SNDR-Messungen

Die Ausgestaltung der Sender­spezi­fi­ka­tionen und der ent­sprechenden Rauschmessungen legt nahe, für diese Messungen ein Oszillo­skop zu verwen­den, da Mess­histogramme in hohem Maße vom Symbolmuster­ abhängig sind und kaum auf andere Weise ermittelt werden können.

Für die meisten Kommu­ni­ka­tions-Test­anwen­dungen sind Äqui­va­lentzeit-Mess­geräte (Sampling-Oszillo­skope wie das 86100D DCA-X) seit jeher das Tool der Wahl, weil sie kosten­günstig, breit­bandig und – vor allem – außer­gewöhn­lich rausch­arm sind. Bei Ver­wen­dung solcher Mess­geräte ist gewähr­leistet, dass Sigma-n-Messungen nur mini­mal durch Eigen­rauschen des Mess­geräts verfälscht werden. Das Eigen­rauschen solcher Mess­geräte liegt in der Größenordnung von 700 µV und ist damit bis zu 5x geringer als das vergleich­barer Echtzeit-Oszilloskope.

Es ist ein breites Angebot an vollautomatischen, techno­logiespezifischen Analyse- und Konfor­mi­täts­test-Tools (Bild 6) verfüg­bar, die diese komplexen Messungen einschließ­lich Rauschdekomposition stark ver­ein­fachen und kon­sis­tente Ergeb­nisse gewähr­leisten. Diese Tools ersparen es, sich allzu tief in die Spezi­fi­ka­tionen einarbeiten zu müssen.

Echt­zeit-Oszillo­skope wie das DSAZ634A, die Äqui­va­lentzeit-Oszillo­skopen in diesen Anwen­dungen Paroli bieten können, sind rela­tiv neu. Einige der neuesten Echtzeit-Oszilloskope bieten vergleich­bare Erfas­sungs­band­breiten wie Sampling-Oszil­loskope plus einzig­artige Vorteile wie zum Beispiel Software-basierte Taktrückgewinnung, unter­brechungsfreie Signal­analyse und größeren Bedie­nungs­kom­fort.

SNDR

Bild 7: Automatisches PAM4 SNDR-Konformitätstestsystem, bestehend aus Keysight DSAZ634A plus PAM4-Analysis. Keysight

Bei dem 63 GHz Echtzeit-Oszilloskop DSAZ634A (Bild 7) wurde durch gezielte Maßnahmen eine sehr hohe Genauig­keit bei SNDR-Messungen erreicht. Das Gerät kann es in dieser Hinsicht mit vergleich­baren Äqui­va­lentzeit-Oszillo­skopen aufnehmen.

Es liefert nahezu die gleichen SDNR-Werte wie das Sampling-Oszillo­skop 86100D DCA-X (Bild 6). Zwar unterscheiden sich die Eigen­rauschpegel der beiden Geräte, doch wurden bei der Ent­wick­lung interne Rausch- und Fehler­­mechanismen genau charak­­te­ri­sie­rt und deren Kom­po­nenten zerlegt, um eine maxi­male Überein­stim­mung der Mess­ergeb­nisse mit denen eines Äqui­va­lentzeit-Oszillo­skops zu erzie­len.

Ein Echtzeit-Oszillo­skop bietet einzig­artige Vorteile. Es ermög­licht beispiels­weise, ein Signal mit voll­stän­dig geschlossenen Augen zu erfas­sen, es mit einem Refe­renz-Equa­lizer oder einer Kombi­na­tion aus CTLE-, FFE- oder DFE-Modellen zu entzerren, den Takt algorithmisch (per Soft­ware) aus dem Signal zurück­gewinnen und danach die gewünschten Messungen durchzu­führen. Ein Ent­wick­ler, der wissen möch­te, wie das gleiche Signal auf unter­schied­liche Equalizer- oder Messbandbreiten-Einstel­lungen reagiert, braucht das Signal nur ein einziges Mal zu erfas­sen und kann dann iterativ Messungen durch­führen. Bei SNDR-Messungen kann man selektiv die Erfas­sungs­band­breiten für Sigma-e und Sigma-n auf mini­males Rauschen und mini­malen Anpas­sungs­fehler opti­mie­ren und Pmax bei einer anderen (größeren) Band­breite berechnen lassen. Aufgrund dieser enormen Flexi­bi­li­tät werden Echtzeit-Oszilloskope immer häufiger für Daten­kom­mu­ni­ka­tions­messungen ver­wen­det. Der Anwen­der kann entscheiden, welche der beiden Oszillo­skop-Archi­tek­turen seine derzei­tigen und künftigen Anfor­de­rungen an Signal­integritäts­messungen am besten erfüllt.

SNDR

Bild 8: Ein 52 GBaud PAM4-Signal, erzeugt von einem BERT M8040A, erfasst mit einem Oszilloskop DSAZ634A. Keysight

Es besteht Handlungsbedarf

Seit jeher ist es schwierig, Daten­kom­mu­ni­ka­tions­spezi­fi­ka­tionen zu strukturieren und mit genauen und schnellen Messverfahren zu verbinden. Der Standardisierungsprozess muss mehrere Test­lösungs­archi­tek­turen einbeziehen und darauf abzielen, Mehrdeutigkeiten im Messprozess zu elimi­nie­ren. Letzteres gilt insbesondere in Bezug auf die Charakterisierung des Eigen­rauschens der ver­wen­deten Mess­geräte.

Die Einbeziehung mehrere Test­archi­tek­turen macht verbes­serte De-Embedding- und Devolutions­methoden erfor­der­lich, um die Verfälschung der Mess­ergeb­nisse durch das Eigen­rauschen der unter­schied­lichen Mess­geräte mini­mieren zu können. Das ist beson­ders wichtig unter dem Aspekt, dass die aktu­ellen Roadmaps für Daten­kom­mu­ni­ka­tions­techno­logien mit höheren SNDR-Werten planen, als sie heute üblich sind.

ECK-DATEN

Modulationsverfahren höherer Ordnung – also solche, die mit mehr als zwei diskreten Span­nungspegeln arbeiten – wie zum Beispiel PAM4 bringen neue Heraus­for­de­rungen bei der Signal­analy­se und beim Debug­ging mit sich. Während man bisher ledig­lich das Phasen­rauschen (Jitter) in seine deterministischen, zufälligen und be­grenzt-unkorrelierten Kom­po­nenten zerlegen musste, muss man das gleiche jetzt auch noch mit dem Amplituden­rauschen tun. Stan­dards für 100G/400G-Daten­kom­mu­ni­ka­tion for­dern eine genaue Jitter- und Inter­ferenz/Rauschen-Klassifizierung; nur so lassen sich komplexe Konfor­mitäts­probleme lösen, für die Systeme mit hoch­entwickelten Halbleiterbauelementen und starker Kanal­dämpfung anfällig sind.

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