Mọi phép đo dùng nhiều hơn một kênh đều ngầm giả định các kênh cùng nhìn thấy một trục thời gian. Giả định đó sai ngay từ đầu: hai đầu dò khác model. Hai sợi cáp khác chiều dài. Hai đường dẫn khác nhau trên bo mạch đều đưa vào một độ trễ riêng. Khi phép đo là thời gian thiết lập, độ trễ truyền, độ lệch pha hay công suất tức thời. Phần chênh lệch đó cộng thẳng vào kết quả. Đo deskew kênh là bước đưa các kênh về cùng một gốc thời gian trước khi bất kỳ con số nào được ghi vào báo cáo.
Bài viết tách skew thành ba nguồn gốc, chỉ ra nguồn nào bù được bằng hiệu chuẩn đầu dò và nguồn nào không, rồi quy các thông số rời rạc trên datasheet thành một ngân sách định thời đa kênh dùng được.
Skew đến từ đâu: ba nguồn phải tách riêng
Nguồn thứ nhất là đường dẫn bên ngoài máy: cáp, đầu dò và đường dẫn trên bo mạch. Đây là nguồn lớn nhất và cũng là nguồn duy nhất người dùng kiểm soát được hoàn toàn. Con số ước lượng rất đơn giản: FR-4 cho độ trễ khoảng 150 ps mỗi inch, dây đồng khoảng 85 ps mỗi inch. Một vòng dây 4 inch mở rộng điểm lấy tín hiệu dòng đã đủ tạo vài trăm pico-giây lệch. Nhiều hơn ngân sách sai số của phần lớn phép đo công suất chuyển mạch.
Nguồn thứ hai là bản thân đầu vào của máy, phần được nhà sản xuất đặc trưng hoá. Với dòng InfiniiVision 3000G X-Series, các kênh tương tự có dải bù skew ±100 ns. Trong khi các kênh số có skew kênh – kênh 2 ns điển hình và 3 ns tối đa. Chênh lệch này là điều nhiều người bỏ qua: kênh số của một máy MSO không phải kênh tương tự thu nhỏ. Và phép đo định thời chính xác dưới mức nano-giây không nên đặt trên kênh logic.
Nguồn thứ ba là trôi theo thời gian và nhiệt độ. Nguồn này không bù được bằng một lần deskew. Nó xuất hiện dưới dạng sai số nền của trục thời gian: độ chính xác cơ sở thời gian của 3000G X-Series là ±1,6 ppm cộng hệ số lão hoá. Với ±0,5 ppm trong năm đầu, ±0,7 ppm năm thứ hai, ±1,5 ppm sau 5 năm và ±2,0 ppm sau 10 năm. Đây chính là lý do một máy hiện sóng đã deskew rất cẩn thận vẫn cần hiệu chuẩn định kỳ.
Ngân sách sai số định thời đa kênh
Với phép đo khoảng thời gian bằng con trỏ trên 3000G X-Series, sai số là tổng ba thành phần: ±(độ chính xác cơ sở thời gian × số đọc) ± (0,0016 × bề rộng màn hình) ± 100 ps.
Công thức này nói lên cách vận hành máy. Thành phần thứ nhất tỉ lệ với khoảng thời gian đang đo — ở mức ppm nên hầu như không đáng kể với các khoảng dưới micro-giây. Thành phần thứ hai tỉ lệ với bề rộng màn hình, không phải với số đọc: kéo trục thời gian rộng gấp mười lần thì thành phần này cũng lớn lên mười lần, dù cạnh tín hiệu cần đo vẫn nguyên như cũ. Thành phần thứ ba là sàn cố định 100 ps. Hệ quả thực hành: luôn thu hẹp trục thời gian đến mức vừa đủ chứa hai cạnh cần đo — cách rẻ nhất để cải thiện độ chính xác định thời.
Phần cứng phải theo kịp
Bù skew chỉ có ý nghĩa nếu cạnh tín hiệu còn đủ dốc để xác định thời điểm. Model MSOX3104G có băng thông 1 GHz. Thời gian sườn tính toán 450 ps, lấy mẫu tối đa 5 GSa/s khi ghép kênh và trục thời gian từ 500 ps/div. Khi dùng cả bốn kênh, tốc độ lấy mẫu còn 2,5 GSa/s — điểm cần nhớ. Vì deskew về bản chất luôn là phép đo nhiều kênh.
Quy trình đo deskew kênh trong thực tế
Quy trình chuẩn dùng một đồ gá deskew đưa cùng một xung tới tất cả đầu dò. Với cặp đầu dò áp và dòng, đồ gá U1880A được thiết kế đúng cho việc này. Các bước rút gọn:
- Đặt lại máy về mặc định và khai báo đúng hệ số suy giảm cho từng đầu dò.
- Bật chế độ trung bình với 16 lần lấy trung bình để loại nhiễu ngẫu nhiên khỏi điểm cắt.
- Chỉnh thang đứng sao cho cả hai dạng sóng chiếm khoảng 80% màn hình mà không bị cắt ngọn.
- Đo điểm giữa mỗi kênh theo công thức (Vtop − Vbase)/2 và đưa điểm đó về tâm màn hình.
- Chỉnh thang ngang để phần sườn lên 20–80% của cả hai kênh chiếm khoảng 80% màn hình.
- Trên kênh không dùng làm trigger, vào menu đầu dò và chỉnh Skew cho tới khi hai dạng sóng cắt nhau đúng tại điểm giữa. Mỗi kênh tương tự chỉnh được ±100 ns với bước 10 ps. Tổng dải chênh lệch 200 ns.
Giá trị skew đã đặt không bị xoá khi nhấn Default Setup hay Auto Scale — thuận tiện. Nhưng cũng là cái bẫy: giá trị skew của phép đo hôm trước có thể im lặng đi vào phép đo hôm nay.
Khi hai đầu dò không thể chạm cùng một điểm
Deskew bằng đồ gá chỉ triệt tiêu được độ trễ của đường đo. Nếu điểm lấy tín hiệu áp và điểm lấy tín hiệu dòng cách nhau về mặt vật lý. Điều gần như luôn xảy ra khi đo mạch công suất — phải cộng thêm phần trễ của đoạn chênh lệch. Cách làm: tính độ trễ điện của đoạn chênh (150 ps/inch với FR-4, 85 ps/inch với dây đồng). Xác định đầu dò nào đi sau, rồi trừ lượng trễ đã tính khỏi kênh đó. Nói cách khác, cạnh của kênh đi sau phải xuất hiện sớm hơn cạnh của kênh đi trước đúng bằng lượng đã tính.
Với đo gợn và quá độ trên đường nguồn, Keysight N7020A là đầu dò chuyên dụng: băng thông 2 GHz, tỉ số 1:1. Dải bù offset ±24 V, dải tín hiệu tích cực ±850 mV và trở kháng vào một chiều 50 kΩ nên không kéo tụt đường nguồn. Vì là đầu dò 1:1, nó chỉ làm tăng khoảng 10% nhiễu nền của máy hiện sóng. Điều kiện cần để nhìn thấy các quá độ cỡ milivôn.
Deskew trên máy lấy mẫu và giới hạn của phần mềm
Ở các phép đo quang và điện tốc độ rất cao, máy hiện sóng lấy mẫu như Keysight N1092D có công cụ riêng: trình hướng dẫn deskew đồ gá và cáp trong FlexDCA. Nguyên lý giống hệt — đưa cùng một tín hiệu vào từng đầu vào theo nhiều bước. Nhưng ràng buộc chặt hơn: phải dùng đúng cùng bộ cáp, đầu nối và nguồn xung nhịp cho mọi kênh. Và cần một tín hiệu khoá theo mẫu hoặc một xung nhịp kèm trigger đồng bộ.
Điểm quan trọng nhất của công cụ này lại là một cảnh báo: giá trị skew đặt vào không tuyến tính. Tài liệu nêu rõ đặt skew 100 ps cho kênh trái có thể làm kênh đó dịch thực tế khoảng 140 ps. Nên phải chạy hiệu chuẩn skew trước khi tin vào con số. Đây là lời nhắc chung cho mọi nền tảng: ô nhập skew là một lệnh, không phải một phép đo.
Cây quyết định ngắn
- Cần đo chênh lệch thời gian dưới 1 ns? Dùng kênh tương tự, không dùng kênh logic — skew kênh số 2 ns điển hình đã lớn hơn cả đại lượng cần đo.
- Đo công suất chuyển mạch với cặp áp – dòng? Bắt buộc deskew bằng đồ gá, rồi cộng thêm trễ của đoạn chênh lệch vị trí lấy tín hiệu.
- Đo gợn và quá độ cỡ milivôn trên đường nguồn? Ưu tiên đầu dò 1:1 chuyên dụng thay vì đầu dò thụ động 10:1.
- Nhiều người vận hành? Ghi giá trị skew vào quy trình và kiểm tra đầu ca, vì skew không bị xoá bởi Default Setup.
Sau khi các kênh đã về cùng gốc thời gian, phần sai số còn lại mới thực sự thuộc về tín hiệu. Và đó là lúc các phép đo jitter mới có ý nghĩa, chủ đề được bàn kỹ trong bài Đo jitter và eye diagram cho tín hiệu tốc độ cao.
Chọn thiết bị
Keysight MSOX3104G là cấu hình cân bằng cho phần lớn công việc định thời trên bàn: 4 kênh tương tự cộng 16 kênh số, băng thông 1 GHz. Bù skew ±100 ns bước 10 ps trên từng kênh tương tự và chế độ peak detect bắt được xung hẹp tới 250 ps. Khi bài toán chuyển sang liên kết quang tốc độ rất cao thì mới cần nền tảng lấy mẫu. Khi trọng tâm là đường nguồn thì đầu dò quyết định kết quả nhiều hơn máy hiện sóng.
Kết luận
Deskew không phải thao tác lấy lệ trước khi đo, mà là bước loại bỏ nguồn sai số hệ thống lớn nhất trong mọi phép đo đa kênh. Ba việc cần làm đúng: bù độ trễ đường đo bằng đồ gá và tín hiệu chung, cộng tay phần trễ do hai điểm lấy tín hiệu không trùng nhau. Và giữ trục thời gian hẹp nhất có thể để thành phần sai số tỉ lệ với bề rộng màn hình không nuốt mất kết quả. Phần còn lại — trôi theo thời gian và nhiệt độ. Thuộc về hiệu chuẩn định kỳ.
Techmaster Electronics là đại lý uỷ quyền của Keysight tại Việt Nam. Vận hành phòng hiệu chuẩn theo ISO/IEC 17025. Để được tư vấn chọn máy hiện sóng, bộ đầu dò và đồ gá deskew phù hợp, hoặc lên lịch hiệu chuẩn định kỳ, vui lòng liên hệ hotline 0908 173 345.
