一種基于矢量網(wǎng)絡分析儀的眼圖生成方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于矢量網(wǎng)絡分析儀的眼圖生成方法。
【背景技術】
[0002] 傳統(tǒng)上，矢量網(wǎng)絡分析儀是在微波毫米波設計生產領域進行頻域測試的儀器，通 過獲取被測件的散射參數(shù)(S參數(shù))來分析它們的網(wǎng)絡特性。隨著矢量網(wǎng)絡分析儀向著多功 能方向的發(fā)展，不僅在頻域測試領域有新功能加入，也逐漸進入到時域測試領域。
[0003] 近年來，伴隨著移動通信、互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的迅速發(fā)展，數(shù)據(jù)通信速率已達到Gbps。以 前在產品設計中很少關注過的微波效應在高速電路中逐漸顯現(xiàn)出來，它帶來的信號完整性 問題也越來越受到關注。在高速數(shù)據(jù)通信中，傳輸鏈路的匹配和損耗會造成數(shù)據(jù)位的失真， 從而產生誤碼。同時，隨著高密度電路板的廣泛應用，傳輸通路間的雜散和耦合電容會引起 串擾，影響電路的正常工作。眼圖包含有大量的高速通信鏈路的信號完整性信息，從其中可 以獲得數(shù)字信號的多種特征，從而對高速信號的傳輸質量進行評估。因此，眼圖是進行高速 數(shù)據(jù)通信鏈路信號完整性分析的關鍵技術之一。
[0004]傳統(tǒng)用于眼圖測試的方法是采用示波器的多次觸發(fā)采樣獲得的眼圖，基本原理如 圖1(a)-圖1(e)所示，將一個示波器連接在被測高速通信鏈路的輸出端，然后對示波器掃描 頻率進行設置，保證示波器的水平掃描周期與通信鏈路中的數(shù)據(jù)位周期同步，對被測信號 進行多次觸發(fā)采集后就可以生產眼圖。
[0005] 目前，采用示波器獲得眼圖后，可進一步分析出眼高、眼寬、上升時間和下降時間 等指標，進而可以完成高速通信鏈路的信號完整性分析。
[0006] 現(xiàn)在眼圖分析技術主要是采用示波器完成的，對于達到Gbps速率的高速通信鏈 路，用于進行信號完整性分析示波器的采樣速率要滿足采樣定理，達到高速信號帶寬的2倍 以上，這就需要采用高速的模數(shù)轉化器(ADC)。即使ADC能夠滿足采集的需要，后端用于生成 眼圖的數(shù)字信號處理速度也必須與前端匹配。否則被測信號將無法準確的得到，進而無法 完成被測通信鏈路的信號完整性測試。針對這種情形，如果只是通過采用更高速率的(ADC) 和數(shù)字信號處理器來滿足的測試需求，儀器的成本會大幅增加。
[0007] 由于示波器是一種寬帶測試設備，其測試噪聲相對于矢量網(wǎng)絡分析儀要高很多， 在生成眼圖時會影響測試的精度。同時觸發(fā)電路抖動噪聲和時鐘恢復電路噪聲也會被引入 到眼圖的測量中。為降低噪聲，可采用精度更高的元器件，采用復雜的處理算法，但這無疑 會增加產品的成本同時增加了測試的時間消耗。
【發(fā)明內容】
[0008] 本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，本發(fā)明給出了一種基于矢量網(wǎng)絡分析儀的 眼圖生成方法，本發(fā)明有效的降低了眼圖測試對模數(shù)轉換器(ADC)采樣速率的要求，提高散 射參數(shù)即S參數(shù)的擬合精度和矢量網(wǎng)絡分析儀的眼圖測試速度。
[0009] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：
[0010] -種基于矢量網(wǎng)絡分析儀的眼圖生成方法，包括如下步驟：
[0011]步驟（1):通過矢量網(wǎng)絡分析儀對被測件進行測試，獲取頻域的散射參數(shù)，即s參 數(shù)；
[0012] 步驟(2):在矢量網(wǎng)絡分析儀中，采用矢量匹配法對S參數(shù)進行擬合得到傳遞函數(shù)；
[0013] 步驟(3):將時域碼型作為傳遞函數(shù)的輸入，獲取被測件的瞬態(tài)時域響應；
[0014] 步驟(4):對瞬態(tài)時域響應疊加處理后，獲取對應的眼圖。
[0015] 所述步驟(2)通過Vector fitting算法對S參數(shù)進行擬合，從而獲取傳遞函數(shù)。 [0016] 所述步驟(2)包括如下步驟：
[0017]步驟(201):將S參數(shù)矩陣變?yōu)閷Ъ{矩陣，由導納矩陣獲取導納矩陣的元素構成的 向量f(s);將向量f(s)的元素 fi(S)寫成零極點的形式；
[0018]步驟(202):引入輔助矩陣〇i(s)，求取fi(s)的極點；
[0019]步驟(203):獲取導納矩陣元素 Yu(S)的傳遞函數(shù)。
[0020]所述步驟(201)的步驟為：由導納矩陣表示為零極點形式
[0022]其中，Y(s)表示導納矩陣，Ynn(s)表示導納矩陣的元素；
[0023]由導納矩陣獲取向量形式的f(s)，SP
[0024] f(s) = [Yll(s) Y22(s) ··· Ynn(s)](2)
[0025] 其中，f(s)表示導納矩陣元素構成的向量。
[0026] 將向量f(s)的元素 fKs)寫成零極點的形式，SP
[0028] 其中，&是實數(shù)或復共輒形式；％是實數(shù)或復共輒形式；，是和爸是實數(shù)形式，之是 傳遞函數(shù)的留數(shù)，％是傳遞函數(shù)的極點，g是傳遞函數(shù)的直流分量，I是傳遞函數(shù)的電感 分量。
[0029] 所述步驟(202)的步驟為:為確定fKs)的極點，引入輔助函數(shù)
[0031 ]其中，％是輔助矩陣傳遞函數(shù)的留數(shù)，巧是輔助矩陣傳遞函數(shù)的極點，
[0032]假定〇1(8)和匕（8)的乘積能夠用相同極點的一個有理傳遞函數(shù)進行逼近， 〇1(s)和 fi(S)的關系可寫成如下的形式
[0033] (〇ifi)fit(s) = 〇fit(s)fi(s) (5)
[0034] 由矢量網(wǎng)絡分析儀獲得的被測件離散頻點的S參數(shù)，然后將S參數(shù)轉化為如公式 (1)的導納矩陣，獲取fKs)-組值，將fds)-組值帶入式(5)后獲得如下的線性方程組
[0035] AiXi = Bi (6)
[0037] Cil是傳遞函數(shù)(OifOfiJs)留數(shù)的第1個元素，Cim是傳遞函數(shù)(Oifi)fit(S)留數(shù)的第 m個元素，di是傳遞函數(shù)(OifOfds)的直流分量，ei是傳遞函數(shù)(OifOfds)的電感分量。Ai 表示線性方程組(6)的系數(shù)矩陣，81表示線性方程組(6)的值向量。
[0038]由式(6)確定出式(〇ifi)fit(s)和式〇fit(s)，最終可求出fi(s)，
[0040]所述步驟(203)的步驟為：由于導納矩陣元素 Yu(S)的極點是全部Yn(s)極點的子 集，所以在完成步驟(202)后，采用與步驟(201)到(202)相同的方法，求取出知㈦的留數(shù)和 極點，進而獲得被測件的導納矩陣Y(s)。
[0041 ]步驟(3)采用矢量網(wǎng)絡分析儀的FPGA來加速矩陣運算的速度。
[0042]步驟(3)的步驟如下：
[0043]獲得被測件的導納矩陣Y(s)后，根據(jù)線性系統(tǒng)理論，可將導納矩陣寫成狀態(tài)空間 的形式
[0047] 其中，u是激勵輸入，選用ABS(Arbitrary(Random)Bitstream,任意比特流）、PRBS (Pseudo-Random Bit Sequence,偽隨機序列）等碼型作為輸入。
[0048] 得到狀態(tài)方程(8)后，可根據(jù)線性系統(tǒng)的離散化相關原理，得到式(8)的離散狀態(tài) 空間的表達式，具體如下
[0049] X(k+l)=GX(k)+Hu(k)
[0050] (9)
[0051] Y(k)=CX(k)+Du(k)
[0052] 通過式(9)獲得被測件的瞬態(tài)響應，式(9)的矩陣運算是通過矢量網(wǎng)絡分析儀的 FPGA進行的，這樣提高瞬態(tài)響應的生成速度。
[0053] 由式(9)得到瞬態(tài)響應Y(k)后，將生成的數(shù)據(jù)流的比特位疊加起來，生成眼圖曲 線。
[0054]本發(fā)明的有益效果：
[0055] 1通過頻域測試獲取被測件的眼圖信息，降低了對模數(shù)轉換器(ADC)采樣速率的要 求和硬件設計的實現(xiàn)難度。
[0056] 2通過Vector Fitting算法對傳遞函數(shù)進行擬合，并采用FPGA加速時域瞬態(tài)響應 的運算速度，提高眼圖的測試精度和眼圖生成速度。
[0057] 3采用基于矢量網(wǎng)絡分析儀的頻域測試數(shù)據(jù)生成眼圖的方案，ADC的采樣速率取決 于混頻處理后的中頻信號帶寬，遠遠低于示波器對ADC采樣速率的要求。由于矢量網(wǎng)絡分析 儀是窄帶測試，可獲得很大的動態(tài)范圍，能夠很好的抑制噪聲對測試結果的影響。
【附圖說明】
[0058]圖1(a)-圖1(e)為示波器生成眼圖的原理示意圖；
[0059] 圖2為基于矢量網(wǎng)絡分析儀的眼圖生成方法原理框圖；
[0060] 圖3為擬合數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)的對比示意圖；
[0061] 圖4為眼圖曲線顯示示意圖。
【具體實施方式】
[0062] 下面結合