誤碼分析 ----使用誤碼分析儀快速達成波罩測試(Mask Test)，抖動(Jitter)與誤碼分析(BER testing)
    高速通訊量測大多可藉由以下幾種分析來完成，眼圖波罩 (Eye Diagram Mask)測試，抖動(Jitter)分析測試，以及誤碼率測試等。上述幾項大多已在工業(yè)界已制定標準，或是在生產線上自訂相關測試項目，并可提供較方便快速的方法來規(guī)范其組件品質能達到一定的水平。
    一般說來，眼圖波罩(Eye Mask)測試大多使用一些高準確性的數(shù)字通信分析儀，如取樣示波器配備極高頻寬與極低抖動時基，重復性與穩(wěn)定性極佳的取樣模塊，這些示波器通常內建各式的量測波照眼圖(Eye mask Template)讓使用使更方便作分析與測試。
    誤碼率的量測通常使用誤碼分析儀(Bit Error Rate Tester)，它包含Pattern Generator 與 Error Detector 兩種設備，搭配類隨機測試Pattern(PRBS)或使用者自定的測試Pattern來量測其誤碼率。這些待測物允許彈性的取樣延遲來調整Data與Clock的時間延遲(phase)，同樣的亦可調整電位的判斷水平 (Threshold)，來達到最佳取樣點，也就是眼圖的中心位置。
    在數(shù)據(jù)通訊中，抖動分析是十分重要的一環(huán)，傳統(tǒng)的方式大多使用示波器或(Time Interval Analyzer or Sampling Scope), TIA乃估算邏輯訊號取樣時之判斷水平在特定誤碼率(如10E-12)時的機率密度函數(shù)，使能夠在合理的測量時間中滿足預定的高斯分布。 
    我們將看見，把所有這些功能結合在一個測量裝置，藉由眼圖及波罩測試，利用大量的量測數(shù)值并增加數(shù)據(jù)資料的收集速度，亦透過重要curve fitting的取樣點來增加抖動量測時的準確度。
    并非所有”all-in-one”的這類量測設備皆具有技術上的優(yōu)勢，然而，若這類儀器在其核心部分若能提供極高的準確度與有效率的取樣能力，就能具備最佳的技術優(yōu)勢，在這樣的情形下，每秒能取樣的有效點數(shù)愈多，處理的速度愈快，將得到愈準確的量測結果。
眼圖測試Eye Diagram
    眼圖的產生大多都使用重復的取樣示波器，Trigger的利用與Bit Window相當，怎么說呢，如果是觸發(fā)信號與Clock是成倍數(shù)關系,這樣的信號乃是一種適當?shù)腡rigger source。在Arming的同時, 這些裝置等待下一個觸發(fā)事件并從觸發(fā)點至電壓數(shù)字化的同時，延遲一很精確的時間量。在完成內部的信號處理動作后，取樣示波器將回復至Rearmed狀態(tài)，準備下一次的抓取電壓數(shù)字化的點與相同Time Delay的取樣動作。
    一般而言，取樣示波器乃一直重復 Arm-Trigger-Delay-Sample這些過程，一般而言，不得小于每秒100,000次。藉由在這Bit Interval范圍內透過返復觀察的所有可能Time Delay點，并繪出和累積在顯示屏幕上。在圖像乃是用二維統(tǒng)計柱狀圖來表示, Y 軸表示訊號電壓, X軸表示取樣的Time Delay, 顏色密度在XY軸表示接收訊號取樣Time Delay點數(shù)，在累積許多取樣點以后，圖形可表示在不同的Time Delay下所有可能得到的電壓值。眼圖(Eye Diagram)可表示由一連續(xù)二進制數(shù)據(jù)串的邏輯訊號在“1”與”0”變化時電壓圖。例如，等待約1秒鐘的時間，你可以得到約100,000取樣點，F(xiàn)igure 1表示經由一特殊的示波器所得到的眼圖。在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，所呈現(xiàn)的結果圖像會有”空洞”出現(xiàn)在每個bit-window中相對電壓與時間位置，而這個”空洞”就是我們所知的”Eye”。在這的區(qū)域中，數(shù)字接收器利用Time Delay與電平中取得適當位置，以得到最佳的誤碼率。眼圖張的愈大，則表示這系統(tǒng)將有更多的Margin允許在特定的誤碼下，各種不同的Sampling點，反之，當眼圖張的愈小，Margin值就愈小，當然誤碼的表現(xiàn)將愈差。

    當用于眼圖應用時，High Performance的誤碼率測試裝置與示波器有重要相似之處，誤碼率測試儀中之參考接收器使用bit Clock (如Trigger) 對接收到的資料做取樣動作。取樣將發(fā)生于Logical High當輸入訊號高于判斷電位時，當輸入訊號低于判斷電位時，則于Logical Low。Sampling Time取決于輸入的Clock (或Trigger)再加上誤碼儀中特定的 Time Delay的部份，而結合這些方式，我們將可利用在Bit Interval中各種不同的Time Delay和判斷電壓位置量得相對的誤碼率。
    使用全新技術，使的誤碼測試儀的接收端可產生二維的Histogram圖形來強化眼圖(Eye Diagram)分析功能，這項分析技術的特點在于使用示波器技術并利用極高的Sampling速度來處理高速訊號，并且這樣的Sampling技術乃利用改變判斷電壓準位與Delay的相對位置在誤碼測試的接收端搭配判斷電路(Decision Circuit)與特定的接收硬件來分析取樣時所得之信息。(參考圖表二)

    讓我們比較這兩種技術的Sampling速度，(1)使用示波器搭配每秒100,000次的Sampling并平均分布于水平顯示的圖點(Pixel)，換句話說平均每行每秒約250個取樣點。舉例來說，假設輸入一固定且不含噪聲之直流訊號，其每個圖點(Pixel)平均分布在每一行上，意思說每個圖點(Pixel)位置每秒將可接收25個取樣點。
    (2)以傳輸比率為基礎來決定Sampling的新方法乃一致地將所有的取樣分散給所有圖素(Pixel)。例如，當量測1.5Gb/s的訊號在400×250圖點(Pixel)約(100,000圖點)，每個圖點(Pixel)每秒約可得到15,000 bit取樣點，在這例子，考慮細微的處理能力每個圖點每秒約可累積超過10,000個取樣點，這樣大約是傳統(tǒng)眼圖(Eye Diagram)累積速度的40倍，愈高的傳輸訊號這種取樣的速度將與頻率呈線性化的增加，而傳統(tǒng)的市波器方市為固定的取樣速度與所接收的訊號頻率無關。
波罩(Mask)測試
    波罩測試乃為一眼圖量測邏輯上Go或No-go的延伸，當進行波罩測試時，需使用相對應的樣板(Template)，其描述眼圖的幾何區(qū)域，哪些在進行電壓準位取樣時不能被發(fā)生，意思是當取樣點沒有落在所指定的幾何區(qū)間內，就無誤碼產生，波罩違反也就沒有發(fā)生。當輸入訊號中含有unbounded隨機噪聲在分布在bit Timing或電壓軸時，波罩測試就會失敗(因為高斯密度函數(shù)在電壓軸的噪聲和時間軸的抖動訊號不可能完全為零)，透過選擇一定數(shù)量的Data bit上完成測驗然而, 波罩測試與訊號誤碼產生統(tǒng)計的關聯(lián)，因為波罩測試乃一種統(tǒng)計的方式，增加在量測時取樣速度轉換成更快且更準確的測試結果。
    另一種采用新技術的誤碼儀可以不須使用示波器就可完成波罩測試，使用此種方式，誤碼測試接收端取樣點將慢慢增加移動量圍繞在波罩四周，假如訊號違反波罩的邊界(Mask boundary)，則將分布在眼圖的上下或中間位置，就一般的case來說，這些測試的達成必須利用已知的訊號來分析，由于大量差異對持續(xù)的取樣在誤碼儀與示波器中的不論在準確度與速度上，誤碼儀皆更勝一籌。
    舉例來說，在Gigabit的速度聯(lián)結時，Data bit分布在整個波罩四周的測試時，在一秒內可以很容易取得一百萬個資料點，數(shù)字訊號High或Low的位置應低于或高于Template區(qū)，誤碼儀被設定計算對輸入的1或0的Data stream落在Template的區(qū)塊內(違反Template邊界)，而Template則位于Eye Diagram內，誤碼儀將對輸入的測試Pattern(一般大多為PRBS Pattern)做同步的動作，對落在錯誤的區(qū)塊(例如違反邊界)上的訊號進行計算，這個方法的挑戰(zhàn)是要支持并提供快速和精確的硬件的Pattern Sync.在誤碼儀可調整Delay和判斷電壓的相對位置，這種設備透過遠程的控制接口將發(fā)現(xiàn)因為一些低速的通信協(xié)議的拖垮使其效能大打折扣。再者，愈來愈多的設計采用Differentail的邏輯準位，所以亦要求能提供Differental輸入并支持更多樣化且完整的應用，例如對Differentail訊號做波罩與眼圖測試時，設備能提供可變化的Threshold對任何Differential Signal位準(e.g LVDS)皆能測試。

    比較使用數(shù)字示波器和以誤碼技術為基礎的儀器針對眼圖波罩(Eye Diagram Mask)測試，考慮當訊號偏移約半個周期，將偵測到許多的波罩違反，對這情況推斷，一般數(shù)字示波器累積波罩違反的速度約為每秒2000次，而使用以誤碼技術為基礎的儀器，若以622M b/s訊號速度為例，其波罩違反的速度幾乎與訊號速度一致，甚至將其處理每一取樣點移動的代價列入考慮，波罩違反收集的速度也超過每秒200萬次，這個結果約是一般使用數(shù)字示波器方式的100,000倍，這樣的取樣特點也隨著訊號的速度增加而增加，因為誤碼分析儀取樣速度等于訊號的本身的速度，相對于取樣示波器對針對輸入訊號的比例做固定的取樣速率(如1/8,1/32..等)。這意謂著波罩測試(Mask Test)只需花上幾分之一秒就可達成，波罩測試對大部分生產線測試占很大的比例，這將直接影響到測試的Throughput和所有量測設備量需求的成本。

抖動(Jitter)測試
    目前在抖動量測對不同的產業(yè)或技術上已有許多不同的格式。舉例來說，在電信的標準需測試內部抖動頻譜(Intrinsic Jitter Spectrum)，抖動容限(Jitter Tolerance)，抖動轉移(Jitter Transfer)，而在數(shù)據(jù)通訊標準上大多測試決定抖動(Deterministic Jitter)與隨機抖動(Random Jitter)，近來高速的數(shù)據(jù)通訊的抖動測試更與 ”Stressed Eye”有著密不可分的關系，因為對高速的抖動量測時抖動內容的復雜可藉由重復測試增加其準確度。