眼图测量

一、實驗目的及要求:1)實驗目的: 學會觀察眼圖及其分析方法2)實驗要求: 1 分析電路的工作原理，敘述其工作過程；2 敘述眼圖的產生原理以及它的作用；3 繪出實驗觀察到的眼圖形狀。

二、實驗原理：我們知道衡量整個通信系統的傳輸品質，最直觀的方法就是用眼圖來觀察傳輸畸變和雜訊干擾。

我們知道，在實際的通信系統中，數位信號經過非理想的傳輸系統必定要產生畸變，信號通過通道後，也會引入雜訊和干擾，也就是說，總是在不同程度上存在碼間串擾。

在碼間串擾和雜訊同時存在情況下，系統性能很難進行定量的分析，常常甚至得不到近似結果。

為了便於評價實際系統的性能，常用觀察眼圖進行分析。

眼圖可以直觀地估價系統的碼間干擾和雜訊的影響，是一種常用的測試手段。

什麼是眼圖?所謂“眼圖”，就是由解調後經過低通濾波器輸出的基帶信號，以碼元定時作為同步信號在示波器螢幕上顯示的波形。

干擾和失真所產生的傳輸畸變，可以在眼圖上清楚地顯示出來。

因為對於二進位信號波形，它很像人的眼睛的過程眼圖。

在圖15-1中畫出兩個無雜訊的波形和相應的“眼圖”，一個無失真，另一個有失真（碼間串擾）。

(無失真及有失真時的波形及眼圖):(a)無碼間串擾時波形; 無碼間串擾眼圖(b)有碼間串擾時波形; 有碼間串擾眼圖圖15-1中可以看出，眼圖是由虛線分段的接收碼元波形疊加組成的。

眼圖中央的垂直線表示取樣時刻。

當波形沒有失真時，眼圖是一隻“完全張開”的眼睛。

在取樣時刻，所有可能的取樣值僅有兩個：+1或-1。

當波形有失真時，在取樣時刻信號取值分佈在小於+1或大於-1附近，“眼睛”部分閉合。

這樣，保證正確判決所容許的雜訊電平就減小了。

換言之，在隨機雜訊的功率給定時，將使誤碼率增加。

“眼睛”張開的大小就表明失真的嚴重程度。

為便於說明眼圖和系統性能的關係，我們將它簡化成圖15-2的形狀。

(眼圖的重要性質,其中U=U++U)(a) 二进制系统(b) 随机数据输入后的二进制系统三、實驗步驟：、眼圖觀察及分析實驗；、模擬眼圖觀察測量實驗；观察眼图SP109 SP614 SP615CPLD 32PN 码'()H ω观察眼图SP708PSK 译码SP614SP615'()H ω1、打開實驗箱右側電源開關，電源指示燈亮，按動帶鎖開關使L2（紅燈）點亮表示系統正常工作；2、連接SP614和SP109或SP809，送入基帶信號；3、用模擬示波器CH1觀察SP105，CH2觀察SP615,調節示波器特性調節電位器，可以觀察到有碼間串擾和無碼間串擾時的眼圖；4、當連接SP809是將PSK 解調模組解調還原的數位基帶信號送入眼圖電路。

信号完整性分析基础系列之一——关于眼图测量（上）汪进进美国力科公司深圳代表处内容提要：本文将从作者习惯的无厘头漫话风格起篇，从四个方面介绍了眼图测量的相关知识：一、串行数据的背景知识; 二、眼图的基本概念; 三、眼图测量方法; 四、力科示波器在眼图测量方面的特点和优势。

全分为上、下两篇。

上篇包括一、二部分。

下篇包括三、四部分。

您知道吗？眼图的历史可以追溯到大约47年前。

在力科于2002年发明基于连续比特位的方法来测量眼图之前，1962年-2002的40年间，眼图的测量是基于采样示波器的传统方法。

您相信吗？在长期的培训和技术支持工作中，我们发现很少有工程师能完整地准确地理解眼图的测量原理。

很多工程师们往往满足于各种标准权威机构提供的测量向导，Step by Step，满足于用“万能”的Sigtest软件测量出来的眼图给出的Pass or Fail结论。

这种对于Sigtest的迷恋甚至使有些工程师忘记了眼图是可以作为一项重要的调试工具的。

在我2004年来力科面试前，我也从来没有听说过眼图。

那天面试时，老板反复强调力科在眼图测量方面的优势，但我不知所云。

之后我Google“眼图”，看到网络上有限的几篇文章，但仍不知所云。

刚刚我再次Google“眼图”，仍然没有找到哪怕一篇文章讲透了眼图测量。

网络上搜到的关于眼图的文字，出现频率最多的如下，表达得似乎非常地专业，但却在拒绝我们的阅读兴趣。

“在实际数字互连系统中，完全消除码间串扰是十分困难的，而码间串扰对误码率的影响目前尚无法找到数学上便于处理的统计规律，还不能进行准确计算。

为了衡量基带传输系统的性能优劣，在实验室中，通常用示波器观察接收信号波形的方法来分析码间串扰和噪声对系统性能的影响，这就是眼图分析法。

如果将输入波形输入示波器的Y轴，并且当示波器的水平扫描周期和码元定时同步时，适当调整相位，使波形的中心对准取样时刻，在示波器上显示的图形很象人的眼睛，因此被称为眼图（Eye Map）。

信号完整性分析基础系列之一——关于眼图测量（上）汪进进美国力科公司深圳代表处内容提要：本文将从作者习惯的无厘头漫话风格起篇，从四个方面介绍了眼图测量的相关知识：一、串行数据的背景知识; 二、眼图的基本概念; 三、眼图测量方法; 四、力科示波器在眼图测量方面的特点和优势。

全分为上、下两篇。

上篇包括一、二部分。

下篇包括三、四部分。

您知道吗？眼图的历史可以追溯到大约47年前。

在力科于2002年发明基于连续比特位的方法来测量眼图之前，1962年-2002的40年间，眼图的测量是基于采样示波器的传统方法。

您相信吗？在长期的培训和技术支持工作中，我们发现很少有工程师能完整地准确地理解眼图的测量原理。

很多工程师们往往满足于各种标准权威机构提供的测量向导，Step by Step，满足于用“万能”的Sigtest软件测量出来的眼图给出的Pass or Fail结论。

这种对于Sigtest的迷恋甚至使有些工程师忘记了眼图是可以作为一项重要的调试工具的。

在我2004年来力科面试前，我也从来没有听说过眼图。

那天面试时，老板反复强调力科在眼图测量方面的优势，但我不知所云。

之后我Google“眼图”，看到网络上有限的几篇文章，但仍不知所云。

刚刚我再次Google“眼图”，仍然没有找到哪怕一篇文章讲透了眼图测量。

网络上搜到的关于眼图的文字，出现频率最多的如下，表达得似乎非常地专业，但却在拒绝我们的阅读兴趣。

“在实际数字互连系统中，完全消除码间串扰是十分困难的，而码间串扰对误码率的影响目前尚无法找到数学上便于处理的统计规律，还不能进行准确计算。

为了衡量基带传输系统的性能优劣，在实验室中，通常用示波器观察接收信号波形的方法来分析码间串扰和噪声对系统性能的影响，这就是眼图分析法。

如果将输入波形输入示波器的Y轴，并且当示波器的水平扫描周期和码元定时同步时，适当调整相位，使波形的中心对准取样时刻，在示波器上显示的图形很象人的眼睛，因此被称为眼图（Eye Map）。

眼图——概念与测量（摘记）中文名称：眼图英文名称：eyediagram;eye pattern定义：示波器屏幕上所显示的数字通信符号,由许多波形部分重叠形成，其形状类似“眼”的图形。

“眼”大表示系统传输特性好；“眼”小表示系统中存在符号间干扰。

一．概述“在实际数字互连系统中，完全消除码间串扰是十分困难的，而码间串扰对误码率的影响目前尚无法找到数学上便于处理的统计规律，还不能进行准确计算。

为了衡量基带传输系统的性能优劣，在实验室中，通常用示波器观察接收信号波形的方法来分析码间串扰和噪声对系统性能的影响，这就是眼图分析法。

在无码间串扰和噪声的理想情况下，波形无失真，每个码元将重叠在一起，最终在示波器上看到的是迹线又细又清晰的“眼睛”，“眼”开启得最大。

当有码间串扰时，波形失真，码元不完全重合，眼图的迹线就会不清晰，引起“眼”部分闭合。

若再加上噪声的影响，则使眼图的线条变得模糊，“眼”开启得小了，因此，“眼”张开的大小表示了失真的程度，反映了码间串扰的强弱。

由此可知，眼图能直观地表明码间串扰和噪声的影响，可评价一个基带传输系统性能的优劣。

另外也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整，以减小码间串扰和改善系统的传输性能。

通常眼图可以用下图所示的图形来描述，由此图可以看出：（1）眼图张开的宽度决定了接收波形可以不受串扰影响而抽样再生的时间间隔。

显然，最佳抽样时刻应选在眼睛张开最大的时刻。

（2）眼图斜边的斜率，表示系统对定时抖动（或误差）的灵敏度，斜率越大，系统对定时抖动越敏感。

（3）眼图左（右）角阴影部分的水平宽度表示信号零点的变化范围，称为零点失真量，在许多接收设备中，定时信息是由信号零点位置来提取的，对于这种设备零点失真量很重要。

(4）在抽样时刻，阴影区的垂直宽度表示最大信号失真量。

（5）在抽样时刻上、下两阴影区间隔的一半是最小噪声容限，噪声瞬时值超过它就有可能发生错误判决。

（6）横轴对应判决门限电平。

眼图测量的概念眼图测量是一种用于分析和评估数字通信系统的技术。

在数字通信中，信息以数字信号的形式传输，而数字信号由一系列离散的样本组成。

眼图测量通过显示和分析这些样本的时域波形，从而提供关于系统性能的重要信息。

在眼图中，每个数字信号样本被绘制为一个脉冲，这些脉冲被垂直堆叠在一起形成一个图像，类似于一个开放的眼睛。

每个脉冲代表着一个时刻的信号状态，而整个眼图则显示了多个时刻的信号状态的叠加。

通过观察眼图的形状、宽度和高度等特征，可以获得关于系统的多种信息。

眼图主要提供以下几个方面的信息：1. 时基抖动：眼图的开口宽度可以反映系统的时基抖动性能。

时基抖动是由于时钟不准确或传输路径中的噪声引起的，它会导致样本位置的不确定性。

如果眼图的开口很窄，意味着系统中存在较大的时基抖动，这可能会导致信号误码率的增加。

2. 眼图的对称性：眼图的对称性可以反映系统的码间干扰情况。

如果眼图两边的形状不对称，即开口宽度不一致，可能表明系统中存在码间干扰或码间失配。

码间干扰会导致信号间的互相干扰，增加误码率。

3. 眼图的噪声水平：眼图的噪声水平可以反映系统的噪声性能。

噪声会导致信号波形的不规则性和抖动，从而影响系统的可靠性和性能。

通过观察眼图的噪声水平，可以评估系统的抗噪声性能。

4. 采样时刻偏移：眼图可以显示信号采样时刻的偏移情况。

采样时刻偏移会导致信号样本的错位，从而影响信号的恢复和解调。

通过观察眼图的采样时刻偏移情况，可以判断系统是否存在采样时刻同步问题。

除了以上几个方面的信息，眼图还可以用于估计信号的传输带宽、检测系统中的串扰和非线性等问题。

通过对眼图的仔细分析，可以发现可能存在的问题，并采取相应的调整和优化措施，以提高系统的性能和稳定性。

眼图测量可以使用专用的示波器、时钟回路、采样仪等设备进行。

这些设备可以通过触发和同步功能来捕获和显示眼图。

通过调整样本时钟、增加采样速率、降低噪声等措施，可以改善眼图的质量和可读性，并获得更准确的眼图测量结果。

眼图——概念与测量中文名称：眼图英文名称：eye diagram；eye pattern定义：示波器屏幕上所显示的数字通信符号,由许多波形部分重叠形成，其形状类似“眼”的图形。

“眼”大表示系统传输特性好；“眼”小表示系统中存在符号间干扰。

一．概述“在实际数字互连系统中，完全消除码间串扰是十分困难的，而码间串扰对误码率的影响目前尚无法找到数学上便于处理的统计规律，还不能进行准确计算。

为了衡量基带传输系统的性能优劣，在实验室中，通常用示波器观察接收信号波形的方法来分析码间串扰和噪声对系统性能的影响，这就是眼图分析法。

在无码间串扰和噪声的理想情况下，波形无失真，每个码元将重叠在一起，最终在示波器上看到的是迹线又细又清晰的“眼睛”，“眼”开启得最大。

当有码间串扰时，波形失真，码元不完全重合，眼图的迹线就会不清晰，引起“眼”部分闭合。

若再加上噪声的影响，则使眼图的线条变得模糊，“眼”开启得小了，因此，“眼”张开的大小表示了失真的程度，反映了码间串扰的强弱。

由此可知，眼图能直观地表明码间串扰和噪声的影响，可评价一个基带传输系统性能的优劣。

另外也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整，以减小码间串扰和改善系统的传输性能。

通常眼图可以用下图所示的图形来描述，由此图可以看出：眼图的重要性质（1）眼图张开的宽度决定了接收波形可以不受串扰影响而抽样再生的时间间隔。

显然，最佳抽样时刻应选在眼睛张开最大的时刻。

（2）眼图斜边的斜率，表示系统对定时抖动（或误差）的灵敏度，斜率越大，系统对定时抖动越敏感。

（3）眼图左（右）角阴影部分的水平宽度表示信号零点的变化范围，称为零点失真量，在许多接收设备中，定时信息是由信号零点位置来提取的，对于这种设备零点失真量很重要。

（4）在抽样时刻，阴影区的垂直宽度表示最大信号失真量。

（5）在抽样时刻上、下两阴影区间隔的一半是最小噪声容限，噪声瞬时值超过它就有可能发生错误判决。

（6）横轴对应判决门限电平。

实验12 眼图观察测量实验一、实验目得1、学会观察眼图及其分析方法,调整传输滤波器特性。

二、实验仪器1、眼图观察电路(底板右下侧)2.时钟与基带数据发生模块,位号:G 3.噪声模块,位号E 4.100M双踪示波器1台三、实验原理在整个通信系统中,通常利用眼图方法估计与改善(通过调整)传输系统性能。

我们知道,在实际得通信系统中,数字信号经过非理想得传输系统必定要产生畸变,也会引入噪声与干扰,也就就是说,总就是在不同程度上存在码间串扰。

在码间串扰与噪声同时存在情况下,系统性能很难进行定量得分析,常常甚至得不到近似结果。

为了便于评价实际系统得性能,常用观察眼图进行分析。

眼图可以直观地估价系统得码间干扰与噪声得影响,就是一种常用得测试手段。

什么就是眼图?所谓“眼图”,就就是由解调后经过接收滤波器输出得基带信号,以码元时钟作为同步信号,基带信号一个或少数码元周期反复扫描在示波器屏幕上显示得波形称为眼图。

干扰与失真所产生得传输畸变,可以在眼图上清楚地显示出来。

因为对于二进制信号波形,它很像人得眼睛故称眼图。

在图12-1中画出两个无噪声得波形与相应得“眼图”,一个无失真,另一个有失真(码间串扰)。

图12-1中可以瞧出,眼图就是由虚线分段得接收码元波形叠加组成得。

眼图中央得垂直线表示取样时刻。

当波形没有失真时,眼图就是一只“完全张开”得眼睛。

在取样时刻,所有可能得取样值仅有两个:+1或-1。

当波形有失真时,“眼睛”部分闭合,取样时刻信号取值就分布在小于+1或大于-1附近。

这样,保证正确判决所容许得噪声电平就减小了。

换言之,在随机噪声得功率给定时,将使误码率增加。

“眼睛”张开得大小就表明失真得严重程度。

为便于说明眼图与系统性能得关系,我们将它简化成图12-2得形状。

由此图可以瞧出:(1)最佳取样时刻应选择在眼睛张开最大得时刻;(2)眼睛闭合得速率,即眼图斜边得斜率,表示系统对定时误差灵敏得程度,斜边愈陡,对定位误差愈敏感; (3)在取样时刻上,阴影区得垂直宽度表示最大信号失真量;(4)在取样时刻上,上下两阴影区得间隔垂直距离之半就是最小噪声容限,噪声瞬时值超过它就有可能发生错误判决;(5) 阴影区与横轴相交得区间表示零点位置变动范围,它对于从信号平均零点位置提取定时信息得解调器有重要影响。

眼图——概念与测量（摘记）中文名称：眼图英文名称：eye diagram;eye pattern定义：示波器屏幕上所显示的数字通信符号,由许多波形部分重叠形成，其形状类似“眼”的图形。

“眼”大表示系统传输特性好；“眼”小表示系统中存在符号间干扰。

一．概述“在实际数字互连系统中，完全消除码间串扰是十分困难的，而码间串扰对误码率的影响目前尚无法找到数学上便于处理的统计规律，还不能进行准确计算。

为了衡量基带传输系统的性能优劣，在实验室中，通常用示波器观察接收信号波形的方法来分析码间串扰和噪声对系统性能的影响，这就是眼图分析法。

在无码间串扰和噪声的理想情况下，波形无失真，每个码元将重叠在一起，最终在示波器上看到的是迹线又细又清晰的“眼睛”，“眼”开启得最大。

当有码间串扰时，波形失真，码元不完全重合，眼图的迹线就会不清晰，引起“眼”部分闭合。

若再加上噪声的影响，则使眼图的线条变得模糊，“眼”开启得小了，因此，“眼”张开的大小表示了失真的程度，反映了码间串扰的强弱。

由此可知，眼图能直观地表明码间串扰和噪声的影响，可评价一个基带传输系统性能的优劣。

另外也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整，以减小码间串扰和改善系统的传输性能。

通常眼图可以用下图所示的图形来描述，由此图可以看出：（1）眼图张开的宽度决定了接收波形可以不受串扰影响而抽样再生的时间间隔。

显然，最佳抽样时刻应选在眼睛张开最大的时刻。

（2）眼图斜边的斜率，表示系统对定时抖动（或误差）的灵敏度，斜率越大，系统对定时抖动越敏感。

（3）眼图左（右）角阴影部分的水平宽度表示信号零点的变化范围，称为零点失真量，在许多接收设备中，定时信息是由信号零点位置来提取的，对于这种设备零点失真量很重要。

(4）在抽样时刻，阴影区的垂直宽度表示最大信号失真量。

（5）在抽样时刻上、下两阴影区间隔的一半是最小噪声容限，噪声瞬时值超过它就有可能发生错误判决。

（6）横轴对应判决门限电平。

常规的眼图测量眼图测试是高速串行信号物理层测试的一个重要项目。

眼图是由多个比特的波形叠加后的图形，从眼图中可以看到：数字信号1电平、0电平，信号是否存在过冲、振铃？抖动是否很大？眼图的信噪比？上升下降时间是否对称（占空比）？眼图反映了大数据量时的信号质量，可以最直观的描述高速数字信号的质量与性能。

如图1所示为某1.25G信号的眼图。

可以看到该信号的抖动较大。

另外，在很多高速数字信号的标准中，定义了不同测量点的眼图模板。

图1的深蓝色部分是眼图模板，测量到的眼图不能触碰到该模板。

在实时示波器中，通常使用连续比特位的眼图生成方法。

力科于2002年在业界最早采用连续比特位的眼图测试方法。

首先，示波器采集到一长串连续的数据波形；然后，使用软件CDR恢复时钟，用恢复的时钟切割每个比特的波形，从第1个、第2个、第3个、一直到第n-1个、第n个比特；最后一步是把所有比特重叠，得到眼图。

什么是BER?在数字电路系统中，发送端发送出多个比特的数据，由于多种因素的影响，接收端可能会接收到一些错误的比特（即误码）。

错误的比特数与总的比特数之比称为误码率，即Bit Error Ratio，简称BER。

误码率是描述数字电路系统性能的最重要的参数。

在GHz比特率的通信电路系统中（比如Fibre Channel、PCIe、SONET、SATA），通常要求BER小于或等于。

BER= 指的是发送/接收了10 个比特，只允许1个比特出错。

误码率较大时，通信系统的效率低、性能不稳定。

影响误码率的因素包括抖动、噪声、信道的损耗、信号的比特率等等。

基于误码率的眼图轮廓测试（BER Eye Contour）－力科称为ISOBER在上文中提到眼图是多个比特位的信号叠加得到的测量结果，所以测试中需要注意眼图是由多少个比特组成的？使用常规的实时示波器来测量高速串行信号的眼图，在几秒钟内可以生成1万个比特叠加的眼图。

力科示波器使用了创新的XStream II专利技术，可以快速的生成眼图，以SDA816Zi测量3.125Gbps的XAUI信号为例，大概几秒就可以得到上百万个比特的眼图。