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Das
binäre
Abtasten bezieht sich üblicherweise
auf ein periodisches Abtasten eines Signals, um das Signal auf eine
zeitindexierte Serie von binären
Werten (0 oder 1) zu reduzieren. Im Gegensatz dazu wird bei einem
analogen Abtasten, wie es üblicherweise
bei Oszilloskopen verwendet wird, ein Signal allgemein weniger häufig abgetastet,
jedoch behält
jeder Abtastwert Informationen über
den analogen Pegel des Signals bei der Abtastung bei. Der analoge
Pegel für
jeden Abtastwert kann als digitaler Mehrbitwert aufgezeichnet werden,
wobei das analoge Abtasten in diesem Fall eine Serie von Mehrbitwerten
erzeugt, die sich an das analoge Signal annähern.
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Ein
Vorteil des binären
Abtastens besteht darin, dass das binäre Abtasten allgemein eine
höhere Abtastrate
erzielen kann, als in der Praxis mit analogem Abtasten erzielt werden
kann. Beispielsweise kann ein Binärabtastinstrument, z.B, ein
Bitfehlerratentester (BERT – bit
error rate tester), jedes Bit eines Signals einer hohen Datenrate
abtasten, während derzeitige
analoge Abtaster mit analogen Bandbreiten über mehrere GHz allgemein auf
einige wenige tausend Abtastwerte pro Sekunde beschränkt sind. Analoge
Abtaster können
somit lediglich einen kleinen Bruchteil der Bits eines Signals einer
hohen Datenrate erfassen.
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Ein
weiterer Vorteil des binären
Abtastens besteht darin, dass eine Binärabtastschaltung für eine gegebene
Testsignaldatenrate oft bei geringeren Kosten hergestellt werden
kann als eine Analogabtastschaltung, die sich zur Messung des Signals eignet.
Auf Grund der geringeren Kosten des binären Abtastens ist es wünschenswert,
zu versuchen, die Fä higkeiten
von Analogabtastsystemen unter Verwendung von Binärabtastsystemen
zu reproduzieren.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Testsystem
sowie Verfahren mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Testsystem gemäß Anspruch 1 sowie durch Verfahren
gemäß Anspruch
9 oder 14 gelöst.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung kann ein Binärabtastsystem ein Signal abtasten,
um Testdaten zu erzeugen, die analysiert werden, um Informationen über die
analogen Charakteristika des Signals zu gewinnen. Beispielsweise
kann ein Bitfehlertester oder alternativ dazu ein Zähler, der
die Anzahl von Abtastwerten, die einen bestimmten Wert aufweisen, zählt, den
Prozentsatz oder die Raten von Nullen oder Einsen messen, die in
einem Signal für
eine Bandbreite von Abtastschwellen und eine Bandbreite von Phasenversätzen gemessen
werden. Ableitungen der gemessenen Rate geben dann die Dichte von
Signalverläufen
bei der Spannung und Phase, bei der die Ableitung genommen wurde,
an, und graphische Darstellungen der Ableitung liefern ähnliche Informationen
wie die, die bei einer Oszilloskopbahn bereitgestellt werden.
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Ein
spezifisches Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist ein Testsystem, das einen analogen Komparator,
einen binären
Abtaster und einen Zähler
umfasst. Der analoge Komparator vergleicht ein Eingangssignal mit
einem anpassbaren Schwellenpegel. Der binäre Abtaster, der einen einstellbaren
Phasenparameter verwendet, der eine Abtastphase bestimmt, tastet
ein Ausgangssignal von dem analogen Komparator ab. Der Zähler kann
anschließend
Abtastwerte von dem binären
Abtaster, die einen ausgewählten
Binärzustand
aufweisen, zählen.
Anschließend
kann ein Verarbeitungssystem verwendet werden, um einen Satz von
Zählwerten/Raten
von dem Zähler
zu analysieren, um ein analoges Charakteristikum des Ein gangssignals
zu bestimmen. Die Analyse kann z.B. umfassen, dass eine Ableitung
genommen wird oder dass eine Schwelle, die einer charakteristischen
Spannung des Signals entspricht, identifiziert wird.
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Ein
weiteres spezifisches Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist ein Verfahren zum Analysieren eines Signals. Das
Verfahren umfasst: Variieren einer Schwelle über eine erste Bandbreite;
Variieren einer Phase über
eine zweite Bandbreite; und Bestimmen, für jeden Wert der Schwelle und
der Phase, einer Rate, bei der das Signal eine Spannung über der Schwelle
aufweist, wenn es bei der Phase abgetastet wird. Eine Analyse der
Raten kann dann ein analoges Charakteristikum des Signals ermitteln.
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Ein
weiteres spezifisches Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist ein weiteres Verfahren zum Analysieren eines Signals.
Das Verfahren umfasst ein Abtasten des Signals mit einem binären Abtaster, der
eine einstellbare Phase zum Abtasten und eine einstellbare Schwelle
aufweist. Die einstellbare Schwelle trennt Pegel des Signals, die
unterschiedlichen Binärzuständen von
aus dem binären
Abtaster ausgegebenen Abtastwerten entsprechen. Aus der Abtastung
ermittelt das Verfahren Raten eines Ausgewählten der Binärzustände in den
aus dem binären Abtaster
ausgegebenen Abtastwerten. Jede der Raten wird vorzugsweise für eine eindeutige
Kombination von Werten der einstellbaren Schwelle und der einstellbaren
Phase ermittelt. Die Raten können
anschließend
analysiert werden, um ein analoges Charakteristikum des Signals
zu ermitteln.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf
die beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm eines Systems, das eine Binärabtastung und Bitfehlerratenmessungen
verwendet, um analoge Charakteristika eines Signals zu bestimmen;
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2 ein
Blockdiagramm eines Systems gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung, das eine Binärabtastung
und Wertzählungen
verwendet, um analoge Charakteristika eines Signals zu bestimmen;
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3 ein
Blockdiagramm einer Verzögerungsschaltung,
die ein Taktsignal mit einer einstellbaren Phasenverzögerung vorsieht;
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4 eine
graphische Darstellung, die veranschaulicht, wie die Rate von in
einem Signal dargestellten Nullwerten davon abhängt, ob der Schwellenpegel
Spannungen, die Null darstellen, von Spannungen, die Eins darstellen,
trennt, wenn sich eine Phase zum Abtasten in der Anstiegszeit oder
der Abfallzeit des Signals befindet;
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5 eine
Veranschaulichung dessen, wie die Rate von Auftretensfällen von
Nullen in einem Datensignal davon abhängt, ob der Schwellenpegel Spannungen,
die Null darstellen, von Spannungen, die Eins darstellen, trennt;
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6 eine
Veranschaulichung dessen, wie eine Ableitung der in 5 gezeigten
Rate Bahnen bereitstellt, die analoge Charakteristika eines Signals angeben.
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Eine
Verwendung derselben Bezugssymbole in verschiedenen Figuren bedeutet ähnliche
oder identische Posten.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung kann ein Binärabtastsystem analoge Charakteristika
von Hochfrequenzsignal oder Signalen einer hohen Datenrate analysieren.
Für die
Analyse bestimmt das Binärabtastsystem
die Rate von Abtastwerten, die für eine
spezifische Phase des Signals einen Spannungspegel über oder
alternativ dazu unter einem Schwellenpegel (z.B. eine Rate von Abtastwerten, die
einen Wert von Eins oder Null aufweisen) aufweisen. Die Ratenmessung
wird anschließend
für eine Bandbreite
von Schwellenpegeln und Phasen wiederholt, um die Rate in Abhängigkeit
von der Schwelle (d.h. Spannung) und der Phase (d.h. Zeit) zu bestimmen.
Eine Ableitung der Ratenfunktion gibt die Dichte von Auftretensfällen des
Signals innerhalb der Bandbreite der Spannung und der Zeit an und
simuliert somit in einem Oszilloskop erzeugte Bahnen, wenn sie graphisch
dargestellt wird. Die analogen Charakteristika des Signals können somit
aus dem binären
Abtasten ermittelt werden.
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Bei
einem verwandten Messvorgang bestimmen Binärabtasttechniken, die auf Bitfehlerverhältnismessungen
(BER-Messungen, BER = bit error ratio) beruhen, analoge Charakteristika
eines Signals wie z.B. eines Datensignals von einem im Test befindlichen
System (SUT – system
under test). 1 veranschaulicht ein System 100,
das BER-basierte Techniken verwendet, um analoge Charakteristika
eines SUT (nicht gezeigt) zu messen. Das System 100 umfasst
einen Differenzverstärker
oder Komparator 110, einen binären Abtaster 120,
eine Variable-Verzögerung-Schaltung 130,
eine Fehlervergleichsschaltung 140, einen Mustergenerator 150,
einen Fehlerzähler 160 und
einen Bitzähler 170.
Während einer
Messung erzeugt das im Test befindliche System ein Signal DATEN,
das eine bekannte Serie von binären
Werten darstellt, und das Signal DATEN wird in den Komparator 110 eingegeben.
Der Komparator 110 vergleicht die analoge Spannung des
Signals DATEN mit einem Schwellenpegel VT und erzeugt ein Ausgangssignal,
das sich bei einer hohen Spannung oder einer niedrigen Spannung
befindet, je nachdem, ob die analoge Spannung des Signals DATEN
höher oder
niedriger ist als der Schwellenpegel VT.
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Ein
binärer
Abtaster 120 tastet das Ausgangssignal aus dem Komparator 110 ab
und erzeugt ein binär
abgetastetes Sig nal, das eine Datenfrequenz aufweist, die vorzugsweise
dieselbe ist wie die Datenfrequenz des Signals DATEN. Alternativ dazu
könnte
die Datenfrequenz des Signals DATEN ein ganzzahliges Vielfaches
der Abtastfrequenz sein, die der binäre Abtaster 120 verwendet.
Um die Zeitgebung des Abtastens bei dem Ausführungsbeispiel der 1 zu
steuern, empfängt
eine Variable-Verzögerung-Schaltung 130 ein
Taktsignal CLK, das die gewünschte
Frequenz aufweist, und verzögert
das Taktsignal CLK um eine Verzögerung,
die ein Parameter Φ auswählt. Das
verzögerte
Taktsignal löst
den binären
Abtaster 120 aus und steuert dadurch die Frequenz und die
Phase, bei der der binäre
Abtaster 120 das Ausgangssignal aus dem Komparator 110 abtastet.
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Die
Fehlervergleichsschaltung 140 vergleicht das binäre abgetastete
Signal aus dem Abtaster 120 mit einem binären Signal
aus dem Mustergenerator 150. Das binäre Signal aus dem Mustergenerator 150 stellt
eine Datenserie dar, die dieselbe ist wie die bekannte binäre Serie,
die das Signal DATEN darstellen sollte, oder von derselben abgeleitet
ist. Eine Differenz zwischen dem binären Abtastwert von dem Abtaster 120 und
dem bekannten Signal von dem Mustergenerator 150 gibt einen
Bitfehler in dem Signal DATEN für
die verwendeten Parameter VT und Φ an. Die Fehlervergleichsschaltung 140 löst aus,
dass der Fehlerzähler 160 die
Fehler zählt,
und das Taktsignal (oder das verzögerte Taktsignal) löst aus,
dass der Bitzähler 170 die
Gesamtanzahl von abgetasteten Bits zählt. Das Verhältnis des
Fehlerzählwerts
von dem Zähler 160 zu
dem Bitzählwert von
dem Bitzähler 170 gibt
das Bitfehlerverhältnis (BER)
an.
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Ein
Verarbeitungssystem 180 analysiert die BERs, die für eine Bandbreite
von Schwellenpegeln VT und Taktphasen Φ gemessen werden. Ein Beobachten
der Schwankung des BER, während
der Schwellenpegel VT und die Abtastphase Φ variieren, gibt analoge Charakteristika
von Signaldaten an. Wenn die Abtastphase Φ beispielsweise einer Zeit entspricht,
wenn das Signal DATEN eventuell zwischen einem niedrigen Pegel (z.B.
einer binären
Null) und einem hohen Pegel (z.B. einer binären Eins) übergeht, ändert sich das BER dramatisch,
wenn der Vergleichsschwellenpegel VT die charakteristischen Spannungspegel
des Signals DATEN bei der abgetasteten Phase kreuzt. Somit können bei
einer Serie von Werten der Phase Φ analoge Spannungspegel des
Signals DATEN ermittelt werden, um Informationen zu liefern, die ähnlich den
bei einer Oszilloskopbahn gelieferten Informationen sind.
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Die
in dem System 100 zur Verfügung stehenden Analysetechniken,
wie sie oben beschrieben wurden, verwenden ein Signal DATEN, das
eine bekannte binäre
Serie darstellt, die eine Identifizierung von Fehlern und eine Messung
des BER ermöglicht. Dementsprechend
sind solche Analysetechniken während
eines Normalbetriebs des zu testenden Systems eventuell nicht verfügbar, wenn
die Werte des Signals DATEN nicht bekannt sind.
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2 veranschaulicht
ein System 200 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung, das analoge Charakteristika eines Signals DT messen kann,
ohne eine spezifische Serie von Bits, die in dem Signal DT dargestellt
werden, zu kennen. Das System 200 umfasst einen Differenzverstärker oder Komparator 110,
einen binären
Abtaster 120, eine Variable-Verzögerung-Schaltung 130,
einen Zähler 240 und
einen Datenprozessor 250. Im Vergleich zu dem System 100 erfordert
das System 200 keinen Mustergenerator oder Fehlerkomparator,
die bei dem oben beschriebenen BER-basierten System 100 vorliegen.
Bei alternativen Ausführungsbeispielen
kann das System 200 in einem mit allen Merkmalen ausgestatteten
Testsystem, einer kostengünstigen
Testschaltung zum Selbsttest für
Schaltungen oder einer auf einem Chip befindlichen Testschaltung
zum Selbsttesten eines Chips implementiert sein. Bei einem spezifischen
Ausführungsbeispiel
ist das System 200 eine kostengünstige Testschaltung, die als gedruckte
Schaltungsanordnung implementiert ist.
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Im
Betrieb kann das System 200 einen Zählwert oder eine Rate von Abtastwerten
eines Signals DT ermitteln, das eine Spannung unter (oder alternativ über) einem
ausgewählten
Schwellenpegel VT bei einer ausgewählten Phase Φ des Signals
DT aufweist. Insbesondere vergleicht der Komparator 110 die
Spannung des Signals DT mit dem Schwellenpegel VT und treibt ein
Ausgangssignal hoch oder niedrig, je nachdem, ob das Signal DT eine
Spannung aufweist, die höher
oder niedriger liegt als der Schwellenpegel VT. Der binäre Abtaster 120 tastet das
Ausgangssignal aus dem Komparator 110 bei einer Frequenz
ab, die vorzugsweise der Datenrate des Signals DT entspricht, und
einer Phase, die der Parameter Φ der
variablen Verzögerung 130 auswählt. Das
Ausgangssignal des Abtasters 120 aktiviert oder deaktiviert
den Zähler 240,
so dass der Zähler 240 zählt, wann
die binären
Abtastwerte Null oder Eins sind (entsprechend dem, ob das Signal
DT unter oder über
einem Schwellenpegel VT liegt).
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Das
System 200 kann unter Verwendung hinreichend bekannter
Vorrichtungen implementiert sein. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist der Komparator 110 beispielsweise ein Differenzverstärker, und
der binäre
Abtaster 120 ist ein Hochgeschwindigkeits-D-Flip-Flop.
Falls gewünscht,
kann eine (nicht gezeigte) Demultiplexerschaltung im Anschluss an
den binären
Abtaster 120 enthalten sein und einen Hochfrequenz-Bitstrom
von einem binären
Abtaster 120 effektiv in einen parallelen Datenstrom einer
niedrigeren Frequenz umwandeln. Mehrere parallel arbeitende Schaltungen
einer niedrigeren Geschwindigkeit könnten dann den Zähler 240 und
Teile des Datenprozessors 250 implementieren.
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Die
Verzögerungsschaltung 130 liefert
vorzugsweise auf präzise
Weise gesteuerte Verzögerungen,
um Phaseneinstellungen bei dem Signal DT zu ermöglichen, das eine Frequenz
von mehr als 1 GHz aufweisen kann. 3 veranschaulicht
ein Ausführungsbeispiel
einer geeigneten Verzögerungsschaltung 300.
Die Verzögerungsschaltung 300 umfasst einen
Puffer 310, der ein Eingangstaktsignal CLK an einen Phaseneinsteller 320 weiterleitet.
Der Phaseneinsteller 320 liefert umfassendere Einstellungen
der Phase, die der Parameter Φ auswählt, und
kann unter Verwendung eines im Handel erhältlichen Phaseneinstellers,
z.B. eines MC100EP195 von ON Semiconductor, Inc., implementiert
werden. Um eine feinere Phasensteuerung zu liefern, führt ein
zweiter Puffer 330 das Signal von dem Phaseneinsteller 320 einem
Schaltungsblock 340 zu, der eine variable Kapazität liefert.
Der Schaltungsblock 340 kann z.B. eine oder mehrere Varaktordioden
umfassen, die eine Kapazität
liefern, die Übergänge in dem
Signal in einem Umfang, der von dem Parameter Φ abhängt, verlangsamt. Ein abschließender Puffer 350 treibt
das verzögerte
Taktsignal DCLK zu Zeiten, die von der Übergangsrate des Signals von
dem Schaltungsblock 340 abhängen, hoch oder niedrig.
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Der
Datenprozessor 250 führt
Analyseprozesse durch, die nachstehend näher beschrieben werden. Bei
alternativen Ausführungsbeispielen
der Erfindung kann der Datenprozessor 250 in zweckgebundener
Hardware, in einer in einer Mikrosteuerung ausgeführten Firmware
und/oder in einer in einem Computer oder einem externen System ausgeführten Software
implementiert sein.
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Das
System 200 der 2 vergleicht das Abtasterausgangssignal
nicht mit einem bekannten Signalverlauf, sondern zählt stattdessen
die Anzahl von Nullen (oder Einsen) in einem Signal DT, die unbekannte
Datenwerte darstellen. Das System 200 verwendet somit ein
binäres
Abtasten, jedoch nicht eine Bitfehlerratenmessung. Jedoch kann eine BER-Testschaltungsmessung
die Rate von Nullen (oder von Einsen) bestimmen, wenn das durch
den Mustergenerator 150 erzeugte „erwartete" Signal aus lauter Einsen (Nullen) besteht.
Somit können
nachfolgend beschriebene Analysetechniken angewendet werden, wenn
entweder die Abtastschaltung 200 oder eine BER-Testschaltung
verfügbar
ist. Im Normalbetrieb muss das BER-Testsystem jedoch eine Synchronisation
zwischen einem lokalen Mustergenerator und dem Eingangssignal aufrechterhalten,
da ein BER-Testsystem ein Eingangssignal mit einem erwarteten Muster
vergleicht. Somit sind viele BER-Schaltungen
dafür ausgelegt,
einen Synchronisationssuchmodus einzugeben, wenn das BER hoch ist,
z.B. wenn das BER über
0,1 liegt. Damit ein BER-Tester in der Lage ist, alle Fähigkeiten
des Testsystems 200 zu reproduzieren, muss der BER-Tester eine
Deaktivierung des Synchronisationssuchmodus ermöglichen. Dagegen erfordert
das Testsystem 200 keine Mustersynchronisation. Somit kann
das System 200 auch dann arbeiten, wenn Abtastbedingungen
ein hohes BER ergeben würden.
Die Fähigkeit, Signale
auch in Regionen eines hohen BER zu testen, mag bestimmte Analysen
ermöglichen,
die bei nicht-modifizierten BER-Testsystemen nicht möglich sind.
Beispielsweise können
Signaleigenschaften wie z.B. Anstiegszeit, Abfallzeit, durchschnittlicher 1-Pegel,
durchschnittlicher 0-Pegel, maximale Spannung, Maskentest außerhalb
des Augenzentrums, Überschwingen
oder 1-Pegel-Welligkeit,
Unterschwingen oder 0-Pegel-Welligkeit gemessen oder ermittelt werden.
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Bei
einem exemplarischen Ausführungsbeispiel
ist der Zählwert
in dem Zähler 240 des
Systems 200 proportional zu der Rate (die hierin manchmal
als Null-Rate bezeichnet wird) von Auftretensfällen dessen, dass das Signal
DT bei der ausgewählten
Phase Φ des
Signals DT unter dem Schwellenpegel VT liegt. Das System 200 kann
vergleichbare Null-Raten für
andere Schwellenpegel und Phasen ermitteln, indem es die gewünschten
Parameter VT und Φ für einen
festgelegten Zeitraum einstellt und Nullen zählt. Alternativ dazu ist die
Null-Rate gleich dem Verhältnis des
Zählwerts
aus dem Zähler 240 und
eines passenden Zählwerts
der Gesamtanzahl von Bits. Eine ähnliche
Eins-Rate ist proportional zu einem Zählwert der Anzahl von Abtastwerten über dem
Schwellenpegel VT, und die Summe der Eins-Rate und der Null-Rate
sollte gleich der Bitrate oder der Frequenz des Signals DT sein.
Gemäß einem
Aspekt der Erfindung können
analoge Cha rakteristika eines Signals aus Null-Raten oder Eins-Raten
gewonnen werden, die durch ein binäres Abtasten des Signals unter
Verwendung einer Bandbreite von Phasen und Schwellen ermittelt werden.
Es folgt eine Beschreibung von Beispielen einer Verwendung der Null-Raten
beim binären
Abtasten, um analoge Charakteristika eines Signals zu ermitteln,
auf ähnliche
Weise könnten
jedoch auch Eins-Raten verwendet werden.
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4 veranschaulicht
eine graphische Darstellung 400 von Null-Raten als Funktion
des Schwellenpegels VT bei einer festgelegten Abtastphase, die manchmal
einem Signal DT entspricht, das zwischen einem hohen Pegel und einem
niedrigen Pegel übergeht.
Die graphische Darstellung 400 veranschaulicht, dass die
Null-Rate Null ist, wenn der Schwellenpegel VT unter einer minimalen
Spannung von V0MIN des Signals DT liegt,
da alle Abtastwerte eine Spannung aufweisen, die größer als
die oder gleich der Spannung V0MIN ist.
Wenn der Schwellenpegel VT von der minimalen Spannung V0MIN auf eine maximale Spannung V0MAX der Spannungen, die einen Bitwert von
Null darstellen, ansteigt, nimmt die Rate zu und bleibt dann gleichbleibend
bei einer Rate 410, die der Wahrscheinlichkeit entspricht,
dass das Signal DT zwei aufeinander folgende Bits lang bei einem Bitwert
von Null stabil bleibt. Bei einem typischen Datensignal, das eine
statistisch gleiche Chance aufweist, den binären Wert beizubehalten oder
zu wechseln, liegt die erste Plateaurate 410 bei etwa 25
%, was der Möglichkeit
entspricht, dass zwei aufeinander folgende Bits einen Wert von Null
aufweisen. Für eine
binäre
Serie, die andere statistische Eigenschaften aufweist, entspricht
der Pegel der ersten Plateaurate 410 jedoch eventuell nicht
25 %.
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Die
ausgewählte
Phase für
die graphische Darstellung 400 liegt nahe bei Übergängen zwischen aufeinander
folgenden Bits. Insbesondere ist bei der ausgewählten Phase die durchschnittliche
Spannung, wenn das Signal ansteigt, die Spannung VRAVE, und
die durchschnittliche Spannung, wenn das Signal abfällt, ist
die Spannung VFAVE. Die graphische Darstellung 400 veranschaulicht
den Fall, bei dem die ausgewählte
Phase früh
im Anstieg oder Abstieg ist, so dass die durchschnittliche Anstiegsspannung VRAVE geringer ist als die durchschnittliche
Abfallspannung VFAVE.
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Wenn
sich die Schwelle VT an die durchschnittliche Anstiegsspannung VRAVE annähert, nimmt
die Null-Rate zu, da mehr der Fälle
eines Spannungsanstiegs geringer werden als der Schwellenpegel VT.
Eine zweite Plateaurate 420 tritt auf, wenn nahezu alle
Abtastwerte der ansteigenden Spannung bei der ausgewählten Phase
geringer sind als der Schwellenpegel VT. Diese Plateaurate würde für ein Signal,
das eine binäre
Serie darstellt, bei der die Wahrscheinlichkeit eines Wertes von
Null 50 % beträgt,
etwa 50 % entsprechen, für
ein Signal, das andere statistische Eigenschaften aufweist, entspricht
die Plateaurate 420 jedoch eventuell nicht 50 %.
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Desgleichen
gilt, dass, wenn sich der Schwellenpegel VT an die durchschnittliche
abfallende Spannung VFAVE annähert, die
Null-Rate zunimmt, da mehr der Fälle
eines Spannungsabfalls weniger werden als der Schwellenpegel VT.
Eine dritte Plateaurate 430 tritt auf, wenn nahezu alle
Abtastwerte der abfallenden Spannung bei der ausgewählten Phase
geringer sind als der Schwellenpegel VT. Für ein Signal, das eine binäre Serie
darstellt, bei der die Wahrscheinlichkeit, dass es auf demselben
Pegel verbleibt, gleich der Wahrscheinlichkeit ist, dass es zu dem
anderen Pegel übergeht,
beträgt
diese Plateaurate 430 etwa 75 %, wenn das Signal jedoch
andere statistische Eigenschaften aufweist, kann die Plateaurate 430 davon
abweichen.
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Die
Null-Rate nimmt wieder zu, wenn der Schwellenpegel VT die minimale
Spannung V1MIN, die den binären Wert
1 darstellt, überschreitet.
Eine abschließende
Plateaurate 440 von 100 % tritt auf, wenn der Schwellenpegel
VT größer ist
als die maximale Spannung V1MAX des Signals
DT.
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Ein
Variieren der ausgewählten
Phase und ein Wiederholen der Messungen der Raten für jeden einer
Serie von Schwellenpegeln VT liefert die Null-Rate als Funktion
einer zweidimensionalen Domäne. 5 veranschaulicht,
wie die Domäne
des Schwellenpegels VT und der Phase Φ in Regionen 510, 520, 530, 540 und 550 unterteilt
werden kann. Die Region 510 entspricht einer Null-Rate,
die nahezu Null ist, da die Schwellenspannung VT unter der minimalen
Spannung des Signals liegt. Die Region 520 entspricht einer
ersten Plateaurate, bei der der Schwellenpegel VT größer ist
als nahezu alle Fälle, bei
denen der Abtastwert einem stabilen niedrigen Pegel des Signals
entspricht. Die Region 530 entspricht einer zweiten Plateaurate,
bei der der Schwellenpegel VT größer ist
als eine der durchschnittlichen Übergangsspannungen
des Signals. Die Region 540 entspricht einer dritten Plateaurate,
bei der der Schwellenpegel VT größer ist
als beide durchschnittlichen Übergangsspannungen
des Signals. Die Region 550 entspricht dem abschließenden Plateau,
bei dem der Schwellenpegel VT größer ist
als die maximale Spannung des Signals. Die Regionen 515, 525, 535 und 545 sind
Regionen, bei denen die Rate von einem Plateau zu einem anderen übergeht.
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Ein
Verarbeiten der bei 5 dargestellten Daten kann ein
Ergebnis liefern, das mit einer Oszilloskopmessung vergleichbar
ist. Wenn beispielsweise bei einer gegebenen Abtastphase eine Null-Rate von
50 % bei einer Schwelle V1 beobachtet wird und eine Null-Rate von
51 % bei einer Schwelle V2, die größer ist als Schwelle V1, beobachtet
wird, so muss 1 % der abgetasteten Signalverläufe bei der Abtastzeit/-phase
Spannungen zwischen V1 und V2 gehabt haben. Allgemeiner gesagt ist
die Dichte von Bahnen pro Spannung des Signals, wobei genau dies
durch ein Oszilloskop gemessen wird, gleich der Ableitung der Null-Rate
bezüglich
einer Abtastschwelle. Wenn ein Satz von Null-Raten gegeben ist,
den ein binärer Abtaster
bei verschiedenen Auswahlen der Parameter Φ und VT erzeugte, können sich
hinreichend bekannte numerische Techniken an die Ableitung annähern. Insbesondere
liefern endliche Differenzen bei den Raten eine einfache Annäherung der
Ableitung. Numerische Ableitungen sind inhärent rauschbehaftet, und somit
können
lange Abtastzeiten bevorzugt sein, um beim Schätzen der Bahndichte eine hohe Genauigkeit
zu erhalten.
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6 veranschaulicht
Bereiche 610 der Domäne
des Schwellenpegels VT und der Phase Φ, wo die Ableitung der Ratenfunktion über einem
minimalen Pegel von nicht-Null liegt. Die Bereiche 610 entsprechen
Oszilloskopbahnen. Insbesondere bilden die Bereiche 610 das „Augen"-Muster, das Oszilloskopbahnen
herkömmlicherweise
während
einer Analyse eines binären
Signals bilden. Das Augenmuster stellt analoge Charakteristika des
Signals dar, z.B. den minimalen und den maximalen Spannungspegel, die
Null darstellen, den minimalen und den maximalen Spannungspegel,
die Eins darstellen, die Dauer der ansteigenden Flanke, die Dauer
der abfallenden Flanke und die allgemeine zeitliche Abhängigkeit
des Anstiegs und des Abfalls von Spannungspegeln. (Die Dauer der
ansteigenden und der abfallenden Flanke sind Signalparameter, die
die Zeit darstellen, die für Übergänge zwischen
binären
Null- und Eins-Pegeln benötigt
wird.) Wenn das Auge der Bahndichte, z.B. das in 6 Gezeigte,
gegeben ist, können
die Anstiegs- und Abfallzeiten unter Verwendung von Techniken, die
für eine
Oszilloskopanalyse entwickelt wurden, gemessen werden. Weitere Weiterentwicklungen
der Analysetechniken, die den Umfang an erforderlichen Abtastdaten
verringern, werden nachstehend näher
beschrieben.
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Die
bei 6 veranschaulichten Messergebnisse hängen lediglich
von der Ableitung oder dem Gradienten der Null-Raten (oder der Eins-Raten) ab, und
es ist keine Kenntnis des ankommenden Musters oder von binären Serien
erforderlich. Somit kann die Technik auf Betriebssysteme angewandt
werden. Ferner kann ein System, das Analogsignalcharakteristika
durch Auswertung der Null-Rate (oder Eins-Rate) ei nes binären abgetasteten
Signals misst, eine Schaltungsanordnung verwenden, die einfacher ist
als ein BER-Tester. Beispielsweise erfordert ein System wie z.B.
das System 200 der 2, das Null-Raten
(oder Eins-Raten) messen kann, nicht den Fehlerkomparator und lokalen
Mustergenerator, die bei den Bitfehlermesssystemen wie z.B. dem System 100 der 1 verwendet
werden.
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Ein
Vorteil der Verwendung von Null-Raten oder Eins-Raten für die Signalanalyse
ist die Fähigkeit,
Spannungen Vtop (obere Spannung) und Vbase (Basisspannung) zu ermitteln,
die die durchschnittlichen Spannungen jeweiliger binärer Werte
Eins und Null darstellen. Üblicherweise
liefern Oszilloskope eingebaute Messungen der Spannungen Vtop und Vbase,
auf Grund der Synchronisierungsanforderungen zwischen dem abgetasteten
Signal und dem bekannten Muster können derartige Messungen bei
der Verwendung von BER-Testern jedoch unpraktisch sein. Unter Verwendung
einer Null-Zählung oder Eins-Zählung können die
Spannungen Vtop und Vbase gemessen werden, indem eine Abtastphase bei
dem Augenzentrum der Bahnen 610 ausgewählt wird und indem der Schwellenpegel
VT lokalisiert wird, was 75 % bzw. 25 Null-Rate ergibt. Man sollte beachten,
dass die Analyse, die die Spannungen Vtop und Vbase ermittelt, keine
Ermittlung einer Ableitung oder der Bahndichte erfordert.
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Die
Dauer der ansteigenden Flanke von 20 % bis 80 % kann unter Verwendung
der Spannungen Vtop und Vbase, die gemäß der obigen Beschreibung ermittelt
werden, ermittelt werden. Ein Prozess zum Ermitteln der Dauer der
ansteigenden Flanke von 20 % bis 80 % kann beispielsweise den Schwellenpegel
VT anfänglich
auf 0,8·Vbase
+ 0,2·Vtop
einstellen und anschließend
zur Rechten des Augenzentrums nach einer Phase Φ suchen, die eine Null-Rate
ergibt, die gleich der Hälfte
der Plateaurate 410 ist. Ein Subtrahieren der Bitperiode
von dieser Phase Φ liefert
den Anfangszeitpunkt tr1 der ansteigenden Flanke. Der Prozess kann
anschließend
den Schwellenpegel VT auf 0,2·Vbase
+ 0,8·Vtop
einstellen und zur Linken des Augenzentrums nach einer Phase Φ suchen,
die eine Null-Rate erzielt, die gleich dem Durchschnitt der Plateaurate 430 und
der Plateaurate 440 ist. Dies identifiziert den letzten
Zeitpunkt tr2 der ansteigenden Flanke. Die Dauer der ansteigenden
Flanke ist die Differenz tr2 – tr1.
Um die Dauer der ansteigenden Flanke von 10 % bis 90 zu finden,
könnten
beispielsweise auch andere VT-Werte verwendet werden. Außerdem ist
es unkompliziert, den beschriebenen Prozess zu modifizieren, um ähnliche
Dauern abfallender Flanken zu finden. Das Verfahren des Suchens
nach der richtigen Null-Rate könnte
anhand beliebiger von mehreren hinreichend bekannten Suchalgorithmen
erfolgen. Die Verwendung von Suchalgorithmen und eine direkte Analyse der
Null-Rate, ohne
Ableitungen zu berechnen, verringert die Anzahl von Kombinationen
der Phase Φ und
des Schwellenpegels VT, die abgetastet werden müssen, um das gewünschte Messergebnis
zu erreichen.
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Eine
weitere messbare Charakteristik eines analogen Signals ist ein Überschwingen
oder Unterschwingen. Das Überschwingen
und Unterschwingen sind Signalparameter, die das Ausmaß eines Nachschwingens,
das bei einem Signalverlauf vorliegt, angeben. Da Nachschwingungsphänomene durch
ein Signalverlaufsverhalten außerhalb
des zentralen Augenbereichs gekennzeichnet sind, sind ein Mess-Überschwingen
und -Unterschwingen anhand von BER-Techniken eventuell nicht praktisch, jedoch
können
Null- oder Eins-Zähltechniken
diese Parameter messen. Um ein Überschwingen
zu messen, kann das System beispielsweise Vtop bei verschiedenen
Phasen Φ messen.
Die Anzahl gemessener unterschiedlicher Phasen kann gemäß der Bandbreite
des Signals DT ausgewählt
werden. Die maximale Vtop, durch Vtop bei der Mittenphase geteilt,
ist das Überschwingen.
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Das
Maskierungstesten ist eine weitere Verwendung sowohl von Oszilloskopen
als auch von BER-Testern. Das Maskierungstesten erfordert eine Erfassung
von Signalbahnen, die durch verbotene Regionen des Auges verlaufen.
BER-Tester sind allgemein in der Lage, lediglich Masken innerhalb
der zentralen Augenregion zu testen. Die Masken, die für wichtige
Kommunikationsstandards wie z.B. Gigabit Ethernet und Fibre Channel
spezifiziert sind, spezifizieren auch Maskenregionen über und
unter dem Auge. Ein Testen bezüglich
dieser Masken erfolgt üblicherweise
mit einem Oszilloskop. Jedoch ermöglicht ein Null- oder Eins-Zählen ein
Testen von Maskenregionen innerhalb und außerhalb des Bereichs des zentralen
Auges unter Verwendung kostengünstiger Binärabtastschaltungen.
Ein System, das einen Null- oder Eins-Zähler
aufweist, kann über
oder unter dem zentralen Auge testen, indem es einfach die Parameter
VT und Φ so
einstellt, dass sie Punkten in der Maskenregion über (und unter) dem Auge entsprechen,
und Auftretensfälle
von Einsen (oder Nullen) zählen,
die auf Maskenausfälle
hinweisen.
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Obwohl
die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele
beschrieben wurde, ist die Beschreibung lediglich ein Beispiel der
Anwendung der Erfindung und sollte nicht als Einschränkung verstanden
werden. Obwohl sich die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele auf die Analyse von
binären
Datensignalen konzentrierten, können beispielsweise ähnliche
Techniken und Schaltungen andere Signale wie z.B. ein Taktsignal,
ein RZ-codiertes Datensignal oder ein Mehrpegel-codiertes Datensignal
analysieren. Verschiedene andere Anpassungen und Kombinationen von
Merkmalen der offenbarten Ausführungsbeispiele
fallen in den Schutzumfang der Erfindung, wie er durch die folgenden
Patentansprüche
definiert ist.