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SERDES测试样片的抖动分析

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SERDES测试样片的抖动分析2002年7月技术说明TN1032序言ORT82G5 FPSC器件1含有两个四SERDES背板接口块,这两个四SERDES总共可提供八路高速串行通道接口,每路最高可工作在3.7Gbits的时间速率,每个通道可同时收发,提供完整的时钟数据恢复.在高速率情况下,抖动是实现无误码数据传输的关键特性.本文讨论了器件的抖动性能,利用实验室的测试例子给出SERDES收发时的抖动特性.测试的数据是针对一颗包括一个四SERDES的测试芯片,其性能与ORT82G5的双四SERDES宏是相同的.
发送抖动完整的抖动测试图1是实验室进行完整的SERDES发送抖动测试时的环境设置.
图1:发送(总)抖动测试的环境设置测试的串行数据速率为3.125Gbits.采用伪随机的数据流、SERDES通道配置为并行的环回模式,利用HP83480A采样数字通信分析仪观察发送端输出波形眼图.分析仪会计算在50%水平电平上的峰-峰抖动值及RMS抖动值.
DCA的自动测试过程包括对输入的一段数字信号采样1350个数据点并量化,然后获取3000段这样的信号计算抖动的静态参数.参数结果如表1所示.试验中我们测试了不同工艺参数下的三类器件:快速,正常速度,慢速.其目的是使试验能分析尽可能多的器件,另外我们还包括了试验温度和电压的变化.
莱迪思半导体公司SERDES测试样片的抖动分析
表1:发送抖动测试结果器件环境温度电压(V) Tx 抖动pS RMS Tx 抖动pS p-p Tx 抖动(UI)正常速度0°C正常速度25°C正常速度85°C慢速0°C慢速25°C慢速85°C快速0°C快速25°C快速85°C表1中最差的测试结果是RMS抖动值为8.3 pS,峰-峰抖动值为0.174UI.尽管我们用到的测试数据与各标准中要求的结构有所不同、表1中的所有值还是都在XAUI 3,光纤通道4以及Infiniband 5标准所允许的抖动范围内.
抖动成分的测量新的高速接口标准不断地产生,它们要求在测试中区分不同的抖动成分,每种成分都要满足一定要求.恰当的测试方法还在酝酿和争论当中.一种通用的测试方法是把完整抖动(TJ Total Jitter)分拆为随机抖动(RJ RandomJitter)和确定性抖动(DJ Deterministic Jitter),见参考资料[2.它利用误码率测试仪(BERT)和时间间隔分析仪生成发送抖动的浴缸形曲线性能,在参考资料[2] 中也有论述.我们测试了ORT82G5 SERDES的浴缸形曲线基本性能,得到的曲线和相应的抖动成分值见图2.测试包括了不同的发送速率以及针对每个曲线不同抖动成分的分析.
2
图2:初步的浴缸形曲线测试结果RJ = 随机抖动(Random Jitter)DJ = 确定性抖动(Deterministic Jitter)TJ = 完整抖动(Total Jitter)接收抖动容限接收抖动容限是一个关键的系统接口参数.它代表了在含有发送信号抖动及传输路径上附加的抖动的情况下,SERDES接收器对输入串行信号的恢复能力.所有应用中都会有此类抖动,只是程度有轻重之分,但都必须在接收器的允许范围内.接收器对输入信号抖动的容忍程度主要取决于抖动类型.高速串行接口标准已经认识到这个问题,最近修改了相关指标以指出针对不同抖动类型时接收器的抖动容限.(例如上节所述)抖动容限测量与发送抖动测试一样,接收抖动容限测量的方法也并不成熟.10G以太网XAUI标准3 提供了一个比较初步的抖动成分和数值的测试方法.图3是该方法的测试环境.
3
图3:XAUI 接收抖动容限测试的环境设置PJ = 正弦周期抖动(sinusoidal periodic jitter)RJ = 随机抖动(random jitter)DDJ = 与数据有关的抖动(data dependent jitter)关于测试环境建立的具体讨论见参考资料[2.图4是对图3中DUT输入信号的眼图测量结果.
图4:图3 接收抖动容限测试的眼图注意,图4中还在给出了针对第二和第三个眼图张开处波形电平穿越水平中间值的密度分布.
抖动容限结果我们进行了通过失败的测试.建立环境中的每个抖动源调整到XAUI标准的范围3,试验中我们采用了第二节中同样的SERDES芯片(表1).所有温度和电压值也与表1相同.使用了CJT测试数据.所有测试结果都通过了比特误码率小于1E-12的指标.结论我们测试了莱迪思FPSC SERDES产生的发送抖动和接收抖动容限,并提供了具体结果.结果表明在这两方面器件都提供了优秀的性能.表2是一些标准的抖动要求.
表2:标准的抖动要求一览表Standard Tx-总抖动Rx-抖动容限这一标准是基于1.065 Gbs的速率就有限的测试芯片而言、所有发送抖动测量值都在表2这三个标准的要求之内.XAUI接收抖动容限测试表明整个测试组都满足标准所需的性能.系统设计人员开始了解到器件抖动性能的重要性,标准和测试手段也在发展并变得更复杂.随着高速串行数据接口标准的成熟,更多的器件特性有待增加.参考资料
1. Lattice ORT82G5 Field Programmable System Chip, Data Sheet
2. Jitter Testing for Multi-Gigabit Backplane SERDES, IInternational Test Conference, Proceedings draft
5. InfiniBand Architecture Specification 1.0-a, Jun

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