DE60216328T2 - Jitter-spektrum-analyse - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Jitter-Analyse (Analyse des Impulszitterns) von digitalen Signalen.
  • Die Charakterisierung des Übergangsverhaltens von schnellen digitalen Schaltungen, d.h. des Übergangs von einer logischen Null zu einer logischen Eins und umgekehrt, hat für die Entwicklung von digitalen Schaltungen und deren Fertigung große Bedeutung erlangt. Zeitliche Instabilitäten wie Jitter (Impulszittern) können einzelne Übertragungsfehler und vorübergehende oder dauerhafte Ausfälle eines gesamten Datenübertragungssystems bewirken und müssen unbedingt verhindert werden. Die globale Standardbewertungszahl für ein Datenübertragungssystem ist die Bitfehlerrate (Bit Error Rate, BER), jedoch zeigt ein hoher BER-Wert nicht zwangsläufig zeitbedingte Fehler an, da es in einem System noch viele andere mögliche Fehlerquellen gibt (zum Beispiel schlecht abgestimmte Pegel/Schwellenwert-Zuordnungen).
  • Eine der wichtigsten Kennzahlen für die Zeittaktsteuerung von Hochgeschwindigkeitsschaltungen ist das Jitter (Impulszittern). Der Standard ITU-T G.701 definiert das Jitter als kurzzeitige, nicht kumulative Abweichungen der entscheidenden Elemente eines digitalen Signals von ihren idealen Zeitpunkten. Unter einem entscheidenden Element kann ein beliebiger, leicht erkennbarer Punkt des Signals sein, zum Beispiel die ansteigende oder die abfallende Flanke eines Impulses oder des abgetasteten Elements. Durch die zeichnerische Darstellung der relativen Verschiebung der Elemente eines idealen Impulsverlaufs gegenüber einem realen Impulsverlauf mit einem bestimmten zeitlichen Impulszittern erhält man die so genannte Jitter-Funktion. Neben der zeitabhängigen Jitter-Funktion kann das Jitter-Spektrum auch als frequenzabhängige Funktion dargestellt werden. Das Jitter kann auch in Form so genannter Jitter-Histogramme dargestellt werden, aus denen die Wahrscheinlichkeit für einen Übergang ersichtlich ist.
  • Jitter-Histogramme können mittels eines Oszilloskops, eines Zeitintervallanalysators oder eines BER-Testers gemessen werden. Der Patentanmelder, Agilent Technologies, ist Lieferant diverser BER-Testeinrichtungen, zum Beispiel des Agilent® 81250 ParBERT®. Die Histogrammwerte werden aus einer als Funktion der Abtastverzögerung gemessenen Bitfehlerrate (im Allgemeinen als so genannte Badewannenkurve bezeichnet) durch Verwendung des Absolutwertes der ersten Ableitung gewonnen.
  • In den Europäischen Patentanmeldungen 02 007 690.7 oder 02 006 259.2 werden verschiedene Verfahren der Jitter-Analyse beschrieben.
  • In der US-Patentschrift 5 563 921 wird eine Jittererkennungsvorrichtung zum Erkennen der Phasenschwankungen in einem Zielsignal mit einer bestimmten Frequenz beschrieben. Die Vorrichtung umfasst eine phasensynchronisierte Schleife mit einem Phasen-/Frequenzkomparator, der ein Fehlersignal ausgibt, das eine Phasendifferenz zwischen einer Zielfrequenz und einer Schleifenfrequenz anzeigt, ein Schleifenfilter zur Tiefpassfilterung des Fehlersignals und ein Jitter-Erkennungsfilter zum Erkennen von Phasenschwankungen im Zielsignal.
  • In dem Dokument „Fibre Channel – Methodologies for Jitter and Signal Quality Specification – MJSQ", Ausgabe 5.0, 21. Februar 2001, werden Definitionen und Testverfahren zur Ermittlung des Impulszitterns in seriellen Hochgeschwindigkeitssignalen beschrieben.
  • ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Jitter-Analyse bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch die Hauptansprüche gelöst. In den Unteransprüchen werden bevorzugte Ausführungsarten dargelegt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Jitter-Analyse für ein zu messendes digitales Signal mit Übergängen zwischen Logikpegeln bereitgestellt. An jedem aus einer Vielzahl aufeinanderfolgender Zeitpunkte wird eine Erkennung eines zu diesem Zeitpunkt im Signal erfolgenden Übergangs bereitgestellt. Das Ergebnis der Erkennung wird mit einem erwarteten Signal verglichen und für jeden Zeitpunkt ein Fehlerwert daraus abgeleitet. Jeder Fehlerwert stellt eine Vergleichsinformation zwischen einem erkannten Übergang (oder Nichtübergang) und einem erwarteten Übergang (oder Nichtübergang) für den jeweiligen Zeitpunkt dar.
  • Dann wird ein Fehlersignal erzeugt, das die abgeleiteten Fehlerwerte für ihre entsprechenden Zeitpunkte darstellt, mit anderen Worten, das Fehlersignal stellt die Vielzahl der abgeleiteten Fehlerwerte dar, wobei jedem Fehlerwert der ihm entsprechende Zeitpunkt zugeordnet ist. Somit zeigt das Fehlersignal die Schwankungen der Fehlerwerte, wobei die Schwankungen als Funktion der Zeit (absolute oder relative Zeitskala) oder einer beliebigen anderen von den Zeitpunkten abgeleiteten Skale dargestellt werden können. So kann das Fehlersignal z.B. in Form der abgeleiteten Fehlerwerte als Funktion der Vielzahl aufeinanderfolgender Zeitpunkte dargestellt werden. Anstelle der Vielzahl aufeinanderfolgender Zeitpunkte können von der Vielzahl aufeinanderfolgender Zeitpunkte auch andere Bezugswerte für die Fehlerwerte im Fehlersignal abgeleitet werden, zum Beispiel eine absolute oder eine relative Zeitskala. Demzufolge kann eine Pseudozeitskala mit einer Vielzahl aufeinanderfolgender Zeitpunkte erstellt werden, die unabhängig von der tatsächlichen Zeitdifferenz zwischen aufeinanderfolgenden Ereignissen als aufeinanderfolgende Ereignisse gelten. Das ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Fehlerwerte periodisch abgetastet werden.
  • Dann wird das Fehlersignal einer spektralen Jitter-Analyse unterzogen, um spektrale Komponenten im Fehlersignal zu erkennen, die wichtige in dem digitalen Signal enthaltene spektrale Jitter-Informationen darstellen. Es ist klar, das für die spektrale Jitter-Analyse des Fehlersignals jedes beliebige Spektralanalyseverfahren genutzt werden kann, zum Beispiel die Autokorrelation, die Kreuzkorrelation, die Fourieranalyse usw. Bevorzugte Beispiele der Spektralanalyse werden z.B. von A. Papoulis in „Probability, Random Variables and Stochastic Processes", McGraw Hill 1965, oder von J.S. Bendat, A.G. Persol in „Random Data", John Whilex&Sons, 1986, beschrieben. Selbstverständlich eignet sich für die verschiedenen Messungen von Fall zu Fall mehr das eine oder das andere Spektralanalyseverfahren.
  • Somit gestattet das Verfahren die Untersuchung des digitalen Signals auf spektrale Komponenten, die sich aus dem Jitter ergeben. Solche spektralen Komponenten können dann als Basis für weitere Maßnahmen, z.B. zur Verhinderung oder Verringerung des Jitters bei bestimmten Frequenzen, oder zur Qualitätsprüfung dienen. Als bevorzugte Beispiele gelten die quantitative Ermittlung von bekannten spektralen Jitter-Komponenten im digitalen Signal oder eine Pass/Fail-Prüfung, wenn eine oder mehrere solcher bekannter spektraler Jitter-Komponenten einen oder mehrere vorgegebene Schwellenwerte überschreiten.
  • Zur Erkennung von Übergängen im digitalen Signal werden vorzugsweise Zeitpunkte aus solchen Bereichen gewählt, in denen (z.B. durch Jitter beeinflusste) Übergänge zu erwarten sind. Vorzugsweise werden die Zeitpunkte im Wesentlichen in der Mitte solcher Bereiche gewählt, in denen durch Jitter beeinflusste Übergänge zu erwarten sind. Solche Übergangsbereiche können z.B. unter Verwendung bekannter Verfahren wie beispielsweise der oben erwähnten Jitter-Histogramme, der BER-Messungen oder der Augendiagramm-Messungen usw. ermittelt werden.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsart, in der Übergänge im digitalen Signal einem Referenzsignal (z.B. einem Taktsignal) mit einer Referenzfrequenz zugeordnet werden, wird der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Zeitpunkten vorzugsweise von der Referenzfrequenz (z.B. der Periode der Referenzfrequenz oder deren Vielfachen oder Teilen) abgeleitet. Die Zeitpunkte werden vorzugsweise an den Stellen ausgewählt, an denen durch Jitter unbeeinflusste Übergänge zu erwarten sind, vorzugsweise in der Mitte eines Übergangsbereichs, die mit Hilfe des oben erwähnten Augendiagramms ermittelt wird.
  • Die Erkennung der Übergänge kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, vorzugsweise durch Erkennen des Signalwertes am Schwellenwert eines Pegels an einem vorgegebenen Referenzzeitpunkt (BER-Testeinrichtung) oder durch Bewertung des abgetasteten Signalverlaufs (Oszilloskop).
  • Die Erfindung kann ganz oder teilweise durch ein oder mehrere geeignete Softwareprogramme realisiert oder unterstützt werden, die auf einer beliebigen Art eines Datenträgers gespeichert oder durch diesen anderweitig bereitgestellt werden können und die in einer oder durch eine beliebige geeignete Datenverarbeitungseinheit ausgeführt werden können. Ferner kann die Erfindung auch ganz oder teilweise durch eine spezielle elektronische Hardware realisiert oder unterstützt werden, die nicht speziell auf die Ausführung von Software oder Firmware ausgerichtet ist wie zum Beispiel ein fest verdrahtetes ASIC-Bauelement. Demzufolge können auch Software- und Hardwarelösungen miteinander verknüpft werden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung und viele der damit verbundenen Vorteile werden deutlicher und leichter verständlich unter Bezug auf die folgenden detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen. Im Wesentlichen oder funktionell gleiche oder ähnliche Merkmale werden mit denselben Bezugsnummern gekennzeichnet.
  • 1 bis 3 veranschaulichen eine Ausführungsart mit einer sinusförmigen Jitter-Modulation eines statistisch ausgewählten digitalen Datensignals.
  • 4 bis 7 veranschaulichen eine Ausführungsart mit sinusförmiger Jitter-Modulation und statistisch verteilter Jitter-Komponenten eines statistisch ausgewählten digitalen Datensignals.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSARTEN DER ERFINDUNG
  • Zur Bewertung und Charakterisierung von digitalen Schaltkreisen ist es von Vorteil, wenn nicht nur die Jitter-Intensität gemessen, sondern das Jitter auch qualitativ (spektral) analysiert wird, um seinen Ursprungsort zu ermitteln und die Störmechanismen zu verstehen. Um das charakteristische Jitter in einer Schaltung zu beseitigen oder zu verringern, wird das erzeugte Jitter in seine spektralen Komponenten zerlegt und qualitativ analysiert. Während die Energie der statistisch verteilten Jitter-Modulation generell auf ein breites Frequenzband verteilt ist, äußert sich das charakteristische Jitter für gewöhnlich darin, dass die Energie auf (z.B. einige) diskrete Modulationsfrequenzen konzentriert ist. Durch die Ermittlung dieser Frequenzen können Erkenntnisse zu den Entstehungsursachen gewonnen und somit die Fehlersuche deutlich beschleunigt werden.
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsarten für die Spektralanalyse von Jitter beschrieben, das mit Hilfe eines Bitfehlerratetesters (Bit Error Rate Tester, BERT) wie zum Beispiel des oben erwähnten Agilent® 81250 ParBERT® gemessen wurde. Es ist jedoch klar, das die Erfindung nicht auf BERTs beschränkt ist, sondern dass eine beliebige andere Testeinrichtung verwendet werden kann, um das Fehlersignal aus dem Vergleich zwischen den ermittelten und den erwarteten Übergängen zu bestimmten Zeitpunkten oder aus der Abtastung und der Bewertung des gesamten Signalverlaufs abzuleiten.
  • 1 veranschaulicht die Grundgedanken einer bevorzugten Ausführungsart zugrunde liegenden Prinzipien. Der obere Teil zeigt ein typisches Augendiagramm 10 mit einer Vielzahl sich überlagernder Übergänge. Der besseren Anschaulichkeit wegen sind nur die „Einhüllenden" der überlagerten Linien dargestellt. Aus einem Übergangsbereich 30, der durch alle bei einem bestimmten Schwellenwert 40 erkannten Übergänge gebildet ist, wird ein Abtastpunkt 20 ausgewählt. Vorzugsweise wird der Abtastpunkt 20 so ausgewählt, dass er für einen vorgegebenen Schwellenwert 40 von im Wesentlichen 50% in der Mitte des Übergangsbereichs 30 liegt. Der Abtastpunkt 20 kann auch mit Hilfe eines Jitter-Histogramms 50 ausgewählt werden, wobei er vorzugsweise im Schwerpunkt des Jitter-Histogramms 50 liegt.
  • Am Abtastpunkt 20 erfolgt das Abtasten durch den Vergleich jedes erkannten Signalwertes mit dem in der „Mitte" des Augendiagramms (z.B. in dem durch einen Referenzzeitpunkt 25 gekennzeichneten Auge auf der rechten Seite) zu erwartenden Wert. Sobald ein Übergang so weit verschoben wird, dass das Datenauge zugeht (im Augendiagramm 10 von 1 eine Verschiebung nach rechts), zeigt die Abtastung einen Fehler an.
  • Zum besseren Verständnis wird von einer sinusförmigen Jitter-Modulation 60 eines zufällig ausgewählten digitalen Datensignals ausgegangen. Zwar wird die Erläuterung anhand eines statistisch ausgewählten Datensignals erleichtert, jedoch ist klar, dass die Erfindung auf beliebige Arten von digitalen Signalen angewendet werden kann. Bei Abwesenheit der Jitter-Modulation 60 würden alle Übergänge des digitalen Datensignals genau am Abtastpunkt 20 erfolgen. Die Jitter-Modulation 60 verschiebt die Übergänge des digitalen Datensignals jedoch periodisch um den Abtastpunkt 20 herum, woraus sich der Abtastbereich 30 ergibt. Aus der einfachen Betrachtung des Jitter-Histogramms 50 erschließt sich die Frequenz der Jittermodulation 60 nicht.
  • Immer wenn die Jitter-Modulation 60 die Übergänge in 1 nach rechts verschiebt und der Vergleich z.B. mit dem Wert durchgeführt wird, der am Referenzzeitpunkt 25 in der Mitte des Augendiagramms auf der rechten Seite zu erwarten ist, liefert die Abtastung einen Fehler. Aufgrund der Verschiebung der Übergänge wird der Wert des linken Datenbits eigentlich mit dem am Referenzzeitpunkt zu erwartenden Wert verglichen und liefert somit einen Fehler.
  • Da der Betrachtung statistisch verteilte Daten zugrunde gelegt wurden, liegt die BER bei 0,25, da während der positiven Phase 65 der Sinusschwingung 60 der Jitter-Modulation in 50% der Fälle die Werte benachbarter Bits gleich sind und zwischen dem abgetasteten und dem zu erwartenden Bit kein Übergang erfolgt. Somit wirkt sich das Jitter auf das betreffende Bit nicht aus. Wenn die Verschiebung jedoch in entgegengesetzter Richtung erfolgt (d.h. während der negativen Phase 67 der Sinusschwingung 60 der Jittermodulation), kommt es zu keinem Fehler. Es kommt deshalb zu keinem Fehler, weil das Augendiagramm auf der rechten Seite durch die Verschiebung geöffnet wird (Verschiebung in 1 nach links), sodass der erwartete Wert trotz der Verschiebung des aktuellen Abtastpunktes 20 zum Referenzdatenpunkt 25 abgetastet werden kann. Somit wird die Fehlerdichte des Fehlersignals 70 (dessen Fehler E als Funktion der Zeit dargestellt sind) entsprechend der Jitter-Frequenz der Jitter-Modulation 60 moduliert.
  • 2 zeigt das Ergebnis einer Simulation der in 1 schematisch dargestellten Verhältnisse. 2 zeigt die (durch 0 und 1 dargestellten) Logikwerte des erzeugten Fehlersignals 70 im zeitlichen Verlauf. Das Fehlersignal 70 zeigt eine periodische Modulation der Fehlerdichte. Die Periodizität zeigt sich darin, dass auf ein Segment mit null Fehlern ein Segment mit 50% Fehlern folgt.
  • Ein allgemein bekanntes Statistikverfahren zum Gewinnen der in einem statistisch verteilten Signal verborgenen Periodizitätsinformation stellt die Berechnung der Autokorrelationsfunktion dar (die z.B. in den oben erwähnten Publikationen von Papoulis oder Bendat ausführlich dargestellt werden). Die Autokorrelationsfunktion eines echten zufällig verteilten Signals verschwindet nach einer geringfügigen Verzögerung in Bezug auf die Bandbreite, während jegliche periodischen Signale eine Autokorrelationsfunktion mit derselben Periodizität liefern, die selbst bei größeren Verzögerungen nicht verschwindet. Deshalb kann die Periodizitätsinformation aus der Autokorrelationsfunktion gewonnen werden, indem das Verhalten bei großen Verzögerungen bewertet wird. 3 zeigt die Autokorrelationsfunktion des in 2 gezeigten Fehlersignals. 3 stellt den Wert der Autokorrelation als Funktion der Korrelationsverzögerung dar. Dann kann die Jitter-Frequenz der Jitter-Modulation 60 durch Bewertung der Periodizität der Autokorrelationsfunktion, vorzugsweise durch Berechnung ihrer Fourier-Transformierten, abgeleitet werden. Gemäß dem Wiener-Chintchin-Theorem (das z.B. in den oben erwähnten Publikationen von Papoulis oder Bendat ebenfalls ausführlich erläutert wird) stellt die Fourier-Transformierte der Autokorrelationsfunktion die spektrale Energiedichte des Fehlersignals dar. Da das Fehlersignal die Periodizität des Jitters widerspiegelt, stellt das erhaltene Spektrum die durch die Jitter-Modulation bewirkte spektrale Information dar.
  • Ein alternatives Verfahren zur Gewinnung derselben spektralen Information besteht darin, dass die Fourier-Transformierte des Fehlersignals direkt berechnet wird. Die erhaltenen (komplexen) Werte der Fourier-Transformierten können dann mit ihren konjugieren komplexen Werten multipliziert werden. Als Ergebnis erhält man dieselbe spektrale Energiedichte des Fehlersignals wie bei der Berechnung der Fourier-Transformierten der Autokorrelationsfunktion.
  • Rein sinusförmiges Jitter ist unter realen Umständen selten anzutreffen. Reale Systeme zeigen normalerweise von Natur aus ein statistisches Jittermuster, das durch thermisches Rauschen und Streuung hervorgerufen wird. Da dieses Jitter das Ergebnis vieler verschiedener, nicht korrelierender Ursachen ist, weist das statistische Jitter-Muster von Natur aus eine Gauss-Verteilung auf. 4 zeigt ein Beispiel einer Mischung von künstlich überlagertem sinusförmigem Jitter und natürlichem statistischem Rauschen.
  • Solange die Spitze-zu-Spitze-Amplitude des sinusförmigen Jitters 460 (gestrichelte Linie) den Effektivwert des statistischen Jitters 400 nur unwesentlich überschreitet, weist das kombinierte Jitter des Jitter-Histogramms 450 immer noch eine glockenförmige Verteilungskurve auf, welche die Trennung von sinusförmigem und statistischem Jitter erschwert.
  • Wenn statistische und sinusförmiges Jitter gemischt sind und das sinusförmige Jitter 460 das statistische Jitter nur unwesentlich überschreitet, zeigt das durch Abtastung am Abtastpunkt 20 (hier der Kreuzungspunkt der Übergänge) erzeugte Fehlersignal 470 ebenfalls eine periodische Modulation der Fehlerdichte. Der Unterschied zum rein sinusförmigen Jitter (siehe 1) besteht darin, dass nunmehr der negative Zweig der Sinuskurve ebenfalls Fehler erzeugt, allerdings mit einer geringeren Dichte als im positiven Zweig. Deshalb wird die Periodizität des sinusförmigen Jitters 460 auf ähnliche Weise in das Fehlersignal 470 übertragen und kann z.B. durch Berechnung der Autokorrelationsfunktion oder der spektralen Dichtefunktion gewonnen werden.
  • 5 zeigt ein simuliertes Fehlersignal 470, das durch sinusförmiges und statistisches Jitter hervorgerufen wird. Die Periodizität der Fehlerdichte ist kaum zu erkennen, und das Signal scheint statistische Eigenschaften aufzuweisen.
  • 6 zeigt die Autokorrelationsfunktion, die aus dem in 5 gezeigten Fehlersignal berechnet wurde. Da diese Funktion nur aus einer begrenzten Anzahl von Abtastwerten berechnet wurde, weist das Ergebnis ein gewisses Rauschen auf. Durch Verwendung einer größeren Anzahl von Abtastwerten kann die Amplitude dieses Rauschens jedoch verringert werden. Die Autokorrelationsfunktion zeigt deutlich das im Fehlersignal verborgene periodische Signal. Dadurch kann eine eher lineare Abbildung der Jitter-Modulation 460 auf das Fehlersignal 470 erreicht werden. Da die Fehlerdichte auf analoge Weise gleichmäßiger moduliert wird, gibt die Autokorrelationsfunktion die sinusförmige Jitter-Modulation mit der entsprechenden Periodizität vollständig wieder.
  • Da ein breitbandiges Rauschsignal ein kontinuierliches flaches Energiedichtespektrum zeigt, ist die Energie gleichförmig über einen breiten Frequenzbereich verteilt und weist somit in einem schmalen Spektralbereich normalerweise eine kleine Amplitude auf. Wenn hingegen in einem breitbandigen Rauschsignal ein periodisches Signal enthalten ist, konzentriert sich die Energiedichte des periodischen Signals stark auf wenige diskrete Linien und kann von der Energiedichte des breitbandigen Rauschens deutlich unterschieden werden.
  • Wenn die Fourier-Transformierte auf die Autokorrelationsfunktion des durch statistisches und sinusförmiges Jitter verursachten Fehlersignals übertragen wird, zeigt das entstehende Energiedichtespektrum daher die spektrale Information der Sinuskurve in Form eines kräftigen Spitzenwertes. Das Ergebnis der entsprechenden Simulation ist in 7 dargestellt, wo die Frequenz der Sinusmodulation 460 als Spitzenwert erscheint.
  • Durch die Tatsache, dass die Energiedichte des statistischen Anteils über viele Frequenzen hinweg verteilt ist, während die spektrale Energie des Sinusanteils auf eine einzige Linie konzentriert bleibt, wird die Erkennung von minimalem periodischem Jitter verbessert, das tief unter statistischem Jitter verborgen ist. Somit können sogar winzige Quellen von charakteristischem Jitter ermittelt werden.
  • Der Einfluss der Lage des Abtastpunktes 20 wird in den 8A und 8B ausführlicher schematisch erläutert. Die Verteilung eines aus statistischem und sinusförmigem Jitter bestehenden Modulationssignals auf die Bitfehlerrate kann als sinusförmig verschobene Gauss-Verteilung angesehen werden. Das bedeutet auch, dass sich eine praktisch rein statistische BER-Kurve aufgrund der Sinuskomponente sinusförmig links und rechts der Bit-Zeitachse (x-Achse in 8B) bewegt. Deshalb hängt die Tiefe der Fehlerdichtemodulation 800 von der Steilheit der BER-Kurve am Abtastpunkt 20 ab, solange die Sinuskomponente klein ist. Aus dieser Überlegung folgt, dass die optimale Empfindlichkeit erreicht werden kann, wenn der Abtastpunkt 20 um 0,5 UI (UI = Einheitsintervall) gegenüber der Mitte des Augendiagramms (in
  • 1 und 4) oder gegenüber dem Schwerpunkt des Jitter-Histogramms verschoben ist.
  • Es wurde gezeigt, dass die oben beschriebenen Verfahren zur Analyse von kombiniertem charakteristischem (periodischem) und statistischem Jitter und zu deren Zerlegung in ihre spektralen Komponenten besonders zur Bewertung und Fehlersuche in Schaltungsentwürfen geeignet sind, wenn die Jitter-Frequenzen der charakteristischen Anteile unbekannt sind.
  • Wenn jedoch bereits bekannt ist oder vermutet wird, dass ein Problem vorliegen kann, das durch charakteristisches Jitter mit einer wohlbekannten Frequenz verursacht wird, kann eine z.B. für die Fertigungsprüfung geeignete Pass/Fail-Prüfung bereitgestellt werden. Als typischer Fall kann z.B. in Frage kommen, dass Prozessschwankungen oder andere Fertigungsfehler zur Einkopplung von Jitter von einer bekannten Quelle führen. Eine solche Pass/Fail-Prüfung kann in den Prüfablauf der Fertigung eingebaut werden, um nach solchen Fehlern zu suchen, die für charakteristisches Jitter verantwortlich sind.
  • Bei einer Ausführungsart zur Ermittlung eines Jitters mit bekannter Frequenz für die Pass/Fail-Prüfung oder zur quantitativen Bewertung des Jitters einer bekannten Frequenz in einem Gemisch aus statistischem und charakteristischem Jitter wird eine Kreuzkorrelationsfunktion (oder Kovarianz) zwischen dem Fehlersignal und einer Sinusschwingung mit der zu erwartenden Frequenz ermittelt. Alternativ kann zur Berechnung der Kreuzkorrelation anstelle einer reinen Sinusschwingung ein anderes charakteristisches Signal, welches die potenziell auftretende Jitter-Frequenz darstellt, verwendet werden. Wenn das charakteristische Signal mit der bestimmten Frequenz im Fehlersignal und somit im kombinierten Jitter des Datensignals enthalten ist, zeigt die Kreuzkorrelationsfunktion ein kräftiges Signal bei der erwarteten Frequenz. Dann kann eine Fourier-Transformierte des Kreuzkorrelationssignals einen kräftigen Spitzenwert bei dieser Frequenz zeigen. Wenn das charakteristische Signal jedoch nicht im kombinierten Jitter enthalten ist, zeigt die Kreuzkorrelationsfunktion nur ein durch das Rauschen verursachtes vernachlässigbar kleines Signal, sodass die Fourier-Transformierte nur eine geringfügige Anregung zeigt.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Bereitstellen einer Jitter-Analyse (Impulszittern) für ein digitales Signal mit Übergängen zwischen Logikpegeln, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Empfangen einer Vielzahl von Fehlerwerten, wobei jeder Fehlerwert einem aus einer Vielzahl aufeinander folgender Zeitpunkte (20) zugeordnet ist, die Zeitpunkte (20) aus Bereichen (30) ausgewählt werden, in denen Übergänge zu erwarten sind, und jeder Fehlerwert aus einem Vergleich zwischen einem Erkennungsergebnis für einen in dem digitalen Signal an seinem zugehörigen Zeitpunkt (20) entstehenden Übergang und einem erwarteten Signal abgeleitet wird, (b) Bereitstellen eines Fehlersignals (70), das die abgeleiteten Fehlerwerte in Bezug auf ihre entsprechenden Zeitpunkte (20) darstellt, und (c) Bereitstellen einer spektralen Jitter-Analyse für das Fehlersignal (70) zum Erkennen von spektralen Komponenten im Fehlersignal (70).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, das vor dem Schritt (a) ferner die folgenden Schritte umfasst: – Bereitstellen einer Erkennung eines zu diesem Zeitpunkt (20) im Signal eintretenden Übergangs an jedem aus der Vielzahl aufeinander folgender Zeitpunkte (20), und – Vergleichen eines Erkennungsergebnisses für jeden aus der Vielzahl aufeinander folgender Zeitpunkte (20) mit einem erwarteten Signal und Ableiten des Fehlerwertes aus dem Vergleich.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der obigen Ansprüche, bei welchem der Schritt (c) mindestens einen der folgenden Schritte umfasst: Ausführen einer Autokorrelation, einer Kreuzkorrelation oder einer Fourieranalyse des Fehlersignals (70).
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der obigen Ansprüche, bei welchem jeder Fehlerwert eine Vergleichsinformation zwischen einem erkannten Übergang oder Nichtübergang und einem erwarteten Übergang oder Nichtübergang für den betreffenden Zeitpunkt (20) darstellt.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der obigen Ansprüche, bei welchem das Fehlersignal (70) die Vielzahl der abgeleiteten Fehlerwerte darstellt, wobei jeder Fehlerwert seinem entsprechenden Zeitpunkt (20) zugeordnet ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der obigen Ansprüche, bei welchem das Fehlersignal (70) die Schwankungen der Fehlerwerte über der Zeit oder über einer anderen von den Zeitpunkten (20) abgeleiteten Skala darstellt.
  7. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der obigen Ansprüche, das ferner einen Schritt zur Bewertung eines quantitativen Auftretens einer spektralen Jitter-Komponente im digitalen Signal umfasst.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, das ferner einen Schritt zum Bereitstellen einer Pass/Fail-Prüfung durch Vergleichen des bewerteten quantitativen Auftretens der spektralen Jitter-Komponente mit einem vorgegebenen Schwellenwert umfasst.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem das Ergebnis der Pass/Fail-Prüfung negativ ist, wenn das bewertete quantitative Auftreten der spektralen Jitter-Komponente den vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Zeitpunkte (20) im Wesentlichen aus der Mitte von Bereichen ausgewählt werden, in denen durch Jitter beeinflusste Übergänge zu erwarten sind.
  11. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der obigen Ansprüche, bei welchem Übergänge im digitalen Signal zu einem Referenzsignal mit einer Referenzfrequenz in Beziehung gesetzt werden und aus der Referenzfrequenz ein Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Zeitpunkten (20) abgeleitet wird.
  12. Softwareprogramm oder -produkt, das vorzugsweise auf einem Datenträger gespeichert ist, zum Ausführen aller Schritte des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der obigen Ansprüche, wenn die Software auf einem Datenverarbeitungssystem wie beispielsweise einem Computer läuft.
  13. Vorrichtung zum Bereitstellen einer Jitter-Analyse für ein digitales Signal mit Übergängen zwischen Logikpegeln, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: einen Detektor, der in der Lage ist, ein Erkennen eines zu einem bestimmten Zeitpunkt (20) in dem digitalen Signal eintretenden Übergangs zu jedem aus einer Vielzahl aufeinander folgender Zeitpunkte (20) bereitzustellen, wobei der Detektor die Zeitpunkte (20) aus Bereichen (30) auswählen kann, in denen Übergänge zu erwarten sind, einen Komparator, der in der Lage ist, ein Ergebnis des Detektors mit einem erwarteten Signal zu vergleichen und einen Fehlerwert aus dem Vergleich für jeden aus der Vielzahl aufeinander folgender Zeitpunkte (20) abzuleiten, eine Signalerzeugungseinheit, die in der Lage ist, ein Fehlersignal (70) zu erzeugen, das die abgeleiteten Fehlerwerte in Bezug auf ihre entsprechenden Zeitpunkte (20) darstellt, und eine Analyseeinheit, die in der Lage ist, eine spektrale Jitter-Analyse für das Fehlersignal zu erstellen, um spektrale Komponenten im Fehlersignal (70) zu erkennen.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE60311576T2 (de) * 2003-08-20 2007-08-16 Verigy (Singapore) Pte. Ltd. Spektrale Jitter-Analyse mit Jitter-Modulation-Wellenform-Analyse
US7050915B2 (en) * 2003-10-16 2006-05-23 Agilent Technologies, Inc. Periodic jitter characterization using pseudo-random sampling
US7970565B2 (en) * 2006-02-27 2011-06-28 Advantest Corporation Measuring device, test device, electronic device, program, and recording medium
US8442788B2 (en) * 2006-02-27 2013-05-14 Advantest Corporation Measuring device, test device, electronic device, measuring method, program, and recording medium
US7571363B2 (en) * 2006-05-18 2009-08-04 Agilent Technologies, Inc. Parametric measurement of high-speed I/O systems
US8473233B1 (en) 2009-08-05 2013-06-25 Gary K. Giust Analyzing jitter in a clock timing signal
US9003549B2 (en) 2010-08-31 2015-04-07 Gary K. Giust Analysis of an analog property of a signal
US8891602B1 (en) 2011-05-19 2014-11-18 Gary K. Giust Analyzing jitter with noise from the measurement environment
US8811458B2 (en) * 2012-10-04 2014-08-19 Qualcomm Incorporated Digitally controlled jitter injection for built in self-testing (BIST)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4688234A (en) * 1985-06-21 1987-08-18 Robinton Products, Inc. Apparatus and method for producing a signal-to-noise ratio figure of merit for digitally encoded-data
US5115452A (en) * 1990-08-02 1992-05-19 At&T Bell Laboratories Phase jitter correction arrangement
JP3030598B2 (ja) * 1994-06-24 2000-04-10 アンリツ株式会社 ジッタ検出装置
JPH08167841A (ja) * 1994-12-13 1996-06-25 Pioneer Electron Corp ディジタルpll回路
US5903605A (en) * 1995-03-30 1999-05-11 Intel Corporation Jitter detection method and apparatus
US5848036A (en) * 1996-06-20 1998-12-08 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Optical disk drive equipped with waveform equalizer and focus adjustment circuit
US20020085656A1 (en) * 2000-08-30 2002-07-04 Lee Sang-Hyun Data recovery using data eye tracking
US6832172B2 (en) * 2001-06-15 2004-12-14 Tektronix, Inc. Apparatus and method for spectrum analysis-based serial data jitter measurement

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