抖動(dòng)分析軟件來完成的。
在確保物理層信號(hào)質(zhì)量沒有問題后，串行信號(hào)從測(cè)試碼變?yōu)?b/10b編碼字符序列，此時(shí)系統(tǒng)級(jí)問題成為調(diào)試的重點(diǎn)，問題可能會(huì)出現(xiàn)在物理層-鏈路層域(涉及信號(hào)完整性和數(shù)據(jù)完整性的交叉領(lǐng)域)。這時(shí)，就需要對(duì)物理層信號(hào)實(shí)現(xiàn)解碼分析。
對(duì)于現(xiàn)代的高速串行系統(tǒng)，系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)工作顯得更為突出，協(xié)議間的任何沖突也會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)問題，因此分析物理層和鏈路層往往還是不夠的，還必須要對(duì)系統(tǒng)的協(xié)議層進(jìn)行分析，這時(shí)往往需要用到專用的協(xié)議分析儀。本文將為大家重點(diǎn)介紹力科示波器針對(duì)高速串行信號(hào)物理層、鏈路層和協(xié)議層的解決方案。
高速信號(hào)的傳輸過程分析
為了確保較好的信號(hào)傳輸質(zhì)量，高速串行數(shù)據(jù)信號(hào)在傳輸之前往往需要進(jìn)行相應(yīng)的編碼處理，如下圖1所示即為串行信號(hào)簡(jiǎn)單的傳輸過程，在發(fā)送端信號(hào)先進(jìn)行Scrambler和8b/10b編碼處理，處理后的信號(hào)經(jīng)過傳輸鏈路傳輸后進(jìn)入接收端后還需要進(jìn)行10b/8b和Scrambler的解碼處理。我們觀察信號(hào)都需要在傳輸鏈路上進(jìn)行觀察，因此觀察到的是編碼后的加擾信號(hào)和10b信號(hào)。
8b/10b編碼是當(dāng)前大部分高速串行信號(hào)都使用的一個(gè)非常通用的編碼方式。如SATA、PCIE GEN1/2均使用8b/10b編碼方式。使用8b/10b編碼可以確保電路的DC平衡(使得0電平和1電平的密度保持平衡)，這樣系統(tǒng)可以更加準(zhǔn)確的從數(shù)據(jù)中恢復(fù)出理想時(shí)鐘，也可以有效的減小碼間干擾抖動(dòng)，盡可能的減小系統(tǒng)出錯(cuò)的概率。另外，通常8位代表一個(gè)數(shù)據(jù)位，如果所有位都用來表示數(shù)據(jù)，那么將沒有多余的位來進(jìn)行碼型的同步，因此8b/10b編碼的另外一個(gè)好處是可以提供多余的位來作為同步碼，如常見的K28.5、K28.3等碼型。圖2為一個(gè)8b/10b的示例：
數(shù)據(jù)的比特位從8位增加到了10位，原數(shù)據(jù)位中出現(xiàn)較少的電平特性經(jīng)過編碼后得到了增加。
為對(duì)信號(hào)傳輸鏈路上采集到的信號(hào)的解碼過程。使用示波器可以直接觀察到圖3最上端的物理層波形，如果要觀察到10b解碼信息和Scramble解碼信息，則需要使用示波器廠家提供的專用的高速串行信號(hào)解碼分析軟件。
進(jìn)一步進(jìn)行解析，即可得到協(xié)議層的信息，如圖4所示。
全方位測(cè)試解決方案
物理層測(cè)試分析 (1) 高達(dá)45GHZ帶寬的實(shí)時(shí)串行數(shù)據(jù)分析儀(實(shí)時(shí)示波器)、120GS/S的采樣率、768MS的可分析存儲(chǔ)深度，不僅適合于目前所有串行數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，也提前為下一代高速串行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試解決方案提供了充分的帶寬和采樣率的保證。
(2) SDAII專業(yè)信號(hào)完整性分析軟件包，長(zhǎng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)眼圖測(cè)試速度極快(20M的數(shù)據(jù)做眼圖分析只需要1-2秒)，且提供了Spectrum和NQ-Scale兩種抖動(dòng)算法，其中NQ-Scale算法是力科專有的專利算法，可實(shí)現(xiàn)將隱藏在隨機(jī)抖動(dòng)中的固有抖動(dòng)剝離出來，這類抖動(dòng)往往由于高次諧波、長(zhǎng)偽隨機(jī)碼引起的串?dāng)_而引起，業(yè)界其它算法通常都會(huì)將這類抖動(dòng)當(dāng)作隨機(jī)抖動(dòng)來處理。SDAII為工程師提供了非常強(qiáng)大的高速串行信號(hào)的調(diào)試功能。
(3) Qualify一致性測(cè)試軟件包，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高速串行信號(hào)的物理層特性是否符合規(guī)范要求的一致性測(cè)試，自動(dòng)出具多種格式的報(bào)告，一鍵完成全部。
在確保物理層信號(hào)質(zhì)量沒有問題后，串行信號(hào)從測(cè)試碼變?yōu)?b/10b編碼字符序列，此時(shí)系統(tǒng)級(jí)問題成為調(diào)試的重點(diǎn)，問題可能會(huì)出現(xiàn)在物理層-鏈路層域(涉及信號(hào)完整性和數(shù)據(jù)完整性的交叉領(lǐng)域)。這時(shí)，就需要對(duì)物理層信號(hào)實(shí)現(xiàn)解碼分析。
對(duì)于現(xiàn)代的高速串行系統(tǒng)，系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)工作顯得更為突出，協(xié)議間的任何沖突也會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)問題，因此分析物理層和鏈路層往往還是不夠的，還必須要對(duì)系統(tǒng)的協(xié)議層進(jìn)行分析，這時(shí)往往需要用到專用的協(xié)議分析儀。本文將為大家重點(diǎn)介紹力科示波器針對(duì)高速串行信號(hào)物理層、鏈路層和協(xié)議層的解決方案。
高速信號(hào)的傳輸過程分析
為了確保較好的信號(hào)傳輸質(zhì)量，高速串行數(shù)據(jù)信號(hào)在傳輸之前往往需要進(jìn)行相應(yīng)的編碼處理，如下圖1所示即為串行信號(hào)簡(jiǎn)單的傳輸過程，在發(fā)送端信號(hào)先進(jìn)行Scrambler和8b/10b編碼處理，處理后的信號(hào)經(jīng)過傳輸鏈路傳輸后進(jìn)入接收端后還需要進(jìn)行10b/8b和Scrambler的解碼處理。我們觀察信號(hào)都需要在傳輸鏈路上進(jìn)行觀察，因此觀察到的是編碼后的加擾信號(hào)和10b信號(hào)。
8b/10b編碼是當(dāng)前大部分高速串行信號(hào)都使用的一個(gè)非常通用的編碼方式。如SATA、PCIE GEN1/2均使用8b/10b編碼方式。使用8b/10b編碼可以確保電路的DC平衡(使得0電平和1電平的密度保持平衡)，這樣系統(tǒng)可以更加準(zhǔn)確的從數(shù)據(jù)中恢復(fù)出理想時(shí)鐘，也可以有效的減小碼間干擾抖動(dòng)，盡可能的減小系統(tǒng)出錯(cuò)的概率。另外，通常8位代表一個(gè)數(shù)據(jù)位，如果所有位都用來表示數(shù)據(jù)，那么將沒有多余的位來進(jìn)行碼型的同步，因此8b/10b編碼的另外一個(gè)好處是可以提供多余的位來作為同步碼，如常見的K28.5、K28.3等碼型。圖2為一個(gè)8b/10b的示例：
數(shù)據(jù)的比特位從8位增加到了10位，原數(shù)據(jù)位中出現(xiàn)較少的電平特性經(jīng)過編碼后得到了增加。
為對(duì)信號(hào)傳輸鏈路上采集到的信號(hào)的解碼過程。使用示波器可以直接觀察到圖3最上端的物理層波形，如果要觀察到10b解碼信息和Scramble解碼信息，則需要使用示波器廠家提供的專用的高速串行信號(hào)解碼分析軟件。
進(jìn)一步進(jìn)行解析，即可得到協(xié)議層的信息，如圖4所示。
全方位測(cè)試解決方案
物理層測(cè)試分析 (1) 高達(dá)45GHZ帶寬的實(shí)時(shí)串行數(shù)據(jù)分析儀(實(shí)時(shí)示波器)、120GS/S的采樣率、768MS的可分析存儲(chǔ)深度，不僅適合于目前所有串行數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，也提前為下一代高速串行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試解決方案提供了充分的帶寬和采樣率的保證。
(2) SDAII專業(yè)信號(hào)完整性分析軟件包，長(zhǎng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)眼圖測(cè)試速度極快(20M的數(shù)據(jù)做眼圖分析只需要1-2秒)，且提供了Spectrum和NQ-Scale兩種抖動(dòng)算法，其中NQ-Scale算法是力科專有的專利算法，可實(shí)現(xiàn)將隱藏在隨機(jī)抖動(dòng)中的固有抖動(dòng)剝離出來，這類抖動(dòng)往往由于高次諧波、長(zhǎng)偽隨機(jī)碼引起的串?dāng)_而引起，業(yè)界其它算法通常都會(huì)將這類抖動(dòng)當(dāng)作隨機(jī)抖動(dòng)來處理。SDAII為工程師提供了非常強(qiáng)大的高速串行信號(hào)的調(diào)試功能。
(3) Qualify一致性測(cè)試軟件包，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高速串行信號(hào)的物理層特性是否符合規(guī)范要求的一致性測(cè)試，自動(dòng)出具多種格式的報(bào)告，一鍵完成全部。
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