信号完整性分析：关于眼图测量.pdfVIP

关于眼图测量 作者：汪进进 美国力科公司深圳代表处 信号完整性分析基础系列之一 ——关于眼图测量(上) 眼图的历史可以追溯到大约47 年前。在力科于2002 年发明基于连续比特位的方法 来测量眼图之前，1962 年-2002 的40 年间，眼图的测量是基于采样示波器的传统方法。 您相信吗？在长期的培训和技术支持工作中，我们发现很少有工程师能完整地准确 地理解眼图的测量原理。很多工程师们往往满足于各种标准权威机构提供的测量向导， Step by Step，满足于用万能的Sigtest 软件测量出来的眼图给出的Pass or Fail 结论。这种对于Sigtest 的迷恋甚至使有些工程师忘记了眼图是可以作为一项重要的调 试工具的。 在我2004 年来力科面试前，我也从来没有听说过眼图。 那天面试时，老板反复强 调力科在眼图测量方面的优势，但我不知所云。 之后我Google眼图，看到网络上有 限的几篇文章，但仍不知所云。刚刚我再次Google眼图，仍然没有找到哪怕一篇文章 讲透了眼图测量。 网络上搜到的关于眼图的文字，出现频率最多的如下，表达得似乎非常地专业，但 却在拒绝我们的阅读兴趣。 在实际数字互连系统中，完全消除码间串扰是十分困难的，而码间串扰对误码率 的影响目前尚无法找到数学上便于处理的统计规律，还不能进行准确计算。为了衡量基 带传输系统的性能优劣，在实验室中，通常用示波器观察接收信号波形的方法来分析码 间串扰和噪声对系统性能的影响，这就是眼图分析法。 如果将输入波形输入示波器的Y 轴，并且当示波器的水平扫描周期和码元定时同步 时，适当调整相位，使波形的中心对准取样时刻，在示波器上显示的图形很象人的眼睛， 因此被称为眼图（Eye Map）。 二进制信号传输时的眼图只有一只眼睛，当传输三元码时，会显示两只眼睛。 眼图是由各段码元波形叠加而成的，眼图中央的垂直线表示最佳抽样时刻，位于两峰值 中间的水平线是判决门限电平。 在无码间串扰和噪声的理想情况下，波形无失真，每个码元将重叠在一起，最终在 示波器上看到的是迹线又细又清晰的眼睛，眼开启得最大。当有码间串扰时，波形 失真，码元不完全重合，眼图的迹线就会不清晰，引起眼部分闭合。若再加上噪声的 影响，则使眼图的线条变得模糊，眼开启得小了，因此，眼张开的大小表示了失真 的程度，反映了码间串扰的强弱。由此可知，眼图能直观地表明码间串扰和噪声的影响， 可评价一个基带传输系统性能的优劣。另外也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调 整，以减小码间串扰和改善系统的传输性能。 通常眼图可以用下图所示的图形来描述，由此图可以看出： （1）眼图张开的宽度决定了接收波形可以不受串扰影响而抽样再生的时间间隔。 显然，最佳抽样时刻应选在眼睛张开最大的时刻。 （2）眼图斜边的斜率，表示系统对定时抖动（或误差）的灵敏度，斜率越大，系 统对定时抖动越敏感。 图一 眼图 （3）眼图左（右）角阴影部分的水平宽度表示信号零点的变化范围，称为 零点失真量，在许多接收设备中，定时信息是由信号零点位置来提取的，对于这 种设备零点失真量很重要。 (4）在抽样时刻，阴影区的垂直宽度表示最大信号失真量。 （5）在抽样时刻上、下两阴影区间隔的一半是最小噪声容限，噪声瞬时值 超过它就有可能发生错误判决。 （6）横轴对应判决门限电平。 是该专门写篇文章详细讲解眼图了！写得不正确、不到位的地方，恳请大 家指正，以使这篇文章将能不断修改完善，有益于广大工程师们的学习。 一、串行数据的背景知识 串行信号种类繁多，在图二所示的有PCI Express,Rapid IO,DVI,S-ATA,U SB,SDH,XAUI，等，其实现在的流行总线还远不止这些。每年都出来一些新流行 的串行总线。每些总线差不多都有一个权威机构来定义该总线的信号标准和测试 规范，这些机构成员多是由来自于不同公司的专家兼职担任。当然，关于PC 的 串行总线差不多由Intel 来领导。图三所示某基于Intel Chipset 的笔记本电脑 的框架图中的各种总线,除了DDR 和FSB 是并行数据之外,其它都是串行数据了。 这些权威机构除了定义规范，当然也会有一些利益博弈。所以有新的利益集团(这 是一个中性的词)策划推广的时候就可能有