kaix

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眼图背后的故事【明眸】与【蜂腰】

2018-10-17 17:56:30 显示全部楼层
        眼图(EYE Diagram)介绍
            所谓眼图简单的说就是把一连串接收端接收到的脉冲信号(000,001,010,011, 100, 101,110,111)同时叠加在高速示波器上以形成眼图,如下图所示:  
         
图1
            若在眼图中加入一个多边形以标识信号真正存在的区域,即所谓的眼图模板测试(Eye Mask)。因为眼图模板测试可在一次量测中,计算出测试信号波形的上升时间、下降时间、噪声与抖动(Jitter)等,形成一套系统化的测量方法,因此眼图已被多个协会(SATA, SAS, PCIE, USB, Ethernet等几乎所有的高速总线协会)采用来规范各种通信互连系统的标准测试项目。

       
图 2
            眼图的特性是累加了一连串的脉冲时序,因此它具有测量信号重复性的作用。图1的眼图可以呈现许多信息;假如整个互连通信系统无任何噪声时,眼图上的轨迹应为同一条直线。当噪声越大时,信号变动程度也越大,在垂直方向之叠合轨迹也越粗,误码率也将增加。如下图所示:
       
图3
            眼图的水平方向为时间轴,代表信号到达的时间,抖动将造成水平方向上轨迹变粗。眼图的左右边沿可以测量出信号的上升时间和下降时间。眼图形状类似于眼睛,当眼睛张的越大时,传输质量越佳。基本上若眼图的形状呈现【瞇瞇眼】形状时,表示信号质量极非常差。如下图所示:
       

        图4
         
            在信号量测中,眼图的形成正如上所述:由多个差分信号运算所累加而成。以SATA为例,其原理大致如下:
            首先SATA 的信号pin角,大致上可分为TX+、TX-、RX+与RX-;由于SATA、SAS、PCI Express这类总线都是以差分信号来取代传统的单端信号传输,TX 为发送端,RX为接收端,而+、-则为差分的成对信号。参考图5(A)与图5(B)的信号波形图(以TX 为例),当信号传递时,即使因外界的噪声干扰,也不用担心信号会有误判的情形发生,因为差分信号的传输机制会将TX+与TX-作相减的运算,如图5(C)所示,如果有噪声,也不会传递到芯片内部,这样就不会影响到正常的信号传递,从而提高噪声容忍度。
       
图5
            而示波器在测量眼图信号时,透过自触发点之后,将TX+ - TX-的信号累加至示波器上,如下图所示,即获得了眼图。
       

        图 6
            很多人在称赞美女的时候,经常会用【明眸皓齿】、【蜂腰美人】或【水蛇腰】来形容。其实在评判眼图的质量时,这个标准也蛮适用的。这其实就可以当作检查眼图是否完美的两个重要准则:
            ■【明眸皓齿】: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。
            ■【蜂腰美人】:如图7红绿色圆圈中交叉的部分,必须要越小越好,最好是一个点,就像蜂腰美人一样,比较瘦小,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。
       

        图 7
            前面讲到了眼图模板,眼图的测试主要是用来检测高速串行传输的信号质量,不论是SATA、PCI Express还是USB,标准都有提供眼图模板的标准给工程师作为眼图的测量准则。如图8所示,是USB2.0 TX的眼图模板,所谓的眼图模板主要是用在判断眼图是否符合规范的要求,图8中ABCDEF6点所围成的六边形红色区域以及GH以上、IJ一下区域代表所谓的【禁止区域】,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(如图9绿色圆圈处)。
       
图 8
       
图 9
        眼图的判断
            以上说了那么多,现在就来看看眼图到底如何来判断。
            首先,看是否【明眸】。眼图是否够大?是否有进入内模板?是否有超过上下限。   
            其次,看是都【蜂腰】。眼图交叉点的部分,是否达到够细?是否达到最小协议规范中抖动的要求?
            以上两点需要同时满足,才能说明眼图符合设计要求。
          
        后话
            在信号速率发展越来越快的今天,几乎所有高速信号都在朝着高速串行总线发展,在高速串行总线中,眼图就是绕不开的概念,至少在目前,几乎所有的高速串行总线都在利用考察眼图来评估信号完整性传输。希望此文能带给各位工程师一些帮助,以便更好的了解“眼图”,并知道通过仿真和测量“眼图”来判断信号是否符合产品设计要求。
         
蒋修国 信号完整性

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sanlik深力科

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sanlik深力科 2018-12-28 15:17:55 显示全部楼层
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全品儒

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全品儒 2019-1-31 12:28:38 显示全部楼层
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测量无处不在

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实际的眼图,难看的多啊,特别是很亮的那种示波器,一片明亮啊
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fzyiye_558132280

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MODBUS RTU怎么测眼图啊,有没有搞过的?
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