Pomiary niskoszumowe z technologią QuietChannel w oscyloskopie DPO 7

Dokładność bez kompromisów

Jeśli kiedykolwiek próbowaliście mierzyć sygnały o wysokiej szybkości przesyłu w rzeczywistych kanałach, doskonale znacie ten problem. Stratne kable, płytki testowe i złącza rozmywają sygnał, zanim ten dotrze do oscyloskopu. Właśnie dlatego inżynierowie sięgają po de-embedding: matematyczny proces usuwania wpływu kanału, który pozwala zobaczyć sygnał tak, jakby pochodził bezpośrednio z nadajnika.

Jest jednak pewien haczyk: de-embedding przywraca utraconą zawartość wysokoczęstotliwościową, ale jednocześnie wzmacnia szum oscyloskopu. To jak wyostrzanie rozmazanego zdjęcia, odzyskujemy detale, ale wzmacniają się również ziarno i zakłócenia. W testach zgodności i walidacji projektu dodatkowy szum może zdecydować o tym, czy diagram oka przejdzie test, czy też konieczna będzie kosztowna poprawka projektu.

Dlaczego tradycyjny de-embedding wzmacnia szum w pomiarach oscyloskopowych

Nowoczesne oscyloskopy są projektowane tak, aby utrzymywać niski poziom szumów własnych, jednak po zastosowaniu filtru de-embed wzmacniany jest zarówno sygnał, jak i szum oscyloskopu. Efekt? Zbocza sygnału nie są tak czyste, jak powinny, a pomiary jittera mogą wprowadzać w błąd.

Dla krótkich ścieżek oznacza to jedynie utratę kilku procent marginesu. Jednak wraz ze wzrostem szybkości transmisji i długości kanałów, amplifikacja szumu może sprawić, że starannie „odtworzony” diagram oka zapadnie się, ukrywając prawdziwą wydajność projektu.

Technologia QuietChannel: obniżenie poziomu szumów dla dokładnych pomiarów

Inżynierowie Tektronix zauważyli, że wąskim gardłem nie jest wyłącznie kanał transmisyjny – problemem jest sposób, w jaki instrument radzi sobie z szumem podczas de-embeddingu.

Dlatego w oscyloskopach DPO serii 7 wprowadzono technologię QuietChannel™ – opatentowane połączenie sprzętu i DSP, które kształtuje poziom szumów oscyloskopu, zamiast pozwalać mu rosnąć w niekontrolowany sposób.

Jak to działa:

• Przedwzmacniacz oscyloskopu stosuje ciągłą korekcję liniową w czasie (CTLE), wzmacniając składowe wysokoczęstotliwościowe przed digitalizacją.
• Po przetworniku ADC układ DSP odwraca tę korekcję, uzyskując płaską charakterystykę częstotliwościową.
• Dzięki temu sygnał pozostaje nienaruszony, a poziom szumów jest kształtowany tak, by pozostawał niski przy wyższych częstotliwościach.

Efekt jest jak założenie słuchawek z aktywną redukcją szumów na oscyloskop – po de-embeddingu przebieg staje się wyraźniejszy, z mniejszym jitterem i bardziej wiarygodnymi marginesami.

Wyniki eksperymentów: diagramy oka, jitter i poprawa SNR

Tektronix przeprowadził serię eksperymentów pokazujących wpływ technologii QuietChannel dla kanałów o różnej długości:

• Ścieżka 17 cali, dane 20 Gb/s – wzrost wysokości oka o 3% i szerokości oka o 1%. Niewielka poprawa, ale często wystarczająca, by przechylić wynik testu zgodności na korzyść projektu.

• Ścieżka 24 cale – wysokość oka wzrosła o 34%, a szerokość o 31%. Co jeszcze bardziej imponujące, losowy jitter zmniejszył się niemal o 40% – z 1,4 ps do zaledwie 860 fs.
• Ścieżka 31 cali, dane 16 Gb/s – wysokość oka wzrosła ponad dwukrotnie, a stosunek sygnału do szumu (SNR) poprawił się o 5 dB przy wyższych częstotliwościach.

Krótko mówiąc: im dłuższy i bardziej stratny kanał, tym większe korzyści przynosi technologia QuietChannel.

Korzyści technologii QuietChannel dla inżynierów

W testach zgodności oznacza to większą pewność, że badane urządzenie przejdzie test wtedy, gdy rzeczywiście powinno – i nie przejdzie go, gdy nie spełnia wymagań. W walidacji projektów to szybsze debugowanie, mniej fałszywych błędów i lepsza wydajność produkcji. Zamiast walczyć z szumem systemu pomiarowego, można wreszcie zobaczyć rzeczywiste zachowanie sygnału.

Dokładność i przejrzystość w testach i debugowaniu szybkich interfejsów

Technologia QuietChannel to nie jest kolejny filtr – to zupełnie nowe podejście do zarządzania szumem w oscyloskopach pracujących z de-embeddingiem. Poprzez kształtowanie samego poziomu szumów, oscyloskop Tektronix DPO serii 7 zapewnia dokładniejsze, bardziej wiarygodne i przyjaźniejsze dla inżyniera testy stratnych kanałów.

Jeśli pracujesz z łączami szeregowymi 16, 20, a nawet 28 Gb/s, technologia QuietChannel może być tym brakującym marginesem przejrzystości, którego do tej pory Ci brakowało.

Autor: Joshua O’Brien

Źródło: TEKTRONIX