專利名稱:來自二進(jìn)制采樣測(cè)量的模擬波形信息的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及來自二進(jìn)制采樣測(cè)量的模擬波形信息。
背景技術(shù):
二進(jìn)制采樣通常是指周期性地對(duì)信號(hào)采樣以將信號(hào)縮減為時(shí)間索引的二進(jìn)制值(0或1)序列。相反地,例如通常在示波器中所使用的模擬采樣一般對(duì)信號(hào)的采樣沒有這么頻繁,但是每次采樣都保持關(guān)于采樣時(shí)的信號(hào)模擬電平的信息??梢詫⒚看尾蓸拥哪M電平記錄為多位數(shù)字值,在這種情形中,模擬采樣生成一串接近于該模擬信號(hào)的多位值。
二進(jìn)制采樣的優(yōu)點(diǎn)是二進(jìn)制采樣通常能達(dá)到的采樣速率高于模擬采樣實(shí)際達(dá)到的采樣速率。例如,諸如誤碼率測(cè)試儀(BERT)之類的二進(jìn)制采樣儀器能夠?qū)Ω邤?shù)據(jù)速率信號(hào)的每一位進(jìn)行采樣,而目前的模擬采樣器的模擬帶寬為幾個(gè)GHz,其通常被限制在每秒幾千次采樣。于是,模擬采樣器只能捕獲高數(shù)據(jù)速率信號(hào)的一小部分位。
二進(jìn)制采樣的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是制造用于給定測(cè)試信號(hào)數(shù)據(jù)速率的二進(jìn)制采樣電路的成本低于適于測(cè)量該信號(hào)的模擬采樣電路。二進(jìn)制采樣的較低成本使得人們希望設(shè)法使用二進(jìn)制采樣系統(tǒng)來復(fù)制模擬采樣系統(tǒng)的能力。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面,二進(jìn)制采樣系統(tǒng)能對(duì)信號(hào)采樣以生成測(cè)試數(shù)據(jù),這些測(cè)試數(shù)據(jù)被分析用來提取關(guān)于信號(hào)的模擬特性的信息。例如,誤碼率測(cè)試儀或者對(duì)具有特定值的采樣點(diǎn)數(shù)目進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器能夠測(cè)量0或1的百分率或比率,其中0或1是在一定范圍的采樣閾值和一定范圍的相位偏移內(nèi)在信號(hào)中測(cè)得的。然后,測(cè)得比率的導(dǎo)數(shù)表明在獲得該導(dǎo)數(shù)的電壓和相位處的信號(hào)波形的密度,并且導(dǎo)數(shù)的曲線圖提供了與示波器掃描線相似的信息。
本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例是一種測(cè)試系統(tǒng),其包括模擬比較器、二進(jìn)制采樣器和計(jì)數(shù)器。模擬比較器將輸入信號(hào)與可調(diào)整閾值電平相比較。二進(jìn)制采樣器對(duì)來自模擬比較器的輸出信號(hào)采樣,其中二進(jìn)制采樣器使用確定采樣相位的可調(diào)整相位參數(shù)。然后,計(jì)數(shù)器可以對(duì)來自二進(jìn)制采樣器的具有選定二進(jìn)制狀態(tài)的采樣點(diǎn)計(jì)數(shù)。然后,可以使用處理系統(tǒng)來分析來自計(jì)數(shù)器的一組計(jì)數(shù)值/比率,以確定輸入信號(hào)的模擬特性。例如,分析可以包括取導(dǎo)數(shù)或識(shí)別對(duì)應(yīng)于信號(hào)的特征電壓的閾值。
本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)施例是一種用于分析信號(hào)的方法。該方法包括在第一范圍改變閾值;在第二范圍改變相位;對(duì)閾值和相位的每一個(gè)值,確定當(dāng)在該相位采樣時(shí),電壓高于該閾值的信號(hào)的比率。然后,對(duì)比率的分析可以確定信號(hào)的模擬特性。
本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)施例是用于分析信號(hào)的另一種方法。該方法包括利用二進(jìn)制采樣器對(duì)信號(hào)采樣,其中二進(jìn)制采樣器具有用于采樣的可調(diào)整相位和可調(diào)整閾值。可調(diào)整閾值將與從二進(jìn)制采樣器輸出的采樣點(diǎn)的不同二進(jìn)制狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的信號(hào)的電平分離。該方法從采樣當(dāng)中確定從二進(jìn)制采樣器輸出的采樣點(diǎn)中選定的一種二進(jìn)制狀態(tài)的比率。優(yōu)選地,這些比率中的每一個(gè)都是對(duì)可調(diào)整閾值和可調(diào)整相位的值的唯一組合確定的。然后可以分析這些比率來確定信號(hào)的模擬特性。
圖1是使用二進(jìn)制采樣和誤碼率測(cè)量來確定信號(hào)的模擬特性的系統(tǒng)方框圖。
圖2是使用二進(jìn)制采樣和計(jì)數(shù)值來確定信號(hào)的模擬特性的根據(jù)本發(fā)明圖3是向時(shí)鐘信號(hào)提供可調(diào)整相位延遲的延遲電路的方框圖。
圖4是圖示了當(dāng)用于采樣的相位在信號(hào)的上升時(shí)間或下降時(shí)間內(nèi)時(shí),信號(hào)中代表的0值的比率與閾值電平的關(guān)系的曲線圖,其中閾值電平將代表0的電壓與代表1的電壓分離。
圖5圖示了數(shù)據(jù)信號(hào)中0的出現(xiàn)比率與閾值電平的關(guān)系,其中閾值電平將代表0的電壓與代表1的電壓分離。
圖6示出了圖5所示的比率的導(dǎo)數(shù)如何提供表明信號(hào)模擬特性的掃描線。
不同圖中使用相同的標(biāo)號(hào)來表示相似或相同的項(xiàng)。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面,二進(jìn)制采樣系統(tǒng)能分析高頻或高數(shù)據(jù)速率信號(hào)的模擬特性。對(duì)于這些分析,二進(jìn)制采樣系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的特定相位確定電壓電平高于或低于閾值電平的采樣點(diǎn)的比率(例如,具有值1或0的采樣點(diǎn)的比率)。然后對(duì)一定范圍的閾值電平和相位重復(fù)這種比率測(cè)量,以將該比率確定為閾值(即,電壓)和相位(即,時(shí)間)的函數(shù)。比率函數(shù)的導(dǎo)數(shù)表明在電壓和時(shí)間的范圍內(nèi)信號(hào)的出現(xiàn)密度,因此當(dāng)畫出這些導(dǎo)數(shù)時(shí),其模擬了示波器上生成的掃描線。這樣,可以從二進(jìn)制采樣確定信號(hào)的模擬特性。
在相關(guān)的測(cè)量過程中,基于誤碼率(BER)測(cè)量的二進(jìn)制采樣技術(shù)確定信號(hào)的模擬特性,其中信號(hào)例如是來自被測(cè)系統(tǒng)(SUT)的數(shù)據(jù)信號(hào)。圖1圖示了系統(tǒng)100,其使用基于BER的技術(shù)來測(cè)量SUT(未示出)的模擬特性。系統(tǒng)100包括差分放大器或比較器110、二進(jìn)制采樣器120、可變延遲電路130、錯(cuò)誤比較電路140、模式發(fā)生器150、錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器160和位計(jì)數(shù)器170。
在測(cè)量期間,被測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)生代表一串已知的二進(jìn)制值的信號(hào)DATA,并且將信號(hào)DATA輸入到比較器110。比較器110將信號(hào)DATA的模擬電壓與閾值電平VT比較,并且生成輸出信號(hào),輸出信號(hào)取決于信號(hào)DATA的模擬電壓是高于閾值電平VT還是低于閾值電平VT,而處于高電壓或低電壓。
二進(jìn)制采樣器120對(duì)比較器110的輸出信號(hào)采樣,并產(chǎn)生二進(jìn)制采樣信號(hào),該信號(hào)的數(shù)據(jù)頻率優(yōu)選地與信號(hào)DATA的數(shù)據(jù)頻率相同?;蛘撸盘?hào)DATA的數(shù)據(jù)頻率可以是二進(jìn)制采樣器120使用的采樣頻率的整數(shù)倍。為了控制圖1實(shí)施例中的采樣定時(shí),可變延遲電路130接收具有期望頻率的時(shí)鐘信號(hào)CLK,并且將時(shí)鐘信號(hào)CLK延遲一段延時(shí),該延時(shí)由參數(shù)Φ選擇。被延遲的時(shí)鐘信號(hào)觸發(fā)二進(jìn)制采樣器120,并由此控制二進(jìn)制采樣器120對(duì)比較器110的輸出信號(hào)進(jìn)行采樣的頻率和相位。
錯(cuò)誤比較電路140將來自采樣器120的二進(jìn)制采樣信號(hào)與來自模式發(fā)生器150的二進(jìn)制信號(hào)比較。來自模式發(fā)生器150的二進(jìn)制信號(hào)代表的數(shù)據(jù)序列與信號(hào)DATA應(yīng)該代表的已知二進(jìn)制序列相同,或者是從信號(hào)DATA應(yīng)該代表的已知二進(jìn)制序列派生出來的。來自采樣器120的二進(jìn)制采樣與來自模式發(fā)生器150的已知信號(hào)之間的差異表明在使用參數(shù)VT和Φ時(shí)信號(hào)DATA的位錯(cuò)誤。錯(cuò)誤比較電路140觸發(fā)錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器160以對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行計(jì)數(shù),并且時(shí)鐘信號(hào)(或延遲的時(shí)鐘信號(hào))觸發(fā)位計(jì)數(shù)器170以對(duì)被采樣的總位數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。來自計(jì)數(shù)器160的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)值與來自位計(jì)數(shù)器170的位計(jì)數(shù)值的比率表明誤碼率(BER)。
處理系統(tǒng)180分析對(duì)一定范圍的閾值電平VT和時(shí)鐘相位Φ測(cè)量的BER。觀察隨著閾值電平VT和采樣相位Φ的變化而產(chǎn)生的BER的變化,這表明了信號(hào)數(shù)據(jù)的模擬特性。例如,當(dāng)采樣相位Φ對(duì)應(yīng)于信號(hào)DATA可以在低電平(例如,二進(jìn)制0)和高電平(例如,二進(jìn)制1)之間轉(zhuǎn)變的時(shí)間時(shí),因?yàn)樵诓蓸酉辔惶幈容^閾值電平VT與信號(hào)DATA的特征電壓電平交叉,所以BER顯著地變化。這樣,可以確定一串相位Φ的值處的信號(hào)DATA的模擬電壓電平,以提供與示波器掃描線中相似的信息。
上述系統(tǒng)100中可用的分析技術(shù)使用代表已知二進(jìn)制序列的信號(hào)DATA,這許可了錯(cuò)誤的識(shí)別和BER的測(cè)量。因此,當(dāng)信號(hào)DATA值未知時(shí),在被測(cè)系統(tǒng)的正常工作期間這種分析技術(shù)應(yīng)該是不可用的。
圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)200,其不需要知道信號(hào)DT中代表的具體的位串,就可以測(cè)量信號(hào)DT的模擬特性。系統(tǒng)200包括差分放大器或比較器110、二進(jìn)制采樣器120、可變延遲電路130、計(jì)數(shù)器240和數(shù)據(jù)處理器250。與系統(tǒng)100相比,系統(tǒng)200不需要上述基于BER的系統(tǒng)100中的模式發(fā)生器或錯(cuò)誤比較器。在可替換的實(shí)施例中,可以在完備測(cè)試系統(tǒng)、用于電路自測(cè)的低成本測(cè)試電路或者用于芯片自測(cè)的片上測(cè)試電路中實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)200。在一個(gè)具體實(shí)施例中,系統(tǒng)200是以印刷電路組件實(shí)現(xiàn)的低成本測(cè)試電路。
工作中,系統(tǒng)200可以確定在信號(hào)DT的選定相位Φ處電壓低于(或高于)選定閾值電平VT的信號(hào)DT的采樣點(diǎn)的數(shù)目或比率。具體地說,比較器100將信號(hào)DT的電壓與閾值電平VT相比較,并且取決于信號(hào)DT的電壓是高于還是低于閾值電平VT,驅(qū)動(dòng)輸出信號(hào)為高或低。二進(jìn)制采樣器120對(duì)比較器110的輸出信號(hào)采樣,其中采樣頻率優(yōu)選地對(duì)應(yīng)于信號(hào)DT的數(shù)據(jù)速率,并且采樣相位由可變延遲130的參數(shù)Φ選定。采樣器120的輸出信號(hào)使能或禁用計(jì)數(shù)器240,從而在二進(jìn)制采樣值是0或1(對(duì)應(yīng)于信號(hào)DT低于或高于閾值電平VT)時(shí)計(jì)數(shù)器240進(jìn)行計(jì)數(shù)。
可以使用公知的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)200。例如,在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中,比較器110是差分放大器,二進(jìn)制采樣器120是高速D觸發(fā)器。如果希望的話,可以在二進(jìn)制采樣器120后包括解復(fù)用器電路(未示出),解復(fù)用器電路有效地將來自二進(jìn)制采樣器120的高頻位流轉(zhuǎn)換為較低頻率的并行數(shù)據(jù)流。然后可以用數(shù)個(gè)并行工作的較低速度電路實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器240和數(shù)據(jù)處理器250的部件。
延遲電路130優(yōu)選地提供精確控制的延時(shí),以允許信號(hào)DT中的相位調(diào)整,其中信號(hào)DT的頻率可能大于1GHz。圖3圖示了合適的延遲電路300的一個(gè)實(shí)施例。延遲電路300包括緩沖器310,其中繼時(shí)鐘信號(hào)CLK,并向相位調(diào)整器320輸入時(shí)鐘信號(hào)CLK。相位調(diào)整器320提供對(duì)參數(shù)Φ選定的相位的更大范圍調(diào)整,并且可以使用諸如ON Semiconductor Inc.的MC100EP195之類的可購得的相位調(diào)整器來實(shí)現(xiàn)。為了提供更精細(xì)的相位控制,第二緩沖器330將來自相位調(diào)整器320的信號(hào)饋送到提供可變電容的電路塊340。例如,電路塊340可以包括一個(gè)或多個(gè)變?nèi)荻O管,這些變?nèi)荻O管提供使信號(hào)的轉(zhuǎn)變減緩的電容,減緩的量取決于參數(shù)Φ。最終緩沖器350將延遲的時(shí)鐘信號(hào)DCLK驅(qū)動(dòng)為高或低,驅(qū)動(dòng)次數(shù)取決于來自電路塊340的信號(hào)的轉(zhuǎn)變速率。
數(shù)據(jù)處理器250執(zhí)行下面將要描述的分析過程。在本發(fā)明的可替代實(shí)施例中,可以用專用硬件、微控制器中執(zhí)行的固件和/或計(jì)算機(jī)或其他外部系統(tǒng)中執(zhí)行的軟件來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理器250。
圖2的系統(tǒng)200并不將采樣器輸出與已知波形比較,而是對(duì)代表未知數(shù)據(jù)值的信號(hào)DT中的0(或1)的數(shù)目計(jì)數(shù)。于是,系統(tǒng)200使用二進(jìn)制采樣,而不是誤碼率測(cè)量。但是,如果模式發(fā)生器150生成的“預(yù)期”信號(hào)都是1(0),則BER測(cè)試電路測(cè)量可以確定0(或1)的比率。這樣,當(dāng)采樣電路200或BER測(cè)試電路中任何一種可用時(shí),就可以應(yīng)用下面描述的分析技術(shù)。但是,在正常工作中,因?yàn)锽ER測(cè)試系統(tǒng)將輸入信號(hào)與預(yù)期模式相比較,所以BER測(cè)試系統(tǒng)必須在本地模式發(fā)生器和輸入信號(hào)之間保持同步。所以許多BER電路被設(shè)計(jì)為在BER高時(shí),例如當(dāng)BER高于大約0.1時(shí),進(jìn)入同步搜索模式。為了使BER測(cè)試儀能復(fù)制測(cè)試系統(tǒng)200的所有能力,BER測(cè)試儀必須允許禁用同步搜索模式。相反地,測(cè)試系統(tǒng)200不需要模式同步。因此,即使取樣條件會(huì)產(chǎn)生高BER,系統(tǒng)200也能工作。即使在高BER區(qū)域也能測(cè)試信號(hào)的能力可以允許進(jìn)行某些利用未改進(jìn)的BER測(cè)試系統(tǒng)不能進(jìn)行的分析。例如,可以測(cè)量或確定諸如上升時(shí)間、下降時(shí)間、平均1電平、平均0電平、最大電壓、眼圖中心之外的掩碼測(cè)試、過沖或1電平波動(dòng)、下沖或0電平波動(dòng)之類的信號(hào)屬性。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中,系統(tǒng)200的計(jì)數(shù)器240中的計(jì)數(shù)值正比于在信號(hào)DT的選定相位Φ處低于閾值電平VT的信號(hào)DT的出現(xiàn)比率(本文有時(shí)稱之為0比率)。通過設(shè)置期望的參數(shù)VT和Φ并在固定的時(shí)間內(nèi)對(duì)0計(jì)數(shù),系統(tǒng)200可以對(duì)其他閾值電平和相位確定可比較的0比率。或者,0比率等于來自計(jì)數(shù)器240的計(jì)數(shù)值與總位數(shù)的匹配計(jì)數(shù)值之間的比值。相似的1比率正比于高于閾值電平VT的取樣點(diǎn)數(shù)目的計(jì)數(shù)值,并且1比率和0比率的和應(yīng)該等于信號(hào)DT的比特率或頻率。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面,可以從0比率或1比率中提取信號(hào)的模擬特性,其中0比率或1比率通過使用一定范圍的相位和閾值對(duì)信號(hào)進(jìn)行二進(jìn)制采樣而獲得。下面描述的示例使用二進(jìn)制采樣中的0比率來確定信號(hào)的模擬特性,但是也可以以相似的方式使用1比率。
圖4圖示了在固定的取樣相位處0比率作為閾值電平VT的函數(shù)的曲線圖400,其中取樣相位有時(shí)對(duì)應(yīng)于信號(hào)DT在高電平和低電平之間的轉(zhuǎn)變點(diǎn)。曲線圖400圖示了在閾值電平VT低于信號(hào)DT的最小電壓V0MIN時(shí)0比率為0,因?yàn)樗腥狱c(diǎn)的電壓都高于或等于電壓V0MIN。隨著閾值電平VT從最小電壓V0MIN升高至代表位值0的電壓的最大電壓V0MAX,該比率上升,然后穩(wěn)定于比率410,比率410對(duì)應(yīng)于在兩個(gè)連續(xù)的位中信號(hào)DT在位值為0處保持穩(wěn)定的概率。在保持或切換二進(jìn)制值的可能性在統(tǒng)計(jì)上相等的一般數(shù)據(jù)信號(hào)中,第一穩(wěn)定比率410大約是25%,該比率410對(duì)應(yīng)于兩個(gè)連續(xù)的位都是0值的可能性。但是,對(duì)于具有其他統(tǒng)計(jì)屬性的二進(jìn)制序列,第一穩(wěn)定比率410的水平可以不對(duì)應(yīng)于25%。
用于曲線圖400的選定相位接近于兩個(gè)連續(xù)的位之間的轉(zhuǎn)變點(diǎn)。具體地說,在選定的相位處,信號(hào)上升時(shí)的平均電壓是電壓VRAVE,而在信號(hào)下降時(shí)的平均電壓是電壓VFAVE。曲線圖400圖示了選定相位處于上升或下降過程中較早時(shí)刻,從而平均上升電壓VRAVE小于平均下降電壓VFAVE的情形。
隨著閾值VT接近平均上升電壓VRAVE,0比率升高,因?yàn)榇蠖鄶?shù)情況下電壓上升點(diǎn)變?yōu)榈陀陂撝惦娖絍T。當(dāng)在選定相位處上升電壓的幾乎所有采樣點(diǎn)都低于閾值電平VT時(shí),第二穩(wěn)定比率420出現(xiàn)。如果信號(hào)代表的二進(jìn)制序列中值0的概率是50%,則這一穩(wěn)定比率將對(duì)應(yīng)于大約50%,但是如果信號(hào)具有不同的統(tǒng)計(jì)屬性,則穩(wěn)定比率420可以不對(duì)應(yīng)于50%。
類似地,隨著閾值電平VT接近平均下降電壓VFAVE,0比率升高,因?yàn)榇蠖鄶?shù)情況下電壓下降點(diǎn)變?yōu)榈陀陂撝惦娖絍T。當(dāng)在選定相位處下降電壓的幾乎所有采樣點(diǎn)都低于閾值電平VT時(shí),第三穩(wěn)定比率430出現(xiàn)。如果信號(hào)代表的二進(jìn)制序列中保持在相同電平的概率等于轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌娖降母怕?,則該穩(wěn)定比率430將大約是75%,但是如果信號(hào)具有不同的統(tǒng)計(jì)屬性,則穩(wěn)定比率430可以不同。
當(dāng)閾值電平VT超過代表二進(jìn)制值1的最小電壓V1MIN時(shí),0比率再次升高。當(dāng)閾值電平VT大于信號(hào)DT的最大電壓V1MAX時(shí),100%的最終穩(wěn)定比率440出現(xiàn)。
通過改變選定相位并且對(duì)一串閾值電平VT中的每一個(gè)電平重復(fù)測(cè)量比率,提供了作為二維域函數(shù)的0比率。圖5圖示了如何將閾值電平VT和相位Φ的域分為區(qū)域510、520、530、540和550。區(qū)域510對(duì)應(yīng)于幾乎為0的0比率,因?yàn)殚撝惦妷篤T低于信號(hào)的最小電壓。區(qū)域520對(duì)應(yīng)于第一穩(wěn)定比率,其中閾值電平VT幾乎大于所有對(duì)應(yīng)于信號(hào)的穩(wěn)定低電平的采樣點(diǎn)。區(qū)域530對(duì)應(yīng)于第二穩(wěn)定比率,其中閾值電平VT大于信號(hào)的平均轉(zhuǎn)變電壓之一。區(qū)域540對(duì)應(yīng)于第三穩(wěn)定比率,其中閾值電平VT大于信號(hào)的兩個(gè)平均轉(zhuǎn)變電壓。區(qū)域550對(duì)應(yīng)于最終穩(wěn)定比率,其中閾值電平VT大于信號(hào)的最大電壓。區(qū)域515、525、535和545是比率從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)向另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變的區(qū)域。
對(duì)圖5中所代表的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理可以提供與示波器測(cè)量可比較的結(jié)果。例如,如果在給定采樣相位,在閾值V1觀察到50%的0比率,而在大于閾值V1的閾值V2處觀察到51%的0比率,則被采樣信號(hào)波形中的1%在采樣時(shí)間/相位處一定具有V1和V2之間的電壓。更一般地說,示波器測(cè)量的信號(hào)每電壓的掃描線密度等于0比率對(duì)采樣閾值的導(dǎo)數(shù)。如果給出了二進(jìn)制采樣器在各種參數(shù)Φ和VT選擇處產(chǎn)生的一組0比率,則可以使用公知的數(shù)值技術(shù)來近似該導(dǎo)數(shù)。具體地說,對(duì)比率的有限差分提供了對(duì)該導(dǎo)數(shù)的簡(jiǎn)單近似。數(shù)值導(dǎo)數(shù)本質(zhì)上是有噪聲的,于是優(yōu)選地可以用較長(zhǎng)采樣時(shí)間來在估計(jì)掃描線密度中獲得高精度。
圖6圖示了閾值電平VT和相位Φ的區(qū)域610,其中比率函數(shù)的導(dǎo)數(shù)大于最小非零電平。區(qū)域610對(duì)應(yīng)于示波器的掃描線。具體地說,區(qū)域610形成“眼”圖,在分析二進(jìn)制信號(hào)期間示波器掃描線通常形成眼圖。眼圖呈現(xiàn)了信號(hào)的模擬特性,諸如代表0的最小和最大電壓電平、代表1的最小和最大電壓電平、上升沿持續(xù)時(shí)間、下降沿持續(xù)時(shí)間以及電壓電平上升和下降的一般時(shí)間相關(guān)性。(上升和下降沿持續(xù)時(shí)間是代表在二進(jìn)制0和1電平之間轉(zhuǎn)變所需時(shí)間的信號(hào)參數(shù)。)如果給出了例如圖6中所示的掃描線密度眼圖,則可以使用為示波器分析而開發(fā)的技術(shù)來測(cè)量上升和下降時(shí)間。下面還會(huì)描述對(duì)示波器分析技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn),這會(huì)減小所需的采樣數(shù)據(jù)量。
圖6所示的測(cè)量結(jié)果只取決于0比率(或1比率)的導(dǎo)數(shù)或梯度,并不需要關(guān)于輸入模式或二進(jìn)制序列的知識(shí)。這樣,該技術(shù)就可以應(yīng)用于工作系統(tǒng)。另外,通過對(duì)二進(jìn)制采樣信號(hào)的0比率(或1比率)進(jìn)行估計(jì)來測(cè)量模擬信號(hào)特性的系統(tǒng)能使用比BER測(cè)試儀簡(jiǎn)單的電路。例如,諸如圖2的系統(tǒng)200之類的能測(cè)量0比率(或1比率)的系統(tǒng)不需要在諸如圖1的系統(tǒng)100之類的位錯(cuò)誤測(cè)量系統(tǒng)中所使用的錯(cuò)誤比較器和本地模式發(fā)生器。
使用用于信號(hào)分析的0比率或1比率的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能確定電壓Vtop和Vbase,電壓Vtop和Vbase分別代表二進(jìn)制值1和0。示波器通常提供對(duì)電壓Vtop和Vbase的內(nèi)置測(cè)量,但是當(dāng)使用BER測(cè)試儀時(shí),由于在采樣信號(hào)和已知模式之間需要同步,所以這種測(cè)量可能是不現(xiàn)實(shí)的。使用0計(jì)數(shù)或1計(jì)數(shù),可以通過選擇在掃描線610的眼圖中央的采樣相位,并且使閾值電平VT分別位于給出75%和25%0比率的閾值電平,來測(cè)量電壓Vtop和Vbase。應(yīng)該注意到,確定電壓Vtop和Vbase的分析不需要確定導(dǎo)數(shù)或掃描線密度。
可以使用如上所述確定的電壓Vtop和Vbase來確定20%-80%上升沿持續(xù)時(shí)間。例如,確定20%-80%上升沿持續(xù)時(shí)間的過程可以首先將閾值電平VT設(shè)置為0.8*Vbase+0.2*Vtop,然后搜索眼圖中央右邊的相位Φ,該相位Φ給出等于穩(wěn)定比率410的1/2的0比率。從該相位Φ減去位周期,這提供了上升沿的初始時(shí)刻tr1。該過程然后將閾值電平VT設(shè)置為0.2*Vbase+0.8*Vtop,并搜索眼圖中央左邊的相位Φ,該相位Φ達(dá)到的0比率等于穩(wěn)定比率430和穩(wěn)定比率440的平均值。這標(biāo)識(shí)了上升沿的最終時(shí)刻tr2。上升沿持續(xù)時(shí)間是tr2-tr1的差。例如,為了得到10%-90%上升沿持續(xù)時(shí)間,可以使用其他VT值。也可以簡(jiǎn)單修改上述過程來得到相似的下降沿持續(xù)時(shí)間。搜索正確的0比率的方法可以是多種公知搜索算法中的任何一種。搜索算法的使用以及不計(jì)算導(dǎo)數(shù)就直接分析0比率,減少了為了達(dá)到期望的測(cè)量結(jié)果而必須采樣的相位Φ和閾值電平VT組合的數(shù)目。
另一種可測(cè)量的模擬信號(hào)特性是過沖或下沖。過沖和下沖是表明波形中出現(xiàn)的激振量的信號(hào)參數(shù)。因?yàn)榧ふ瘳F(xiàn)象的特征在于中央眼圖區(qū)域之外的波形行為,所以使用BER技術(shù)測(cè)量過沖和下沖是不實(shí)際的,但是0或1計(jì)數(shù)技術(shù)能測(cè)量這些參數(shù)。例如,為了測(cè)量過沖,系統(tǒng)可以在各種相位Φ處測(cè)量Vtop??梢愿鶕?jù)信號(hào)DT的帶寬選擇被測(cè)的不同相位的數(shù)目。最大Vtop除以中央相位處的Vtop就是過沖。
掩碼測(cè)試是示波器和BER測(cè)試儀的另一用途。掩碼測(cè)試需要檢測(cè)通過眼圖禁止區(qū)域的信號(hào)掃描線。BER測(cè)試儀通常只能測(cè)試中央眼圖區(qū)域之內(nèi)的掩碼。對(duì)諸如G比特以太網(wǎng)和光纖信道之類的重要通信標(biāo)準(zhǔn)指定的掩碼也會(huì)指定在眼圖上下的掩碼區(qū)域。通常使用示波器完成對(duì)于這些掩碼的測(cè)試。但是,0或1計(jì)數(shù)允許使用低成本的二進(jìn)制采樣電路來測(cè)試在中央眼圖區(qū)域以內(nèi)和以外的掩碼區(qū)域。通過簡(jiǎn)單地設(shè)置對(duì)應(yīng)于在眼圖上面(或下面)的掩碼區(qū)域中的點(diǎn)的參數(shù)VT和Φ,具有0或1計(jì)數(shù)器的系統(tǒng)能夠在中央眼圖上面或下面進(jìn)行測(cè)試,并且對(duì)1(或0)的出現(xiàn)計(jì)數(shù),1(或0)的出現(xiàn)表明了掩碼失敗。
雖然參考具體實(shí)施例描述了本發(fā)明,但是這些描述只是本發(fā)明應(yīng)用的示例,而不應(yīng)該被認(rèn)為是限制。例如,雖然上述實(shí)施例集中在二進(jìn)制數(shù)據(jù)信號(hào)的分析,但是相似的技術(shù)和電路可以分析其他信號(hào),諸如時(shí)鐘信號(hào)、歸零編碼數(shù)據(jù)信號(hào)或多電平編碼數(shù)據(jù)信號(hào)。所公開實(shí)施例的特征的各種其他修改和組合也在本發(fā)明范圍之內(nèi),本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求定義。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)試系統(tǒng),包括模擬比較器,其被連接以將輸出信號(hào)與可調(diào)整閾值電平相比較;二進(jìn)制采樣器,其被連接以對(duì)來自所述模擬比較器的輸出信號(hào)進(jìn)行采樣,其中所述二進(jìn)制采樣器具有可調(diào)整相位,所述可調(diào)整相位確定被采樣信號(hào)的相位;和計(jì)數(shù)器,其被連接以對(duì)來自所述二進(jìn)制采樣器的具有選定二進(jìn)制狀態(tài)的采樣點(diǎn)進(jìn)行計(jì)數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),還包括處理系統(tǒng),其被連接以分析來自所述計(jì)數(shù)器的一組計(jì)數(shù)值,以確定所述輸入信號(hào)的模擬特性。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng),其中所述處理系統(tǒng)通過識(shí)別下述可調(diào)整閾值的電平來確定代表二進(jìn)制值的平均電壓,所述可調(diào)整閾值電平提供了代表所述選定二進(jìn)制狀態(tài)的目標(biāo)出現(xiàn)比率的計(jì)數(shù)值。
4.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng),其中所述處理系統(tǒng)分析對(duì)應(yīng)于一定范圍的可調(diào)整閾值電平和一定范圍的可調(diào)整相位的一組測(cè)量計(jì)數(shù)值,以生成所述輸入信號(hào)的模擬電壓的時(shí)間相關(guān)性的表示。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng),其中所述輸入信號(hào)是二進(jìn)制信號(hào),并且所述表示包括表明所述輸入信號(hào)的上升和下降沿的眼圖。
6.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng),其中所述處理系統(tǒng)確定所述測(cè)量計(jì)數(shù)值的導(dǎo)數(shù)。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其中所述輸入信號(hào)具有所述測(cè)試系統(tǒng)中未知的模式。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng),其中所述輸入信號(hào)代表一串二進(jìn)制值,所述一串二進(jìn)制值具有所述測(cè)試系統(tǒng)中未知的模式。
9.一種用于確定信號(hào)的模擬特性的方法,包括在第一范圍內(nèi)改變閾值;在第二范圍內(nèi)改變相位;對(duì)所述閾值和所述相位的每一個(gè)值,確定在所述相位處采樣時(shí)電壓高于所述閾值的信號(hào)的比率;以及分析所述比率以確定所述信號(hào)的模擬特性。
10.如權(quán)利要求9所述的方法,其中分析所述比率的步驟包括通過識(shí)別下述閾值的電平來確定代表所述信號(hào)的二進(jìn)制值的平均電壓,所述閾值提供采樣時(shí)高于所述閾值的電壓的目標(biāo)出現(xiàn)比率。
11.如權(quán)利要求9所述的方法,其中分析所述比率的步驟包括生成所述信號(hào)的模擬電壓的時(shí)間相關(guān)性的表示。
12.如權(quán)利要求11所述的方法,其中所述信號(hào)是二進(jìn)制信號(hào),并且所述表示包括表明所述輸入信號(hào)的上升和下降沿的眼圖。
13.如權(quán)利要求11所述的方法,其中分析所述比率的步驟包括確定所述比率對(duì)所述可調(diào)整閾值的導(dǎo)數(shù)。
14.一種分析信號(hào)的方法,包括利用二進(jìn)制采樣器對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行采樣,所述二進(jìn)制采樣器具有用于采樣的可調(diào)整相位和可調(diào)整閾值,其中所述可調(diào)整閾值將與從所述二進(jìn)制采樣器輸出的采樣點(diǎn)的不同二進(jìn)制狀態(tài)對(duì)應(yīng)的信號(hào)電平分離;確定在從所述二進(jìn)制采樣器輸出的所述采樣點(diǎn)中選定的一種二進(jìn)制狀態(tài)的比率,所述比率中的每一個(gè)都是對(duì)所述可調(diào)整閾值和所述可調(diào)整相位的值的唯一組合確定的;以及分析所述比率以確定所述信號(hào)的模擬特性。
15.如權(quán)利要求14所述的方法,其中分析所述比率的步驟包括通過識(shí)別下述可調(diào)整閾值的電平來確定代表所述信號(hào)的二進(jìn)制值的平均電壓所述可調(diào)整閾值提供了所述選定二進(jìn)制狀態(tài)的目標(biāo)出現(xiàn)比率。
16.如權(quán)利要求14所述的方法,其中分析所述比率的步驟包括生成所述信號(hào)的模擬電壓的時(shí)間相關(guān)性的表示。
17.如權(quán)利要求16所述的方法,其中所述信號(hào)是二進(jìn)制信號(hào),并且所述表示包括表明所述輸入信號(hào)的上升和下降沿的眼圖。
18.如權(quán)利要求16所述的方法,其中分析所述比率的步驟包括確定所述比率對(duì)所述可調(diào)整閾值的導(dǎo)數(shù)。
全文摘要
對(duì)信號(hào)的二進(jìn)制采樣中的0或1進(jìn)行計(jì)數(shù)的電路能夠測(cè)量信號(hào)的模擬特性。通過這種技術(shù),相對(duì)簡(jiǎn)單的電路能夠執(zhí)行利用基于BER的二進(jìn)制采樣技術(shù)難以獲得的參數(shù)測(cè)量。低成本的二進(jìn)制采樣電路也能執(zhí)行先前可能需要更復(fù)雜、更昂貴的模擬采樣的測(cè)量。該新技術(shù)可應(yīng)用于完備測(cè)試系統(tǒng)、低成本測(cè)試電路和片上測(cè)試電路。
文檔編號(hào)H04L1/00GK1725648SQ20051008531
公開日2006年1月25日 申請(qǐng)日期2005年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月23日
發(fā)明者馬修·M·布魯恩斯特納 申請(qǐng)人:安捷倫科技有限公司