原创 AWG在高速串行信号接收性能测试中的应用(续)

AWG在高速串行信号接收性能测试中的应用(一)

五：直接合成信号源(AWG)在目前比较流行的串行标准的一致性测试中的应用。

1, SATAG1/G2/G3的一致性测试：

         目前SATA Workgroup已经发布了发送端,线缆以及接收端的一致性测试规范和实现方法。SATA Gen I ,Gen II GIII 的接收端抖动容限一致性测试，要求DUT 遵守采用特定帧信息结构(FIS－Frame Information Structure)的内置自检(BIST－Built-In Self Test)指令，在收到特定序列的BIST-L(环回)帧时，串行收发机(包括发射机、接收机和SERDES)单元被设计成进入专用环回模式。在设备处于这种模式时，由测试仪器（信号源）发送含抖动的信号给DUT的接收端，然后DUT的发送端就会对已经收到的信号作出正确的响应，最后由错误帧检测器(Frame error detector)去检测DUT的发送端响应输出的数据是否正确。或者可以逐步调大信号源注入的抖动幅度，直到Frame error detector检测到错误帧出现，此时获得的抖动幅度就是接收端的抖动容限值。这种方法必不可少，因为整个收发机通常是在芯片上实现的，因此不能接入内部信号路径进行探测。传统上，BIST-L 指令一直是外部PC 提供的，外部PC上运行专门的应用软件来强迫DUT进入回环模式。遗憾的是，一旦断开BIST 信号源以后，大多数收发机就会自动退出回环模式，返回正常操作，因此无法再继续进行测试!应对这一挑战的常用解决方案是通过功率合成器向DUT 输送BIST-L 命令。功率合成器的另一个输出连接到提供测试数据流的信号发生器上，如图11所示。通过在测试电路中使用电源组合器，数据发生器可以在环回模式激活时，开始把测试数据发送到DUT，而不要求断开连接。功率合成器是一种可行的解决方案，但有它的缺点。很明显，它提高了复杂度，增加了连接错误、电气接触不良及出现其它机械问题的机会。它还需要校准所有输入源，保证正确引入抖动成分。最重要的是，功率合成器会使数据信号电压衰减高达50%。通过提高数据发生器的输出幅度，通常可以解决这个问题，但它会限制仪器的性能；此外，提高幅度会不可避免地引入噪声和失真。

            图11 数字信号源实现SATA接收端抖动容限测试的方法

         但如果采用AWG直接合成方法的话，仪器可以代替PC发送BIST-FIS指令。换句话说，AWG的输出是一条连续的数据流，其中先是BIST-FIS命令，然后是抖动的数据，在两者之间不会有中断。它不需要功率合成器或运行BIST-FIS软件的PC。图12是仅由两台仪器组成的基于AWG的抖动容限测试系统：一台仪器生成输入信号，一台仪器读取输出。AWG的存储器不区分BIST-FIS数据、带外信号、时钟信号或实际数据流及其异常事件。

                 图12 直接数字合成信号源实现SATA抖动容限测试方法

2.Displayport 一致性测试

         在display port Compliance Test Specification Version1的接收端抖动容限测试中，要求信号源提供包含不同的抖动频率，抖动幅度以及抖动成分的信号，输入到Sink的接收端，然后看Sink的误码率来考验接收端的PLL性能，如下表1， 这对于传统的数字信号源是一个挑战，请看图的传统数字信号源的解决方案，为了合成复杂的抖动成分，需要额外的增加一个噪声信号发生器和矢量信号发生器，而且两者还需要用Power Divider合成起来去给数字信号源去注入抖动。而图14的使用直接合成信号源实现方法的独特优势在于它只需按一个键，就可以输出合成的信号，这些信号包含正弦、ISI、Rj、Pj抖动、预加重、平衡、跳变时间和幅度控制,连接简便而且测试的一致性和可重复性均很高。

         表1 DisplayPort Sink抖动容限测试规范中要求输入信号的抖动特性

      图13 数字信号源实现DisplayPort接收端抖动容限测试的方法

              图14 直接数字合成信号源实现DisplayPort抖动容限测试的方法

3.HDMI的一致性测试.

         在HDMI 的CTS1.4的规范中，要求在Sink的抖动容限测试中除了加入两种频率的抖动外，还需要加入TTC(transition time converter)以及Cable emulator以保证信号的上升时间以及抖动成分符合规范要求。数字信号源使用图15的方式来实现。

对于TTC,要求不同的测试频率加入不同的TTC.

分别为：74.25MHz/450ps;148.5MHz/220ps;165MHz/200ps;222.75MHz/150ps;340MHz/60ps

对于Cable emulator,同样要求在不同的测试频率使用5种不同特性的cable emulator.如下表2.

对于Automotive的Type E的接口，又新增加了两种类型的Cable Emulator而且目前只能支持74.25MHz,未来的148.5和更高分辩率还需要增加更多的Cable Emulator.

表2  HDMI Sink抖动容限测试所要求的Cable emulator的类型

         根据规范,对于Sink的测试，要求测试其在不同的时钟频率下的性能，这就会导致在测试过程中频繁的更换不同的TTC和Cable emulator.除了花费大量的时间外还会导致频繁的改变连接导致的信号接触不良等因素造成的测试差异。另外由于Cable emulator和TTC价格昂贵，而且有部分类型的Cable emulator设备厂商并不对外销售，使客户无法购买或者需要额外支出大笔费用。

         而采用直接合成信号的方式产生信号的话，则可以不需要额外的TTC和Cable emulator,而TTC和Cable emulator的特性均可以采用AWG来进行模拟。如图16所示，通过AWG输出的信号就是包含了规定的抖动频率和抖动幅度而且加入了TTC和Cable emulator所带来的抖动和衰减的影响。换言之，可以直接将AWG的输出直接连接到DUT的输入端进行测试，而不需要进行复杂的附件连接。

图15 数字信号源实现HDMI接收端抖动容限测试的方法

图16 直接数字合成信号源实现HDMI抖动容限测试的方法

4.USB 3.0的一致性测试:

当进行抖动容限测试的时候，除了发送端和接收端的参考时钟必须加入SSC以外，预加重电平设置为-3dB，电压设为0.75V，DUT设置为环回模式，测试需要注入确定性抖动Dj(确定性抖动的改变是通过对Sj每次注入改变)和随机抖动(Rj不变)。测试点在TP1注入抖动的要求如下

带有直接合成技术的AWG7000B系列，它能够直接创建带有抖动的码型和预加重等，代替了之前需要使用包括BERT、噪声发生器和抖动发生器三台仪器的方案，大大提高了测试的精确度和效率。由于它能够生成更高测试要求的受损波形，即使今后测试规范更新和改进，也完全可以满足要求。

泰克的AWG7122B通过SerialXpress可以非常方便的生成各种受损波形，加入PJ,RJ,ISI以及预加重；可以方便的进行Reference Cable Emulation ;仿真用户自定义长度的线缆，用户可以确定自己的DUT能够正常工作的线缆的最大长度;产生用户自定义SSC profile(比如测试需要仿真SSC的Noise以及df/dt的变化)；进行Sj的注入无需考虑硬件的限制，完全通过软件产生；支持复杂的预加重功能要求；直接合成相应波形进行LFPS的测试。

 下图是Agilent的USB 3.0的配置方案, 需要多台仪器进行组合。

5.无线USB的测试:

由于无线USB采用MB-OFDM的调制方式，最高频率为10.296GHz,一般的数字信号源是无法直接实现这种调制输出的，其必须配合基带信号源和调制信号源才能进行输出，而AWG设备则可以采用直接合成的方法直接输出。AWG可以直接模拟基带，数字中频和射频信号。