בריג אסיי – Agilent Technologies
הריצוד היה ועודנו אחד המפרטים החשובים ביותר במסגרת אומדן איכותם של ההתקנים שונים. חבילות התאימות מגדירות ריצוד אקראי, ריצוד דטרמיניסטי וכן ריצוד כולל. טכנולוגיות מסוימות מגדירות מדידות כגון bounded uncorrelated jitter ומפרט ריצוד J2/J9. שיעור ריצוד נמוך עשוי להוות את ההבדל הקטן, המצריך תכנון מחדש של המוצר או מאפשר את אספקתו במועד. בכל הנוגע למפרטי ריצוד, האוסילוסקופ הוא ללא ספק כלי מדידה רב עוצמה. רוב האוסילוסקופים שבהם מותקנת מערכת ההפעלה Windows מספקים כלים מגוונים של מדידת ריצוד. עם זאת, האוסילוסקופים מתאפיינים ברעש מובנה וברצפת מדידות ריצוד (המשמעות היא, כי לא ניתן למדוד ריצוד שנמוך מערך סף זה). רוכשי האוסילוסקופים, מצדם, מעוניינים לדעת כי קיבלו את המוצר המיטבי תמורת כספם – במיוחד כאשר מדובר בהוצאה של אלפי דולרים. לפיכך, חשוב מאוד להבין את מפרטי הריצוד של האוסילוסקופ. מפרט הריצוד המשמעותי ביותר הוא רצפת מדידות הריצוד – אשר משלב את ריצוד שעון הדוגמה ואת רצפת הרעש של האוסילוסקופ. ההגדרה של רצפת מדידות הריצוד משתנה מיצרן ליצרן ולכן חשוב להבין את המשמעות של כל מפרט.
Intrinsic Jitter or Sample Clock Jitter
אוסילוסקופים הפועלים בזמן אמת דוגמים נתונים במהירות גבוהה שמגיעה עד ל- GSa/s , והמשמעות היא כי נודעת חשיבות רבה ביותר לשמירת ההתאמה בין הנקודות. על האוסילוסקופ לבצע התאמה בזמן של כל נקודות הדוגמה. כדי לבצע התאמה בין הנקודות, האוסילוסקופ יכול להשתמש בשבב או במערכת הידועה כבסיס הזמן, אשר מספקת את קורלציית הזמנים המדויקת שנדרשת בין אותות הקלט שנדגמו ואשר מועברים לממיר האנלוגי לדיגיטלי, לבין השעון הפנימי. השעון עצמו מצויד במפרט ריצוד, שבאמצעותו הוא מסוגל לבצע התאמה של נקודות האוסילוסקופ דרך בסיס הזמן. מפרט הריצוד של בסיס הזמן השלם של האוסילוסקופ ידוע כריצוד שעון דוגמה, או לחלופין כריצוד הפנימי של האוסילוסקופ.
יצרני האוסילוסקופים שונים זה מזה בכל הנוגע להגדרת הריצוד הפנימי. לדוגמה, האוסילוסקופ מדגם Agilent 90000 X-Series קובע את הריצוד הפנימי של 150 fs כריצוד שעון הדוגמה שלו. יצרנים אחרים מכנים זאת בשם “רצפת מדידות הריצוד” (נתייחס לכך בהמשך). הריצוד הפנימי הוא ה”טוב האבסולוטי” בכל הנוגע למדידת הריצוד של שגיאת אינטרוול הזמן על-ידי האוסילוסקופ. במילים אחרות, הריצוד הפנימי מציג מדידת ריצוד שהנה “המקרה הטוב האבסולוטי” (ערך הריצוד האבסולוטי הנמוך ביותר) עבור האוסילוסקופ.
תמונה 1: התממשקות לאוסילוסקופ Agilent 90000 X-Series
10 Gbase KR signal with significant ISI
רצפת מדידות הריצוד
בעוד שהריצוד הפנימי מתייחס ל-best case התיאורטי מבחינת ריצוד האוסילוסקופ (במילים אחרות, מהו הריצוד שיתקיים בהיעדר משתנים נוספים), המפרט עצמו אינו מאפשר למשתמש לדעת מהו שיעור הריצוד שאותו תורם האוסילוסקופ עצמו למדידה. אחד התורמים המרכזיים לריצוד האוסילוסקופ הוא רעש האוסילוסקופ עצמו, אשר אינו מכוסה על-ידי מפרט ריצוד שעון הדגימה. רצפת מדידות הריצוד (JMF) מתייחסת גם לרצפת הרעש של האוסילוסקופ.
דוגמה לרצפת מדידות הריצוד של האוסילוסקופ מצויה בגיליון הנתונים של ה-90000 X-Series:
יש לשים לב, כי המפרט כולל שלושה רכיבים – ריצוד שעון הדוגמה הנזכר לעיל, רעש וקצב slew.הימצאותם של כל שלושת המרכיבים הנה בעלת חשיבות במסגרת המפרט. גיליונות נתונים של אוסילוסקופים אשר מפרטים מספר אחד בלבד, כגון 200 fs, מתייחסים אך ורק לריצוד ה-best case או לריצוד שעון דוגמה, אולם אינם מציגים כיאות את רצפת מדידות הריצוד בגיליון הנתונים.
אם כך, מדוע משולבים שלושת המפרטים במסגרת מפרט יחיד של רצפת מדידות ריצוד? שוב, הרעש משפיע על ריצוד האוסילוסקופ. ככל שזמן העלייה או קצב ה-slew איטי יותר, כך רעש האוסילוסקופ משפיע במידה רבה יותר על תרומת הריצוד של האוסילוסקופ. רעש האוסילוסקופ אמנם אינו נחשב בדרך כלל כמפרט אופקי, אולם זמן עלייה איטי מאפשר לרעש להשפיע על המדידה האופקית. ניתן לזהות תופעה זו על-ידי בחינת שגיאת אינטרוול הזמן של תדרים שונים של גל הסינוס. יש לשים לב, כי עבור גל סינוס של 20 גה”צ, האוסילוסקופ מתאפיין בשגיאת אינטרוול זמן של 190 fs (ראה תמונה 1). כאשר גל הסינוס מואט והופך ל-5 גה”צ, שגיאת מרווח הזמן היא 400 fs (ראה תמונה 2). תמונה שלוש מציגה עקומה מלאה של ריצוד לעומת תדר, המאפיינת את ה-90000 X-Series. ניתן לראות, כי בעת שתדר גל הסינוס עולה אל מעבר ל-30 גה”צ, רצפת מדידות הריצוד מתקרבת למפרט ריצוד שעון הדוגמה העומד על 150 fs. קצבי ה-slew של גלי הסינוס הופכים מהירים יותר ככל שהתדר עולה. ברמה של 30 גה”צ, קצב ה-slew מהיר בשיעור של יותר מפי עשרה מגל סינוס הפועל בתדר של 5 גה”צ, והמשמעות היא, כי תרומת רעש האוסילוסקופ לשגיאת אינטרוול הזמן של המדידה פחותה במידה ניכרת.
איור 4: זמני העלייה עולים אף הם בעת שהתדרים יורדים והדבר מגדיל את תרומת רעש האוסילוסקופ למדידת הריצוד.
ריצוד ארוך טווח
מפרט נוסף שמשפיע על הריצוד הוא הריצוד ארוך הטווח של האוסילוסקופ. ככל שזיכרון האוסילוסקופ גדל, כך בסיס הזמן נדרש לבצע התאמה של יותר נקודות דוגמה בקצבים מהירים במיוחד. בעיה זו טופלה בשנים האחרונות באמצעות אוסילוסקופים שצוידו בזיכרון עמוק יותר. למעשה, כעת האוסילוסקופים מספקים עד 2 Gpts של נתונים, והדבר מפעיל לחץ מוגבר על בסיס הזמן של האוסילוסקופ. בנוסף לזיכרון עמוק יותר, יצרני השבבים מפרידים את הריצוד דרך דפוסים ארוכים יותר, כגון PRBS23 או PRBS31. הפרדה בין ריצוד אקראי לריצוד דטרמיניסטי דרך דפוס של PRBS23 עשויה לדרוש עד 500 Mpts של נתונים ויותר. בעומקי זיכרון גבוהים אלה מתעצמת עד מאוד חשיבות הריצוד ארוך הטווח של האוסילוסקופ.
ריצוד ארוך טווח מתייחס להשפעות הסטייה של בסיס הזמן שאותה חווה האוסילוסקופ. בסיס זמן שלא תוכנן עבור זיכרון עמוק יחווה סטייה משמעותית ויוביל למדידות ריצוד גבוהות במיוחד. גרוע מכך, מדידת ריצוד שבוצעה ען 2Mpts של נתונים עשויה להציג תשובה שונה לחלוטין ממדידה שבוצעה עם 100Mpts של נתונים – וזאת לא משום שההתקן תחת בדיקה מתאפיין בשיעור ריצוד גבוה יותר, אלא בגלל סטיית האוסילוסקופ בבסיס הזמן.
כיצד לאמת ריצוד
אימות מפרט הריצוד הנה פעולה פשוטה למדי; עם זאת, לכל אוסצילוסקופ “נקודות אדומות” שאליהן יש להתייחס.
שלבי מדידת הריצוד
#1: אתר מקור גל סינוס בעל ריצוד נמוך במיוחד, שרוחב הפס שלו זהה לזה של האוסילוסקופ או עולה עליו, לדוגמה – ה-E8267D של Agilent מתאפיין ב->30 גה”צ רוחב פס ובריצוד נמוך במיוחד.
#2: חבר את מחולל גל הסינוס לאחת מכניסות האוסילוסקופ (ראה תמונה להלן).
#3: התחל ב-1 גה”צ על גבי מחולל גל הסינוס; העבר את גל הסינוס לתוך האוסילוסקופ.
#4: הפעל את מדידת השגיאה של אינטרוול הזמן של האוסילוסקופ ובדוק את המדידה (ניתן להגדיר את שחזור השעון בהתאם להגדרת שחזור השעון הקבועה של האוסילוסקופ).
זו המדידה הראשונה בעקומה של רצפת מדידות הריצוד; כעת נחזור על שלבים 2 עד 4 במרווחים של 1 גה”צ או 500 מה”צ, עד לרוחב הפס של האוסילוסקופ.
יש לשים לב, כי רצפת מדידות הריצוד יורדת בעת שרוחב הפס של גל הסינוס עולה. הדבר נובע מכך, שככל שזמן העלייה מהיר יותר, כך תרומת הרעש לרצפה של מדידות הריצוד קטנה יותר. בעת מדידת זמני עלייה שהנם איטיים יותר מ-30ps, הרי שהתורם המשמעותי ביותר לרצפת מדידות הריצוד הוא הרעש ולא ריצוד שעון הדוגמה של האוסילוסקופ. כמו כן, כאשר חל שינוי באמפליטודה ובהיסט של גל הסינוס, האוסילוסקופים מספקים תוצאות שונות. לדוגמה, סוג אחד של אוסילוסקופים עשוי להיות רגיש מאוד לשינויי היסט, כך ששיעור הריצוד המאפיין אותו הופך משמעותי יותר כאשר ההיסט הולך וגדל. סוג אחר של אוסילוסקופים פועל בצורה ממוטבת כאשר ה-scale input עומד על 75%, כך שבעת חריגה מרמה של 90%, רצפת מדידות הריצוד גדלה. אם יש לך זמן פנוי, מומלץ לתרגל שינוי ערכי משתנים כגון אמפליטודה, היסט, % מסך ה-input ולבצע מדידה חוזרת של עקומת הרצפה של מדידות הריצוד. התמונה שלהלן מציגה את רצפת מדידות הריצוד של האוסילוסקופ החדש מבית – 90000 X-Series. ניתן להבחין כי בתדרי גל סינוס של < 20 גה”צ, המוצר מתקרב לרמת הריצוד הפנימי שלו, אשר עומדת על150 fs .
שיקולים נוספים
בדומה למפרט זמן העלייה של האוסילוסקופ, הרי שאם ריצוד הסקופ קרוב לרמת הריצוד של המדידה, האוסילוסקופ יוסיף ריצוד למדידות שלך. הדרך היחידה שבה ניתן לראות את רמת הריצוד התיאורטית הנמוכה ביותר של האוסילוסקופ היא להגיע לריצוד נמוך משמעותית בהתקן. לדוגמה, אם ריצוד ההתקן הוא 150 fs ורצפת מדידות הריצוד של הסקופ היא 150fs, ניתן לצפות לשיעור שגיאה נוסף של 30-40% במדידות הריצוד. המשמעות היא, כי במקרה הטוב ביותר תוצג לפניך מדידת ריצוד של 200 fs עבור האוסילוסקופ בזמן אמת.
סיום
מפרט הריצוד הוא אחד המפרטים החשובים ביותר של האוסילוסקופ. אין די בקריאת מדידות ריצוד של גיליון נתונים שעומדות על 200fs. משתמש האוסילוסקופ נדרש להבין את הגדרותיו של יצרן האוסילוסקופ. האם היצרן מתייחס לריצוד שעון דוגמה בלבד? ברוב המקרים, היצרן מבלבל בין ריצוד שעון דגימה המוגדר כ-best case לבין רצפת מדידות הריצוד. בסופו של דבר, רצפת מדידות הריצוד היא שקובעת מה יהיה הריצוד האמיתי של האוסילוסקופ. רצפת מדידות הריצוד משלבת את ריצוד שעון הדוגמה ואת רצפת הרעש, על-ידי הוספת רכיב של קצב slew. רצפת מדידות הריצוד משתנה בהתאם לקצב ה-slew ולפיכך חשוב לזהות מהו קצב ה-slew הדרוש ולבדוק את רצפת מדידות הריצוד בנקודה זו. הערכה כזו של האוסילוסקופ אמנם מצריכה הקדשת זמן נוסף, אולם היא מבטיחה מדידה מדויקת יותר בצד מדידת ריצוד כוללת נמוכה יותר, והמשמעות בפועל היא קיצור זמן הפיתוח של התכנונים השונים.
