Accelerating jitter and BER qualifications of high speed serial communication interfaces

• Main Author: Fan, Yongquan
• Other Authors: Zeljko Zilic (Internal/Supervisor)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2010
• Subjects: Engineering - Electronics and Electrical
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=86531

High-Speed Serial Interface (HSSI) devices have witnessed an increased use in communications. As a measure of how often bit errors happen, Bit Error Rate (BER) performance is of paramount importance in any communication interface. The bit errors in HSSIs are in large part due to jitter. This thesis investigates the topic of accelerating the jitter and BER testing and characterization [1]. === The thesis first proposes a new algorithm, suitable for extrapolating the receiver jitter tolerance performance from higher BER regions down to the 10-12 level or lower [2]. This algorithm enables us to perform the jitter tolerance characterization and production test more than 1000 times faster [3]. Then an under-sampling based transmitter test scheme is presented. The scheme can accurately extract the transmitter jitter and finish the whole transmitter test within 100ms [4] while the test usually takes seconds. All the receiver and transmitter testing schemes have been successfully used on Automatic Test Equipment (ATE) to qualify millions of HSSIs with speed up to 6 Gigabits per second (Gbps). === The thesis also presents an external loopback-based testing scheme, where a novel jitter injection technique is proposed using the state-of-the-art phase delay lines. The scheme can be applied to test HSSIs with data rate up to 12.5 Gbps. It is also suitable for multi-lane HSSI testing with a lower cost than pure ATE solutions. By using high-speed relays, we combine the proposed ATE based approaches and the loopback approach along with an FPGA-based BER tester to provide a more versatile scheme for HSSI post-silicon validation, testing and debugging [5]. In addition, we further explore the unparallel advantages of our digital Gaussian noise generator in low BER evaluation [6]. === Les interfaces sérielles à haute vitesse (interfaces HSSI) ont connu une utilisation accrue dans les télécommunications. Le taux d'erreur sur les bits (BER), mesure de la fréquence des erreurs, est d'une importance cruciale dans les interfaces modernes de télécommunication. Cette thèse traite de l'accélération de la caractérisation du vacillement et des tests BER. === Cette thèse propose tout d'abord un nouvel algorithme, approprié pour l'extrapolation de la performance de la tolérance au vacillement d'un récepteur pour un taux d'erreur sur les bits (BER) à un niveau de 10-12 ou moins. Cet algorithme permet de caractériser la tolérance au vacillement dans les tests de production plus de 1000 fois plus rapidement. Ensuite, une conception de transmetteur à sous-échantillonnage est présenté. Cette conception permet d'extraire précisément le vacillement du transmetteur et de compléter les tests de ce dernier en moins de 100 ms alors que ces tests durent normalement plusieurs secondes. Toutes les méthodes de test de récepteurs et de transmetteurs ont été utilisées avec succès sur un équipement d'éssai automatique (ATE) pour qualifier des millions d'interfaces HSSI à des vitesses allant jusqu'à 6 gigabits par seconde (6 Gbps). === Cette thèse présente aussi une conception de test en bouclage où une nouvelle méthode d'injection de vacillement est proposée en utilisant des lignes de délai de phase. Cette méthode peut être appliquée pour tester des interfaces HSSI avec un taux de transfer allant jusqu'à 12.5 Gbps. Elle permet aussi de tester des interface HSSI multi-lignes à un coût moindre qu'une solution utilisant un ATE. En utilisant des relais à haute vitesse, les approches sur ATE et par test en bouclage peuvent être combinées en incorporant un testeur de BER sur circuit intégré prédiffusé programmable (FPGA), ce qui permet une méthode de tests HSSI polyvalente pour la validation post-fabrication, les tests et le débogage. Finalement, nous explorons les avantages de notre générateur de bruit Gaussien dans l'évaluation de BER à bas niveau.