云南电气性能测试眼图测量

时间:2024年07月23日 来源:

系统性能

当接收信号同时受到码间串扰和噪声的影响时,系统性能的定量分析较为困难,一般可以利用示波器,通过观察接收信号的“眼图”对系统性能进行定性的、可视的估计。由眼图可以观察出符号间干扰和噪声的影响,具体描述如下:

眼图对于展示数字信号传输系统的性能提供了很多有用的信息:可以从中看出码间串扰的大小和噪声的强弱,有助于直观地了解码间串扰和噪声的影响,评价一个基带系统的性能优劣;可以指示接收滤波器的调整,以减小码间串扰,如:

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。当存在噪声时,噪声将叠加在信号上,观察到的眼图的线迹会变得模糊不清。若同时存在码间串扰 ,“眼睛”将张开得更小。与间串扰时的眼图相比,原来清晰端正的细线迹,变成了比较模糊的带状线,而且不很端正。噪声越大,线迹越宽,越模糊;码间串扰越大,眼图越不端正。 密度优化的以太网眼图参数计算方法;云南电气性能测试眼图测量

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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)。 云南电气性能测试眼图测量新的眼图生成方法解决了触发抖动问题;

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眼图测试中的时钟恢复

眼图测试和分析关键之处是时钟恢复。现代的宽带示波器一般提供多种时钟恢复方式 以供选择,如下所述。

(1) 常频方式,类似于平均处理,适用于测量时钟抖动、扩频信号等测试。

(2) 黄金锁相环(Golden PLL), 一般支持一级或二级PLL,参数可以随意设置,适用 于测试串行信号。

(3) 外时钟恢复方式,适用于源同步信号的测试(如HDMI) 。

(4) 特殊方式,例如PCI Express> Fibre-Channel时钟恢复方式。

测试串行信号常用的是Golden PLL方法,要根据具体规范的CDR响应曲线选择一级 或二级锁相环,仔细设置时钟恢复参数。下面以SATA3为例介绍时钟恢复参数的设置,

低速信号的眼图:很多速率不太高的总线也可以做眼图测量,但由于数据比特较宽,上升时间相对于数据比特宽度占的比例很小,所以一些低速数字信号的眼图可能比较方正或者比较规整,看起来不太象眼睛,但从物理含义上说这仍然是一种眼图。

眼图测量中需要叠加的波形或比特的数量:在眼图测量中,叠加的波形或比特的数量不一样,可能得到的眼图结果会有细微的差异。由于随机噪声和随机抖动的存在,叠加的波形或比特数量越多,则眼的张开程度会越小,就越能测到恶劣的情况,但相应的测试时间也会变长。为了在测量结果的可靠性以及测量时间上做一个折衷,有些标准会规定眼图测量需要叠加的波形或比特数量,比如需要叠加1000个波形或者叠加1M个比特等。 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;

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眼图测量平均功率通过眼图反映的平均功率,即是整个数据流的平均值。与眼图振幅测量不同,平均功率则是直方图的平均值。如果数据编码正常工作,平均功率应为总眼图振幅的50%

抖动抖动是在高速数据传输线中导致误码的定时噪声。如果系统的数据速率提高,在几秒内测得的抖动幅度会大体不变,但在位周期的几分之一时间内测量时,它会随着数据速率成比例提高,进而导致误码。因此,在系统中尽可能的减少这种相关抖动,提升系统总体性能。 眼图分析与误码率分析有什么不同?云南电气性能测试眼图测量

眼图上升时间和下降时间;云南电气性能测试眼图测量

眼交叉比

眼图交叉比,是测量交叉点振幅与信号“1”及“0”位准之关系,因此不同交叉比例关系可传递不同信号位准。一般标准的信号其交叉比为50%,即表示信号“1”及“0”各占一半的位准。为了测量其相关比率,使用如下图所示的统计方式。交叉位准是依据交叉点垂直统计的中心窗口而计算出来的平均值,其比例方程式如下(其中的1 及0 位准是取眼图中间的20%为其平均值,即从40%~60%中作换算):

随着交叉点比例关系的不同,表示不同的信号1 或0 传递质量的能耐。如下图所示,左边图形为不同交叉比例关系的眼图,对应到右边相关的1 及0 脉冲信号。同时也可以了解到在不同脉冲信号时间的宽度与图交叉比例的关系。 云南电气性能测试眼图测量

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