CN107102256B - 用于对pam发射机中的抖动进行限制的失真测量 - Google Patents

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Abstract

用于对脉冲振幅调制(PAM)发射机中的抖动进行测量的方法和测试设备。在一个过程中，第一两电平PAM信号测试模式用于对被分成随机分量和确定性分量的时钟相关的抖动进行测量，而第二两电平PAM信号测试模式用于对偶奇抖动(EOJ)进行测量。在另一个过程中，四电平PAM信号测试模式用于使用失真分析来对抖动引入的噪声进行测量。还公开了用于实现所述测试方法的各个方面的测试设备。

Description

用于对PAM发射机中的抖动进行限制的失真测量
本申请是申请日为2013年6月24日并且申请号为201380004568.4的同名中国专利申请的分案申请。
技术领域
概括地说，本发明的领域涉及高速通信，更具体但非排他性地说，本发明的领域涉及用于对脉冲振幅调制发射机中的抖动进行测量的技术。
背景技术
在高速信号传输通信标准中，发送的数据由物理介质相关(PMD)的设备转换成物理电压信号。理想情况下，电压信号应该具有M个若干可能的电压电平中的一个(例如，对于PAM2(脉冲振幅调制2电平)信号传输方案来说，M＝2，其将为“0”比特映射到一个电压电平，将为“1”比特映射到一个电压电平)。这些电平之间的转换应该仅在与完美时钟相对应的特定时刻(“单元间隔”或UI的整数倍)发生。具有相同频率的时钟用于接收机，以便对所接收的信号进行采样并且对所发送的数据进行重构。
在实践中，由发射机生成的电压电平偏离所期望的电平，电平之间的转换的定时也是如此。电压偏差产生噪声，其增加了其它噪声源，并降低了接收机的抗噪性。定时偏差也被认为是额外的噪声，并且也可以导致接收机时钟在不正确的时刻进行采样。因此，规定电压和频率的通信标准通常对相对于规定值所允许的偏差进行限制。在所发送的信号上观察到的定时偏差被称为“抖动”。抖动规范是高速信号传输标准的重要部分。随着信号传输速度增加，UI变得更短，并且抖动将成比例减少。因此，抖动规范通常表示为UI的分数。
抖动通常被分成低频分量和高频分量。低频抖动(有时也被称为“漂移”或“漫步”)通常来源于锁相环(PLL)相位噪声。认为其是由接收机跟踪的，因此对其并不关注。高频抖动是由于PLL相位噪声或其它原因产生的，它被认为是不可能跟踪的，因此必须加以限制以防止接收机中的采样误差。有时将其进一步划分成时钟确定性抖动(CDJ)分量和时钟随机抖动(CRJ)分量来捕捉其统计特性。占空比失真(DCD)是一种有时单独测量的特殊种类的DJ-在奇数和偶数位宽之间的差异(在某些发射机中，这是普遍现象，其对接收机性能有很大的影响)。DCD也被称为偶奇抖动(EOJ)。
在很高的速度上，通信介质是频带受限的，并且符号间干扰(ISI)变得很显著。ISI导致电压和转换时间二者的变化；因此通过ISI介质观察的信号将具有增加的抖动，这是接收机所无法跟踪的。如果没有处理，ISI引起的抖动可以变成性能瓶颈；的确，用于光链路的抖动测量方法需要使用显露ISI的最大效果的测试信号(诸如PRBS31(31位伪随机比特序列))。这可以在IEEE 802.3的附录83A中以及另外的更旧的附录48B中看到(出于简洁的目的均省略)。
然而，由于具有线性传递函数的信道而导致的ISI可以通过在发射机或接收机处应用均衡(使用一些完善的方法)在很大程度上减轻。因此，如果采取了均衡，则由于ISI而出现的抖动可以被容忍，并且不需要像对待其它抖动源那样对其进行严格限制。
使用所采取的均衡来减轻ISI的过去的规定重用较旧的抖动测量，但通过很靠近发射机进行测量(从而使ISI最小)试图让ISI对抖动测量的影响最小。例如，如图1中所示，定义了无源背板上的10Gb/s的以太网(10GBASE-KR)的IEEE802.3ap规定了在靠近发射机(TP1)的测试点上的测量。
当这么近的测量不可能时，所采取的一种方法是在被称为“独立于数据的抖动(DDJ)”的单独测量中来评估ISI效果，并从测得的抖动中将其减去。例如，定义了铜线缆组件上的40和100Gb/s的以太网(40GBASE-CR4和100GBASE-CR10)的IEEE802.3ba-2010规定抖动要在连接器(TP3)由损耗PCB从发射机分隔后，从而会发生ISI时在测试点处测量，在图2中对其进行了描绘。为了以减轻由设备与测试点之间的信道造成的ISI，DDJ是分别测量的，并且在排除了DDJ的情况下规定了抖动。
除了限制抖动，标准还试图限制发射机噪声，但这通常是使用单独的测量来完成的。例如，10GBASE-KR(条款72)规定了用于信号的“平坦”区域上的噪声测量的特殊的测试模式和方法，在该区域上，发射机的均衡应该没有影响。如图3中所示，对偏离Δv2和Δv5进行测量，并且连同信号振幅对极限进行规定(确立发送的信噪比)。对于40GBASE-CR4和l00GBASE-CRl0的情况来说，这样的测量是有问题的，因为损耗PCB会使测试模式失真，并增加测得的“噪声”(Δv2和Δv5)，虽然实际上是通过均衡减轻的线性效果。因此，定义了不同的间接的方法，在该方法中，噪声是在信道之后，在测试模式中的任意点上(其不应该受到ISI的影响)测量的，并且然后减去其它已知的噪声源(假定噪声是功率求和的)。
对于这些规范方法来说存在四个主要问题。首先，抖动和噪声的测量方法二者是PAM2调制所特有的，并不能容易地转换到较高阶的PAM方案(诸如用于100GBASE-KP4的PAM4(4电平))。第二，由于抖动和噪声二者是对接收机看到的噪声有贡献的发射机效果，因此限制它们的联合效果比单独对每一个进行限制会更好。这种方法可以创造一些设计自由。由于抖动是以时间单位测量和定义的，而噪声是以电压单位来测量和定义的，因此对规范进行组合比较困难。第三，测量包含许多步骤，其中一些步骤要求通常由专门的测试设备进行的非普通计算。第四，使用标准系统工程方法(诸如噪声预算)难以为针对这些效果中的每一个效果所定义的限制进行证明。所规定的限制代表建造这样的发射机的工程师之间的一些协议是可行的，并且这样的发射机对于在规定的标准(其还定义了信道和接收机)中操作来说应该是“足够好”的，但没有证据或严格的分析。
发明内容
本发明提供了一种用于对四电平脉冲振幅调制PAM4发射机中的抖动进行测量的方法，包括：使用第一两电平PAM4信号测试模式来对时钟相关的抖动进行测量，所述时钟相关的抖动被分成随机分量和确定性分量；以及使用第二两电平PAM4信号测试模式来对偶奇抖动EOJ进行测量，其中，所述第一两电平PAM4信号测试模式包括周期为2个单位间隔UI的‘03’模式，其中，所述0和3分别与PAM4信号的最低信号电平和最高信号电平相对应。
本发明还提供了一种用于对四电平脉冲振幅调制PAM4发射机中的抖动进行测量的测试装置，所述装置被配置为：从第一发送的两电平PAM4信号测试模式中捕捉第一信号波形；处理所述第一信号波形以对时钟相关的抖动进行测量，所述时钟相关的抖动被分成随机分量和确定性分量；从第二发送的两电平PAM4信号测试模式中捕捉第二信号波形；并且处理所述第二信号波形以对偶奇抖动EOJ进行测量，其中，所述第一发送的两电平PAM4信号测试模式包括周期为2个单位间隔UI的‘03’模式，其中，所述0和3分别与PAM4信号的最低信号电平和最高信号电平相对应。
本发明还提供了一种四电平脉冲振幅调制PAM4发射机，其被配置为：发送第一两电平PAM4信号测试模式，所述第一两电平PAM4信号测试模式用于对针对所述PAM4发射机的时钟相关的抖动进行测量，所述时钟相关的抖动被分成随机分量和确定性分量；并且发送第二两电平PAM4信号测试模式，所述第二两电平PAM4信号测试模式用于对针对所述PAM4发射机的偶奇抖动EOJ进行测量，其中，所发送的第一两电平PAM4信号测试模式包括周期为2个单位间隔UI的‘03’模式，其中，所述0和3分别与PAM4信号的最低信号电平和最高信号电平相对应。
本发明还提供了一种用于对四电平脉冲振幅调制PAM4发射机中的抖动进行测量的方法，包括：使用第一两电平PAM4信号测试模式来对时钟相关的抖动进行测量，所述时钟相关的抖动被分成随机分量和确定性分量；以及通过以下操作而使用第二两电平PAM4信号测试模式来对偶奇抖动EOJ进行测量：从发送的两电平PAM4信号测试模式中捕捉信号波形，所述发送的两电平PAM4信号测试模式包括偶数部分和奇数部分；计算相对于所述测试模式的开始的、针对多个转换中的每一个转换的平均过零时间；计算与所捕捉的信号波形的偶数部分相对应的多个偶数脉冲的宽度；计算与所捕捉的信号波形的奇数部分相对应的多个奇数脉冲的宽度；以及根据所述偶数脉冲和所述奇数脉冲的宽度来计算EOJ。
本发明还提供了一种用于对四电平脉冲振幅调制PAM4发射机中的抖动进行测量的测试装置，所述装置被配置为：从第一发送的两电平PAM4信号测试模式中捕捉第一信号波形；通过以下操作而处理所述第一信号波形以对时钟相关的抖动进行测量，所述时钟相关的抖动被分成随机分量和确定性分量：计算针对第一所捕捉的信号波形的过零时间；计算根据所述过零时间推导出的平均脉冲宽度；以及计算相位抖动序列；向所述相位抖动序列应用一阶离散高通滤波器，以产生结果集合；将所述结果集合以升序排序；根据所述结果集合对第一累加分布函数CDF值和第二累加分布函数CDF值进行估计；以及根据所述第一累加分布函数CDF值和所述第二累加分布函数CDF值来计算时钟随机抖动CRJ和确定性的时钟确定性抖动CDJ；从第二发送的两电平PAM4信号测试模式中捕捉第二信号波形；并且处理所述第二信号波形以对偶奇抖动EOJ进行测量。
本发明还提供了一种具有指令的机器可读介质，所述指令在被处理器执行时，使所述处理器执行根据本发明所述的方法。
本发明还提供了一种用于对四电平脉冲振幅调制PAM4发射机中的抖动进行测量的设备，包括：存储指令的存储器；以及耦合到所述存储器的处理器，所述指令在被所述处理器执行时执行根据本发明所述的方法。
本发明还提供了一种用于对四电平脉冲振幅调制PAM4发射机中的抖动进行测量的装置，包括用于执行根据本发明所述的方法的单元。
附图说明
当结合附图来考虑时，本发明的前述方面和许多附带的优点将变得更容易明白，如同通过参考下面的具体实施方式，其同样变得更好理解，在附图中，除非另有规定，否则相同的标号遍及各附图来指代相同的部分：
图1是示出用于10GBASE-KR的发送测试文本固定装置的示意图；
图2是示出由IEEE 802.3条款85.5定义的发射机测试文本固定装置的示意图；
图3是示出根据10GBASE-KR的测试规范在平坦区域中的抖动的测量的图；
图4是示出根据一个实施例的100GBASE-KP4链路的结构的示意图；
图5是示出用于PAM4编码的信号电平映射的图；
图6a和6b分别示出了针对PAM2和PAM4信号的眼图；
图7示出了JP03抖动模式的一部分；
图8示出了说明在第一CRJ和CDJ测试测量过程的第一实施例期间执行的操作的流程图；
图9示出了说明在第二和第三CRJ和CDJ测试测量过程的第一实施例期间执行的操作的流程图900；
图10示出了用于说明J5和J6(使用相似地定义的量J1)的意义的一对图；
图11示出了说明在EOJ测量过程的第一实施例期间执行的操作的流程图；
图12根据一些实施例示出了说明在抖动测试期间所测量的信号的方面的具有插图编号的信号图。
图13示出了根据一个实施例的用于确定偶奇抖动的方案；
图14示出了根据一个实施例的说明在第一失真测量过程期间执行的操作的流程图；
图15是示出示例性测试信号模式的信号图；
图16是示出根据一个实施例的针对使用PRBS13训练模式的四通道的开始状态的表格；
图17示出了根据一个实施例的说明在第一失真测量过程期间执行的操作的流程图；以及
图18示出了使用本文中公开的抖动测试的实施例的测量结果图的集合。
具体实施方式
本文中描述了用于对脉冲振幅调制发射机中的抖动进行测量的方法和装置的实施例。在下面的描述中，阐述了大量的具体细节以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，相关领域中的技术人员将认识到的是：在没有具体细节中的一个或多个的情况下，或者利用其它方法、组件、材料等的情况下，可以实践本发明。在其他实例中，没有详细示出或描述公知的结构、材料或操作，以避免模糊本发明的各个方面。
贯穿本说明书提及的“一个实施例”或“实施例”意指在本发明的至少一个实施例中包括结合实施例描述的特定的特征、结构或特性。因此，在贯穿本说明书的各个地方出现短语“在一个实施例中”或“在实施例中”并不一定全部指的是相同的实施例。此外，在一个或多个实施例中可以以任何合适的方式对特定的特征、结构或特性进行组合。
根据现在描述的实施例的一些方面，对用于高速信号传输通信的抖动规范进行重新组织，以对三种分别的效果进行测量：中频至高频发送时钟定时误差，其不能由接收机跟踪；分成确定性分量和随机分量；占空比失真或偶奇抖动；以及由定时误差造成的非线性失真。根据这种方法，相应的抖动和失真规范与系统性能更好地联系起来。抖动测量关注被认为是不可跟踪的驱动时钟相位噪声分量。测量简单且精确，并且直接与接收机的预期跟踪能力相关。DCD/EOJ是单独测量的，并且可以对其进行规定，以限制其对性能的影响。对所使用的信号进行优化，以可靠地测量期望的效果。失真分析定义了在发射机处的信号的SNR，并且与接收机处的噪声预算直接相关。其使得能够对适用于信道规范和接收机容限测试的最坏情况的发射机进行定义。此外，其使用PAM4信号传输来实行总体的发射机设计。
如果所发送的信号是类时钟的形式，那么对时钟定时误差的测试是相对简单的。这确保了不存在ISI，从而不需要在随后的步骤中排除ISI。另外，对抖动的低频部分进行分离所需的分析很简单，并且除了实时示波器之外，并不需要任何专门的测试设备。
测量DCD/EOJ需要这样的测试信号：具有很多交替比特，没有ISI(诸如类时钟形式)，但在偶数和奇数比特位置二者上也具有正电平和负电平；否则，上升沿和下降沿之间的可能的失配可能使测量失真。本文的实施例定义了这样的信号，并且描述了所需的计算。
失真测量是基于IEEE 802.3的条款85中定义的方法来进行的，但使用4电平PAM4调制信号而非原始的NRZ(不归零)2电平PAM2信号。原始方法通过拟合对测量的线性传递函数，来对发射机的线性特性进行测量；新方法关注测量与线性拟合波形之间的差异。拟合误差包括影响接收机的所有发射机噪声分量(由于抖动和任何其它效果)，从而固有地将先前的抖动和噪声规范组合成一个实体，并允许它们之间的一些权衡。在对信号进行驱动的时钟的多个相位处对拟合误差信号进行检查，并且将其最坏情况下的相位用来指定发射机的信号与噪声和失真比(SNDR)，其作为单个品质因数。而失真测量和分析所需的过程并不琐碎，其已经在先前的技术(IEEE 802.3的条款85)中被明确定义了，并且不需要专门的测试设备。
在一些实施例中，本文中公开的测试技术可以针对100GBASE-KP4发射机来实现。图4中示出了100GBASE-KP4链路的一个实施例的物理互连结构。链路的物理(PHY)层(其是使用链路的物理结构实现的)负责处理两个链路搭档(诸如由组件A和B描绘的)之间的特定链路上的信号的操作的细节。该层管理在信号线上的数据传输，其包括跨越平行通道发送和接收信息的每一个比特所涉及的电平、定时方面以及逻辑问题。如图4中所示，每个互连链路的物理连接由四个差动信号对400构成，其包括每个方向上的通道0-3。每个端口支持由两个单向链路组成的链路对，以完成两个组件之间的连接。其同时支持两个方向上的业务。
如图4中所示，具有100GBASE-KP4端口的组件使用被定义为链路对的一对单向点对点链路进行通信。每个端口包括发送(Tx)链路接口和接收(Rx)链路接口。对于图示的示例来说，组件A具有连接到组件B的Rx端口404的Tx端口402。同时，组件B具有连接到组件B的Rx端口408的Tx端口404。一个单向链路从组件A向组件B进行发送，而另一个链路从组件B向组件A进行发送。“发送”链路和“接收”链路是相对于哪个组件端口在进行发送以及哪个在进行接收而定义的。在图1中所示的配置中，组件A发送链路从组件A的Tx端口402向组件B的Rx端口404发送数据。组件A发送链路同样是端口B接收链路。
100GBASE-KP4 PHY使用4电平脉冲振幅调制(被称为PAM4)信号来跨越信道发送和接收数据。如图5中所示，PAM4由映射如下的四个逻辑电平组成：
0映射到-1
1映射到-1/3
2映射到+1/3
3映射到+1
逻辑电平0和3分别与具有信号电平-1和+1的低电平信号和高电平信号相对应，而逻辑电平1和2与具有信号电平-1/3和+1/3的中间电平信号相对应。
在图6a和图6b中示出了PAM2与PAM4信号传输之间的比较。如图6a中所示，PAM2使用2电平NRZ信号，而PAM4(图6b)使用具有3个分开的电平的4电平信号，在这些电平处可以定义交叉。因此，PAM4数据信号中存在许多转换，其中每个转换具有其自己的相位。鉴于此，像在2电平NRZ信号中进行的DDJ分析是不实用的。
根据本文中公开的方法，2电平模式用于：在规定了最大值的情况下，对被分成随机分量和确定性分量的与时钟相关的抖动、以及偶奇抖动(EOJ)进行测量。在规定了最大SNDR的情况下，还使用具有用于测量抖动引入的噪声的丰富信号的失真分析。
在一个实施例中，实现了使用重复序列的两个新的抖动测试模式，针对每个单位间隔具有一个符号(UI)。针对100GBASE-KP4 PHY的物理信号传输使用1比特的UI，其具有与13.59375Gbd符号(～73.6psec)相对应的时间。这两个抖动测试模式被称为JP03和JP03a。在抖动模式JP03中，针对每个电平，在具有2个UI的周期的重复序列中使用模式03，其与奈奎斯特(Nyquist)频率相对应。如本文中所使用的，模式中的‘0’表示-1PAM4符号，而‘3’表示+1PAM4符号。图7中示出了JP03抖动模式的示例。JP03抖动模式被定义为‘03’的15次重复，其后跟随着‘30’的16次重复，其中，模式的周期为2*(15+16)＝62UI，其与219MHz相对应。
如下所述，JP03抖动模式用于测量时钟随机抖动(CRJ)和时钟确定性抖动(CDJ)。在JP03下，抖动模式DDJ并不存在，因此不需要对其进行排除。JP03a抖动模式用于测量EOJ。该抖动模式能够对占空比和上升/下降时间失真进行测量。总长度为2*31UI，注意，31是质数，因此所有内部总线遭受同样的“挑战”(在合理的实现方式的情况下)。
图8示出了说明在第一CRJ和CDJ测试测量过程的一个实施例期间执行的操作的流程图800。如块802中所描绘的，在测试过程中，JP03用于测量CRJ和CDJ。在一个实施例中，跨越多通道链路的4个通道来发送相同的序列(例如，如同针对100GBASE-KP4 PHY定义的)。在一个实施例中，这是通过捕捉N UI(N≥107)个波形来实现的，例如，使用实时的范围，如框804中所示。接下来，在框806中，计算过零时间TZC(i),i＝1......N,如果必要的话使用内插。对过零时间进行对准，从而使得TZC(1)＝0。
如框808中所示，然后使用以下公式来计算平均脉冲宽度：
Figure GDA0002338158580000101
然后，在块810中，相位抖动序列计算如下：
τ(n)＝TZC(n-1)-(n-2)ΔTAVG,n＝2..N
在框810中，将一阶离散高通滤波器HCDR(z)应用于相位抖动序列τ(n)。将结果表示为τHPF(n)。
图9示出了说明在第二和第三CRJ和CDJ测试测量过程的第一实施例期间执行的操作的流程图900。在框902中，对τHPF(n)的值以升序排序，其中将结果表示为τsorted(n)。在块904中，使用B＝5或B＝6来确定值J5和J6(以时间为单位)，而框906、908和910定义针对框904的计算细节，其中B作为采取值5或6的参数。如框906和908所示，JB -是满足τsorted(0.5×10-B×N)≤JB -的最大时间，其通常是负的，而JB +是满足τsorted(N–0.5×10-B×N)≥JB +的最大时间，其通常是正的。然后，在框910中,将JB计算为
JB＝JB +–JB -
从而完成第二过程。
在框912中执行第三过程，其中，根据以下公式来计算CRJRMS和CDJ：
Figure GDA0002338158580000102
其中，Q-1是反Q函数。
图10示出了J5和J6的意义。如上所述，用于计算CRJRMS和DJdd的过程使用中间值J5和J6。该方法本质上是根据采样对累加分布函数(CDF)值的估计，其使用如右边所示(针对J1展示)的逆CDF计算。
图11示出了描绘在EOJ测量过程的第一实施例期间执行的操作的流程图1100。如框1102中所示，一般的方法是使用JP03a来测量EOJ，其中所有4个通道是活动的并发送相同的序列。在框1104中，使用JP03a捕捉20个全循环。在框1106中，相对于模式的开始，计算JP03a中的60次转换中的每一次转换的平均过零时间，如果必要的话使用内插。跨越20个全模式循环来计算平均，并且平均值由TZC(i),i＝1......60表示，其中，i＝1是两个连续的“3”符号之后的第一转换。
在框1108中，使用以下公式来计算不包括“重复的符号”的来自41个转换的40个脉冲的宽度：
Figure GDA0002338158580000111
EOJ是偶数脉冲的平均宽度与奇数脉冲的平均宽度之间的差的量的一半，如同在框1110中使用以下公式计算的：
Figure GDA0002338158580000112
图12说明了示出通过上升时间滤波器加采样分组和测试装置器来驱动的JP03a的仿真而产生的电压信号的图。除了DJ和CRJ之外，驱动信号的时钟具有轻微的占空比失配。根据该信号，使用图13中示出的结果(注意，2.4ps是偶数和奇数脉冲宽度的平均值之间的距离的一半，其约为4.8ps)，EOJ的计算是相对较简单的。
概括地说，前述过程用于促进用于使用PAM4信号传输的发射机的发射机时钟输出抖动的测量。定义了两种新的测试模式和相关联的管理功能。JP03用于测量CRJRMS和CDJ，JP03a用于测量EOJ。与信号测量相关联的原始信号数据可以使用传统的测试设备来获得。
改进的测试方案的第二部分与噪声/失真测量相关。现有的NRZ抖动测量包括发生在过零相位处的非线性效果；造成DDJ的线性效果，这应该被排除。所提出的针对PAM4的替代方案是发射机(TX)失真分析。这种方法捕捉所有非线性效果(全面的)，并且还捕捉TX内部串扰(没有计入其它测试的)。
与失真分析技术的使用有关的一般方面如下。失真分析示出非线性效果作为加性噪声分量。在IEEE 802.3条款85.8.3.3.5中描述的方法中，这是根据测量y(n)计算出的信号e(n)。根据所提出的技术，期望在任何相位处限制噪声功率，而不只是平均。因为信道可以“混合相位”，优选是保守的。在每个相位分别观察e(n)可以显示转换处的噪音。假定条款85.8.3.3.5中的过程用于测量均衡步骤-现有数据可以重新排序和使用。
图14示出了根据一个实施例的、说明在第一失真测量过程期间执行的操作的流程图1400。如框1402中所示，测试过程使用丰富频谱PAM4测试模式的传输，其中针对每一个通道使用不同的模式。在一个实施例中，测试模式包括目前针对100GBASE-KP4 PHY提出的训练模式，以及图15中示出的如训练模式1500。
在一个实施例中，训练模式1500使用如当前在IEEE P802.3bj草案1.2中提出的PMA发送和接收功能规范，以使发射机和接收机能够运行终止块、格雷(gray)编码和1/(1+D)mod 4预编码阶段(其中，mod表示模运算)，而开销成帧器被绕过。训练模式408使用PAM4信号传输的所有四个电平。在一个实施例中，训练模式1500基于被称为PRBS13的13比特的伪随机比特序列。PRBS13是从利用以下多项式函数的斐波那契(Fibonacci)LFSR推导出的8191比特序列：
G(x)＝1+x+x2+x12+x13
在一个实施例中，训练模式中的每一个训练帧字(TFW)终止块包括92个比特的PRBS13，其中，前两个比特包括终止比特。在一个实施例中，训练模式408包括PRBS13数据的三个全序列(即，8191个比特)加截短的6523比特的PRBS 13序列，从而得到在与训练模式1500相对应的338个TB92块(338个TFW)期间发送的总共31096个比特。在一个实施例中，第二PRBS13序列包括如图15中所描绘的PRBS13a和PRBS13b的第一个的比特反转，而第一和第三PRBS13序列PRBS13a和PRBS13c是相同的。除了截短的以外，PRBS13序列也是PRBS13a的前6523个bit的反转的部分。或者，在一些实施例中，训练模式1500可以与全训练帧相同，所述全训练帧包括帧标记和控制信道，所述控制信道具有除了针对每一个帧的训练模式1500之外的针对DME小区的已知的值。在一个实施例中，包括帧标记和控制信道使模式的长度增加了10TFW。
在一个实施例中，采用以下方式定义了针对通道0-3的训练模式初始状态。优选地，选择初始的四个状态，从而使得四个所产生的PAM4序列具有低自相关性(除了在偏移0处)和每对之间的低互相关性，如图16中所示。满足前述条件的初始状态的示例性设置包括(在数据路径上发送的初始比特，LSB在先)：PMD通道0：0xCD92，PMD通道1：0x2AFB，PMD通道2：0xC3D3，PMD通道3：0xE2F6。
在图16中示出了使用前述初始状态的PRBS、格雷码和预编码器数据序列的示例。对于每一个物理通道i＝0......3来说，训练序列开始于状态Si。
返回流程图1400，在发送PAM4测试模式的同时，捕捉测试信号的N个UI(其中N是测试模式的以UI为单位的长度的整数倍)，其中每个UI有M个采样：y(k)，其中k＝0......M*N-1，如框1404中所示。然后在框1406中计算测量的线性信道拟合(例如，如同IEEE 802.3条款85.8.3.3.5中所进行的)。在框1408中，线性拟合波形表示为f(k)(从矩阵乘积PX1中按列读取)，并且误差波形表示为e(k)，从而y(k)＝f(k)+e(k),其中，k＝0......M*N-1。
图17示出了根据一个实施例的、说明在第一失真测量过程期间执行的操作的流程图1700。在框1702中，将分开的f(k)和e(k)划分成M个子集fp和ep,p＝0......M-1；子集p包括采样p+j*M,j＝0......N-1。这些子集被称为测量和误差的“相位p”。对于M个相位中的每一个相位，在框1704中计算测量的均方根(RMS)和误差的RMS。
接下来，在框1706中，对表示在“最佳垂直开口”相位处的最小信号电平的值S进行计算。在一个实施例中，采用以下方式来估计信号电平S：
1.找到使f(k)具有最大RMS的相位p_max
2.根据4个电压电平，将fp_max个采样划分成组
3.定义Si是组i中的采样的中值，i＝0......3
4.定义S为min(Si–Si+1)/2，i＝0......2(其中，min为最小值运算)
在框1708中，通过定义每相位p的TX SNDR为SNDRTX(p)＝S/RMS(ep)来完成该过程，其中，SNDRTX(p)应该在针对任意p的指定值之上。
图18中示出了使用仿真的抖动的失真分析的示例。仿真的传输参数为：CRJ RMS＝0.37ps；EOJ PTP＝3％；以及SJ PTP＝1.47ps(总共DJ＝3.68ps)。线性拟合和误差二者都示为朝向图的左边部分的眼图。注意，在“转换相位”的误差比“采样相位”的误差大得多。在图的右侧示出了每个相位的SNDR。注意，最小为～2.5dB，低于平均SNDR。
根据本发明的进一步的方面，测试装置可以被配置为：捕捉测试信号模式波形，并将相应的测试数据存储为数字化的信号数据，以及对数字化的信号数据执行后处理，以确定随机抖动、确定性的时钟抖动、偶奇抖动中的一个或多个，以及测量抖动引入的噪声。例如，与图2中所示类似的测试设备配置可以实现为：根据本文中公开的实施例来促进PAM4发射机的测试。如图所示，数字示波器或数据获取模块可以用于在使用可适用的测试固定装置的情况下，捕捉由设备生成的测试信号模式。数字示波器或数据获取模块被配置为：捕捉模拟信号测试模式并存储相应的数字数据，从而捕捉数字化的信号波形。捕捉并存储的数字化数据由后处理模块等进行处理，所述后处理模块被编程，以执行根据本文中公开的实施例的各种计算。例如，后处理模块可以实现为具有一个或多个软件应用程序的计算机，所述软件应用程序包括：用于经由由计算机进行的执行来实现计算和相关信号处理操作的代码。
虽然参考特定的实现方式对一些实施例进行了描述，但根据一些实施例的其它实现方式是可能的。此外，图中示出和/或本文所描述的元素或其它特征的布置和/或顺序不需要以示出和描述的特定方式来布置。根据一些实施例的许多其它布置是可能的。
在图中所示的每个系统中，在某些情况下，元素可以各自具有相同的附图标记或不同的附图标记，以表明所表示的元素可以是不同和/或相似的。然而，元素可以足够灵活以具有不同的实现方式并与示出或本文中描述的系统中的一些或全部一起工作。图中示出的各个元素可以是相同或不同的。哪一个被称为第一元素以及哪一个被称为第二元素是任意的。
在说明书和权利要求书中，可以使用术语“耦合”和“连接”连同它们的派生词。应该理解的是：这些术语并不旨在作为彼此的同义词。而是，在特定实施例中，“连接”可以用于指示两个或更多元素彼此直接物理或电接触。“耦合”可以意指两个或更多元素直接物理或电接触。然而，“耦合”也可以意指两个或更多元素并不彼此直接接触，但仍协同操作或彼此交互。
算法在本文中，以及通常，被认为是导致期望结果的动作或操作的首尾一致的序列。这些包括对物理量的物理操作。尽管不是必须的，但通常，这些量采取能够被存储、传输、组合、比较以及以其它方式操作的电信号或磁信号的形式。有时证明是方便的，主要是为了通用使用的原因，将这些信号称为比特、值、元素、符号、字符、术语、数字等是方便的。然而，应该理解的是：所有这些和类似的术语将与适当的物理量相关联，并且仅仅是应用于这些量的方便的标识。
实施例是本发明的实现方式或示例。本说明中提及的“实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”或“其它实施例”意指在本发明的至少一些实施例但并不一定是所有实施例中包括结合实施例描述的特定的特征、结构或特性。“实施例”、“一个实施例”或“一些实施例”的各个出现不一定都指的是相同的实施例。
在特定的实施例或一些实施例中并不需要包括本文中描述和示出的所有组件、特征、结构、特性等。例如，如果本说明书陈述组件、特征、结构或特性“可以”、“可能”、“能够”或“可”被包括，那么特定的组件、特征、结构或特性并不要求被包括。如果本说明书或权利要求书提及“一(a)”或“一个(an)”元素，这并不意味着只存在一个元素。如果本说明书或权利要求书提及“额外的”元素，这并不排除存在一个以上的额外的元素。
如同上面所讨论的，通过相应的软件和/或固件组件和应用(诸如在服务器上运行的软件或者由网络元件上的嵌入式处理器执行的固件)可以促进本文中的实施例的各个方面。因此，本发明的实施例可以用作或用于支持在某些形式的处理内核(诸如计算机的CPU、多核处理器的一个或多个内核)上执行的软件程序、软件模块、固件、和/或分布式软件，在处理器或内核上运行或以其它方式在机器可读介质之上或之内实施或实现的虚拟机。机器可读介质包括用于以机器(例如，计算机)可读的形式存储或发送信息的任何机制。例如，机器可读介质可以包括：只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储介质、光存储介质和闪存器设备等。
本发明的所示实施例的以上描述(包括摘要中的描述)，并不旨在穷举或将本发明限制为所公开的精确形式。而在本文中描述本发明的特定实施例和示例是出于说明的目的，如同相关领域技术人员将认识到的，在本发明的范围之内的各种等效修改是可能的。
可以根据上述详细说明对本发明做出这些修改。所附权利要求书中使用的术语不应当被解释为将本发明限制为本说明书中公开的具体实施例和附图。相反，本发明的范围将完全由所附权利要求来确定，这些权利要求将根据权利要求解释的建立的原则来解释。

Claims (25)

1.一种用于对四电平脉冲振幅调制PAM4发射机中的抖动进行测量的方法，包括：
使用第一两电平PAM4信号测试模式来对时钟相关的抖动进行测量，所述时钟相关的抖动被分成随机分量和确定性分量；以及
使用第二两电平PAM4信号测试模式来对偶奇抖动EOJ进行测量，其中，所述第一两电平PAM4信号测试模式包括周期为2个单位间隔UI的‘03’模式，其中，所述0和3分别与PAM4信号的最低信号电平和最高信号电平相对应。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括使用四电平PAM4信号测试模式以使用失真分析来对噪声进行测量。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述四电平PAM4信号测试模式包括PAM4信号，所述PAM4信号具有：包括最低电压电平的第一电平、包括最高电压电平的第四电平、以及包括在所述最低电压电平和所述最高电压电平之间的中间电压电平的第二电平和第三电平，并且其中，所述第一两电平PAM4信号中的每一个两电平PAM4信号使用第一PAM4信号电平和第四PAM4信号电平。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二两电平PAM4信号测试模式包括‘03’的奇数次重复及其后跟随的‘30’的偶数次重复，其中，所述0和3分别与PAM4信号的最低信号电平和最高信号电平相对应。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第二两电平PAM4信号测试模式包括‘03’的15次重复及其后跟随的‘30’的16次重复，并且所述测试模式的周期为62个单位间隔UI。
6.一种用于对四电平脉冲振幅调制PAM4发射机中的抖动进行测量的测试装置，所述装置被配置为：
从第一发送的两电平PAM4信号测试模式中捕捉第一信号波形；
处理所述第一信号波形以对时钟相关的抖动进行测量，所述时钟相关的抖动被分成随机分量和确定性分量；
从第二发送的两电平PAM4信号测试模式中捕捉第二信号波形；并且
处理所述第二信号波形以对偶奇抖动EOJ进行测量，其中，所述第一发送的两电平PAM4信号测试模式包括周期为2个单位间隔UI的‘03’模式，其中，所述0和3分别与PAM4信号的最低信号电平和最高信号电平相对应。
7.根据权利要求6所述的测试装置，还被配置为：
从发送的四电平PAM4信号测试模式中捕捉第三信号波形；
处理所述第三信号波形以使用失真分析来对噪声进行测量。
8.根据权利要求7所述的测试装置，其中，所述四电平PAM4信号测试模式包括PAM4信号，所述PAM4信号具有：包括最低电压电平的第一电平、包括最高电压电平的第四电平、以及包括在所述最低电压电平和所述最高电压电平之间的中间电压电平的第二电平和第三电平，并且其中，所述第一两电平PAM4信号中的每一个两电平PAM4信号使用第一PAM4信号电平和第四PAM4信号电平。
9.根据权利要求6所述的测试装置，其中，所述第二发送的两电平PAM4信号测试模式包括‘03’的奇数次重复及其后跟随的‘30’的偶数次重复，其中，所述0和3分别与PAM4信号的最低信号电平和最高信号电平相对应。
10.根据权利要求9所述的测试装置，其中，所述第二发送的两电平PAM4信号测试模式包括‘03’的15次重复及其后跟随的‘30’的16次重复，并且所述测试模式的周期为62个单位间隔UI。
11.一种四电平脉冲振幅调制PAM4发射机，其被配置为：
发送第一两电平PAM4信号测试模式，所述第一两电平PAM4信号测试模式用于对针对所述PAM4发射机的时钟相关的抖动进行测量，所述时钟相关的抖动被分成随机分量和确定性分量；并且
发送第二两电平PAM4信号测试模式，所述第二两电平PAM4信号测试模式用于对针对所述PAM4发射机的偶奇抖动EOJ进行测量，其中，所发送的第一两电平PAM4信号测试模式包括周期为2个单位间隔UI的‘03’模式，其中，所述0和3分别与PAM4信号的最低信号电平和最高信号电平相对应。
12.根据权利要求11所述的四电平脉冲振幅调制PAM4发射机，还被配置为：
发送四电平PAM4信号测试模式，其用于使用失真分析来对针对所述PAM4发射机的噪声进行测量。
13.根据权利要求12所述的四电平脉冲振幅调制PAM4发射机，其中，所述四电平PAM4信号测试模式包括PAM4信号，所述PAM4信号具有：包括最低电压电平的第一电平、包括最高电压电平的第四电平、以及包括在所述最低电压电平和所述最高电压电平之间的中间电压电平的第二电平和第三电平，并且其中，所述第一两电平PAM4信号中的每一个两电平PAM4信号使用第一PAM4信号电平和第四PAM4信号电平。
14.根据权利要求11所述的四电平脉冲振幅调制PAM4发射机，其中，第二发送的两电平PAM4信号测试模式包括‘03’的奇数次重复及其后跟随的‘30’的偶数次重复，其中，所述0和3分别与PAM4信号的最低信号电平和最高信号电平相对应。
15.根据权利要求14所述的四电平脉冲振幅调制PAM4发射机，其中，所述第二发送的两电平PAM4信号测试模式包括‘03’的15次重复及其后跟随的‘30’的16次重复，并且所述测试模式的周期为62个单位间隔UI。
16.一种用于对四电平脉冲振幅调制PAM4发射机中的抖动进行测量的方法，包括：
使用第一两电平PAM4信号测试模式来对时钟相关的抖动进行测量，所述时钟相关的抖动被分成随机分量和确定性分量；以及
通过以下操作而使用第二两电平PAM4信号测试模式来对偶奇抖动EOJ进行测量：
从发送的两电平PAM4信号测试模式中捕捉信号波形，所述发送的两电平PAM4信号测试模式包括偶数部分和奇数部分；
计算相对于所述测试模式的开始的、针对多个转换中的每一个转换的平均过零时间；
计算与所捕捉的信号波形的偶数部分相对应的多个偶数脉冲的宽度；
计算与所捕捉的信号波形的奇数部分相对应的多个奇数脉冲的宽度；以及
根据所述偶数脉冲和所述奇数脉冲的宽度来计算EOJ。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，对所述时钟相关的抖动分量进行测量包括：
从发送的两电平PAM4信号测试模式中捕捉信号波形；
计算针对所捕捉的信号的过零时间；
计算根据所述过零时间推导出的平均脉冲宽度；以及
计算相位抖动序列。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：
向所述相位抖动序列应用一阶离散高通滤波器，以产生结果集合；
将所述结果集合以升序排序；
根据所述结果集合对第一累加分布函数CDF值和第二累加分布函数CDF值进行估计；以及
根据所述第一累加分布函数CDF值和所述第二累加分布函数CDF值来计算时钟随机抖动CRJ和确定性的时钟确定性抖动CDJ。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述EOJ被计算为所述偶数脉冲的平均宽度与所述奇数脉冲的平均宽度之间的差的量的一半。
20.一种用于对四电平脉冲振幅调制PAM4发射机中的抖动进行测量的测试装置，所述装置被配置为：
从第一发送的两电平PAM4信号测试模式中捕捉第一信号波形；
通过以下操作而处理所述第一信号波形以对时钟相关的抖动进行测量，所述时钟相关的抖动被分成随机分量和确定性分量：
计算针对第一所捕捉的信号波形的过零时间；
计算根据所述过零时间推导出的平均脉冲宽度；以及
计算相位抖动序列；
向所述相位抖动序列应用一阶离散高通滤波器，以产生结果集合；
将所述结果集合以升序排序；
根据所述结果集合对第一累加分布函数CDF值和第二累加分布函数CDF值进行估计；以及
根据所述第一累加分布函数CDF值和所述第二累加分布函数CDF值来计算时钟随机抖动CRJ和确定性的时钟确定性抖动CDJ；从第二发送的两电平PAM4信号测试模式中捕捉第二信号波形；并且
处理所述第二信号波形以对偶奇抖动EOJ进行测量。
21.根据权利要求20所述的测试装置，其中，对EOJ进行测量包括：
从发送的两电平PAM4信号测试模式中捕捉信号波形，所述发送的两电平PAM4信号测试模式包括偶数部分和奇数部分；
计算相对于所述测试模式的开始的、针对多个转换中的每一个转换的平均过零时间；
计算与所捕捉的信号波形的偶数部分相对应的多个偶数脉冲的宽度；
计算与所捕捉的信号波形的奇数部分相对应的多个奇数脉冲的宽度；以及
根据所述偶数脉冲和所述奇数脉冲的宽度来计算EOJ。
22.根据权利要求21所述的测试装置，其中，所述EOJ被计算为所述偶数脉冲的平均宽度与所述奇数脉冲的平均宽度之间的差的量的一半。
23.一种具有指令的机器可读介质，所述指令在被处理器执行时，使所述处理器执行根据权利要求1-5和16-19中的任一项所述的方法。
24.一种用于对四电平脉冲振幅调制PAM4发射机中的抖动进行测量的设备，包括：
存储指令的存储器；以及
耦合到所述存储器的处理器，所述指令在被所述处理器执行时执行根据权利要求1-5和16-19中的任一项所述的方法。
25.一种用于对四电平脉冲振幅调制PAM4发射机中的抖动进行测量的装置，包括用于执行根据权利要求1-5和16-19中的任一项所述的方法的单元。
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