Jitter-Messungen am seriellen High-Speed-Bus

Dieser Artikel erklärt verschiedene Methoden der Jitter-und BER-Analyse und stützt sich dabei auf die mit einem Real Time Serial Data Analyzer durchgeführten Messungen.

Dieser Artikel erklärt verschiedene Methoden der Jitter-und BER-Analyse und stützt sich dabei auf die mit einem Real Time Serial Data Analyzer durchgeführten Messungen.

Die Datenübertragungsgeschwindigkeit von Kommunikationsund Informatiksystemen steigt unaufhaltsam an. Damit auch bei höchsten Übertragungsraten die Daten unverändert zum Empfänger gelangen, steht in einem Kommunikationssystem die Fähigkeit, Daten fehlerlos zu übertragen, an oberster Stelle der Prioritätenliste. Diese Fähigkeit wird durch das Bitfehlerraten-Verhältnis (BER, Biterror Ratio) ausgedrückt, welches ein Maß für die Anzahl der binären Fehler bezogen auf die Gesamtanzahl der übermittelten Daten darstellt. Moderne Systeme erreichen BER-Werte von 10–12 bis zu 10–16. Fehler werden hauptsächlich durch Jitter verursacht, d.h. durch Zeitabweichungen („Modulation“) der steigenden und fallenden Flanken von Datenbits (0-auf-1- und 1-auf-0-Übergänge) von ihrer nominalen Position. Durch Rauschen verursachte Zeitabweichungen werden als Zufalls-Jitter (Random Jitter) bezeichnet, und Zeitabweichungen, verursacht durch Signale wie Netzstörungen, Übersprechen etc., werden deterministischer Jitter (Deterministic Jitter) genannt. Datenabhängiger Jitter (Data Dependent Jitter) wird durch Änderung des Dateninhaltes verursacht. Im Folgenden einige praxisgerechte Messungen mit einem Serial Data Analyzer von LeCroy (www.lecroy.de).

Amplituden- und Timingmessungen

Das „Eye Diagram“ (Augendiagramm) erlaubt eine schnelle Übersicht zum Verhalten eines High-Speed-Kommunikationsystems. Alle Kombinationen von Anstiegs- und Abfallflanken in einem Bild ergeben eine grafische Aussage über zu lange Anstiegszeiten, Überschwingen oder ein durch Jitter „verschlossenes Auge“. In einem modernen Serial Data Analyzer, der zur Messung dieser Parameter gut nutzbar ist, löst eine Augendiagramm-Messung beispielsweise vier Einzelmessungen aus (Bild 1): P1, das der vertikalen Öffnung des Auges entspricht, ist übrigens von der Amplitude „P4:eampli (Eye)“ zu unterscheiden. Die anderen Ergebnisse (P2 bis P4), entsprechen Mittelwerten.

Timingmessungen werden üblicherweise zwischen 20 % und 80 % der Amplitude des Signals durchgeführt (P1: rise und P2: fall, Bild 2). Der Parameter „Ewdth“ zeigt die Augenöffnung und entspricht einem UI (Unit-Interval) abzüglich dem „peak to peak“-Jitter. Die horizontale Augenöffnung gibt die Dauer an, welche dem Empfänger zur Verfügung steht, um eine binäre Information ohne Fehler zu ermitteln. P3: eyeBER, entspricht nicht dem BER, sondern dem S/N (Signal-Rausch-Abstand); es erlaubt dem Empfänger, den optimalen Arbeitspunk zu wählen. P4: ecross, entspricht dem Amplitudenverhältnis, bei dem sich die Signale kreuzen – ein sehr wichtiger Punkt, an dem sowohl Jitter und Jitter-Histogramm gemessen werden. An dieser Stelle wird ebenfalls das Tastverhältnis des Signals gemessen. P5: avgpowr entspricht dem durchschnittlichen Gleichspannungspegel des NRZ-Signals (DC-äquivalent).