数字信号眼图测量检查

时间:2023年04月26日 来源:

抖动大的眼图的交点,直方图是一个像素宽的交点块投射到时间轴上的投影

器件生成的固有抖动称为抖动输出。其主要来源可以分为两个:随机抖动(RJ)和确定性抖动(DJ)。可以把抖动看作从理想定时位置的、逻辑转换的定时变化,如图2中的直方图所示。这一分布显示了被不同抖动源模糊的理想定时位置。抖动分布是RJ和DJ概率密度函数的卷积。随机抖动源自各种随机流程,如热噪声和散粒噪声,其假设遵守高斯分布,如图3a所示。由于高斯分布的尾部扩展到无穷大,RJ的峰到峰值没有边界,而RJ的均方根则收敛到高斯分布的宽度上。 眼图的关键参数,眼幅度和眼高度;数字信号眼图测量检查

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眼图的形成

眼图中包含的信息

对于一幅真实的眼图,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。

电平变换参数

信号不可能每次高低电平的电压值都保持完全一致,也不能保证每次高低电平的上升沿、下降沿都在同一时刻。由于多次信号的叠加,眼图的信号线变粗,出现模糊(Blur)的现象。所以眼图也反映了信号的噪声和抖动:在纵轴电压轴上,体现为电压的噪声(Voltage Noise);在横轴时间轴上,体现为时域的抖动(Jitter)。 数字信号眼图测量检查高速信号眼图测试中夹具影响的校准;

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克劳德高速数字信号测试实验室

眼图测试噪声和抖动

由于噪声和抖动,眼图上的空白区域变小。眼图在除去抖动和噪声的基础上,眼图上空白的区域在横轴上的距离称为眼宽(Eye Width),在眼图上叠加的数据足够多时,眼宽很好的反映了传输线上信号的稳定时间;同理,眼图上空白的区域在纵轴上的距离称为眼高(Eye Height),在眼图上叠加的数据足够多时,眼高很好的反映了传输线上信号的噪声容限,同时,眼图中眼高比较大的地方,即为比较好判决时刻。

眼图

在实际系统中,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。眼图是一系列数字信号在示波器上累积而显示的图形,它包含了丰富的信息,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,因而眼图分析是高速互连系统信号完整性分析的。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,改善系统的传输性能。 矢量网络分析仪的眼图测量及参数提取方法;

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眼图测试分析

波形参数测试是数字信号质量评估常用的测量方法,但是随着数字信号速率的提高,靠幅度、上升时间等的波形参数的测量方法越来越不适用了

一个5Gbps的信号来说,由于受到传输通道的损耗的影响,不同位置的信号的幅度、上升时间、脉冲宽度等都是不一样的。不同的操作人员在波形的不同位置测量得到的结果也是不一样的。

因此我们必须采用别的方法对于信号的质量进行评估,对于高速数字信号来说常用的就是眼图的测量方法

所谓眼图,实际上就是高速数字信号不同位置的数据比特按照时钟的间隔叠加在一起自然形成的一个统计分布图。

眼图的形成过程。我们可以看到,随着叠加的波形数量的增加,数字信号逐渐形成了一个个类似眼睛一样的形状,我们就把这种图形叫做眼图。


测试中眼图能用来做什么?数字信号眼图测量检查

高速接口物理层(PHY)眼图测量的手持式分析器;数字信号眼图测量检查

抖动,描述了信号的水平波动,即信号的某特定时刻相对于其理想时间位置上的短期偏离,

示波器观测到的抖动如下图所示。图中为抖动大的眼图的交点,其直方图是一个像素宽的交点块投射到时间轴上的投影。理想情况下应该为一个点,但由于码元的水平波动,导致其形成了一个区域。

器件生成的固有抖动称为抖动输出。其主要来源可以分为两个:随机抖动(RJ)和确定性抖动(DJ),其中确定性抖动(Deterministic Jitter)又可以分为周期性抖动(Periodic Jitter)、占空比失真(Duty Cycle Distortion)、码间干扰(Inter-Symbol Interference)和串扰。DCD源自时钟周期中的不对称性。ISI源自由于数据相关效应和色散导致的边沿响应变化。PJ源自周期来源的电磁捡拾,如电源馈通。串扰是由捡拾其它信号导致的。DJ的主要特点是,其峰到峰值具有上下限。DCD和ISI称为有界相关抖动,Pj和串扰称为不相关有界抖动,而RJ称为不相关无界抖动。另外,抖动分布是RJ和DJ概率密度函数的卷积。 数字信号眼图测量检查

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