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刘娟

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捋一捋示波器的带宽选择问题

  Part 01
  今天再捋一捋示波器的带宽选择问题。
  通常选取原则有5次谐波,或者0.35/τ之类等等,今天还会再给一个新的说法。
  可以说是偶尔又翻起了回忆,上学时读的伯格丁的信号完整性前几章,管致中的信号与线性系统傅里叶级数~
  Part 02
  说法A:
  来自Tektornix的白皮书,说可以按照信号的上升时间来看,
  如果你要保证测试测量10%的精度,那么带宽计算方法为:0.4/τ,τ为信号20%-80%的上升时间。
  如果你要保证5%的精度,那么,那么你还要把再乘个1.2的系数,(0.4/τ)*1.2。
  下面是Tektronix摘录的表格:
2.jpg
  3%精度Tektronix没有提到,我们这边不追了。但是我大概看了下,是(0.4/τ)*1.2*1.2附近。
  验证:
  算一下工作能接触到的serdes,8081码型的Tr spec要求为24 ps。
2.jpg
  也就是如果想要保证5%精度的measurement,示波器带宽不低于20.04G。
  至于0.4/τ,这个公式的由来,是伯格丁的信号完整性提及的,是拟合出来的一个值。
  说法B:
  也是来自Tektornix的白皮书,说许多规范要求示波器在信号发送端芯片引脚处精确的捕获信号基频的5 次谐波。
  对于第一代PCI Express,意味着带宽需要6.25GHz的示波器,采样率至少是带宽的2 倍。同样,对于3.125Gbps 的XAUI 信号,要求示波器带宽7.8GHz。许多的标准组织,特别是PCI-SIG,直接要求测试仪器的带宽要满足信号5 次谐波的原则。
2.jpg
  我第一次接触基频,为什么是data rate/2还是有点懵的,但是现在提一下,基频的计算方式,若当前serdes传输0101的方波pattern,可以使得信号变化最剧烈,这时候信号的带宽是最高的,方波信号的周期就是data rate/2。例如:一个时钟信号,1KHz的周期,对应的基频为1KHz,但是对于总线速率为1KHz,指的是一个UI的长度为1KHz,变成0101,频率减半,所以基频是总线速率/2。
  关于5次谐波的物理意义,我自己的理解:信号展开到5次谐波,这个值能够包含信号的绝大部分能量,几乎已经比较好的展现出信号的细节,实际上高频分量就是用于表现信号细节的。当然个人也比较赞同5次谐波这个说法,上升时间计算法也是通过这个说法得出来的一个值(等价的),比如0.4/Tr,这个0.4其他文献可能还会出现0.25,0.35等等。伯格丁的信号完整书籍中给的是0.35/RT,0.35的由来是通过把矩形脉冲分解为多个正弦波,依次增加正弦波的谐波次数,测10-90%的上升时间,最后拟合出带宽&上升时间的关系。
2.jpg
  说法C:有关于说法C,来自keysight的jitter measurement help文档,在测量serdes的带宽有以下描述:
  带宽:2倍 比特率 ;采样率:8倍 比特率计算:例如 10Gbps的信号,按照keysight文档,BW:2*10 G=20 G;SR:8*10 G=80 Gsps
  Part 03
  这三种计算方法,基本可以通吃仪器的带宽选择要求了,前面2种说法其实是等效的,他们算出来的几乎一样不会差多少。
  第三种说法,局限在serdes的时域jitter参数上,个人认为但凡是与标准的高速serdes相关的,避免不了spec规定,例如PCIE要求的带宽,spec一定是规定的死死的。



原作者:沈土豪 沈土豪的书屋

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