信号完整性分析基础系列之二十五
——基于力科最新串行数据分析软件SDAIII的噪声分析技术
Teledyne LeCroy 李发存
【摘要】
本文简要介绍了Lecroy公司最新的SDAIII串行信号分析软件提供的噪声分析功能，包括对水平方向噪声（抖动）的分析和垂直方向幅度噪声的分析，除此之外，还介绍了SDAIII同时分析4路通道+1路参考通道等新功能。
【关键词】
多通道分析抖动噪声串扰眼图
一、噪声定义及影响
在实际的信号发送和接收过程中，总是伴随有噪声这一现象，简单的说，不期望的叠加在理想信号上的任何信号都可以统称为噪声。一个理想信号通过实际的数字通信系统时，
如果没有噪声存在，输出的信号就等于理想信号，有噪声叠加在理想信号上时，实际的信号将偏离理想信号。如下图
理想信号的波形和有噪声信号的波形
可以从两个方面来分析有噪信号偏离理想信号的情况：时序偏移和幅度偏移。信号幅度的偏移被定义为幅度噪声（简称为噪声），时间的偏移被定义为时序抖动（简称为抖动）。
二、水平方向抖动分析
使用数字示波器分析抖动，已经有好多年了，相关的理论、定义、分析方法获得了很大的进展。Lecroy最新的SDAIII串行分析软件提供了抖动分析的完整工具，它的主要功能有：
1.
可以同时分析4路通道+1路参考通道的抖动和眼图，如下图所示，是同时分析四路信号的眼图和抖动，可以一目了然的看到各路信号的眼图和抖动差异，同时还可以将其中任一路信号设为参考，对比任意两路信号的结果差异。
SDAIII同时对比分析4个通道的抖动和眼图
2.
可以对抖动进行最准确的分解分析，下图是SDAIII的抖动分解图
3.
提供多种从时域、频域、统计域分析抖动的工具，可以协助工程师快速查找抖动的根源
  
抖动的时域分析
抖动的频域分析
抖动的统计域分析
SDAIII提供了完整的抖动分析工具，可以对抖动进行深入分析，对于抖动理论和各种分析工具的深入介绍，我的同事写过大量的文章，大家可以参考这些文章，在这里不做重复介绍
三、垂直方向幅度噪声分析
对于幅度噪声，也可以做类似于抖动的分析，除了与噪声无关的DCD，大多数关于抖动和噪声的概念和理论都是通用的。Lecroy的SDAIII软件提供了幅度噪声的分析能力，
对信号幅度上的偏移进行分析。
1、
SDAIII噪声分析原理
1.1通过码型平均的方法获得“无噪声”的信号
1.2 原始信号减去“无噪声”的信号后采样
i数据相关性噪声将被减掉
ii随机和固有不相关噪声仍保留: “RnBUn”
具体过程如下图所示：
2、
噪声分离，和抖动一样，噪声也可以做分离，总体噪声（Tn）可以分为随机噪声（Rn）
和确定性噪声（Dn），确定性噪声（Dn）又可以分解为数据相关噪声（DDn）和有界非相关噪声（BUn）。
3、
噪声分析，SDAIII也提供了从时域、频域、统计域分析噪声的工具，基本理论和抖动类似
2.1
RnBUn时域追踪，下图所示的是测试两对相邻差分对中的一对差分对，在干扰信号存在和不存在时的RnBUn时域追踪图，差异非常明显
2.2 直方图分析，还是同一个实验，下图是干扰信号存在和不存在时的RnBUn的直方图，干扰源存在时，RnBUn是一个三高斯分布，这是由于干扰源的特性，在噪声采集时，产生的电压脉冲可能是正的（由于干扰源的正的跳变）、负的（由于干扰源的负的跳变）、不变的（在干扰源上没有跳变）。干扰源不存在时，RnBUn是高斯分布，显示只有随机噪声在受干扰对象上。
2.3 频域分析，如下图所示可以明显看到串扰噪声带来的差异，内部的图是干扰源存在时的频谱图的放大，可以清楚的看到频谱的结构，频谱线是以DeltaF=20.18MHz的频率变化的，这是由于干扰源的码型长度，干扰源是10.3125Gbps的511bit的PRBS11码型，511bit码型以49.55ns的周期出现，正好和20.18MHz相对应，为了在频谱中看到这种结构，需要采集大量的数据，以提高RnBUn频谱的水平分辨率，这和FFT的要求相同
除了这些工具之外，SDAIII还提供了串扰眼图的工具，以分析在样本数更多时，噪声对眼图的影响，同时提供了方便的对比分析。如下图所示，眼图周围的绿色轮廓线就是串扰眼图，这个眼图显示了在不同误码率下，垂直噪声对眼图的影响。这是在传统的眼图种是无法看到的，
SDAIII幅度噪声分析提供了全新的信号完整性分析工具，可以从垂直方向分析噪声的影响，有些信号完整性问题，仅仅分析水平方向的抖动是无法查找出问题的，分析垂直噪声，可以帮助工程师更快的发现问题的根源。 |
