SỰ KHÁC BIỆT GIỮA BIẾN ĐỘNG VÀ NHIỄU?

Nội dung bài viết sẽ giải thích nguyên nhân gốc rễ của biến động và nhiễu, đồng thời làm thế nào để tận dụng sự hiểu biết giúp thực hiện tốt các phân tích tín hiệu tốc độ cao.

Định nghĩa biến động và nhiễu

Hãy bắt đầu với những định nghĩa cơ bản. Biến động là sự biên thiên thời gian tín hiệu từ giá trị danh định. Biến động sẽ tự biểu hiện như là sự biến thiên trong pha, chu kỳ, độ rộng hoặc chu kỳ xung. Nhiễu là sự biến thiên của biên độ tín hiệu từ danh định. Cả nhiễu và biến động đều có thể gây ra lỗi truyền dẫn và tăng tỷ lệ lỗi bit của một liên kết nối tiếp.

Ban đầu thử nghiệm các liên tết nối tiếp chỉ tập trung mô tả đặc điểm và giảm sự biến động thời gian vì biên độ dữ liệu nối tiếp tương đối cao. Tuy nhiên, khi tốc độ dữ liệu nối tiếp tăng, biên độ tín hiệu bị giảm, do đó nhiễu trở thành một vấn đề. Nhiễu và biến động bị rối khi nhiễu dịch chuyển vào sự biến động thời gian bất cứ khi nào tín hiệu vượt qua ngưỡng logic.

Hình 1

Tín hiệu có nhiễu dọc. Nếu áp dụng tín hiệu này cho một cổng logic, thì tùy thuộc vào biên độ tức thời của nhiễu, tín hiệu sẽ vượt qua ngưỡng logic sớm hơn hoặc muộn hơn. Hiệu quả của việc thay đổi thời gian ở đầu ra (Δt) phụ thuộc trực tiếp vào biên độ nhiễu (Δv) và ngược lại với độ dốc danh định (l) của sườn tín hiệu, như hình minh họa.

Máy hiện sóng số băng rộng được sử dụng để đo tính toàn vẹn của tín hiệu trên các đường dữ liệu nối tiếp tốc độ cao. Hỗ trợ cung cấp một số tùy chọn phân tích dữ liệu nối tiếp mô tả tính toàn vẹn của tín hiệu bằng cách tách biến động, nhiễu và ngoại suy các hiệu ứng của chúng để dự đoán tỷ lệ lỗi bit.

Phân tích dữ liệu nối tiếp

Xem xét việc phân tích trên máy hiện sóng bằng cách sử dụng chương trình phân tích dữ liệu nối tiếp (Hình 2). Chế độ xem mở rộng tín hiệu dữ liệu nối tiếp 2,48 GHz được hiển thị ở phía trên bên trái màn hình.

Biến động và nhiễu có thể đến từ nhiều nguồn khác nhau. Đại khái chúng có thể được phân loại như là các thành phần ngẫu nhiên hoặc xác định. Các thành phần xác định có thể được định nghĩa thêm như chu kỳ, dữ liệu phụ thuộc, hoặc bị chặn không tương quan với tín hiệu.

Hiểu về loại và độ lớn của các thành phần này giúp xác định nguồn gốc của chúng. Sử dụng nhiều phương pháp khác nhau để tách các thành phần nhiễu và biến động, bằng cách ngoại suy dữ liệu này có thể dự đoán, được dựa trên giới hạn độ dài bản ghi phép đo, tỷ lệ lỗi bit lên đến 10¹² bit.

Hai đường tín hiệu dưới tín hiệu đầu vào là tín hiệu giám sát nhiễu và tín hiệu giám sát biến động. Các tín hiệu giám sát cho thấy nhiễu và biến động tách ra khỏi tín hiệu nguồn; chúng là một phần của quá trình cách ly diễn ra trong phần mềm phân tích.

Hình 2

Phía trên bên phải của Hình 2 hiển thị biểu đồ mắt. Độ mở mắt biểu diễn chất lượng tín hiệu trong sơ đồ này. Biến động có xu hướng đóng mắt theo chiều ngang và nhiễu đóng nó theo chiều dọc.

Các thành phần nhiễu và biến động xác định bị giới hạn; nghĩa là chúng không tăng khi tăng thời gian hoặc số lượng phép đo. Có thể dự đoán được tác động của chúng lên mắt. Các thành phần xác định được đo trên miền tần số bằng cách lấy biến đổi Fourier nhanh (FFT) của nhiễu hoặc biến động.

Các thành phần ngẫu nhiên không bị chặn và gia tăng khi thời gian tăng. Biểu đồ của cả hai thành phần nhiễu và biến động ngẫu nhiên nằm ở bên phải, thứ hai và thứ ba từ trên xuống, được sử dụng để dự đoán các thành phần ngẫu nhiên cho ra số phép đo mong muốn (thường là 10¹² bit) bằng cách sử dụng kỹ thuật ngoại suy thống kê.

Một đồ thị bathtub được hiển thị trên cùng một lưới với biểu đồ biến động. Đường cong bathtub cho thấy độ mở mắt theo chiều ngang. Các thành phần ngẫu nhiên biến động ảnh hưởng đến độ dốc của các đường cong và biến động xác định ảnh hưởng đến vị trí ngang.

Bên dưới màn hình hiển thị là một bảng các thông số nhiễu và biến động. Chúng là kết quả đo tổng nhiễu hoặc biến động và biên độ của các thành phần ngẫu nhiên/xác định. Hàng thứ ba trong bảng thể hiện các thông số quan trọng của biểu đồ mắt.

Cả nhiễu và biến động đều ảnh hưởng đến tỷ lệ lỗi bit dữ liệu nối tiếp. Ví dụ như trên một biểu đồ mắt, nhiễu có thể ảnh hưởng đến cả việc đóng mắt theo chiều dọc và ngang. Biến động ảnh hưởng đến việc đóng mắt theo chiều ngang. Phần mềm phân tích đặc biệt có thể cô lập, xử lý và đo các thành phần nhiễu và biến động, làm cho nó có thể dự đoán tỷ lệ lỗi bit cho bất kỳ số lượng các bit nối tiếp nào.

Các nhà cung cấp chính các máy hiện sóng số băng rộng cung cấp tất cả các gói phần mềm phân tích dữ liệu nối tiếp để đo các thành phần nhiễu và biến động.

Nguồn: RSI