眼图【信号完整性分析】

2025-05-14 15:46:03 | 第一次世界杯 | admin | 851°c

数据误码:

眼图的简介:

眼图是一系列数字信号在示波器上累积而显示的图形,因而眼图分析是高速互连系统信号完整性分析的核心。眼图(Eye Diagram)是用余辉方式累积叠加显示采集到的串行信号的比特位的结果,叠加后的图形形状看起来和眼睛很像,故名眼图。眼图包含了丰富的信息,从眼图上可以观察出码间串扰和噪声的影响,体现了数字信号整体的特征,从而估计系统优劣程度。不同的眼图可以反映不同的信号质量,对于有经验的工程师可以从眼图上发现信号是否存在阻抗不匹配导致的反射,以及某种抖动成分偏大,甚至知道如何来优化眼图质量。

眼图可以看出哪些性能指标?

眼图 的 “眼睛” 张开的大小反映着码间串扰的强弱。 “眼睛”张的越大,且眼图越端正,表示码间串扰越小;反之表示码间串扰越大。

图中:眼图的眼高代表噪声;眼宽代表抖动。

对于一幅真实的眼图,如下图,首先我们可以看出数字波形的平均上升时间(Rise Time)、下降时间(Fall Time)、上冲(Overshoot)、下冲(Undershoot)、门限电平(Threshold/Crossing Percent)等基本的电平变换的参数。

如何评判眼图质量?

其实在评判眼图的质量时,一般遵循两个重要准则:眼睛要大,如果配合上有眼图模板的话,那么以眼图模板当作瞳孔,则眼白(Margin)就必须要够多。如图中红绿色圆圈中交叉的部分必须要越小越好,最好是一个点,因为这里代表的是抖动,如果太大就会造成误码率增加。抖动越小则代表信号质量越好,发生误码的机率越低。

眼图测试模板的使用:

如果眼图有任何信号波形位进入这些红色区域,则表示信号传输不满足协议规范的要求(绿色圆圈处):

快速眼图测试 (一键式眼图测试):

下图是我们针对一个10 Gbps的高速信号,进行快速眼图测试,当波形显示出来后,只要点击 Analyze菜单下面的“Quick Eye Diagrams”就可以快速地形成信号的眼图。

但是有些示波器不支持一键眼图测试,普通示波器可以通过余晖模式简单查看:

8 种比特跳变组合及其层叠形成眼图:

信号电平无非以下8种组合,低低低,低低高等。这8种组合重新排列组合构成眼图。如果这八种状态组中缺失某种状态,得到的眼图会不完整。

为什么捕获脉冲的时间越长,眼图“填充得就越满”? 眼图随着时间延长累积数据增加,这就是为什么看起来捕获脉冲的时间越长,眼图“填充得就越满”。您会看到眼图的张开度随着时间推移逐渐缩小,这是因为它正在捕获更多的抖动实例。但是,如果您的设计非常稳健,您应该不会看到太多变化。

串扰是什么意思?

串扰是一种失真,主要来自与数据码型无关的幅度干扰。由于耦合效应,一个干净的信号(我 们称为“受扰信号”)可能受到“干扰”信号的串扰影响。干扰信号会使得受扰信号发生变 形,并让受扰信号的眼图闭合。工程师希望信号是串扰极小或完全没有串扰的干净信号,如此 才能获得张开的眼图,并进行准确无误的数据传输。如果受扰信号中存在串扰,那么这种干扰 会导致眼图闭合,从而使得设计裕量变得很小甚至测量结果错误(见下图 )。串扰还会降低受扰信号的垂直幅度和水平抖动性能,导致通信链路中的互操作性问题愈发严重。有串扰和没有串扰的受扰信号眼图。串扰会导致眼图闭合,从而降低设计裕量并可能造成设计的性能达不到技术指标。

本文参考自:

什么是眼图?全面掌握眼图原理和眼图测试 - 知乎

温故知新:眼图形成及其原理总结 - 知乎