MESSTECHNIK

Augendiagrammdarstellungen sind einbeliebtes Mittel, um schnell eine klareund intuitive Aussage über die Qualitäteines seriellen Datensignals zu erhalten(Bild 2). Es ist jedoch bedeutend schwie-riger, die Augendiagrammmessungenmit einer Messung der Bitfehlerhäufig-keit zu korrelieren. Bisherige Testme-thoden mit einem Bitfehlertester (BERT)lieferten nur eine Aussage, ob und inwelchem Umfang Bitfehler auftreten. InVerbindung mit einem digitalen Spei-cheroszilloskop (DSO) ist es möglich, denDatenstrom als Augendiagramm darzu-stellen, um weitere Informationen zu er-halten. Aufgrund der eingeschränktenSamplingrate digitaler Speicheroszillo-skope werden seltene Ereignisse aller-dings oft nicht erkannt oder die Mess-dauer steigt exponentiell an. Sie ist daherfür eine gezielte Fehlersuche in der Pra-xis kaum nutzbar.Diese Informationslücke kann mit derBERTScope Produktfamilie von Synthe-Sys Research geschlossen werden. Hier-zu verwenden die Geräte einen speziel-len Detektionsmechanismus, der esermöglicht, alle benötigten Informatio-nen zur Erzeugung einer Augendia-grammdarstellung aus der Bitfolge ab-zuleiten.Erreicht wird dies durch die Verwendungvon zwei unabhängigen Detektorschalt-schwellen, die sich sehr präzise in derAmplitude justieren lassen. Es entsteht

so ein variables Detektionsfenster imAmplitudenbereich. In Verbindung miteiner internen, sehr präzisen, selbstkali-brierenden elektrischen Verzögerungs-strecke lässt sich dieses Amplituden-fenster im Zeitbereich verschieben. Durchgeschicktes Abtasten der Bitperiode las-sen sich so sehr schnelle Maskentests,Augendiagramm-, Jitterpeak-, Q-Faktorund Augenkonturmessungen vorneh-men.Das Augendiagramm wird dabei wie einPixelbild aufgebaut. Das Detektions-fenster wird mit hoher Genauigkeit an de-finierte Positionen im Zeit- und Ampli-tudenbereich gesetzt. Dort wird für einebestimmte Anzahl von Bits die jeweiligeBitfehlerhäufigkeit bestimmt. Der ent-sprechende Pixel am Bildschirm wird inAbhängigkeit der ermittelten Fehler-häufigkeit eingefärbt. So entsteht eineAugendiagrammdarstellung die auf sehrvielen tatsächlich gemessenen Bits ba-siert. Jedes einzelne Bit wird berück-sichtigt. Für die Fehleranalyse ergibt sich darausein entscheidender Vorteil. Die Augen-diagrammdarstellung liefert einen erstenEindruck von der Signalqualität des Da-tenstroms. Wird das Auge durch Störun-gen oder Bitfehler stärker als erwartetgeschlossen, ist es möglich, den Detek-tor an definierte Stellen im Auge zu po-sitionieren und exakt an diesem Punkteine Bitfehlerhäufigkeitsmessung durch-zuführen. Die Fehleranalyseoptionen(Bild 3) ermöglichen es dann, die fehler-verursachende Bitmusterfolge zu iden-tifizieren.Darüber hinaus ermöglicht das BERTS-cope weitere Analysen, wie sehr schnel-le Maskentests (mindestens zwei Po-

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BERTScope – für serielle optische und elektrische Daten

Signalintegritätsanalyse und Compliance Testing Mit den BERTScopes ist es möglich, Bitfehlermessungen mit Augendiagramm- und Augenkonturmessungen zu korre-lieren. Sehr schnelle Maskentests, Jitter-Peak, Q-Faktor und Jitterspektrumanalyse geben weitere Information über dieQualität der untersuchten seriellen Datensignale. Eine detaillierte Fehleranalyse, ausgehend von der Augendia-grammdarstellung bis hinunter auf Bitebene, wird so möglich.

AUTOR

Michael Riess ist im Ver-trieb für Optische Nach-richtentechnik bei derLaser 2000 GmbH inWessling beschäftigt.

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Bild 1: Das BERTScope S und die flexible Takt-rückgewinnung DCRj (mit optischem Refe-renzempfänger) für Compliance Test von10 Gbit/s XFP Transceivern.

Bild 2: Die Augendiagrammdarstellung einesseriellen Datensignals ermöglicht eine einfacheund intuitive Beurteilung der Signalqualität.

Bild 3: Die „Pattern Sensitivity“ stellt fehlerhaf-te Bit im Kontext der Bitmusterfolge dar. Kriti-sche Flankenwechsel oder isolierte 1-Bits lassensich identifizieren und ermöglichen Rückschlüsseauf Optimierungsmöglichkeiten des Designs.

MESSTECHNIK

tenzen schneller als herkömmliche Auf-bauten mit BERT und DSO) sowie Jitter-und Q-Faktoruntersuchung (Bild 4). Dieserlaubt es, das zeitliche Verhalten wieauch die Amplitudenstabilität seriellerDatensignale zu untersuchen.

Compliance TestingBei aktuellen seriellen Übertragungs-verfahren wie SATA, PCI Express , Fiber-channel, GigabitEthernet, SONET, SDH,XFP/XFI, SFP+/SFI und OIF-CEI ist derTrend zu immer höheren Datenraten beiimmer enger spezifizierten Systemre-serven offensichtlich. Die jeweiligen Stan-dards schreiben immer komplexere Mess-methoden vor, um die Einhaltung derSignalqualität sicherzustellen. Reine Bit-fehlermessungen haben sich als unzu-verlässiger Parameter zur Bestimmungder Signalqualität herausgestellt. Vor-geschrieben sind daher Maskentests beidefinierten Bitfehlerhäufigkeiten. Wiesich in der Praxis gezeigt hat ist dies mitherkömmlichen digitalen Speicheroszil-loskopen und Bitfehlertestern kaumdurchführbar. Mit dem BERTScope las-sen sich solche Maskentests auch bei Bit-fehlerhäufigkeiten kleiner 1x10-12 in kur-zer Zeit realisieren.

Um die nicht immer idealen Übertra-gungseigenschaften vor allem preiswertergedruckter Schaltungen zu optimieren,werden heute verschiedene Techniken ein-gesetzt. Eine immer häufiger verwendeteMethode besteht darin, hochfrequenteAnteile der Senderausgangssignale zu ver-stärken, um die frequenzabhängigen Ver-luste im Übertragungsweg zu minimie-ren. Dabei wird das erste Bit aus einerFolge identischer Bits mit höherer Ampli-tude als die folgenden Bits gesendet. Beidiesen vorverzerrten Signalen (de-em-phasized) müssen unterschiedliche Mas-kentests für die Transitionsbits und für diefolgenden mit geringer Amplitude gesen-deten Bits durchgeführt werden. Auch das Testen der Empfänger (Receiver)wird komplexer. In Telekom-Anwendun-gen wird traditionell getestet, wie gutder Empfänger mit absichtlich ver-schlechterten Eingangssignalen zu-rechtkommt (stressed eye). Bei seriellenDatenbussen wurde bisher soweit wiemöglich vermieden, die Empfänger mitverjitterten Eingangssignalen zu testen.Bei Datenraten über 5 Gbit/s lässt sich dasnicht mehr umgehen. Je nach Standard werden immer kom-plexere verjitterte jedoch kalibrierte Ein-

gangssignale benötigt. Für diese An-wendungen steht das BERTScope S mit in-tegriertem Jitter-Signal-Generator zurVerfügung. Diese Lösung ermöglicht esJitteranteile, wie sie von den jeweiligenStandards gefordert werden, zu erzeugenund dem Signal aufzuprägen (Bild 5). Viele Standards erfordern für die Messungeine flexible Taktrückgewinnung undschreiben die Werte für die Loop Band-breite und das Peaking der verwendetenTaktrückgewinnung vor. Die flexible Takt-rückgewinnung CRJ liefert eine stan-dardkonforme Lösung und erlaubt darü-ber hinaus auch die Messung derPhasenrückkopplung (Phase Locked Loop),der PLL-Bandbreite und des Peakings. DieDCRJ beinhaltet zusätzlich einen Refe-renzempfänger für optische Signale. Die Jitterspektrumanalyse ermöglicht esaußerdem, die Jitteranteile in Abhän-gigkeit der Frequenz zu beurteilen. DieMessung des bandbegrenzten Jitters lie-fert dabei zusätzliche Informationen füreine Fehlersuche. ( jj)

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www.elektronik-industrie.de˘ Link zu Laser 2000

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Bild 4: Jitterpeak, Q-Faktor und Augenkontur (BER Contur) ermöglichen die Charakterisierung der Signalstabilität im Zeit- und Amplitudenbereich.Die Augenkonturmessung kombiniert dabei Jitter- und Q-Faktormessungen über mehrere Punkte des gesamten Umfangs der Augenöffnung.

Bild 5: Jittergenerator und Jitter-Template-Option des BERTScope S. Der Jittergenerator ermöglicht die Erzeugung eines kalibrierten „Stressed Eye“zum Test von elektrischen und optischen Empfängern. Mit der Jitter-Template Option lassen sich standardkonforme Jitter-Toleranz-Messungenautomatisiert durchführen.