雖然眼圖遮罩測量提供了一種快速判斷發送器是否工作的方法,但對於唯一重要的事:誤碼率(BER,位元錯誤數與總傳輸位元數之比),卻沒提到多少。圖1顯示了一個眼圖遮罩,其中沒有波形進入遮罩。

20180702TA01P1 圖1 沒有故障的眼圖遮罩測試。(圖片來源:眼圖由Teledyne LeCroy提供,綠色遮罩由Ransom Stephens繪製)

Teledyne LeCroy Marty Miller在DesignCon 2018的發言中提出了一種巧妙的觀點—將眼圖遮罩測量與BER輪廓(contour)測量關聯起來。

20180702TA01P2 圖2 BER輪廓圖,不變的顏色表示BER(t、V)恆定的區域。(圖片來源:Teledyne LeCroy)

BER輪廓

BER輪廓就像顯示等高線(constant elevation)輪廓的地形圖。BER輪廓測量顯示具有相同BER輪廓眼圖。

也可以將它們想成是一個三維浴缸圖(3D bathtub plot)。在浴缸圖(圖3)中,BER是採樣點時間延遲位置BER(t)的函數。BER輪廓包括延遲和電壓(或功率)兩種情況下,採樣點不同位置的BER變化,BER輪廓是BER(t、V)=常數的解。

20180702TA01P3 圖3 浴缸圖,BER(t)是採樣點的函數。(圖片來源:Ransom Stephens繪圖)

Miller指出,實際採樣器的BER不是任何點(t、V)的BER。它不是BER輪廓邊緣或BER輪廓內某點的BER,相關的BER是採樣器時序解析度和電壓靈敏度所包含的總BER。

接收機的頻寬設定了時序解析度—採樣一個位元所需的時間——也就是我們所說的建立和保持時間。電壓靈敏度是採樣器能可靠區分的邏輯1和0之間的最小峰-峰值電壓擺幅,用採樣器的時序解析度給出的半長軸和電壓靈敏度給出的半短軸畫一個小橢圓,採樣器解析度/靈敏度的實際幾何結構是變化的,但顯而易見的猜測是橢圓結構。高速串列應用中典型電壓限制器的時序解析度為幾皮秒(ps),電壓靈敏度約為30mV(圖4)。

20180702TA01P4 圖4 帶採樣「點」的眼圖,包括採樣器水平時序解析度和垂直電壓靈敏度。(圖片來源:眼圖由Teledyne LeCroy提供,灰色採樣「點」由Ransom Stephens繪製)

遮罩誤差比

Miller將遮罩誤差比(Mask-error ratio,MER)定義為:單位間隔寬度內單個位元波形進入遮罩的次數與傳輸的總位數之比(圖5)。由於單個位元的波形可能引起很多次遮罩違規但只有一個遮罩誤差,所以MER與遮罩違規數不同。

20180702TA01P5 圖5 遮罩測試有很多次「違規」,但僅有兩個「遮罩誤差」。(圖片來源:眼圖由Teledyne LeCroy提供,綠色遮罩和紅色遮罩誤差由Ransom Stephens繪製)

可以將MER看作是真正的邏輯解碼器會得到的BER,其時序解析度和電壓靈敏度由遮罩區域定義。

為了將BER輪廓與MER相關聯,Miller研究了四種情況。首先,在從眼圖中心垂直往上到1E-4 BER輪廓的時間座標上,遮罩較薄。該遮罩對應一個採樣器,其零(亦即完美)時序解析度和電壓靈敏度是由從眼圖中心到1E-4輪廓的電壓擺動決定。在這種特殊情況下,BER與MER大致相同。

其次,將該遮罩向下延伸,使其從BER = 1E-4輪廓底部到頂端基本上成為一個薄垂直矩形。對於該遮罩,MER = 2E-4,是BER輪廓值的兩倍。在遮罩頂端,1被誤認為0,在遮罩底部,0被誤認為1;透過大量取樣,得到的誤差是1E-4輪廓頂端或底部理想採樣點的兩倍。

在第三個實驗中,將遮罩旋轉90度。這本質上是一個具有完美電壓靈敏度的採樣器,但其時序解析度水平穿過BER = 1E-4輪廓。因為類似的原因,該實驗也得出了MER = 2E-4。

到目前為止,我們所做的只是測量一些簡單的情況,顯示了非零時序解析度和電壓靈敏度如何導致實際採樣器的BER大於或等於相關BER輪廓。

在第四個測試中,Miller定義了一個與BER = 1E-4輪廓一致的遮罩,遮罩由BER = 1E-4輪廓包圍的閉合曲線定義。測量結果是MER = 6.27E-4,除了單個位元誤差的不相關程度,6.27這個因數不太可能表達其他任何含義。

重新考慮如何將良好的舊遮罩測試與系統的BER性能聯繫起來,假設有一組通過相同遮罩測試的接收器。 Miller總結,沒有明顯可用的方法可以使用遮罩測試來預測最大BER性能,從本質上驗證最近發佈的標準從遮罩測試到關於BER定義的眼高(EH)和眼寬(EW)測量的偏移。

Miller說:「遮罩測試更複雜,並且就其常見形式來說,可能並非決定通道性能(例如有效BER)的真正客觀標準。如果有的話,薄垂直和水平遮罩實驗顯示,針對BER,眼高和眼寬概念可能是更好的度量標準。」

(參考原文:How to relate eye-mask tests to BER,by Ransom Stephens)