002 关于眼图测量(下) -Frankie.pdfVIP

信号完整性分析基础系列之二 ——关于眼图测量（下） 汪进进 美国力科公司深圳代表处 三、眼图测量方法 之前谈到，眼图测量方法有两种：2002年以前的传统眼图测量方法和2002 年之后力科发明的现代眼图测量方法。传统眼图测量方法可以用两个英文关键词 来表示：“Triggered Eye”和“Single-Bit Eye”。 现代眼图测量方法用另外 两个英文关键词来表示：“Continuous-Bit Eye ”和“Single-Shot Eye”。 传 统眼图测量方法用中文来理解是八个字：“同步触发+叠加显示”，现代眼图测量 方法用中文来理解也是八个字：“同步切割+叠加显示”。 两种方法的差别就四个 字：传统的是用触发的方法，现代的是用切割的方法。“同步”是准确测量眼图 的关键，传统方法和现代方法同步的方法是不一样的。“叠加显示” 就是用模拟 余辉的方法不断累积显示。 传统的眼图方法就是同步触发一次，然后叠加一次。每触发一次，眼图上增 加了一个UI，每个UI 的数据是相对于触发点排列的，因此是“Single-Bit Eye”, 每触发一次眼图上只增加了一个比特位。图一形象表示了这种方法形成眼图的过 程。 图一 传统眼图测量方法的原理 传统方法的第一个缺点就是效率太低。对于现在的高速信号如PCI-Express Gen2，PCI-SIG要求测量1百万个UI的眼图，用传统方法就需要触发1百万次，这 可能需要几个小时才能测量完。第二个缺点是，由于每次触发只能叠加一个UI, 形成1百万个UI的眼图就需要触发1百万次，这样不断触发的过程中必然将示波器 本身的触发抖动也引入到了眼图上。对于2.5GBbps以上的高速信号，这种触发抖 动是不可忽略的。 如何同步触发，也就是说如何使每个UI 的数据相对于触发点排列？也有两种 方法，一种方法是在被测电路板上找到和串行数据同步的时钟，将此时钟引到示 波器作为触发源，时钟的边沿作为触发的条件。 另外一种方法是将被测的串行 信号同时输入到示波器的输入通道和硬件时钟恢复电路(CDR)通道，硬件CDR恢复 出串行数据里内嵌的时钟作为触发源。 这种同步方法引入了CDR抖动，这是传 统方法的第三个缺点。 此外，硬件CDR只能侦测连续串行信号才能工作正常， 如果被测信号不是连续的，譬如两段连续比特位之间有一段低电平，硬件CDR 就不能恢复出正确的时钟。另外，传统方法的工作原理决定了它不能对间歇性的 串行信号做眼图，不能对保存的波形做眼图，不能对运算后的波形做眼图，这限 制了应用范围。 这是传统方法的第四个缺点。 力科于2002年发明的现代方法形成眼图的原理如图二所示。 示波器首先捕 获一组连续比特位的信号，然后用软件PLL方法恢复出时钟，最后利用恢复出的 时钟和捕获到的信号按比特位切割，切割一次，叠加一次，最终将捕获到的一组 数据的每个比特位都叠加到了眼图上。在力科的示波器中，恢复出的时钟可以单 独输出来另作它用。 软件PLL方法恢复时钟代替了传统方法中的硬件CDR方法是一大进步。我们 需要对软件PLL 的工作原理深入理解。关于软件PLL ，我们将另文介绍。 如果一次捕获了1百万UI 的PCI-E Gen2 的数据，那么用这种方法基于力科的 第四代示波器可以在1-2秒内形成眼图，因此，这种方法形成眼图的效率非常高， 这是现代方法的第一个优点。此外，该方法通过触发一次捕获的大量数据就能形 成大量数据的眼图，触发抖动约等于零，这是该方法的第二个优点。由于是用软 件PLL方法，因此时钟恢复抖动也为零，这是该方法的第三个优点。该方法可以 对局部放大之后的波形做眼图，可以对历史保存的波形做眼图，可以有一些高级 眼图分析功能，如眼图失败定位跟踪功能，ISOBer功能等，这是该方法的第四个 优点。 图二 现代眼图测量方法的原理 图三所示清楚表示了现代方法对于非连续性的信号做眼图的优势。传统的方 法无法分离出发射数据和接收数据，但用现代的方法则能隔离出发射和接收数 据。在实际应用中这种非连续性的信号比较常见，如处于实际工作模式下的PON 信号，就是突发的一帧一帧的数据。 图三 现代眼图方法的优势——对局部放大之后的波形做眼图 四、力科示波器在眼图测量方面的特点和优势 自2002年力