【测试案例分享】 信号链芯片的眼图和抖动测试

背景

信号链芯片的验证离不开抖动和眼图测量。抖动考虑的是时钟或数据过零点的时刻的不确定性，眼图则更加直观，以参考时钟的边沿为刀，将数据波形切割成无数的小段，每段波形只有 1 个 bit。然后将这些小段波形堆叠到一起，形成的眼睛形状的图片，称之为眼图。

抖动和眼图是高速串行信号的必测项目。抖动可以评估时钟或信号的稳定性，眼图可以综合评估信号的抖动，幅度，反射，串扰等信号完整性问题。如果再套上一个眼图模板，通过眼图是否触碰模板，就可以轻松评判信号质量的优劣。

图 1. 眼图是由所有 bits 堆叠而形成的图样，包含所有 bits 的信号完整性信息

图 2. 眼图及其模板

挑战

测试工程师测出了眼图和抖动的结果，给出测试 Pass 或 Fail 的测量报告，工作就算完成了。但怎样才能解决抖动和眼图 Fail 的问题呢？基本思路就是抓大放小，对症下药！

图 3. 抖动的分类

经典理论下，信号的总体抖动 (Tj, Total Jitter) 可以分成以下几类。通过示波器的抖动软件，测量出每种抖动成分的大小，想办法将最严重的抖动成分降低，总体抖动就能降下来了。

其中，随机抖动 (Rj, Random Jitter) 是由布朗运动 / 热噪声引起的。通过改良电源的噪声性能，更换随机抖动较大的有源器件，可以降低系统的随机噪声。与随机抖动对应的，是确定性抖动 (Dj, Deterministic Jitter)，最重要的两种 Dj 是周期性抖动 (PJ, Periodic Jitter ) 和数据相关性抖动 (DDJ, Data-Dependent Jitter)。

周期性变化的抖动，称之为周期性抖动。一般由高速 SerDes 的参考时钟带入，或者旁路高速信号的串扰所引起。周期性抖动不仅要看抖动的峰峰值，还要关注 Pj 的频率。检查时钟，查找电路板上相关的干扰源，可以降低周期性抖动。

数据相关性抖动 (DDj, Data Dependent Jitter)，也叫码间干扰 (ISI, Inter-Symbol Interference)，当数据速率升高时，DDj 会变得愈发重要。ISI 不仅会影响到抖动，也会让眼图恶化。下图是一个高速信号，从发送端，到传输路径中间的测试点，再到接收端的眼图变化。随着传输线距离的增加，ISI 越来越大，眼图的眼宽和眼高都明显收窄，甚至到最后眼图完全闭合了。降低传输线衰减，或者使用适当 的 Tx均衡和 Rx均衡，可以有效降低DDj。

图 4. 传输线损耗所引起的 ISI 抖动会导致眼图恶化

测试解决方案

泰克公司的 MSO6B 系列示波器最高带宽可达 10GHZ， 采样率高达 50GS/s， 底噪低至51.5uV，是测量信号链芯片抖动和眼图的最佳选择。

图 5. 泰克MSO6B系列示波器

泰克公司的 DJA 抖动和眼图分析软件，可以精确并快速地测量信号的抖动和眼图，给出抖动和眼图的各项测量结果。DJA 帮助工程师将总体抖动分解成各种抖动成分，还提供各种高级分析窗口，比如抖动频谱图，可以看到周期性抖动的频谱，帮助工程师快速确定干扰源；抖动直方图可以直观地判断是RJ或 DJ占主导地位，确定调试方向。

图 6. 泰克公司的 DJA 抖动和眼图分析软件丰富的测量项和分析窗口

总结

抖动和眼图是信号链芯片的重要测量项。 泰克的MSO6B 系列示波器和 DJA 软件，不仅可以帮助工程师精确地测量抖动和眼图结果，还可以通过抖动分解，和丰富的分析窗口，为工程师提供解决抖动和眼图问题的线索，帮助工程师快速解决问题。

使用1GHz~10GHz带宽对高速设计进行故障排除和验证。