克劳德高速数字信号测试实验室
眼图测试高速串行数据信号的眼图与抖动的仪器都使用了基于锁相环的时钟恢复方法。其中,实时示波器主要使用软件PLL来恢复参考时钟,取样示波器和误码率测试仪都使用硬件PLL来恢复时钟。采用软件恢复时钟方法,捕获长数据波形,将数据与恢复时钟逐位比较,完成眼图、抖动、误码率测试。可分析捕获的串行数据的每一个Bit位,避免了触发抖动和硬件恢复时钟抖动导致的测量不精确,CDR抖动和触发抖动理论为0。 眼图宽度(眼宽)的定义;湖南校准眼图测量

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。 湖南校准眼图测量眼图参数有很多,如眼高、眼宽、眼幅度、眼交叉比、“1”电平,“0”电平,消光比,Q因子,平均功率等;

而对于很多高速的串行总线信号来说,由于时钟信息嵌入在数据流里,所以需要测量设备有相应的时钟恢复功能(可能是硬件的也可能是软件的),能够先从数据流里提取出时钟,然后以这个时钟为基准对数据比特进行叠加才能形成眼图。因此,很多高速串行数字信号的眼图测试通常需要该示波器或测量设备有相应的时钟恢复功能。下图是个对串行数据流进行软件时钟恢复的例子。
真正意义的眼图是以时钟为基准进行叠加的:眼图测量的根本目的是判断该数据信号相对于其时钟信号(可能是专门的时钟通道也可能是内嵌的时钟信息)的建立/保持时间窗口、采样时的信号幅度等参数满足标准要求,所以眼图测量一定是要以其参考时钟为基准进行信号叠加才有意义。有时用数据信号自身的边沿触发进行自然叠加也能形成类似眼图的形状,但这不是真正意义上的眼图。
眼高和眼宽
数字信号在采样前后,需要有一定的建立时间(SetupTime)和保持时间(HoldTime),数字信号在这一段时间内应保持稳定,才能保证正确采样,如图5.1中蓝色部分。而对于输入电平的判决,需要高电平的电压值高于输入高电平VIH,低电平的电压值地与输入低电平VIL,绿色部分。所以,我们可以得知比较早的采样时刻和比较晚的采样时刻
在比较好采样时刻,采样的误码率是比较低的,而随着采样时刻向时间轴两侧的移动,误码率不断增大,如图6所示。所以工程上也经常画出信号采样周期内误码率的变化曲线,称为澡盆曲线(Bathtub Curve)。 眼图测量方法用中文来理解也是8个字:“同步切割+叠加显示”;

理论分析得到如下几条结论,在实际应用中要以此为参考,从眼图中对系统性能作一论述:
(1)比较好抽样时刻应 在 “眼睛” 张开比较大的时刻。
(2)对定时误差的灵敏度可由眼图斜边的斜率决定。斜率越大,对定时误差就越灵敏。
(3)在抽样时刻上,眼图上下两分支阴影区的垂直高度,表示比较大信号畸变。
(4)眼图的横轴位置应对应判决门限电平。
(5)在抽样时刻,上下两分支离门限近的一根线迹至门限的距离表示各相应电平的噪声容限,噪声瞬时值超过它就可能发生错误判决。
(6)对于利用信号过零点取平均来得到定时信息的接收系统,眼图倾斜分支与横轴相交的区域的大小表示零点位置的变动范围,这个变动范围的大小对提取定时信息有重要的影响。 BER图与眼图时间轴相同,两侧与眼图边沿相对应,样点位于中心。安徽信息化眼图测量
示波器眼图的概念和具体测试方法;湖南校准眼图测量
眼图形成的原理
一般均可以用示波器观测到信号的眼图,其具体的操作方法为:将示波器跨接在接收滤波器的输出端,然后调整示波器扫描周期,使示波器水平扫描周期与接收码元的周期同步,这时示波器屏幕上看到的图形就称为眼图。示波器一般测量的信号是一些位或某一段时间的波形,更多的反映的是细节信息,而眼图则反映的是链路上传输的所有数字信号的整体特征,两者对比。
如果示波器的整个显示屏幕宽度为100ns,则表示在示波器的有效频宽、取样率及记忆体配合下,得到了100ns下的波形资料。但是,对于一个系统而言,分析这么短的时间内的信号并不具有代表性,例如信号在每一百万位元会出现一次突波(Spike),但在这100ns时间内,突波出现的机率很小,因此会错过某些重要的信息。如果要衡量整个系统的性能,这么短的时间内测量得到的数据显然是不够的。设想,如果可以以重复叠加的方式,将新的信号不断的加入显示屏幕中,但却仍然记录着前次的波形,只要累积时间够久,就可以形成眼图,从而可以了解到整个系统的性能,如串扰、噪声以及其他的一些参数,为整个系统性能的改善提供依据。 湖南校准眼图测量