Современная электроника №5/2019

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 34 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2019 максимальное, среднее и среднеквадра- тичное значения упомянутых параме- тров, а также их дисперсию и количе- ство учтённых в расчётах построений осциллограммы. Статистика периода и частоты наиболее важна для тактовых сигналов, которые определяют циклич- ность процессов в цифровых устрой- ствах. Она позволяет также отслежи- вать влияние регулировочных опе- раций и иных действий по отладке. Заданное значение битовой скорости в представленном примере равнялось 20 Мбит/с, и, как видно из первых двух строк таблицы, это значение выдержа- но с высокой точностью. Положительные и отрицательные значения джиттера в цифровом пото- ке компенсируют друг друга, поддер- живая необходимое значение средней длительности битового интервала. Оце- ночное среднее значение межтактово- го джиттера составляет всего 592 фс, т.е. 0,0833% от заданной длительности битового интервала, а максимальное – не более 1,2%. Такие значения гаран- тируют захват логического состояния при обработке цифровых сигналов с близкой к нулевой вероятностью появ- ления ошибок. В верхнем поле на рисунке 7 показано совмещение осциллограммы цифрово- го сигнала и расчётного значения джит- тера между смежными циклами, значе- ния которого можно отсчитывать по расположенной слева вертикальной шкале. Захват прибором множества циклов цифрового сигнала позволяет построить вероятностную гистограм- му, которая, как показано на рисунке, в целом повторяет кривую плотности нормального распределения. С увели- чением объёма выборки форма веро- ятностной гистограммы всё больше приближается к статистически досто- верной. Форма вероятностной гисто- граммы свидетельствует об отсутствии выраженных источников детермини- рованного джиттера, как это и долж- но быть в качественных цифровых устройствах. Если бы цифровой сиг- нал характеризовался детерминирован- ным джиттером, то в большинстве слу- чаев гистограмма имела бы «выбросы» с симметричным расположением отно- сительно математического ожидания. Измерение джиттера запаздывания между двумя зависимыми сигналами Данное измерение используется при оценке постоянства системной задержки в ЦУ, что является одной из задач тайминга – проверки соблюде- ния временны ′ х соотношений, необ- ходимых для групповой обработки бит [4]. Если алгоритмыфункциониро- вания ЦУ достаточно сложны и предпо- лагают несколько ветвей обработки с последующим объединением потоков информации на аппаратном уровне, что часто используется для достиже- ния наибольшего быстродействия, то это может стать причиной системных ошибок и неработоспособности ЦУ. Для демонстрации измерительных возможностей опции R&S RTO-K12 в части измерения джиттера зависи- мых сигналов использовалась схема, представленная на рисунке 8. Цифро- вые сигналы с амплитудой 1,2 В с выхо- дов D0 и D7 внешней платы генератора R&S RTO-B6 поступали на каналы 1 и 2 осциллографа. Битовая скорость рав- нялась 20 Мбит/с. Алгоритм форми- рования цифрового сигнала соответ- ствовал шестнадцатеричной последо- вательности 0хFF → 0х00 → 0хFF → 0х00 → → 0х00 → 0хFF → 0х00 → 0хFF → 0хFF → → 0х00 → 0хFF → 0хFF → 0хFF → 0х00 → → 0х00 → 0хFF → 0хFF → 0х00 → 0х00 → → 0х00 → … с периодическим повторени- ем, имитирующей случайную битовую последовательность и обеспечивающей одинаковое логическое состояние на выводах D0, D7 генератора. Перед про- ведением измерений в цепях пробни- ков R&S RT-ZD30 и R&S RT-ZD40 было установлено нулевое смещение по вре- мени. В качестве характеристик, для кото- рых анализировался джиттер, рассма- тривались задержка сигналов и разность фаз, характеризующая долюджиттера в длительности последовательной пере- дачи нуля и единицы. Результатыизме- рений приведенына рисунке 9. В верх- нем окне показаны осциллограммы сигналов, далее с привязкой к той же временно ′ йшкале показано, как от цик- ла к циклу меняется задержка. В нижней части рисунка приведены вероятност- ная диаграмма и таблица со статистиче- скими результатами измерений джит- тера. Согласно таблице, максимальное зарегистрированное значение джитте- ра составляет 659 пс, т.е. чуть более 1,3% битового интервала. Такие временны ′ е вариации цифровых сигналов безопас- ны с точки зрения соблюдения таймин- га. Среднее значение джиттера состав- ляет − 71,3 пс – таким образом, сигнал в канале 1 (выход D0) преимуществен- но опережает сигнал в канале 2 (выход D7). Среднее и среднеквадратичное зна- чения фазы составляют − 0,16 ° и 0,31 ° , откуда следует, что сигналы отличают- ся высоким уровнем синхронизации. Весьма интересные выводы позволя- ет сделать вероятностная гистограмма. В отличие от предыдущего случая, она Рис. 7. Результат временно ′ го и статистического анализа джиттера с использованием опции R&S RTO-K12 Рис. 8. Установка для измерений джиттера одиночного цифрового сигнала Короткие провода Пробник R&S RT-ZD30 Осциллограф R&S RTO2064 Каналы1,2 Цифровые сигналы R&S RTO-B6 Выносная плата R&S RTO-B6 K1 K2 K3 K4 Джиттер Пробник R&S RT-ZD40 D7D6D5 D4 D3 D2 D1D0