Varios métodos de medición de jitter

El jitter es la diferencia entre los bordes de una señal digital que deberían aparecer y los bordes que realmente existen. La fluctuación del reloj puede provocar bits sesgados en los flujos de datos eléctricos y ópticos, lo que provoca errores de bits. La medición de la fluctuación del reloj y las señales de datos puede revelar la fuente de errores de bits.

Se pueden utilizar tres instrumentos para medir y analizar el jitter:

Probador de tasa de error de bits (BER), analizador de jitter y osciloscopio (osciloscopio digital y osciloscopio de muestreo).

La elección del instrumento depende de la aplicación, es decir, eléctrica u óptica, comunicaciones de datos y velocidad de bits. Dado que la fluctuación es la causa principal de los errores de bits, lo primero que hay que medir es la BER. Si la BER de una red, elemento de red, subsistema o IC excede los límites aceptables, se debe encontrar la fuente del error.

La mayoría de los ingenieros querrán utilizar una combinación de instrumentos para rastrear los problemas de fluctuación, comenzando con un probador de BER y luego usando un analizador de fluctuación u osciloscopio para aislar la fuente del error.

Los fabricantes de probadores de BER necesitan medir la BER de sus productos para garantizar que cumplan con los estándares de telecomunicaciones. Las pruebas BER también son principales para probar equipos de comunicaciones de datos en serie de alta velocidad cuando se trata de caracterizar componentes y sistemas de comunicaciones de datos.

El probador BER envía un flujo de datos predefinido llamado secuencia de bits pseudoaleatorios (PRBS) al sistema o dispositivo bajo prueba. Luego se muestrea cada bit en el flujo de datos recibido y los bits de entrada se comparan con el patrón PRBS deseado. Por lo tanto, los probadores de BER pueden realizar mediciones de BER rigurosas que no son posibles con analizadores de fluctuación u osciloscopios.

Aunque los probadores de BER pueden realizar mediciones de BER precisas, probar una red o dispositivo con una precisión de 10-12 BER (error de 1 bit por cada 1012 bits) requiere varias horas. Para acortar el tiempo de prueba de horas a minutos, el probador de BER utiliza la tecnología "BERT sCAN", que utiliza técnicas estadísticas para predecir BER.

El probador BER se puede programar para muestrear un bit de entrada en cualquier momento (llamado "intervalo unitario" o "UI"). La curva de "bañera" representa la BER en función de la ubicación de muestreo. Si el probador de BER detecta bits en el centro del período de bits (0,5 UI), la probabilidad de errores de bits causados ​​por la fluctuación es pequeña. Si el probador de BER detecta bits ubicados cerca de la intersección del ojo, aumenta la probabilidad de obtener errores de bits inducidos por la fluctuación.

Los probadores BER del analizador de jitter no proporcionan suficiente información sobre la persistencia o las fuentes de jitter. Un analizador de fluctuación (a menudo llamado analizador de temporización o analizador de integridad de señal) puede medir la fluctuación de cualquier señal de reloj y proporcionar información sobre la fluctuación para la resolución de problemas. Los analizadores de jitter también utilizan características de jitter para predecir BER en mucho menos tiempo que los probadores de BER.

Los probadores de jitter son útiles para probar dispositivos utilizados en buses de comunicación de datos de alta velocidad (como comunicaciones de fibra óptica, SerialATA, Infiniband, Rapidio, velocidades de datos por canal de hasta 3,125 Gbits/s). Debido a que el analizador de jitter puede predecir la BER en unos pocos segundos, es útil para las pruebas en la línea de producción. Muchos fabricantes de ATE colocan probadores de jitter en el sistema de prueba de acuerdo con los requisitos del usuario.

Un analizador de jitter detecta flancos de señal y mide el tiempo entre flancos. Después de adquirir datos de sincronización, el analizador de fluctuación ejecuta algoritmos que producen histogramas, curvas de frecuencia y otras imágenes visuales de los datos. Estas imágenes muestran pistas que interfieren con la señal. Al realizar cálculos sobre histogramas y curvas de frecuencia, el analizador de jitter separa todo el jitter en aleatorio y determinista.

Por ejemplo, una fluctuación determinista tiene una fuente especial. Una señal de interferencia modula en fase la señal de referencia para producir fluctuación en la señal medida. Un analizador de jitter puede calcular las frecuencias (fases 1 a 4) presentes en el jitter. Una vez que se conoce la frecuencia de la fluctuación, se puede aislar la fuente de la fluctuación y mitigar sus efectos. Si la frecuencia de la señal de interferencia corresponde a otra frecuencia de reloj, agregar blindaje EMI u otros métodos para aislar la fuente puede resolver el problema.

Instrumentos híbridos Recientemente, algunos fabricantes de equipos de prueba han desarrollado instrumentos híbridos.

Los probadores BER tradicionales solo dan errores de bits. Ahora los probadores BER realizan algunos análisis de fluctuación y algunos incluso incluyen osciloscopios de muestreo. Los analizadores de fluctuación ahora también incluyen osciloscopios de muestreo, como el Warecrest SIA-3000. Estos osciloscopios de muestreo pueden observar patrones oculares, pero no tienen el ancho de banda de los osciloscopios de muestreo dedicados. Los instrumentos híbridos ahora tienen anchos de banda de osciloscopio de hasta 6 GHz. Los osciloscopios de muestreo en tiempo real y en tiempo equivalente ahora ofrecen software para medir la fluctuación y calcular la BER.

Osciloscopios Dos tipos de osciloscopios resultan útiles para pruebas y análisis de fluctuación. Para probar dispositivos, cables, subsistemas o sistemas que se comunican a velocidades de hasta 3,125 Gbits/s (transmitiendo datos a través de cables de cobre, que es la velocidad más alta posible), se puede utilizar un osciloscopio de muestreo en tiempo real. Son similares a los analizadores de jitter y pueden medir el jitter de cualquier señal de reloj.

Para medir señales ópticas, como OC-192 y 10Gigabit Ethernet (9.952Gbits/s) u OC-768 (39.808Gbits/s), se utiliza un monitor de muestreo con un ancho de banda de 50GHz~75GHz ( como el analizador de comunicaciones digitales Agilent o el analizador de señales de comunicaciones Tek). Estos osciloscopios también se pueden utilizar con señales de datos eléctricos.

Los osciloscopios de banda ancha son útiles para probar la fluctuación de fase a las velocidades de bits más altas utilizadas en la actualidad. Debido a su baja velocidad de muestreo (150 kmuestras/s o menos), requieren una señal repetitiva (como PRBS) para construir un diagrama de ojo a partir del cual puedan construir un histograma de fluctuación.

Los fabricantes de osciloscopios proporcionan software de análisis de fluctuación en sus osciloscopios.

El diagrama de error de temporización es el diagrama de fase instantáneo efectivo del flujo de datos. Muestra que la fluctuación contiene un componente periódico. La transformada rápida de Fourier (tercer gráfico) del gráfico de error de temporización, escalada a 1 MHz/div, muestra la frecuencia de la fluctuación. Esta frecuencia puede corresponder a la frecuencia de reloj de la fuente de alimentación conmutada o a la diafonía de los cables de datos del sistema.

El histograma de la intersección del diagrama de ojo muestra que la distribución tiene 2 picos. El doble pico indica fluctuación determinista, que proviene de perturbaciones externas (como el cambio de fuentes de alimentación). Otra área de inquietud: las inquietudes aleatorias siguen el análisis gaussiano y no se puede determinar su fuente.