數位訊號量測與分析-基本介紹

alphi

參考來源:http://www.cc.ntut.edu.tw/~wwwph/old/image/spplan/lecture/optic(12).pdf

PS.此文章中所使用軟體為Aglient Advance System Design(ADS)模擬軟體.
實驗目的

在數位傳輸中，測試系統是否達到規格必須透過標準的數位信號來量測，此
數位訊號必須能有正確的訊號速率及穩定的時脈，才能分析出待測系統與元件的
問題。而錯誤率是數位傳輸中訊號品質是否穩定的指標，透過錯誤的偵測，可以
幫助分析系統的問題所在，以便於改善。本實驗針對數位信號之量測進行探討，
以擬定三種架構來做以分析，以量測數據驗證其架構之數位傳輸系統品質，分析
其通道雜訊及符際干擾問題。
實驗原理
在數位光通訊系統所傳輸的資料（binary data）實體層（Physical Layer）中，
資料的定義是以邏輯位準的 1 與 0 來做判斷，而在示波器上所擷取到的信號是一
段相當短的時間如圖一所示，例如示波器的整個顯示幕寬度為 100ns，則表示在
示波器的有效頻寬、取樣率及記憶體配合下，得到了 100ns 下的波形資料，但在
這麼短的時間中，所分析的資料並不具有代表性。則信號在每一百萬位元會出現
一次突波（Spike），在此時間內，出現的機率很小，因此會錯過某些重要的訊息。
若可以以重複疊加的方式，將新的信號不斷的加入顯示幕中，但仍記錄著前次的
波形，只要累積的時間夠久，就可以形成一個眼形的圖案。其一個完整的眼圖應
該包含所有的八組狀態（即 000 至 111），且每一個狀態發生的次數要盡量一致，
否則，將有某些訊息無法呈現在顯示幕中。


數位通訊中，二進制編碼(binary encoded information)的資訊從發射端傳送給
一個或更多的接收端，而之間的傳輸媒介也許是銅軸電纜（Coax  cable），光纖
(Fiber)或者是自由空間(Free space)，亦眼圖是數位傳輸信號中常用來作為訊號品
質好壞的依據眼圖產生是因取樣示波器中將數位信號作取樣、記憶和位移疊加所
構成；從眼圖中可以觀察數位信號的相關傳輸特性，來判別此信號的品質，如上
升下降時間(rise/fall time)、脈波寬度(pulse width)、振幅時間統計圖(amplitude/time histogram)抖動(jitter)和傳輸遮罩(mask)等，而數位傳輸上，發生錯誤的原因有許
多種，但常見的錯誤有訊號雜訊功率比(signal to noise ratio, SNR)、抖動(jitter)、
錯誤偵錯(Bit Error Rate Detection)能夠來評斷數位信號之品質。

實驗架構



實驗成果
圖五、圖六、圖七所示是經由不同傳輸距離back-to-back、10km、25km，由
圖二實驗架構back-to-back 中，所得知圖五眼圖中可以很明顯看到負尖峰
(Undershoot)的效應，主要是由於雷射封裝後雜散電感和電容的產生導致振鈴
(Ringing)和負尖峰現象，這些現象都可以使用電路中R SHUNT  和C SHUNT  加以補
償。圖六及圖七所示當傳輸距離增加很明顯的時序抖動的越嚴重，則架構可參照
圖三及圖四所示，且經由軟體模擬此實驗架構所得眼圖之特性也相當匹配由圖八
及圖九所示。



實驗儀器
1、可調式雷射光源
2、外部調變器
3、光接收器
4、高頻數位示波器
5、數位信號產生器
結果與討論
眼圖對數位傳輸系統(Data  Transmission  System)性能提供許多有用的資訊，用其可以看出通道雜訊以及符際干擾(inter symbol interference, ISI)之嚴重程度，
其數位傳輸系統中以眼圖來表示訊號之品質，眼圖內所包含個區域稱為眼開放
(eye opening)，開得愈大愈好其特性分為 eye opening 的寬度不受 ISI 影響而仍能
取樣的區間、eye opening 的斜率對 time over 的靈敏度，斜率愈大則靈敏度愈大，
故斜率小一點較好，表示其較能容忍 timing offset、而 eye opening 的高度指系統
之 noise  margin，若高度太小時，少許的雜訊便可能造成判斷錯誤。本實驗證實
以傳輸 10km、25km 來作探討，且利用軟體模擬傳輸 10km、25km 方式來做個
比對。
參考文獻
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[6]   Application  Note:  “Jitter  in  Digital  Communication  System,  Part  2”  HFAN-
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