想看懂示波器眼圖,必須掌握這4點(diǎn)!
發(fā)布時(shí)間:2020-03-04 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】PCB設(shè)計(jì)中眼圖到底有什么用?眼圖,是由于示波器的余輝作用,將掃描所得的每一個(gè)碼元波形重疊在一起,從而形成眼圖。
PCB設(shè)計(jì)中眼圖到底有什么用?眼圖,是由于示波器的余輝作用,將掃描所得的每一個(gè)碼元波形重疊在一起,從而形成眼圖。
本文將帶領(lǐng)大家了解PCB上的眼圖是什么,眼圖是怎樣形成的,眼圖中包含有哪些信息,如何根據(jù)眼圖情況分辨信號(hào)質(zhì)量。
想看懂示波器眼圖需要掌握以下4點(diǎn):
一、什么是眼圖?
眼圖是一系列數(shù)字信號(hào)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?dāng)_和噪聲的影響,體現(xiàn)了數(shù)字信號(hào)整體的特征,從而估計(jì)系統(tǒng)優(yōu)劣程度,因而眼圖分析是高速互連系統(tǒng)信號(hào)完整性分析的核心。
另外也可以用此圖形對(duì)接收濾波器的特性加以調(diào)整,以減小碼間串?dāng)_,改善系統(tǒng)的傳輸性能。
用一個(gè)示波器跨接在接收濾波器的輸出端,然后調(diào)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(shí)示波器屏幕上看到的圖形就稱為眼圖。
示波器一般測(cè)量的信號(hào)是一些位或某一段時(shí)間的波形,更多的反映的是細(xì)節(jié)信息,而眼圖則反映的是鏈路上傳輸?shù)乃袛?shù)字信號(hào)的整體特征。
觀察眼圖的方法是:用一個(gè)示波器跨接在接收濾波器的輸出端,然后調(diào)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(shí)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?dāng)_和噪聲的影響,從而估計(jì)系統(tǒng)優(yōu)劣程度。另外也可以用此圖形對(duì)接收濾波器的特性加以調(diào)整,以減小碼間串?dāng)_和改善系統(tǒng)的傳輸性能。
二、眼圖是怎么形成的?
對(duì)于數(shù)字信號(hào),其高電平與低電平的變化可以有多種序列組合。以3個(gè)bit為例,可以有000-111共8中組合,在時(shí)域上將足夠多的上述序列按某一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)齊,然后將其波形疊加起來,就形成了眼圖。
如下圖。對(duì)于測(cè)試儀器而言,首先從待測(cè)信號(hào)中恢復(fù)出信號(hào)的時(shí)鐘信號(hào),然后按照時(shí)鐘基準(zhǔn)來疊加出眼圖,最終予以顯示。
三、眼圖中包含的信息有哪些?
對(duì)于一幅真實(shí)的眼圖,如下圖,首先我們可以看出數(shù)字波形的平均上升時(shí)間(RiseTime)、下降時(shí)間(FallTime)、上沖(Overshoot)、下沖(Undershoot)、門限電平(Threshold/CrossingPercent)等基本的電平變換的參數(shù)。
上升時(shí)間(RiseTime):脈沖信號(hào)的上升時(shí)間是指脈沖瞬時(shí)值最初到達(dá)規(guī)定下限和規(guī)定上限的兩瞬時(shí)之間的間隔。除另有規(guī)定之外,下限和上限分別定為脈沖峰值幅度的10%和90%。
下降時(shí)間(FallTime):脈沖信號(hào)的下降時(shí)間是指從脈沖峰值幅度的90%下降到10%所經(jīng)歷的時(shí)間間隔。
上沖(Overshoot):也叫過沖就是第一個(gè)峰值或谷值超過設(shè)定電壓,主要表現(xiàn)為一個(gè)尖端脈沖,并且能導(dǎo)致電路元器件的失效。
下沖(Undershoot):是指下一個(gè)谷值或峰值。過分的過沖能夠引起保護(hù)二極管工作,導(dǎo)致過早地失效。過分的下沖能夠引起假的時(shí)鐘或數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。
門限電平(Threshold/CrossingPercent):是指在系統(tǒng)傳輸特性劣于某一特定誤碼率的情況下,收信機(jī)所能達(dá)到的最低接收電平。
四、如何根據(jù)眼圖情況分辨信號(hào)質(zhì)量
信號(hào)不可能每次高低電平的電壓值都保持完全一致,也不能保證每次高低電平的上升沿、下降沿都在同一時(shí)刻。由于多次信號(hào)的疊加,眼圖的信號(hào)線變粗,出現(xiàn)模糊(Blur)的現(xiàn)象。
所以眼圖也反映了信號(hào)的噪聲和抖動(dòng):在縱軸電壓軸上,體現(xiàn)為電壓的噪聲(VoltageNoise);在橫軸時(shí)間軸上,體現(xiàn)為時(shí)域的抖動(dòng)(Jitter)。如下圖示。
當(dāng)存在噪聲時(shí),噪聲將疊加在信號(hào)上,觀察到的眼圖的線跡會(huì)變得模糊不清。若同時(shí)存在碼間串?dāng)_,“眼睛”將張開得更小。一般眼圖的眼睛睜得越大,眼圖眼高越高,代表信號(hào)質(zhì)量越好。
做信號(hào)仿真可以獲取眼圖情況,然后根據(jù)眼圖情況判斷信號(hào)的質(zhì)量,如果眼圖情況不好,可以調(diào)整硬件設(shè)計(jì)或者PCB設(shè)計(jì),使眼圖眼高變高,保證生產(chǎn)出的產(chǎn)品信號(hào)質(zhì)量。
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