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怎樣保護網路設置 2023-02-02 09:24:37

千兆網路信號眼圖模板

發布時間: 2022-11-29 05:27:35

A. 直觀信號眼圖,衰減心中有數

說完 CTLE 之後,大家不用猜都知道會講FFE。的確,FFE(Feed Forward Equalization前向反饋均衡)和前面CTLE有一些相似之處,它們都是模擬的均衡器,同時也是線性的。當然說模擬,線性什麼的比較抽象,實際上我認為它們還有更大的相似之處,先賣個關子,下面會描述到。

還是按照上圖這個結構分析,FFE的位置在發送端,它是利用波形本身來校正接收到的信號,而不是用波形的閾值(判決邏輯1或0 )進行校正。均衡器FFE的作用基本上類似於 FIR(有限脈沖響應)濾波器,它在校正當前比特電壓時,使用的是前一個比特和當前比特的電壓電平,加上校正因子(抽頭系數),來校正當前比特的電壓電平。一句話,就是當使用FFE時,是對實際採集到的波形執行均衡演算法。

那這種對發送的波形進行移位的加加減減,對接收端眼圖真的會有改善嗎?我們還是以模擬來說明下吧,模擬的速率為25Gbps,其中傳輸通道損耗如下:

無FFE均衡時發送波形和接收眼圖如下:

FFE均衡時發送波形和接收眼圖如下:

的確,使用加加減減之後奇怪波形作為發送端時,接收端眼圖可以張開,反而採用原來正兒八經的波形發送,眼圖卻是閉合。

我們來看看接收端的波形,看看兩者差異在哪?

原來眼圖閉合的原因和上期的CTLE文章類似,都是由於在長0或長1之後的變化位無法跨過本身的電平門限,也就是說在低頻數據之後的高頻變換數據由於衰減比較多,因此幅度無法從低頻的高電壓位拉到相反的正確電平范圍內,因此導致「1」不到「1」,「0」不到「0」的情況,眼圖自然就閉合了。

為什麼文章開頭說FFE和CTLE有更大的相似之處?在哪呢?我們把數據波形通過傅里葉變換轉到頻域上看,大家就知道了。

FFE均衡與否發送端數據和接收端數據的頻域幅度分布如下:

原來,在發送端進行FFE均衡後,其實也相當於一個低通濾波器的效果,事先就把發送信號的低頻部分衰減,這樣的話在接收端高頻和低頻幅度的差異就變小了,因此有效的解決了ISI的問題,就能得到張開的眼圖。

B. 眼圖測量的參數

眼圖中的「1」電平( )與「0」( )電平即是表示邏輯為1或0的電壓位準值,實際中選取眼圖中間的20%UI部分向垂直軸投影做直方圖,直方圖的中心值分別為「1」電平和「0」電平。
眼幅度表示「1」電平信號分布與「0」電平信號分布平均數之差,其測量是通過在眼圖中央位置附近區域(通常為零點交叉時間之間距離的20%)分布振幅值進行的。
眼寬反映信號的總抖動,即是眼圖在水平軸所開的大小,其定義為兩上緣與下緣交匯的點(Crossing Point)間的時間差。交叉點之間的時間是基於信號中的兩個零交叉點處的直方圖平均數計算而來,每個分布的標准偏差是從兩個平均數之間的差值相減而來。
眼高即是眼圖在垂直軸所開的大小,它是信噪比測量,與眼圖振幅非常相似。
下面詳細介紹如消光比等一些復雜的概念,以幫忙理解眼圖的性能。
(1)消光比(Extinction Ratio)
消光比定義為眼圖中「1」電平與「0」電平的統計平均的比值,其計算公式可以是如下的三種:
消光比在光通信發射源的量測上是相當重要的參數,它的大小決定了通信信號的品質。消光比越大,代表在接收機端會有越好的邏輯鑒別率;消光比越小,表示信號較易受到干擾,系統誤碼率會上升。
消光比直接影響光接收機的靈敏度,從提高接收機靈敏度的角度希望消光比盡可能大,有利於減少功率代價。但是,消光比也不是越大越好,如果消光比太大會使激光器的圖案相關抖動增加。因此,一般的對於 FP/DFB 直調激光器要求消光比不小於 8.2dB ,EML電吸收激光器消光比不小於10dB。一般建議實際消光比與最低要求消光比大 0.5~1.5dB。這不是一個絕對的數值,之所以給出這么一個數值是害怕消光比太高了,傳輸以後信號劣化太厲害,導致誤碼產生或通道代價超標。
(2)眼交叉比
眼圖交叉比,是測量交叉點振幅與信號「1」及「0」位準之關系,因此不同交叉比例關系可傳遞不同信號位準。一般標準的信號其交叉比為50%,即表示信號「1」及「0」各佔一半的位冷。為了測量其相關比率,使用如下圖所示的統計方式。交叉位準依據交叉點垂直統計的中心窗口而計算出來的平均值,其比例方程式如下(其中的1及0位準是取眼圖中間的20%為其平均值,即從40%~60%中作換算):

隨著交叉點比例關系的不同,表示不同的信號1或0傳遞質量的能耐。如下圖所示,左邊圖形為不同交叉比例關系的眼圖,對應到右邊相關的1及0脈沖信號。同時也可以了解到在不同脈沖信號時間的寬度與圖交叉比例的關系。

圖 不同眼交叉比與脈沖信號的關系
對於一般的信號而言,平均分布信號位準1及0是最常見的。一般要求眼圖交叉比為50%,即以相同的信號脈沖1與0長度為標准,來作相關參數的驗證。因此,根據眼交叉比關系的分布,可以有效地測量因不同1及0信號位準的偏差所造成的相對就振幅損失分析。例如,眼交叉比過大,即傳遞過多1位準信號,將會依此交叉比關系來驗證信號誤碼、屏蔽及其極限值。眼交叉比過小,即傳遞過多0位準信號,一般容易造成接收端信號不易從其中抽取頻率,導致無法同步,進而產生同步損失。
(3)信號上升時間與下降時間
一般測量上升及下降時間是以眼圖佔20%~80%的部分為主,其中上升時間如下圖,分別以左側交叉點左側(20%)至右側(80%)兩塊水平區間作此傳遞信號上升斜率時間之換算,計算公式如下:
下降時間=平均(20%時間位準)-平均(80%時間位準)
圖 眼圖信號下降時間
如同上升時間一般,如果下降時間愈短,亦愈能表現出眼圖中間的白色區塊,可以傳遞的信號及容忍誤碼比率愈好。
(4)Q因子(Q Factor)
Q因子用於測量眼圖信噪比的參數,它的定義是接收機在最佳判決門限下信號功率和雜訊功率的比值,可適用於各種信號格式和速率的數字信號,其計算公式如下:
其中,「1」電平的平均值 與「0」電平的平均值
的差為眼幅度,「1」信號雜訊有效值 與「0」信號雜訊有效值 之和為信號雜訊有效值。
Q因子綜合反映眼圖的質量問題。Q因子越高,眼圖的質量就越好,信噪比就越高。Q因子一般受雜訊、光功率、電信號是否從始端到終端阻抗匹配等因素影響。一般來說,眼圖中1電平的這條線越細、越平滑,Q因子越高。在不加光衰減的情況下,發送側光眼圖的Q因子不應該小於12,接收測的Q因子不應該小於6 。
(5)平均功率
通過眼圖反映的平均功率,即是整個數據流的平均值。與眼圖振幅測量不同,平均功率則是直方圖的平均值。如果數據編碼正常工作,平均功率應為總眼圖振幅的50%。
(6)抖動
抖動是在高速數據傳輸線中導致誤碼的定時雜訊。如果系統的數據速率提高,在幾秒內測得的抖動幅度會大體不變,但在位周期的幾分之一時間內測量時,它會隨著數據速率成比例提高,進而導致誤碼。因此,在系統中盡可能的減少這種相關抖動,提升系統總體性能。
抖動,描述了信號的水平波動,即信號的某特定時刻相對於其理想時間位置上的短期偏離,示意圖如下:

示波器觀測到的抖動如下圖所示。圖中為抖動大的眼圖的交點,其直方圖是一個像素寬的交點塊投射到時間軸上的投影。理想情況下應該為一個點,但由於碼元的水平波動,導致其形成了一個區域。

圖 抖動的眼圖交點
器件生成的固有抖動稱為抖動輸出。其主要來源可以分為兩個:隨機抖動(RJ)和確定性抖動(DJ),其中確定性抖動(Deterministic Jitter)又可以分為周期性抖動(Periodic Jitter)、占空比失真(Duty Cycle Distortion)、碼間干擾(Inter-Symbol Interference)和串擾。DCD源自時鍾周期中的不對稱性。ISI源自由於數據相關效應和色散導致的邊沿響應變化。PJ源自周期來源的電磁撿拾,如電源饋通。串擾是由撿拾其它信號導致的。DJ的主要特點是,其峰到峰值具有上下限。DCD和ISI稱為有界相關抖動,Pj和串擾稱為不相關有界抖動,而RJ稱為不相關無界抖動。另外,抖動分布是RJ和DJ概率密度函數的卷積。
分析抖動以及其具體產生原因將有助於在系統設計時盡可能的減少抖動產生的影響,同時可以確定抖動對BER的影響,並保證系統BER低於某個最大值,通常是 。因此,抖動的形成原因直觀的表示如下圖:

1.3 眼圖與系統性能
當接收信號同時受到碼間串擾和雜訊的影響時,系統性能的定量分析較為困難,一般可以利用示波器,通過觀察接收信號的「眼圖」對系統性能進行定性的、可視的估計。由眼圖可以觀察出符號間干擾和雜訊的影響,具體描述如下:

圖 眼圖與系統性能的關系
眼圖對於展示數字信號傳輸系統的性能提供了很多有用的信息:可以從中看出碼間串擾的大小和雜訊的強弱,有助於直觀地了解碼間串擾和雜訊的影響,評價一個基帶系統的性能優劣;可以指示接收濾波器的調整,以減小碼間串擾,如:
眼圖的「眼睛」張開的大小反映著碼間串擾的強弱。「眼睛」張的越大,且眼圖越端正,表示碼間串擾越小;反之表示碼間串擾越大。當存在雜訊時,雜訊將疊加在信號上,觀察到的眼圖的線跡會變得模糊不清。若同時存在碼間串擾 ,「眼睛」將張開得更小。與無碼間串擾時的眼圖相比,原來清晰端正的細線跡,變成了比較模糊的帶狀線,而且不很端正。雜訊越大,線跡越寬,越模糊;碼間串擾越大,眼圖越不端正。
理論分析得到如下幾條結論,在實際應用中要以此為參考,從眼圖中對系統性能作一論述:
(1)最佳抽樣時刻應 在 「眼睛」 張開最大的時刻。
(2)對定時誤差的靈敏度可由眼圖斜邊的斜率決定。斜率越大,對定時誤差就越靈敏。
(3)在抽樣時刻上,眼圖上下兩分支陰影區的垂直高度,表示最大信號畸變。
(4)眼圖中央的橫軸位置應對應判決門限電平。
(5)在抽樣時刻,上下兩分支離門限最近的一根線跡至門限的距離表示各相應電平的雜訊容限,雜訊瞬時值超過它就可能發生錯誤判決。
(6)對於利用信號過零點取平均來得到定時信息的接收系統,眼圖傾斜分支與橫軸相交的區域的大小表示零點位置的變動范圍,這個變動范圍的大小對提取定時信息有重要的影響。
1.4 眼圖與誤碼率
在數字電路系統中,發送端發送出多個比特的數據,由於多種因素的影響,接收端可能會接收到一些錯誤的比特(即誤碼)。錯誤的比特數與總的比特數之比稱為誤碼率,即Bit Error Ratio,簡稱BER。誤碼率是描述數字電路系統性能的最重要的參數。在GHz比特率的通信電路系統中(比如Fibre Channel、PCIe、SONET、SATA),通常要求BER小於或等於 。誤碼率較大時,通信系統的效率低、性能不穩定。影響誤碼率的因素包括抖動、雜訊、信道的損耗、信號的比特率等。
在誤碼率(BER)的測試中,碼型發生器會生成數十億個數據比特,並將這些數據比特發送給輸入設備,然後在輸出端接收這些數據比特。然後,誤碼分析儀將接收到的數據與發送的原始數據一位一位進行對比,確定哪些碼接收錯誤,隨後會給出一段時間內內計算得到的BER。考慮誤碼率測試的需要,我們以下面的實際測試眼圖為參考,以生成BER圖,參考眼圖如下所示:

圖 參考眼圖
BER圖是樣點時間位置BER(t)的函數,稱為BERT掃描圖或浴缸曲線。簡而言之,它是在相對於參考時鍾給定的額定取樣時間的不同時間t上測得的BER。參考時鍾可以是信號發射機時鍾,也可以是從接收的信號中恢復的時鍾,具體取決於測試的系統。以上述的眼圖為參考,眼睛張開度與誤碼率的關系以及其BER圖如下:

圖 眼睛張開度與誤碼率的關系

圖 BER(T)掃描或浴缸曲線
上述兩圖中,BER圖與眼圖時間軸相同,兩側與眼圖邊沿相對應,樣點位於中心。BER一定時,曲線之間的距離是該BER上的眼圖張開程度。在樣點接近交點時,抖動會導致BER提高到最大0.5。
2 眼圖的生成方法探討
一般而言,生成眼圖需要通過測量大量的數據,然後再從其中恢復得到。示波器測量眼圖中,經過前期的數據採集,其內存中可以獲得完整的數據記錄。然後,利用硬體或者軟體對時鍾進行恢復或提取得到同步時鍾信號,用此時鍾信號與數據記錄中的數據同步到每個比特,通過觸發恢復的時鍾,把數據流中捕獲的多個1 UI(單位間隔,相當於一個時鍾周期)的信號重疊起來,也即將每個比特的數據波形重疊,最後得到眼圖。示波器眼圖的形成示意圖如下:

圖 示波器眼圖的形成原理
從上面的形成原理圖中可以看出,通過用恢復的時鍾信號等間隔的觸發數據記錄中的信號,將這些截取到的單位UI波形疊加在一起,就形成了眼圖。
通過以上的分析,從採集到的數據中恢復出時鍾信號對於眼圖的生成至關重要。因此,眼圖與CLK的關系如下:
(1)采樣示波器的CLK通常可能是用戶提供的時鍾,恢復時鍾,或者與數據信號本身同步的碼同步信號.
(2)實時示波器通過一次觸發完成所有數據的采樣,不需附加的同步信號和觸發信號。通常通過軟體PLL方法恢復時鍾.
因此,這里有必要介紹下時鍾恢復電路的功能(參考英文如下):
„ Clock and Data Recovery (CDR) circuit functions:
„ First to recover the clock signal (CR) from the received data stream (input signal).
„ Use the CR to perform timing and amplitude-level decisions on the incoming signal.
„ Regenerate the data stream (DR), with timing and amplitude characteristics, synchronized with the recovered clock (CR) or regenerated system clock.
譯為:
(1)從接收到的數據流中恢復出原采樣時鍾信號
(2)利用恢復的時鍾信號來衡量輸入信號的時間、幅度等級等性能
(3)在輸入信號的時間和幅度等特性基礎上重新生成數據流,並且與恢復的時鍾信號或重新生成的系統時鍾同步。
目前,對於時鍾恢復的方法,大多數用到的是基於鎖相環的時鍾恢復方法。鎖相環包括鑒相器(phase detector)、環路濾波器(loop filter)、壓控振盪器(voltage controlled oscillator,簡稱VCO)三個基本部分組成,其基本的原理框圖如下所示:

圖 鎖相環原理框圖
總體而言,鎖相環對於時鍾恢復的重要性可以體現在以下幾個方面:
(1)完全集成的,並且不需要外部的參考時鍾信號
(2)確保時鍾信號與數據同步
(3)對時鍾信號提供監視功能,當鎖相環失鎖時提供警報
(4)優化誤碼率——調整關於數據信號的時鍾相位
參考來自下述文章:
„ Phase-Locked Loop (PLL) necessary for clock recovery:
„ Fully integrated and does not require an external reference clock.
„ Ensure alignment of the clock with the middle of a data word.
„ Monitors the CR and provides a Loss-of-Lock (LOL) alarm when the PLL loses lock.
„ for Optimized bit error rate (BER) – adjust clock phase relative to the data signal.
測試高速串列數據信號的眼圖與抖動的儀器都使用了基於鎖相環的時鍾恢復方法。其中,實時示波器主要使用軟體PLL來恢復參考時鍾,取樣示波器和誤碼率測試儀都使用硬體PLL來恢復時鍾。採用軟體恢復時鍾方法,捕獲長數據波形,將數據與恢復時鍾逐位比較,完成眼圖、抖動、誤碼率測試。可分析捕獲的串列數據的每一個Bit位,避免了觸發抖動和硬體恢復時鍾抖動導致的測量不精確,CDR抖動和觸發抖動理論為0。
目前,泰克提供的眼圖生成方案:
(1) 從數據恢復時鍾(CDR),眼圖模板測試:可以分為硬體CDR(PLL)和軟體CDR(PLL+其它)
(2) 測量眼圖的眼高、眼寬等關於眼圖的參數
(3) 根據上面測量到的數據,繪制相關的圖形:
抖動:趨勢,頻譜,直方圖, 浴盆曲線
根據上述的方案概況,硬體的時鍾恢復原理如下框圖所示:

圖 泰克硬體時鍾恢復方案框圖
在實時示波器中,通常使用連續比特位的眼圖生成方法。首先,示波器採集到一長串連續的數據波形;然後,使用軟體CDR恢復時鍾,用恢復的時鍾切割每個比特的波形,從第1個、第2個、第3個、一直到第n-1個、第n個比特;最後一步是把所有比特重疊,得到眼圖。其中,實時的眼圖生成方法如下:
„ 軟體時鍾恢復
„ 眼圖參數測量
„ 全系列標准專用參數測量,包括幅度、定時和抖動
„ 低抖動低雜訊
„ 單觸發事件,而不是ET方法中的多觸發事件,即觸發一次後連續采樣,減少了可能引入的抖動、雜訊
„ 支持不同的時鍾恢復模型
„ 鎖相環 (PLL)
„ 相位內插重復取樣 (恆定時鍾, 連續位)
„ 數據相關分析
„ 把跳變位與非跳變位分開
„ 碼型長度檢測,進行抖動分析 (Rj/Dj分離)

C. 怎麼做只能觀測到一個眼圖

接收二進制雙極性波形時,在一個碼元周期內只能看到一隻眼睛。
眼圖是通過用示波器觀察接收端的基帶信號波形,從而估計和調整系統性能的一種方法。
具體做法是:一個示波器跨接在抽樣判決器的輸入端,然後調整示波器水平掃描周期,使其與接收碼元的周期同步。這樣就可以從示波器上顯示的波形來觀察碼間串擾和信道雜訊等因素影響的情況,從而估計系統系能的優劣。

D. CD眼圖怎麼看

CD機的「眼圖」,就是CD機的激光頭從CD碟上讀出的數字信號波形,可將CD機的數字讀取存儲晶元的第二個引腳連接至示波器的信號輸入埠,這樣就可在示波器的顯示屏上清晰的看到一幅寬幅在+1V左右的,且波形山下整齊的、舒展的無數條信號波依次疊加排列在一起的動態曲線。---正常的波形因是四邊無任何的毛刺,圖像線條幽細而清晰,自然而舒展,排列整齊而幅頻寬度嚴格要求在+1V的狀態。-----由此可見,這眼圖的重要性就不言而愈了!!!如果這CD機的第一關口「眼圖」都不好,甚至嚴重劣化的話,那後頭出來什麼聲音就可想而知了

E. allegro中setup advisor命令在哪

2.1.7預先創建拓撲樣本;預先創建拓撲樣本這一環節,就是在CadenceS;本文會在下面的章節中介紹如何在SigXP中手動創;2.1.8預先創建相對於不同閾值電壓的眼圖模板;眼圖模板是顯示在CadenceSigWave波形;圖3:眼圖模式下的眼圖模板;在本環節中,我們可以依據信號閾值電壓、建立和保持;2.1.9預先創建自定義測量;在SigXP中,Caden

2.1.7 預先創建拓撲樣本
預先創建拓撲樣本這一環節,就是在Cadence SigXP中手動創建相關信號線的拓撲,供之後執行假設分析(What-if)和參數掃描模擬使用。此環節不是必需,一般只出現在簡單拓撲或拓撲結構已確定的信號線上,更多的情況下,常常是在空白的電路板上執行關鍵器件預布局後,通過初略預布線的方式連接信號線,然後在Allegro PCB SI中提取此信號線的拓撲進入到SigXP中進行模擬,這樣對於多負載的負載拓撲而言更為方便一些。

本文會在下面的章節中介紹如何在SigXP中手動創建信號線拓撲,以及如何配置brd設計文件以提取信號線拓撲進入到SigXP中。
2.1.8 預先創建相對於不同閾值電壓的眼圖模板
眼圖模板是顯示在Cadence SigWave波形顯示器中眼圖模式下的圖案,用於輔助確認信號眼圖的質量。

圖 3:眼圖模式下的眼圖模板

在本環節中,我們可以依據信號閾值電壓、建立和保持時間等參數預先創建信號的眼圖模板,供信號分析時使用。關於如何創建和編輯信號的眼圖模板,筆者將另文介紹,本文不再詳述。
2.1.9 預先創建自定義測量
在SigXP中,Cadence提供了眾多的默認測量,包括信號飛行時間、解決時間、傳輸延遲、單調性、最大過沖電壓、最小下沖電壓、眼圖眼睛高度、眼圖眼睛寬度等等。但對於一些更復雜更細節的測量要求,就需要通過自定義測量來實現了,例如過沖面積、下沖面積、變化沿斜率、建立時間、保持時間等等。
自定義測量是Cadence為SigXP提供的一個介面,讓用戶可以通過對話框形式或文本形式在一定的語法格式下編輯所需的自動測量,然後可以在SigXP調用並將測量所得值顯示在結果中。關於如何創建和編輯自定義測量,筆者將另文介紹,本文不再詳述。

2.2 模擬前的規劃
由於前模擬的主要目的就是在眾多的待定參數中找到適宜的解決方案,所以常常不得不採用耗時耗力的假設分析和參數掃描的方式執行,這也就意味著,不確定的因素越多,所需執行的掃描模擬次數也就越多,執行模擬所需的時間也就越長。因此在執行模擬前,我們常常需要通過通過各種方式去減少不確定的因素,或是縮小不確定的范圍。這基本上就是在模擬前的規劃這一環節所需要完成的事情。

在本環節,我們常常可以通過晶元手冊、用戶指南和信號規范,以及所設計系統的具體情況,乃至自己和例如本案例中,假定並沒有JEDEC給出的設計規范,我們還未知道地址、命令、控制和時鍾信號需要走Fly-by他人的經驗,去對一些待定因素做出一些取捨。 拓撲,那我們就有可能需要模擬平衡T型拓撲時信號的情況,這可能會帶來兩倍的模擬時間。

圖 4:地址、命令和控制信號傳輸線拓撲
又例如按照板子的尺寸情況,我們確認了要完成布線至少需要6層板,而傳輸線密度又決定了傳輸線寬度不能大於5mil,板廠生產工藝方面又限制了線寬不能小於4mil,再依據板厚和可能的疊層方案我們可以知道內層傳輸線的阻抗范圍只能在50~75ohm之間,這樣我們模擬時就不需要再掃描此范圍之外的阻抗。
再例如依據布局和布線空間,當採用Fly-by拓撲時,寄存器到第一個內存晶元的傳輸線長度的范圍,每兩個內存晶元的傳輸線長度的范圍也可以大致確定,晶元的尺寸決定了傳輸線不能太短,布線空間決定了傳輸線不能太長。

以上種種,只是列舉了少量我們為縮小掃描模擬的范圍和次數所作的努力,實際設計中,還可以有更多因素可以通過非模擬手段進行確認,這里不再一一詳述。

F. 什麼是信號眼形圖

眼圖是指利用實驗的方法估計和改善(通過調整)傳輸系統性能時在示波器上觀察到的一種圖形。觀察眼圖的方法是:用一個示波器跨接在接收濾波器的輸出端,然後調整示波器掃描周期,使示波器水平掃描周期與接收碼元的周期同步,這時示波器屏幕上看到的圖形像人的眼睛,故稱 為 「眼圖」。從「眼圖」上可 以觀察出碼間串擾和雜訊的影響,從而估計系統優劣程度。另外也可以用此圖形對接收濾波器的特性加以調整,以減小碼間串擾和改善系統的傳輸性能。
眼圖 的 「眼睛」 張開的大小反映著碼間串擾的強弱。 「眼睛」張的 越大,且眼圖越端正,表示碼間串擾越小;反之表示碼間串擾越大。
當存在雜訊時,雜訊將疊加在信號上,觀察到的眼圖的線跡會變得模糊不清。若同時存在碼間串擾 , 「眼睛」將 張開得更小。與無碼間串擾時的眼圖相比,原來清晰端正的細線跡,變成了比較模糊的帶狀線,而且不很端正。雜訊越大,線跡越寬,越模糊;碼間串擾越大,眼圖越不端正。
眼圖對於展示數字信號傳輸系統的性能提供了很多有用的信息:可以從中看出碼間串擾的大小和雜訊的強弱,有助於直觀地了解碼間串擾和雜訊的影響,評價一個基帶系統的性能優劣;可以指示接收濾波器的調整,以減小碼間串擾。
( 1 )最佳抽樣時刻應 在 「眼睛」 張開最大的時刻。
( 2 )對定時誤差的靈敏度可由眼圖斜邊的斜率決定。斜率越大,對定時誤差就越靈敏。
( 3 )在抽樣時刻上,眼圖上下兩分支陰影區的垂直高度,表示最大信號畸變。
( 4 )眼圖中央的橫軸位置應對應判決門限電平。
( 5 )在抽樣時刻上,上下兩分支離門限最近的一根線跡至門限的距離表示各相應電平的雜訊容限,雜訊瞬時值超過它就可能發生錯誤判決。
( 6 )對於利用信號過零點取平均來得到定時信息的接收系統,眼圖傾斜分支與橫軸相交的區域的大小,表示零點位置的變動范圍,這個變動范圍的大小對提取定時信息有重要的影響。

G. 眼圖的介紹

在實際系統中,完全消除碼間串擾是十分困難的,而碼間串擾對誤碼率的影響目前尚無法找到數學上便於處理的統計規律,還不能進行准確計算。為了衡量基帶傳輸系統的性能優劣,在實驗室中,通常用示波器觀察接收信號波形的方法來分析碼間串擾和雜訊對系統性能的影響,這就是眼圖分析法。眼圖是一系列數字信號在示波器上累積而顯示的圖形,它包含了豐富的信息,從眼圖上可以觀察出碼間串擾和雜訊的影響,體現了數字信號整體的特徵,從而估計系統優劣程度,因而眼圖分析是高速互連系統信號完整性分析的核心。另外也可以用此圖形對接收濾波器的特性加以調整,以減小碼間串擾,改善系統的傳輸性能。

H. 分別簡述波形圖,眼圖,星座圖的作用,即它們分別從什麼角度描述了信號的什麼特徵

數字通信領域中,經常將數字信號在復平面上表示,以直觀的表示信號以及信號之間的關系。這種圖示就是星座圖。數字信號之所以能夠用復平面上的點表示,是因為數字信號本身有著復數的表達形式。雖然信號一般都需要調制到較高頻率的載波上傳輸,但是最終的檢測依然是在基帶上進行。因此已經調制的帶通數字信號s(t)可以用其等效低通形式表示。一般來說,等效低通信號是復數,即帶通信號s(t)可以通過將乘上載波再取實部得到:因此的實部x(t)可以被看作是對餘弦信號的幅度調制,的虛部 y(t) 可以被看作是對正弦信號的幅度調制。 與 正交,因此x(t)和y(t)是s(t)上相互正交的分量。通常又將前者稱作同相分量(In-phase component),後者稱為正交分量(Quadrature component)。PS:載波是指被調制以傳輸信號的波形,一般為正弦波。一般要求正弦載波的頻率遠遠高於調制信號的帶寬,否則會發生混疊,使傳輸信號失真。引用「 星座圖,要先從I,Q調制說起,而I,Q調制還得從QAM調制說起。QAM是正交幅度調制,就是說一個信號源出來的一個信號,分成兩路,分別與正交的兩個信號相乘,實現起來可以是,其中一路信號和一函數相乘,另一路信號和次函數的正交(相位移90度)相乘。之後相加,輸出。而已上與函數或者函數相移90度之後的信道分別稱為I調制和Q調制。 星座圖,就是說一個坐標,如高中的單位圓,橫坐標是I,縱坐標是Q,相應於投影到I軸的,叫同相分量,同理投影到Q軸的叫正交分量。由於信號幅度有差別,那麼就有可能落在單位圓之內。具體地說,64QAM,符號有64個,等於2的6次方,因此每個符號需要6個二進制來代表才夠用。這64個符號就落在單位圓內,根據幅度和相位的不同落的地方也不同。從其中一個點跳到另一個點,就意味著相位調制和幅度調制同時完成了。」 眼圖:示波器屏幕上所顯示的數字通信符號,由許多波形部分重疊形成,其形狀類似「眼」的圖形。「眼」大表示系統傳輸特性好;「眼」小表示系統中存在符號間干擾。「在實際數字互連系統中,完全消除碼間串擾是十分困難的,而碼間串擾對誤碼率的影響目前尚無法找到數學上便於處理的統計規律,還不能進行准確計算。為了衡量基帶傳輸系統的性能優劣,在實驗室中,通常用示波器觀察接收信號波形的方法來分析碼間串擾和雜訊對系統性能的影響,這就是眼圖分析法。在無碼間串擾和雜訊的理想情況下,波形無失真,每個碼元將重疊在一起,最終在示波器上看到的是跡線又細又清晰的「眼睛」,「眼」開啟得最大。當有碼間串擾時,波形失真,碼元不完全重合,眼圖的跡線就會不清晰,引起「眼」部分閉合。若再加上雜訊的影響,則使眼圖的線條變得模糊,「眼」開啟得小了,因此, 「眼」張開的大小表示了失真的程度,反映了碼間串擾的強弱。由此可知,眼圖能直觀地表明碼間串擾和雜訊的影響,可評價一個基帶傳輸系統性能的優劣。另外也可以用此圖形對接收濾波器的特性加以調整,以減小碼間串擾和改善系統的傳輸性能。 通常眼圖可以用下圖所示的圖形來描述,由此圖可以看出:(1)眼圖張開的寬度決定了接收波形可以不受串擾影響而抽樣再生的時間間隔。顯然,最佳抽樣時刻應選在眼睛張開最大的時刻。 (2)眼圖斜邊的斜率,表示系統對定時抖動(或誤差)的靈敏度,斜率越大,系統對定時抖動越敏感。 (3)眼圖左(右)角陰影部分的水平寬度表示信號零點的變化范圍,稱為零點失真量,在許多接收設備中,定時信息是由信號零點位置來提取的,對於這種設備零點失真量很重要。 (4)在抽樣時刻,陰影區的垂直寬度表示最大信號失真量。(5)在抽樣時刻上、下兩陰影區間隔的一半是最小雜訊容限,雜訊瞬時值超過它就有可能發生錯誤判決。 (6)橫軸對應判決門限電平。 」 二、眼圖的一些基本概念 — 「什麼是眼圖?」 「眼圖就是象眼睛一樣形狀的圖形。圖五眼圖定義」 眼圖是用余輝方式累積疊加顯示採集到的串列信號的比特位的結果,疊加後的圖形形狀看起來和眼睛很像,故名眼圖。眼圖上通常顯示的是1.25UI的時間窗口。眼睛的形狀各種各樣,眼圖的形狀也各種各樣。通過眼圖的形狀特點可以快速地判斷信號的質量。圖六的眼圖有「雙眼皮」,可判斷出信號可能有串擾或預(去)加重。圖六 「雙眼皮」眼圖 圖七的眼圖「眼睛裡布滿血絲」,這表明信號質量太差,可能是測試方法有錯誤,也可能是PCB布線有明顯錯誤。圖七 「眼睛布滿血絲」的眼圖 圖八的眼圖非常漂亮,這可能是用采樣示波器測量的眼圖。 圖八 最漂亮的「眼睛」 由於眼圖是用一張圖形就完整地表徵了串列信號的比特位信息,所以成為了衡量信號質量的最重要工具,眼圖測量有時侯就叫「信號質量測試(Signal Quality Test,SQ Test)」。此外,眼圖測量的結果是合格還是不合格,其判斷依據通常是相對於「模板(Mask)」而言的。模板規定了串列信號「1」電平的容限,「0」電平的容限,上升時間、下降時間的容限。所以眼圖測量有時侯又被稱為「模板測試(Mask Test)」。 模板的形狀也各種各樣,通常的NRZ信號的模板如圖五和圖八藍色部分所示。在串列數據傳輸的不同節點,眼圖的模板是不一樣的,所以在選擇模板時要注意具體的子模板類型。如果用發送端的模板來作為接收端眼圖模板,可能會一直碰模板。但象乙太網信號、E1/T1的信號,不是NRZ碼形,其模板比較特別。當有比特位碰到模板時,我們就認為信號質量不好,需要調試電路。有的產品要求100%不能碰模板,有的產品是允許碰模板的次數在一定的概率以內。(有趣的是,眼圖85%通過模板的產品,功能測試往往是沒有問題的,譬如我在用的電腦網口總是測試不能通過,但我上網一直沒有問題。這讓很多公司覺得不用買示波器做信號完整性測試以一樣可以做出好產品來,至於山寨版的,更不會去買示波器測眼圖了。)示波器中有測量參數可自動統計出碰到模板的次數。此外,根據「侵犯」模板的位置就能知道信號的哪方面有問題從而指導調試。如圖九表明信號的問題主要是下降沿太緩,圖十表明1電平和0電平有「塌陷」,可能是ISI問題導致的。 圖九 下降沿碰到模板的眼圖 圖十 「1」電平和「0」電平有「塌陷」的模板 和眼圖相關的眼圖參數有很多,如眼高、眼寬、眼幅度、眼交叉比、「1」電平,「0」電平,消光比,Q因子,平均功率等。圖十二表示幅度相關的測量參數的定義。圖十一 眼圖參數定義 「1」電平和」0」電平表示選取眼圖中間的20%UI部分向垂直軸投影做直方圖,直方圖的中心值分別為「1」電平和「0」電平。眼幅度表示「1」電平減去「0」電平。上下直方圖的3sigm之差表示眼高。圖十二、十三、十四,十五表示了其它一些眼圖參數的定義,一目瞭然,在此不再一一描述。 圖十二 眼圖參數定義 圖十三 眼圖參數定義 圖十四 眼圖參數定義 圖十五 眼圖參數定義 三、眼圖測量方法(傳統眼圖測量方法) 之前談到,眼圖測量方法有兩種:傳統眼圖測量方法用中文來理解是八個字:「同步觸發+疊加顯示」,現代眼圖測量方法用中文來理解也是八個字:「同步切割+疊加顯示」。兩種方法的差別就四個字:傳統的是用觸發的方法,現代的是用切割的方法。「同步」是准確測量眼圖的關鍵,傳統方法和現代方法同步的方法是不一樣的。「疊加顯示」 就是用模擬余輝的方法不斷累積顯示。 傳統的眼圖方法就是同步觸發一次,然後疊加一次。每觸發一次,眼圖上增加了一個UI,每個UI的數據是相對於觸發點排列的,因此是每觸發一次眼圖上只增加了一個比特位。圖一形象表示了這種方法形成眼圖的過程。 圖一 傳統眼圖測量方法的原理 傳統方法的第一個缺點就是效率太低。對於現在的高速信號如PCI-Express Gen2,PCI-SIG要求測量1百萬個UI的眼圖,用傳統方法就需要觸發1百萬次,這可能需要幾個小時才能測量完。第二個缺點是,由於每次觸發只能疊加一個UI,形成1百萬個UI的眼圖就需要觸發1百萬次,這樣不斷觸發的過程中必然將示波器本身的觸發抖動也引入到了眼圖上。對於2.5GBbps以上的高速信號,這種觸發抖動是不可忽略的。 如何同步觸發,也就是說如何使每個UI的數據相對於觸發點排列?也有兩種方法,一種方法是在被測電路板上找到和串列數據同步的時鍾,將此時鍾引到示波器作為觸發源,時鍾的邊沿作為觸發的條件。另外一種方法是將被測的串列信號同時輸入到示波器的輸入通道和硬體時鍾恢復電路(CDR)通道,硬體CDR恢復出串列數據里內嵌的時鍾作為觸發源。 這種同步方法引入了CDR抖動,這是傳統方法的第三個缺點。 此外,硬體CDR只能偵測連續串列信號才能工作正常,如果被測信號不是連續的,譬如兩段連續比特位之間有一段低電平,硬體CDR就不能恢復出正確的時鍾。另外,傳統方法的工作原理決定了它不能對間歇性的串列信號做眼圖,不能對保存的波形做眼圖,不能對運算後的波形做眼圖,這限制了應用范圍。 這是傳統方法的第四個缺點。

I. 眼圖的主要參數

主要參數如下:

(1)眼圖張開的寬度決定了接收波形可以不受串擾影響而抽樣再生的時間間隔。顯然,最佳抽樣時刻應選在眼睛張開最大的時刻。

(2)眼圖斜邊的斜率,表示系統對定時抖動(或誤差)的靈敏度,斜率越大,系統對定時抖動越敏感。

(3)眼圖左(右)角陰影部分的水平寬度表示信號零點的變化范圍,稱為零點失真量,在許多接收設備中,定時信息是由信號零點位置來提取的,對於這種設備零點失真量很重要。

(4)在抽樣時刻,陰影區的垂直寬度表示最大信號失真量。

(5)在抽樣時刻上、下兩陰影區間隔的一半是最小雜訊容限,雜訊瞬時值超過它就有可能發生錯誤判決。

(6)橫軸對應判決門限電平。


概述

在實際數字互連系統中,完全消除碼間串擾是十分困難的,而碼間串擾對誤碼率的影響目前尚無法找到數學上便於處理的統計規律,還不能進行准確計算。為了衡量基帶傳輸系統的性能優劣,在實驗室中,通常用示波器觀察接收信號波形的方法來分析碼間串擾和雜訊對系統性能的影響,這就是眼圖分析法。

在無碼間串擾和雜訊的理想情況下,波形無失真,每個碼元將重疊在一起,最終在示波器上看到的是跡線又細又清晰的「眼睛」,「眼」開啟得最大。當有碼間串擾時,波形失真,碼元不完全重合,眼圖的跡線就會不清晰,引起「眼」部分閉合。

若再加上雜訊的影響,則使眼圖的線條變得模糊,「眼」開啟得小了,因此,「眼」張開的大小表示了失真的程度,反映了碼間串擾的強弱。由此可知,眼圖能直觀地表明碼間串擾和雜訊的影響,可評價一個基帶傳輸系統性能的優劣。