抖动和眼图分析工具

抖动的概念及其测量方法摘要：在数字通信系统，特别是同步系统中，随着系统时钟频率的不断提高，时间抖动成为影响通信质量的关键因素。

本文介绍了时间抖动（jitter）的概念及其分析方法。

关键字：时间抖动、jitter、相位噪声、测量一、引言随着通信系统中的时钟速率迈入GHz级，抖动这个在模拟设计中十分关键的因素，也开始在数字设计领域中日益得到人们的重视。

在高速系统中，时钟或振荡器波形的时序误差会限制一个数字I/O接口的最大速率。

不仅如此，它还会导致通信链路的误码率增大，甚至限制A/D转换器的动态范围。

有资料表明在3GHz 以上的系统中，时间抖动（jitter）会导致码间干扰（ISI），造成传输误码率上升。

在此趋势下，高速数字设备的设计师们也开始更多地关注时序因素。

本文向数字设计师们介绍了抖动的基本概念，分析了它对系统性能的影响，并给出了能够将相位抖动降至最低的常用电路技术。

二、时间抖动的概念在理想情况下，一个频率固定的完美的脉冲信号（以1MHz为例）的持续时间应该恰好是1us，每500ns有一个跳变沿。

但不幸的是，这种信号并不存在。

如图1所示，信号周期的长度总会有一定变化，从而导致下一个沿的到来时间不确定。

这种不确定就是抖动。

抖动是对信号时域变化的测量结果，它从本质上描述了信号周期距离其理想值偏离了多少。

在绝大多数文献和规范中，时间抖动（jitter）被定义为高速串行信号边沿到来时刻与理想时刻的偏差，所不同的是某些规范中将这种偏差中缓慢变化的成分称为时间游走（wander），而将变化较快的成分定义为时间抖（jitter）。

图1 时间抖动示意图1．时间抖动的分类抖动有两种主要类型：确定性抖动和随机性抖动。

确定性抖动是由可识别的干扰信号造成的，这种抖动通常幅度有限，具备特定的（而非随机的）产生原因，而且不能进行统计分析。

随机抖动是指由较难预测的因素导致的时序变化。

例如，能够影响半导体晶体材料迁移率的温度因素，就可能造成载子流的随机变化。

通信原理中眼图的应用什么是眼图眼图是通信原理中用于评估和分析数字信号质量的重要工具。

它通过对数字信号的采样和显示，以一种直观的方式展示信号的稳定性和失真情况。

眼图通常用于分析和判断数字通信系统的性能，并对其中的问题进行诊断和调试。

眼图的生成过程1.信号采样：在生成眼图之前，需要对数字信号进行采样。

采样过程中，根据信号的时钟信号来确定采样时机，通常使用快速采样仪来进行高速、精确的采样。

2.信号显示：采样后的信号会通过一个显示设备进行展示。

在传统的眼图中，信号通常会被划分为许多由采样点组成的窗口，然后通过展示这些窗口来形成眼图。

现代的眼图仪器一般都具备高分辨率的显示屏，可以直接以高质量的图像形式呈现眼图。

3.眼图优化：在生成眼图之后，可能需要对眼图进行一定的优化。

例如，可以通过调整采样时机、增加采样点数等方式来改善眼图的质量。

这样可以更清晰地观察到眼图中的细节，有助于对信号质量进行更准确的评估。

眼图的应用眼图作为一种直观的信号展示方式，在通信原理中具有广泛的应用，以下列举了一些常见的应用场景：1. 信号质量评估眼图可以直观地显示信号的稳定性和失真情况。

通过对眼图的观察可以判断信号是否存在幅度失真、时钟抖动、时序偏移等问题，评估信号的质量是否符合预期要求。

这对于设计和优化数字通信系统至关重要。

2. 噪声分析眼图可以帮助分析信号受到的噪声干扰情况。

通过观察眼图的展开，可以判断信号在传输过程中受到的各种噪声的影响程度，进而进行噪声的分析和统计。

这对于优化传输链路、提高传输性能非常有帮助。

3. 时钟同步评估眼图中的时钟信号是通过采样时机生成的，所以眼图展示的时钟信息非常直观和准确。

通过眼图可以观察时钟信号的稳定性和抖动情况，进而评估时钟同步的精度和可靠性。

对于需要精确时序的通信系统，这是一个非常有用的工具。

4. 相位偏差分析眼图中的时钟信息还可以用于分析信号的相位偏移情况。

通过观察眼图中的相位偏移，可以评估信号传输中的相位稳定性和补偿需求。

信号完整性常用的三种测试方法信号完整性是指在传输过程中信号能够保持原始形态和准确性的程度。

在现代高速通信和数字系统中，信号完整性测试是非常重要的工作，它能够帮助工程师评估信号的稳定性、确定系统的极限速率并发现信号失真的原因。

下面将介绍三种常用的信号完整性测试方法。

一、时域方法时域方法是信号完整性测试中最常见和最直观的方法之一、它通过观察信号在时间轴上的波形变化来评估信号的完整性。

时域方法可以检测和分析许多类型的信号失真，如峰值抖动、时钟漂移、时钟分布、幅度失真等。

时域方法的测试设备通常包括示波器和时域反射仪。

示波器可以显示信号的波形和振幅，通过观察波形的形状和幅度变化来判断信号完整性。

时域反射仪可以测量信号在传输线上的反射程度，从而评估传输线的特性阻抗和匹配度。

二、频域方法频域方法是另一种常用的信号完整性测试方法。

它通过将信号转换为频域表示，分析信号的频谱分布和频率响应来评估信号完整性。

频域方法可以检测和分析信号的频谱泄漏、频谱扩展、频率失真等。

频域方法的测试设备通常包括频谱分析仪和网络分析仪。

频谱分析仪可以显示信号的频谱图和功率谱密度，通过观察频谱的形状和峰值来评估信号完整性。

网络分析仪可以测量信号在不同频率下的响应和传输损耗，从而评估传输线的频率响应和衰减特性。

三、眼图方法眼图方法是一种特殊的信号完整性测试方法，它通过综合时域和频域信息来评估信号的完整性。

眼图是一种二维显示，用于观察信号在传输过程中的失真情况。

眼图可以提供信号的时钟抖动、峰值抖动、眼宽、眼深、眼高等指标。

眼图方法的测试设备通常包括高速数字示波器和信号发生器。

高速数字示波器可以捕捉信号的多个周期，并将其叠加在一起形成眼图。

通过观察眼图的形状和特征，工程师可以评估信号的稳定性和传输质量。

总结起来，时域方法、频域方法和眼图方法是常用的信号完整性测试方法。

它们各自具有独特的优势和适用范围，可以互相协作来全面评估信号的完整性。

在实际应用中，根据具体需求和测试对象的特点，选择合适的测试方法是非常重要的。

Agilent——眼图、抖动、相噪随着数据速率超过Gb/s水平，工程师必须能够识别和解决抖动问题。

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。

新兴技术要求误码率(BER)，亦即误码数量与传输的总码数之比，低于一万亿分之一(10-12)。

随着数据通信、总线和底板的数据速率提高，市场上已经出现许多不同的抖动检定技术，这些技术采用各种不同的实验室设备，包括实时数字示波器、取样时间间隔分析仪(TIA)、等时取样示波器、模拟相位检波器和误码率测试仪(BERT)。

为解决高数据速率上难以解决的抖动问题，工程师必需理解同步和异步网络中使用的各种抖动分析技术本文重点介绍3 Gb/s以上新兴技术的数据速率。

低于3 Gb/s的实时示波器可以捕获连续的数据流，可以同时在时域和频域中分析数据流；在更高的数据速率上，抖动分析要更具挑战性。

本文将从数字工程师的角度，介绍应对SONET/SDH挑战的各种经验。

抖动分析基本上包括比较抖动时钟信号和参考时钟信号。

参考时钟是一种单独的黄金标准时钟，或从数据中重建的时钟。

在高数据速率时，分析每个时钟的唯一技术是位检测和误码率测试；其它技术则采用某种取样技术。

如图1所示，眼图是逻辑脉冲的重叠。

它为测量信号质量提供了一种有用的工具，即使在极高的数据速率时，也可以在等时取样示波器上简便生成。

边沿由‘1’到‘0’转换和‘0’到‘1’转换组成，样点位于眼图的中心。

如果电压(或功率)高于样点，则码被标为逻辑‘1’；如果低于样点，则标为‘0’。

系统时钟决定着各个位的样点水平位置。

图1: 具有各项定义的眼图E1是逻辑‘1’的平均电压或功率电平，E0是逻辑‘0’的平均电压或功率电平。

参考点t = 0在左边的交点进行选择，右边的交点及其后是位周期TB。

Eye Crossing Point: 眼图交点Left Edge: 左沿Right Edge: 右沿Nominal Sampling Point: 标称样点幅度噪声可能会导致逻辑‘1’的电压或功率电平垂直波动，低于样点，导致逻辑‘1’码错误地标为逻辑‘0’码，即误码。

抖动测量的几种方法测试抖动常用在测试数据通信IC或测试电信网络中。

抖动是应该呈现的数字信号沿与实际存在沿之间的差。

时钟抖动可导致电和光数据流中的偏差位，引起误码。

测量时钟抖动和数据信号就可揭示误码源。

测量和分析抖动可借助三种仪器：误码率(BER)测试仪，抖动分析仪和示波器(数字示波器和取样示波器)。

选用哪种仪器取决于应用，即电或光、数据通信以及位率。

因为抖动是误码的主要原因，所以，首先需要测量的是BER。

若网络、网络元件、子系统或IC的BER超过可接受的限制，则必须找到误差源。

大多数工程技术人员希望用仪器组合来跟踪抖动问题，先用BER测试仪、然后用抖动分析仪或示波器来隔离误差源。

BER测试仪制造商需要测量其产品的BER，以保证产品符合电信标准。

当需要表征数据通信元件和系统时，BER测试对于测试高速串行数据通信设备也是主要的。

BER测试仪发送一个称之为伪随机位序列(PRBS)的预定义数据流到被测系统或器件。

然后，取样接收数据流中的每一位，并对照所希望的PRBS图形检查输入位。

因此，BER测试仪可以进行严格的BER 测量，有些是抖动分析仪或示波器不可能做到的。

尽管BER测试仪可进行精确的BER测量，但是，对于10-12BER(每1012位为1位误差)精度的网络或器件测试需数小时。

为了把测试时间从数小时缩短为几分钟，BER测试仪采用“BERT sCAN”技术，此技术用统计技术来预测BER。

可以编程BER测试仪在位时间(称之为“单位间隔”或“UI”)的任何点取样输入位。

“澡盆”曲线表示BER是取样位置的函数。

若BER测试仪检测位周期(0.5UI)中心的位，则抖动引起位误差的概率是小的。

若BER测试仪检测位于靠近眼相交点上的位，则将增大获得抖动引起位误差的似然性。

抖动分析仪BER测试仪不能提供有关抖动持性或抖动源的足够信息。

抖动分析仪(往往称之为定时时间分析仪或信号完整性分析仪)可以测量任何时钟信号的抖动，并提供故障诊断抖动的信息。

眼图的概念眼图是指在频谱分析中常出现的一种信号特征，通常用来表示信号的带宽与中心频率。

它是通过对信号进行傅里叶变换后，在频域中观察信号的频谱特征得到的。

眼图主要用于对数字通信系统中的时域信号进行分析和评估，以了解信道传输性能和判断系统的可靠性。

眼图的原理是基于信号的采样和重构过程。

当信号经过采样和重新构造后，得到的信号会受到噪声和其他干扰的影响，因此在信号的波形上会出现一定的失真和扭曲。

而眼图可以通过观察信号的波形特征来判断信号的质量和误码率等性能指标。

眼图的基本形状是一串类似于“眼睛”的波形，其中包含了信号的多个周期。

在眼图中，通常可以观察到信号的上下垂直边界和左右水平边界，它们分别代表了信号的幅度和时间轴。

而眼图中的开口宽度和深度则代表了信号的峰-峰值（也即电平差）和噪声信号。

眼图的开口宽度反映了信号的峰-峰值。

如果开口很窄，代表峰-峰值很小，即信号的幅度很小。

而如果开口很宽，代表峰-峰值较大，即信号的幅度较大。

通过对眼图开口宽度的观察，可以判断信号的灵敏度和抗干扰能力。

眼图的深度则反映了信号中的噪声。

如果眼图深度很浅，代表噪声信号很小，即信号的质量很好。

而如果眼图深度很深，代表噪声信号很大，即信号的质量较差。

通过对眼图深度的观察，可以判断信号的信噪比和误码率。

眼图的另一个重要特征是眼图的跳动，即眼图上各个周期的变化。

这种跳动反应了信号在传输过程中的时钟偏移和抖动等问题。

通过对眼图跳动的观察，可以判断信号的时钟同步性和时钟失真程度。

眼图的分析主要通过眼图的偏移、闭合度和对称性等指标进行。

眼图的偏移表示了信号的直流偏移情况，可以判断信号的偏置和直流分量。

眼图的闭合度表示了信号的完整性，可以判断信号的时钟同步性和时延扩大情况。

而眼图的对称性表示了信号的对称性，可以判断信号的相位和频率稳定性。

在实际应用中，眼图常用于数字通信系统的调试和优化。

通过对眼图进行分析，可以发现系统中的时钟同步问题、噪声干扰问题和时域失真问题等，并采取相应的措施进行改进和优化。

电路中eye-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述眼图（Eye diagram）是电路中一种常用的信号分析工具，它可以直观地展示出数字信号的品质和传输效果。

在现代通信系统中，眼图被广泛应用于高速串行数据传输的评估和调试。

通过观察眼图的开口大小、噪声水平和信号失真情况，工程师可以更好地了解信号的质量，并进行相应的优化和改进。

眼图的形状对于判断信号传输的可靠性至关重要。

一个完整的眼图通常由交错的开口组成，类似于人的眼睛。

开口的大小代表了信号的幅度范围，而开口的位置则表示了信号的平衡情况。

当信号失真或受到干扰时，眼图的开口会变小或者变形，这表明数字信号的质量下降。

通过分析眼图的形态特征，工程师可以判断信号传输中存在的问题，并进一步进行故障定位和改进。

在电路设计和调试中，眼图的使用非常广泛，特别是在高速数据传输和时钟恢复等领域。

通过采集信号的波形数据，然后进行采样和重新组合，就可以生成眼图。

通过眼图，工程师可以看到数字信号在不同时间点的变化情况，并对信号的时序和整体稳定性进行分析。

总之，眼图是一种重要的电路分析工具，能够帮助工程师更好地认识和评估信号的质量。

通过对眼图的观察和分析，我们可以识别出信号传输中存在的问题，并采取适当的措施来改进和优化电路的性能。

接下来，本文将重点介绍电路中眼图的关键要点，并探讨其在实际应用中的意义和挑战。

1.2 文章结构文章结构部分的内容是对整篇文章的结构进行简要介绍和概述。

它可以包括以下信息：文章的整体篇幅和章节分布：介绍文章的总字数和章节划分，使读者能够了解文章的大致结构和篇幅。

各章节内容的概述：对文章中各个章节的主要内容进行简要介绍，让读者对整篇文章的内容有一个整体的概念。

章节之间的逻辑关系：说明各章节之间的逻辑联系和顺序，以便读者能够理解文章的思路和脉络。

注重的重点和亮点：指出文章中的重点部分和亮点，以激发读者的兴趣和引导读者关注重要的内容。

通过文章结构的介绍，读者可以迅速了解整篇文章的脉络和主要内容，从而更好地理解和阅读文章。

眼圖之量測分析引言眼圖是一項時間分析工具，讓使用者能夠清楚看見時間和強度的誤差。

在真實生活中，諸如抖動之類的誤差非常難以量化，因為經常改變，而且非常小。

因此，眼圖非常利於尋找最大抖動以及電壓強度的誤差，如圖一所示。

圖一、眼圖檢視的抖動和電壓雜訊示意圖誤差增加時，眼圖中心的白色空間就會縮小。

那個空間由兩項特性所定義：眼寬(Eye Width)和眼高(Eye Height)。

圖二中白色空間的寬度就稱為眼寬。

因此，眼圖由數量足夠的樣本構成（數百萬個時間段落轉換），眼寬就是用來度量在任何指定的時間期間內、資料線穩定的時間長度的良好工具。

這樣可以了解可允許的保存時間和建立時間有多少。

最後完成的眼圖中的白色空間的高度就稱為眼高。

如果眼圖由數量足夠的樣本構成（數百萬個時間段落轉換），眼高可以指出接收器的VIH和VIL必須位於何處，才能正確地對資料取樣。

數位訊號轉換的品質越好，眼圖中的開放白色空間越大。

換言之，眼寬和眼高應該盡可能地大。

圖二、眼圖的高度及寬度示意圖實驗原理其形狀似人的眼睛，因此被稱爲眼圖。

而檢視數位傳輸器的輸出三個時間段落，即可建構出眼圖。

圖三中的眼圖是將所有可能的0與1的組合疊在一條線段上，而完成建構。

圖三、數位訊號對應之眼圖在數位系統中，時間是最重要的因素之一。

數位通訊的可靠性和準確性都是根據其時間功能的品質而定。

在真實世界的數位通訊系統中，有許多時間上的誤差，其中最重要的兩個是抖動(Jitter)和飄移(Drift)。

分別以抖動(Jitter)及飄移(Drift)敘述之：一、抖動(Jitter)抖動(Jitter)是指與事件的理想時間的誤差，通常是從參考訊號的過零點(Zero-Crossing)進行測量。

抖動通常歸因於串音(Cross-Talk)、同時切換輸出，以及其它週期性發生的干擾訊號。

由於抖動會隨著時間而變化，如圖四所示，因此對抖動的測量及量化有多種進行方式，從目測幾秒鐘內的抖動範圍，到以數據進行的測量（例如根據長時間的標準誤差）。