Осциллограф 86100C

В уникальном осциллографе 86100C Infiniium DCA-J производства американской компании Agilent Technologies практически совмещены четыре прибора в одном корпусе: анализатор сигналов цифровой связи, полнофункциональный широкополосный осциллограф, рефлектометр во временной области и анализатор джиттера.

• Автоматическое разделение джиттера на составляющие
• Запуск по кодовой комбинации, генерируемый самим прибором
• Модульная платформа для испытания сигналов передачи данных до 43 Гбит/с и выше
• Перекрытие самого широкого диапазона скоростей передачи данных с помощью эталонных приемников оптического сигнала и системы восстановления тактового сигнала
• Совместимость с модулями серии Agilent 86100A/B, 83480А и 54750
• Собственный джиттер менее 200 фс
• Открытая операционная система Windows® XP Pro

Гибкость конфигурирования для удовлетворения потребностей пользователя

Осциллограф 86100C поддерживает широкую номенклатуру модулей для измерения параметров оптических и электрических сигналов. Можно выбрать такие модули, которые обеспечат нужную полосу частот, фильтрацию и чувствительность.

Синхронизация запуска по кодовой комбинации (PatternLock Triggering)

Опция 001 усовершенствованного запуска (Enhanced Trigger) в осциллографе 86100C обеспечивает фундаментальную возможность, никогда ранее не доступную в осциллографах с дискретизацией в эквивалентном времени (стробоскопических осциллографах). Этот новый механизм запуска позволяет DCA-J генерировать сигнал запуска при повторении во входных данных определенной кодовой комбинации, назначенной в качестве условия запуска. Обычно для реализации такой возможности требовалось, чтобы источник кодовой комбинации сам обеспечивал выдачу сигнала запуска на осциллограф. PatternLock автоматически определяет длину кодовой комбинации, скорость передачи данных и тактовую частоту, делая сложный механизм запуска прозрачным для пользователя. С точки зрения опыта пользователя режим запуска PatternLock делает поведение 86100C более похожим на поведение реальновременного осциллографа. Исследование определенных битов в кодовой комбинации данных в этом случае значительно упрощается. Пользователи, знакомые с реальновременными осциллографами, но возможно не так хорошо знающие стробоскопические осциллографы, смогут теперь быстро освоить их. Режим запуска PatternLock добавляет новое измерение в запуск по кодовой комбинации, позволяя программному обеспечению базового блока брать выборки сигнала в определенных точках кодовой комбинации данных, используя выдающуюся точность временной базы. Это является основой для многих новых возможностей, доступных в 86100С, которые рассмотрены ниже.

Использование 86100С как анализатора джиттера при включении режима Jitter Mode (режим измерения джиттера)

Буква “J” в аббревиатуре DCA-J означает анализ джиттера. Прибор 86100С является анализатором сигналов цифровой связи с функцией анализа джиттера. Чрезвычайно широкая полоса частот, низкий уровень собственного джиттера и развитые алгоритмы анализа обеспечивают самую высокую точность измерений джиттера.
По мере роста скоростей передачи данных в электрических и оптических системах измерение джиттера становится все более острой проблемой. Разделение джиттера на составляющие становится крайне необходимым. Это позволяет критически подойти к его учету и оптимизировать рабочие характеристики устройств и систем. Многие появляющиеся сейчас стандарты также требуют разделения джиттера на составляющие, чтобы обеспечить совместимость результатов испытаний. Традиционные технические решения для разделения джиттера достаточно сложны и зачастую трудны в настройке. Поэтому по мере роста скоростей передачи данных способность приборов разделять джиттер на составляющие становится ограниченной. DCA-J обеспечивает простую одноклавишную установку и исполнение продвинутых видов анализа сигналов. В режиме анализа джиттера (Jitter Mode) происходит разделение его на составляющие, и данные джиттера представляются в различных вариантах отображения, дающих полное представление о нем. Режим анализа джиттера работает при всех скоростях передачи данных, которые поддерживает 86100С, устраняя традиционные ограничения скорости передачи при выполнении этого сложного вида анализа. 86100С имеет несколько ключевых особенностей.
• Очень низкий уровень собственного джиттера (как случайного, так и детерминированного), который обеспечивает очень низкий шумовой порог и не имеющую себе равных чувствительность при измерении джиттера.
• Широкая полоса пропускания измерительных каналов, обеспечивающая очень низкий уровень собственного джиттера, зависящего от данных, и позволяющая проводить анализ при всех скоростях передачи вплоть до 40 Гбит/с и выше.
• Режим запуска PatternLock обеспечивает эффективность дискретизации, что позволяет очень быстро выполнять измерения джиттера.
Функция анализа джиттера представлена в виде двух программных пакетов, поставляемых как опции. Опция 200 (Jitter Analysis) это расширенная программа анализа джиттера, а опция 201 (Advanced Waveform Analysis) - усовершенствованная программа анализа сигналов. Опция 200 включает следующие возможности.
• Разделение джиттера: общий джиттер (TJ), случайный джиттер (RJ), детерминированный джиттер (DJ), периодический джиттер (PJ), джиттер, зависящий от данных (DDJ), искажение коэффициента заполнения (DCD) и джиттер, обусловленный межсимвольной интерференцией (ISI)

• Различные отображения данных джиттера в графической и табличной формах
• Экспортирование данных джиттера в удобный текстовый формат с разделителями
• Запоминание/вызов базы данных джиттера
• Определение частотного спектра джиттера
• Выделение и анализ субскоростного джиттера (SRJ), который является периодическим джиттером, но скорость которого в целое число раз ниже скорости передачи данных
• Отображение U-образной кривой распределения отказов
• Настройка вероятности общего джиттера

С увеличением скорости передачи данных влияние канала вызывает значительное закрытие глазка. Большинство новых устройств и систем для компенсации влияния канала применяют выравнивание, а также введение предискажений с их последующей коррекцией. Опция 201 обеспечивает ключевые средства для разработки и испытания устройств и систем, которые должны будут столкнуться с трудными проблемами влияния канала.
• Захват однократных, представляющих интерес сигналов большой длительности. Режим запуска PatternLock и возможность добавления записи сигнала, обеспечиваемые опцией 201, позволяют очень точно анализировать наборы данных в виде импульсной последовательности с длиной записи до 256 Мвыб.
• Выравнивание (компенсация частотных и фазовых искажений сигнала). DCA-J может принимать однократные сигналы большой длительности, проводить их обработку по алгоритму линейного выравнивателя (по умолчанию или устанавливаемого пользователем) и отображать результирующий скорректированный сигнал в реальном времени. Можно одновременно просматривать входной (искаженный) и выходной (скорректированный) сигналы.
• Сопряжение с возможностями анализа MATLAB®.

Использование 86100С как анализатора сигналов цифровой связи при включении режима Eye/Mask Mode (режим глазковой диаграммы/испытания на соответствие маске)

Точный анализ глазковой диаграммы является важным для оценки качества передатчиков, работающих в диапазоне скоростей от 100 Мбит/с до 40 Гбит/с. 86100С разработан специально для решения сложных задач анализа сигналов цифровой связи. Испытания на соответствие маске и параметрические испытания больше не требуют сложной последовательности установок и конфигураций. Одним нажатием клавиши можно выполнить законченное испытание на соответствие установленным нормам. Самые важные и необходимые перечисленные ниже измерения всегда под рукой.
• Испытания на соответствие маскам промышленных стандартов с использованием встроенного анализа допусков
• Измерение коэффициента гашения с высокой точностью и повторяемостью
• Измерения глазковой диаграммы: процент пересечений, высота и ширина глазка, уровни “1” и “0”, джиттер, время нарастания/спада и другие.
Ключом к точным измерениям сигналов оптической связи является приемник оптических сигналов. Прибор 86100С имеет широкий набор встроенных прецизионных приемников.
• Встроенные фотодиоды с высокой равномерностью частотных характеристик, обеспечивают самую высокую достоверность воспроизведения сигнала; это позволяет достичь высокой точности измерения коэффициента гашения.
• Испытание передатчиков на соответствие стандартам требует фильтрации откликов. 86100С располагает широким набором комбинаций фильтров. Эти фильтры могут автоматически и многократно включаться в измерительный канал и выключаться из него дистанционно через GPIB или с помощью клавиш передней панели. Частотная характеристика сквозного измерительного тракта откалибрована и сохраняет свои параметры в течение длительного времени эксплуатации прибора.
• Встроенный прецизионный оптический приемник образует калиброванный канал для оптических сигналов. С его помощью обеспечивается точное измерение и отображение параметров оптических сигналов в единицах световой мощности.
Для измерения средней мощности не требуется переключателей или ответвителей; упрощенная маршрутизация сигнала позволяет поддерживать постоянство его интенсивности.

Испытание на соответствие маске глазковой диаграммы

Прибор 86100С обеспечивает эффективное испытание сигналов на соответствие стандартизованным маскам глазковых диаграмм. Процесс испытания четко определен и требует минимального числа нажатий клавиш, необходимых для испытания при скоростях передачи данных, соответствующих промышленным стандартам.

Другие маски глазковых диаграмм легко создаются путем масштабирования тех, которые перечислены в левом столбце. Кроме того, функция редактирования масок позволяет создавать новые маски путем редактирования существующих или заново с самого начала. Новую маску можно также создать или модифицировать во внешнем компьютере, используя текстовый редактор, такой как Notepad, а затем, используя локальную сеть или флэш-накопитель, переслать ее на жесткий диск прибора. Испытания на соответствие маске можно выполнить, используя удобные, заданные пользователем условия измерения, такие как допустимые пределы с использованием допусков, число испытуемых сигналов, а также критерии завершения испытания и действия в случае выхода за пределы маски.

Режим глазкового контура

Режим глазкового контура (Eyeline Mode) это новая функция, имеющаяся только в 86100С. Эта функция позволяет глубже исследовать влияние определенных битовых переходов в кодовой комбинации. Уникальное изображение на экране помогает выявлять неисправности устройств и систем, влияющие на определенные битовые переходы или группы переходов в кодовой комбинации. Вместе с испытаниями на соответствие маске с заданными пределами режим глазкового контура позволяет быстро выявить определенные биты, которые привели к выходу за пределы маски. Традиционные методы запуска в осциллографах с дискретизацией в эквивалентном времени достаточно эффективны при формировании глазковых диаграмм. Однако эти глазковые диаграммы составляются из выборок сигнала, для которых временное соотношение с кодовой комбинацией данных в значительной степени носит случайный характер. Поэтому полученная глазковая диаграмма образуется из выборок, полученных от многих различных битов кодовой комбинации без какой-либо определенной упорядоченности во времени. В результате траектории зависимости амплитуды от времени для определенных битов в кодовой комбинации не видны. Усреднение глазковой диаграммы также не обеспечивает достоверного результата, поскольку усреднение выборок, находящиеся в случайных соотношениях, приведет к нулевому результату.
Чтобы построить глазковую диаграмму из выборок, взятых последовательно из кодовой комбинации данных, в режиме глазкового контура используется синхронизация запуска по кодовой комбинации (PatternLock). Это позволяет поддерживать определенное временное соотношение между выборками и строить глазковую диаграмму на основе определенных битовых траекторий. При этом может быть исследовано влияние определенных битовых переходов и выполнено усреднение глазковой диаграммы.

Использование 86100С как широкополосного осциллографа при включении режима Oscilloscope Mode (режим осциллографа)

• Полоса частот исследуемого сигнала от 12 до более 80 ГГц обеспечивает самое точное воспроизведение формы сигналов
• Просмотр импульсных последовательностей не требует дополнительного сигнала запуска по кодовой комбинации или по кадру
• Полное впечатление работы с обычным аналоговым осциллографом
• Полоса частот сигналов запуска более 13 ГГц (опция 001) или 43 ГГц (при использовании модуля прецизионной временной базы 86107А)

Быстрое проникновение в существо проблем

При высоких скоростях передачи двоичных данных даже в сравнительно недорогих системах для получения низкого коэффициента битовых ошибок (BER) всегда используются самые лучшие технические решения. Разработчики все чаще используют введение предыскажений и компенсацию для нейтрализации межсимвольных помех (ISI) и открывают глазковую диаграмму. Однако измерение эффективности таких систем может вызвать определенные трудности. Чтобы предсказать поведение отдельных компонентов системы, разработчики используют моделирование, но в конечном итоге им необходимо проверить характеристики проектируемого устройства с помощью реальных измерений. Когда отдельный запуск по кодовой комбинации недоступен, функция Pattern Lock позволяет просматривать однозначные сигналы даже при самых высоких скоростях передачи двоичных данных.

Непосредственный запуск с восстановления тактового сигнала

Обычно для синхронизации осциллографа с исследуемым сигналом используется внешний опорный сигнал синхронизации. Если этот сигнал недоступен, можно использовать модули восстановления тактового сигнала для получения опорного сигнала синхронизации из исследуемого сигнала. Модули восстановления тактового сигнала серии Agilent 8349XA/B пригодны для работы с электрическими, многомодовыми и одномодовыми оптическими входными сигналами. Все модули серии 8549XA/B имеют отличные характеристики джиттера, обеспечивающие точные измерения. Каждый модуль восстановления тактового сигнала может использоваться для синхронизации при различных распространенных скоростях передачи данных. Модуль 83496А/B может формировать сигнал запуска из оптических и электрических сигналов при любой скорости передачи данных от 50 Мбит/с до 13,5 Гбит/с.

Ширина полосы кольца системы восстановления тактового сигнала

Модули восстановления тактового сигнала компании Agilent имеют регулируемую ширину полосы кольца системы восстановления тактового сигнала, которая играет важную роль в обеспечении точности воспроизведения формы сигнала при измерении джиттера и при его испытании на соответствие установленным нормам. Когда для синхронизации используются восстановленные тактовые сигналы, величина наблюдаемого джиттера зависит от ширины полосы кольца. Чем больше ширина полосы, тем большая часть джиттера отслеживается и подавляется системой восстановления тактового сигнала; в результате наблюдаемый джиттер уменьшается.
• При узкой полосе джиттер в схеме восстановления становится свободным и не отрабатывается системой; при этом полностью сохраняется его начальный уровень
• Для некоторых применений ширина полосы кольца определяется стандартами с целью обеспечения совместимости испытаний. Установка широкой полосы кольца имитирует работу приемника системы связи. Модуль 83496А/B имеет непрерывную настройку ширины полосы кольца от 30 кГц до 10 МГц и может быть сконфигурирован как образцовая система фазовой автоподстройки для испытаний на соответствие стандартам.

Самый низкий уровень собственного джиттера

Для снижения собственного джиттера прибора до требуемого уровня используется модуль 86107А. Этот модуль имеет беспрецендентно высокие характеристики при измерении параметров систем со скоростями передачи 10 и 40 Гбит/с. Модуль 86107А вставляется в любую базу семейства 86100 и уменьшает собственный джиттер временной базы до значения около 200 фс; это почти в 5 раз снижает уровень джиттера в системе. Модуль 86107А требует электрического опорного тактового сигнала, синхронного с исследуемым сигналом и позволяет улучшить разрешающую способность временной базы с 2 пс/деление до 500 фс/деление.

Удовлетворение потребностей в широкой полосе

Ширина спектра сигналов современных систем связи значительно превышает полосу пропускания осциллографа на уровне минус 3 дБ. Просто широкополосный осциллограф еще не может гарантировать точного представления формы сигнала. При разработке осциллографа особое внимание должно быть обращено на его частотную характеристику (амплитудную и фазовую) с целью минимизации таких искажений формы сигнала, как выбросы и затухающие колебания (звон). Сменные модули 86116С имеют встроенный оптический приемник, разработанный специально для обеспечения оптимальной ширины полосы, чувствительности и точности воспроизведения формы сигнала. Модуль 86116B расширяет полосу пропускания прибора 86100С Infiniium DCAJ до 80 ГГц для электрических каналов и до 65 ГГц для оптических в 1550-нанометровом диапазоне длин волн. Модуль 86116А перекрывает диапазоны длин волн 1550 и 1300 нм, используя полосу пропускания электрического канала 63 ГГц и оптического 52 ГГц. Модули 86117А и 86118А обеспечивают полосы пропускания 50 и 70 ГГц, соответственно. Если пользователь уже имеет один из базовых блоков семейства 86100, на его основе, используя сменные модули, можно реализовать первичное техническое решение для анализа сигналов передачи данных до 43 Гбит/с.

Испытания сигналов с RZ модуляцией при скорости передачи 43 Гбит/с

Существует много сложных аспектов при измерении сигналов со скоростью передачи данных 40 Гбит/с. Модуляция с возвратом к нулю (RZ) является широко распространенным форматом в системах передачи данных со скоростью 40 Гбит/с и имеет уникальный набор определенных параметров измерения для его описания. Компоненты, разрабатываемые для систем со скоростью передачи данных 40 Гбит/с, должны иметь очень низкий уровень собственного джиттера для успешного функционирования системы. Иногда эти уровни настолько малы, что трудно понять, принадлежит ли измеренный джиттер исследуемому компоненту системы, или это шумовой порог джиттера измерительного прибора. При отсутствии приспособленных контрольных точек схемы следует использовать пробники Infiniimax с полосой более 13 ГГц вместе с адаптером пробника N1022A и широкополосными входами DCA-J. Даже закрытые глазковые диаграммы могут быть захвачены как данные импульсной последовательности, и эффективность общих схем компенсации можно наблюдать с помощью внутриплатных алгоритмов. Анализ многих стандартов, устанавливающих все более повышенные требования к полосе частот при возрастании скорости передачи двоичных данных, показывает, что DCA-J перекрывает необходимые требования как на текущий момент, так и в обозримом будущем.

Использование 86100С как рефлектометра во временной области при включении режима TDR/TDT Mode (режим рефлектометра во временной области)

Контроль качества работы компонентов и каналов передачи данных с помощью прецизионного рефлектометра
Несимметричный и дифференциальный входы рефлектометра для точных измерений импеданса
Уникальные возможности калибровки, устраняющие систематические погрешности измерения, обусловленные кабелями, соединителями и пробниками, позволяют измерять характеристики только самого испытуемого устройства.
Преобразование результатов измерения в законченные данные смешанных S-параметров с помощью программы N1930A.
Разработка высокоскоростных устройств начинается с физической структуры. Характеристики передачи и отражения электрических каналов и компонентов должны обладать такими свойствами, которые могут обеспечить достаточно высокую точность воспроизведения сигнала; для этого отражения и искажения сигнала должны быть минимальными. Для оптимизации микрополосковых линий, системных (объединительных) плат, проводников печатных плат, оконечных возбудителей SMA и коаксиальных кабелей используются измерители отражения и передачи во временной области (TDR и TDT).
Используя прибор 86100С с опцией 202 (Enhanced Impedance) и программное обеспечение для S-параметров, с помощью нажатия одной клавиши можно проанализировать обратные потери, затухание, перекрестные помехи и другие S-параметры как для несимметричных, так и для смешанных сигналов. Уникальная техника калибровки, примененная в 86100С, обеспечивает самую высокую точность путем устранения влияния кабельного соединения и устройства подключения на результаты измерений. Преобразование результатов рефлектометрических измерений во временной области в полный набор S-параметров для несимметричных, дифференциальных и смешанных цепей осуществляется с помощью программы N1930A Physical Layer Test System (испытательная система физического уровня). Благодаря улучшению параметров импульса в рефлектометре, обеспеченному компанией PicosecondPulse Labs, получено более высокое разрешение двух событий и очень высокая скорость измерения импеданса. Короткозамыкатель и нагрузка помещаются в опорной плоскости испытуемого устройства.
Повышенная точность разрешения двух событий при измерении импеданса в режиме рефлектометра во временной области достигнута за счет улучшения параметров импульса. Наблюдение двух событий с субмиллиметровым разрешением и точное измерение импеданса для сверхскоростных перепадов реализуется с помощью принадлежностей, поставляемых компанией Picosecond Pulse Labs (www.picosecond.com). Самая высокая достоверность воспроизведения и симметрия сигналов на соединителях сдвоенного выхода TDR обеспечивают точность дифференциальных и несимметричных измерений в единой установке.

Моделирование выравнивания амплитудно-частотной характеристики

Высокоскоростные сигналы часто подвержены межсимвольной интерференции (ISI), которая возникает из-за ограниченной полосы пропускания линий передач, таких как проводники печатных плат. Опция 201 прибора 86100С обеспечивает моделирование линейного выравнивателя с прямой связью для оценки формы глазка после используемой схемы корректора. Это облегчается быстрым выбором расстояний между отводами и значений, выполняемом автоматически или вручную.

Нормализация, выполняемая рефлектометром, устанавливает опорную плоскость на наконечнике пробника и устраняет погрешности, вносимые устройством подключения.

Ухудшение качества модуляции/сигнала

Для безошибочной передачи данных уровни “1” и “0” должны значительно отличаться друг от друга. Такая характеристика мощности сигнала обычно определяется с помощью стандартных автоматических измерений 86100С, подобных амплитуде глазка или амплитуде оптической модуляции (OMA). Опция 300 предлагает усовершенствованную технику определения амплитуды сигнала. Можно изолировать определенные последовательности битов для определения условий измерения амплитуды. При этом может быть исследовано влияние различных кодовых комбинаций данных. Измерения амплитуды оптической модуляции, базирующиеся на стандартах, обычно требуют кодовых комбинаций прямоугольной формы. Теперь эти измерения проводятся с использованием любых кодовых комбинаций данных. Опция 300 также разделяет различные механизмы, вызывающие закрытие глазка амплитуды.

Относительная интенсивность шума (RIN)

Относительная интенсивность шума (RIN) - отношение среднеквадратичной интенсивности флуктаций оптической мощности источника света к среднеквадратичной оптической выходной мощности. Чрезмерная величина RIN может ограничить ресурсы мощности в оптической системе. Опция 300 измеряет величину относительной интенсивности шума, базируясь либо на уровне мощности “1”, либо на амплитуде оптической модуляции (OMA). При автоматической нормализации шума до 1 Гц результаты измерения 86100С легко и напрямую сравниваются со значениями, рекомендованными стандартами (например, IEEE 802.3ae).

Производитель широкополосного осциллографа 86100C - компания Keysight Technologies (Agilent Technologies), США

Технические характеристики