基于数字示波器的高精度抖动测试方法

JNF测试实例


通过和示波器的DTA指标相结合，JNF可以帮助确定该示波器在时间域中进行有效精确测量的能力。图3 所示为泰克TDS6154C示波器测量一个稳定信号源(如BERT或RF发生器)信号的性能。图3测试使用的内存长度约为5ns，TIE测试结果为 326fs RMS。这种测试方法对应于其它示波器厂商提供的抖动测量本底噪声指标(JMF)，它们的测试方法类似。由于在JMF指标下示波器的时基设置只能测试到大约200 MHz(5ns的倒数)的抖动频率。它无法全面反映该示波器的抖动测试能力，所以泰克示波器提供JNF指标来表征实际情况下抖动测试能力。JMF和JNF 指标在绝大多数实际应用环境中不能互换。



图3采集5ns稳定时钟波形得到的JNF测试结果(对应于其它示波器厂商提供的JMF指标)

图4表明了使用更长的内存记录长度，连续采集10us信号得到的更合理结果。在这种情况下，TDS6154C 测试的TIE只是略有提高，为374fs。它的采集显示了在更长的采集时间上的抖动本底噪声，其中包括直到大约100kHz(10us的倒数)的低频噪声。这可以更全面地查看信号上超过100K的噪声，但仍不能完全表示示波器的使用方式。当在40GS/s采样率下连续采集10us信号时，需要400K的记录长度。这个记录长度设置已经接近有些示波器的测试极限。

图4：采集10us稳定时钟波形得到的JNF测试结果。

图5表明了在40 GSa/s取样速率、40 Mpts采集内存、连续采集1 ms时间后对稳定的时钟信号进行的TIE测量，这一时间比竞争对手示波器最长的内存长度要长20倍。1ms采集结果中包括从1 kHz直到示波器带宽的噪声来源，本例中的TDS6154C示波器带宽是15 GHz，1ms采集可以直接查看从15 GHz直到1 kHz的信号抖动和调制效应。


通过图3可以看出TIE测试结果约为1.0ps RMS，但更重要的是最大定时误差的峰到峰值。在1 ms采集中，峰值定时误差指标小于±7ps，周期间误差约为±4ps峰值。如果考虑一下目前仪器的典型使用方式，并看一下基于PLL的TIE测量，误差要降低到±3ps峰值以下，在所示的40M采样点、1ms记录中要降低到500fs RMS以下。实际仪器的JNF小于显示的值，因为信号源中也有噪声。

图5：采集1ms稳定时钟波形得到的1K到15G的所有抖动结果。

在当前的高速总线标准中，如FBD、PCI Express和DDR2，示波器可以采集和处理长记录长度，显示周期间相关性，检验参考时钟的调制特性，检验PLL和时钟恢复性能。通过图3可以看到 TDS6154C在40 GS/s 40Mpt记录长度上拥有非常好的长期性能。


结论

面对当前各种时钟和数据的抖动测试需求，选择合适的示波器和测试方法是第一步。在进行抖动测试前，需要了解示波器对抖动测试精度影响的关键指标和测试方法，例如JNF、DTA等，以及不同测试参数对测试结果的影响，这是保证高精度抖动测试结果的前提。

抖动测试时不仅需要对示波器整体性能进行评估，例如示波器的带宽，采样率，还需要与之匹配的高采样率下的采集内存长度，这样才能测量从接近DC直流到仪器带宽的抖动，同时保持各种相位和谐波关系，对被测信号的抖动有一个全面的分析。

抖动是一种DC到超高频的现象，当试图发现抖动产生的根源时，必需能够查看整个抖动频谱，从不到千赫兹的电源频率直到几百兆赫的相邻时钟和数据频率干扰。 TDS6000B/C和TDS7000B系列示波器不仅提供为您提供了与带宽，采样率匹配的高速存储长度，还提供业内最高的抖动测试精度。