眼圖,是由于示波器的余輝作用,將掃描所得的每一個碼元波形重疊在一起,從而形成眼圖。
本文將帶領大家了解PCB上的眼圖是什么,眼圖是怎樣形成的,眼圖中包含有哪些信息,如何根據(jù)眼圖情況分辨信號質(zhì)量。
想看懂示波器眼圖需要掌握以下4點:
一、什么是眼圖?
眼圖是一系列數(shù)字信號在示波器上累積而顯示的圖形,它包含了豐富的信息,從眼圖上可以觀察出碼間串擾和噪聲的影響,體現(xiàn)了數(shù)字信號整體的特征,從而估計系統(tǒng)優(yōu)劣程度,因而眼圖分析是高速互連系統(tǒng)信號完整性分析的核心。
另外也可以用此圖形對接收濾波器的
特性加以調(diào)整,以減小碼間串擾,改善系統(tǒng)的傳輸性能。
用一個示波器跨接在接收濾波器的輸出端,然后調(diào)整示波器掃描周期,使示波器水平掃描周期與接收碼元的周期同步,這時示波器屏幕上看到的圖形就稱為眼圖。
示波器一般測量的信號是一些位或某一段時間的波形,更多的反映的是細節(jié)信息,而眼圖則反映的是鏈路上傳輸?shù)乃袛?shù)字信號的整體特征。
觀察眼圖的方法是:用一個示波器跨接在接收濾波器的輸出端,然后調(diào)整示波器掃描周期,使示波器水平掃描周期與接收碼元的周期同步,這時示波器屏幕上看到的圖形像人的眼睛,故稱為“眼圖”。
從“眼圖”上可以觀察出碼間串擾和噪聲的影響,從而估計系統(tǒng)優(yōu)劣程度。另外也可以用此圖形對接收濾波器的特性加以調(diào)整,以減小碼間串擾和改善系統(tǒng)的傳輸性能。
二、眼圖是怎么形成的?
對于數(shù)字信號,其高電平與低電平的變化可以有多種序列組合。以3個bit為例,可以有000-111共8中組合,在時域上將足夠多的上述序列按某一個基準點對齊,然后將其波形疊加起來,就形成了眼圖。
如下圖。對于測試儀器而言,首先從待測信號中恢復出信號的時鐘信號,然后按照時鐘基準來疊加出眼圖,最終予以顯示。
三、眼圖中包含的信息有哪些?
對于一幅真實的眼圖,如下圖,首先我們可以看出數(shù)字波形的平均上升時間(RiseTime)、下降時間(FallTime)、上沖(Overshoot)、下沖(Undershoot)、門限電平(Threshold/CrossingPercent)等基本的電平變換的參數(shù)。
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上升時間(RiseTime):
脈沖信號的上升時間是指脈沖瞬時值最初到達規(guī)定下限和規(guī)定上限的兩瞬時之間的間隔。除另有規(guī)定之外,下限和上限分別定為脈沖峰值幅度的10%和90%。
下降時間(FallTime):
脈沖信號的下降時間是指從脈沖峰值幅度的90%下降到10%所經(jīng)歷的時間間隔。
上沖(Overshoot):
也叫過沖就是第一個峰值或谷值超過設定電壓,主要表現(xiàn)為一個尖端脈沖,并且能導致電路元器件的失效。
下沖(Undershoot):
是指下一個谷值或峰值。過分的過沖能夠引起保護二極管工作,導致過早地失效。過分的下沖能夠引起假的時鐘或數(shù)據(jù)錯誤。
門限電平(Threshold/CrossingPercent):
是指在系統(tǒng)傳輸特性劣于某一特定誤碼率的情況下,收信機所能達到的最低接收電平。
四、如何根據(jù)眼圖情況分辨信號質(zhì)量
信號不可能每次高低電平的電壓值都保持完全一致,也不能保證每次高低電平的上升沿、下降沿都在同一時刻。由于多次信號的疊加,眼圖的信號線變粗,出現(xiàn)模糊(Blur)的現(xiàn)象。
所以眼圖也反映了信號的噪聲和抖動:在縱軸電壓軸上,體現(xiàn)為電壓的噪聲(VoltageNoise);在橫軸時間軸上,體現(xiàn)為時域的抖動(Jitter)。如下圖所示。
當存在噪聲時,噪聲將疊加在信號上,觀察到的眼圖的線跡會變得模糊不清。若同時存在碼間串擾,“眼睛”將張開得更小。一般眼圖的眼睛睜得越大,眼圖眼高越高,代表信號質(zhì)量越好。
做信號仿真可以獲取眼圖情況,然后根據(jù)眼圖情況判斷信號的質(zhì)量,如果眼圖情況不好,可以調(diào)整硬件設計或者PCB設計,使眼圖眼高變高,保證生產(chǎn)出的產(chǎn)品信號質(zhì)量。
審核編輯:湯梓紅
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