眼图有关知识详细解释
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—“眼图就是象眼睛一样形状的图形。
”眼图是用余辉方式累积叠加显示采集到的串行信号的比特位的结果,叠加后的图形形状看起来和眼睛很像,故名眼图。
眼图上通常显示的是1.25UI的时间窗口。
眼睛的形状各种各样,眼图的形状也各种各样。
通过眼图的形状特点可以快速地判断信号的质量。
图六的眼图有“双眼皮”,可判断出信号可能有串扰或预(去)加重。
图七的眼图“眼睛里布满血丝”,这表明信号质量太差,可能是测试方法有错误,也可能是PCB布线有明显错误。
图八的眼图非常漂亮,这可能是用采样示波器测量的眼图。
图五眼图定义图六“双眼皮”眼图由于眼图是用一张图形就完整地表征了串行信号的比特位信息,所以成为了衡量信号质量的最重要工具,眼图测量有时侯就叫“信号质量测试(Signal Qu ality Test,SQ Test)”。
此外,眼图测量的结果是合格还是不合格,其判断依据通常是相对于“模板(Mask)”而言的。
模板规定了串行信号“1”电平的容限,“0”电平的容限,上升时间、下降时间的容限。
所以眼图测量有时侯又被称为“模板测试(Mask Test)”。
模板的形状也各种各样,通常的NRZ信号的模板如图五和图八蓝色部分所示。
在串行数据传输的不同节点,眼图的模板是不一样的,所以在选择模板时要注意具体的子模板类型。
如果用发送端的模板来作为接收端眼图模板,可能会一直碰模板。
但象以太网信号、E1/T1的信号,不是NRZ码形,其模板比较特别。
当有比特位碰到模板时,我们就认为信号质量不好,需要调试电路。
有的产品要求100%不能碰模板,有的产品是允许碰模板的次数在一定的概率以内。
(有趣的是,眼图85%通过模板的产品,功能测试往往是没有问题的,譬如我在用的电脑网口总是测试不能通过,但我上网一直没有问题。
这让很多公司觉得不用买示波器做信号完整性测试以一样可以做出好产品来,至于山寨版的,更不会去买示波器测眼图了。
)示波器中有测量参数可自动统计出碰到模板的次数。
眼图(Eye Diagram)超详细解释(From NI)眼图(Eye Diagram)可以显示出数字信号的传输质量,经常用于需要对电子设备、芯片中串行数字信号或者高速数字信号进行测试及验证的场合,归根结底是对数字信号质量的一种快速而又非常直观的观测手段。
消费电子中,芯片内部、芯片与芯片之间经常用到高速的信号传输,如果对应的信号质量不佳,将导致设备的不稳定、功能执行错误,甚至故障。
眼图反映的是数字信号受物理器件、信道的影响,工程师可以通过眼图,迅速得到待测产品中信号的实测参数,并且可以预判在现场可能发生的问题。
1 眼图的形成对于数字信号,其高电平与低电平的变化可以有多种序列组合。
以3个bit为例,可以有000-111共8中组合,在时域上将足够多的上述序列按某一个基准点对齐,然后将其波形叠加起来,就形成了眼图。
如图1。
对于测试仪器而言,首先从待测信号中恢复出信号的时钟信号,然后按照时钟基准来叠加出眼图,最终予以显示。
图1. 眼图的形成2 眼图中包含的信息Ø 对于一幅真实的眼图,如图2,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。
图2. 电平变换参数Ø 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。
如图3,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)。
图3. 噪声和抖动Ø 由于噪声和抖动,眼图上的空白区域变小。
如图4,在除去抖动和噪声的基础上,眼图上空白的区域在横轴上的距离称为眼宽(Eye Width),在眼图上叠加的数据足够多时,眼宽很好的反映了传输线上信号的稳定时间;同理,眼图上空白的区域在纵轴上的距离称为眼高(Eye Height),在眼图上叠加的数据足够多时,眼高很好的反映了传输线上信号的噪声容限,同时,眼图中眼高最大的地方,即为最佳判决时刻。
通信原理中的眼图如何描述通信原理中的眼图是一种常用的信号分析方法,用来描述数字通信中的信号质量和带宽利用率。
它可以表达信号的波形、噪声、振幅和时间间隔等信息,是衡量数字通信系统性能的重要工具。
眼图的基本定义是将连续的信号序列按照一定时间间隔进行采样,然后将采样到的数字信号以一定的水平缩放因子和垂直偏移因子绘制到坐标系中,形成一系列的“眼睛”形状。
每个“眼睛”代表一个样本周期内的传输信号,通过分析这些“眼睛”的开口大小、对称性、向上或向下的移动等特征,可以推断出信道传输特性和影响因素。
眼图可以从多个方面提供有关信号质量的信息。
首先,眼图的开口大小可以反映信号的抗噪声能力和抗干扰能力。
如果开口较小,意味着传输信号容易受到噪声和干扰的影响,信号质量较差;反之,如果开口较大,信号质量较好,传输容易。
其次,眼图的对称性可以反映信号的失真情况。
如果眼图不对称,说明信号可能发生了失真,需要进行补偿或校正。
此外,眼图的移动方向和距离可以表达信号的时钟同步性和信号间隔的准确程度。
如果眼图向上或向下移动,或者眼图的顶部或底部出现扭曲,意味着信号的时钟同步不好,信号间隔的准确性较差。
眼图的形状和特征主要受到以下几个因素的影响。
首先,信号的带宽决定了眼图的开口大小。
带宽越大,眼图的开口越大,信号质量越好。
其次,信号的噪声和干扰会使眼图的开口变窄,影响信号的清晰度。
因此,抗噪声和抗干扰能力越强的信号,眼图的开口越大。
此外,时钟同步误差也会对眼图产生影响。
时钟同步误差越大,眼图的移动越明显,信号间隔的准确度越低。
最后,传输介质的失真和信道衰减会使眼图发生形变,降低信号的质量。
在实际应用中,通过观察和分析眼图,可以识别出信号传输中的问题和优化方案。
例如,如果眼图的开口非常小,表明信号的抗噪声和抗干扰能力差,可以考虑增加信号的幅度、使用更好的编码和解码算法,或者改善传输环境等方法来提高信号质量。
如果眼图的对称性不好,可以考虑采用均衡技术或预编码技术来补偿信号失真。
眼图详解关于眼图的基本知识1、眼图的作用数字信号的眼图可以体现数字信号的整体特征,能够很好地评估数字信号的质量,因而眼图的分析是数字系统信号完整性分析的关键之一。
2、眼图的形成串行数据的传输由于通讯技术发展的需要,特别是以太网技术的爆炸式应用和发展,使得电子系统从传统的并行总线转为串行总线。
串行信号种类繁多,如PCI Express、SPI、USB 等,其传输信号类型时刻在增加。
相比并行数据传输,串行数据传输的整体特点如下:1)信号线的数量减少,成本降低2)消除了并行数据之间传输的延迟问题3)时钟是嵌入到数据中的,数据和时钟之间的传输延迟也同样消除了4)传输线的PCB 设计也更容易些5)信号完整性测试也更容易实际中,描述串行数据的常用单位是波特率和UI,串行数据传输示例如下:串行数据传输示例例如,比特率为3.125Gb/s 的信号表示为每秒传送的数据比特位是3.125G 比特,对应的一个单位间隔即为1UI。
1UI表示一个比特位的宽度,它是波特率的倒数,即1UI=1/(3.125Gb/s)=320ps。
现在比较常见的串行信号码形是NRZ 码,因此在一般的情况下对于串行数据信号,我们的工作均是针对NRZ 码进行的。
由于示波器的余辉作用,将扫描所得的每一个码元波形重叠在一起,从而形成眼图。
眼图中包含了丰富的信息,从眼图上可以观察出码间串扰和噪声的影响,体现了数字信号整体的特征,从而可以估计系统优劣程度,因而眼图分析是高速互连系统信号完整性分析的核心。
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,改善系统的传输性能。
眼图实际上就是数字信号的一系列不同二进制码按一定的规律在示波器屏幕上累积后的显示,简单地说,由于示波器具有余辉功能,只要将捕获的所有波形按每三个比特分别地叠加累积(如上图所示),从而就形成了眼图。
目前,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。
* * 1眼图基本观点眼图的形成原理眼图是一系列数字信号在示波器上积累而显示的图形,它包含了丰富的信息,从眼图上能够察看出码间串扰和噪声的影响,表现了数字信号整体的特色,从而预计系统好坏程度,因此眼图剖析是高速互连系统信号完好性剖析的核心。
此外也能够用此图形对接收滤波器的特征加以调整,以减小码间串扰,改良系统的传输性能。
用一个示波器跨接在接收滤波器的输出端,而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。
示波器一般丈量的信号是一些位或某一段时间的波形,更多的反应的是细节信息,而眼图则反应的是链路上传输的全部数字信号的整体特色,以下列图所示:图示波器中的信号与眼图假如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,获取了100ns 下的波形资料。
但是,对于一个系统而言,剖析这么短的时间* *内的信号其实不拥有代表性,比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,所以会错过某些重要的信息。
假如要权衡整个系统的性能,这么短的时间内丈量获取的数据明显是不够的。
假想,假如能够以重复叠加的方式,将新的信号不停的加入显示屏幕中,但却仍旧记录着上次的波形,只需积累时间够久,就能够形成眼图,从而能够认识到整个系统的性能,如串扰、噪声以及其余的一些参数,为整个系统性能的改良供给依照。
剖析实质眼图,再联合理论,一个完好的眼图应当包含从“000 ”到“ 111 ”的全部状态组,且每一个状态组发生的次数要尽量一致,不然有些信息将没法表此刻屏幕上,八种状态形成的眼图以下所示:图眼图形成表示图由上述的理论剖析,联合示波器实质眼图的生成原理,能够知道一般在示波器上观察到的眼图与理论剖析获取的眼图大概靠近(无串扰等影响),以下所示:* *图示波器实质观察到的眼图假如这八种状态组中缺失某种状态,获取的眼图会不完好,以下所示:图示波器观察到的不完好的眼图经过眼图能够反应出数字系统传输的整体性能,但是怎么样才能正确的掌握其判断方法呢?这里有必需对眼图中所波及到的各个参数进行定义,认识了各个参数此后,其判断方法很简单。
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。
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。
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。
眼图综述报告-----------李洋目录1. 眼图的形成 (2)1.1 传统的眼图生成方法 (2)1.2 实时眼图生成方法 (3)1.3 两种方法比较 (4)2. 眼图的结构与参数介绍 (4)2.1 眼图的结构图 (4)2.2 眼图的主要参数 (5)2.2.1 消光比 (5)2.2.2 交叉点 (5)2.2.3 Q因子 (6)2.2.4 信号的上升时间、下降时间 (6)2.2.5 峰—峰值抖动和均方根值抖动 (6)2.2.6 信噪比 (6)3. 眼图与系统性能的关系 (7)4. 眼图与BER的关系 (7)4. 如何获得张开的眼图 (8)5. 阻抗匹配的相关知识 (9)5.1 串联终端匹配 (9)5.2 并联终端匹配 (10)6. 眼图常见问题分析 (10)7. 总结 (17)1.眼图的形成眼图是一系列数字信号在示波器上累积而显示的图形,其形状类似于眼睛,故叫眼图。
在用余辉示波器观察传输的数据信号时,使用被测系统的定时信号,通过示波器外触发或外同步对示波器的扫描进行控制,由于扫描周期此时恰为被测信号周期的整数倍,因此在示波器荧光屏上观察到的就是一个由多个随机符号波形共同形成的稳定图形。
这种图形看起来象眼睛,称为数字信号的眼图。
示波器测量的一般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性。
如下图:1.1 传统的眼图生成方法采样示波器的CLK通常可能是用户提供的时钟,恢复时钟,或者与数据信号本身同步的码同步信号.图:采样示波器眼图形成原理1.2 实时眼图生成方法实时示波器通过一次触发完成所有数据的采样,不需附加的同步信号和触发信号.通常通过软件PLL方法恢复时钟。
图:实时示波器眼图形成原理另一种示意图:图:实时示波器眼图形成原理1.3 两种方法比较1.传统的方法比实时眼图生产方法测量的速度要慢100至1000倍。
2.传统的眼图生成方法测量精度没有实时眼图生成方法高。
3.传统的方法会引入触发电路噪声,时钟恢复电路噪声。
4.传统的方法眼图的分析功能有限。
2. 眼图的结构与参数介绍2.1 眼图的结构图图:眼图的结构框架注:二进制信号传输时的眼图只有一只“眼睛”,当传输三元码时,会显示两只“眼睛”。
如下图所示:图: 二元码数据信号眼图 图: 三眼码数据信号眼图2.2 眼图的主要参数眼图主要的参数有如下:消光比;交叉点;Q 因子;信号的上升时间、下降时间;峰—峰值抖动;均方根值抖动;信噪比等。
2.2.1 消光比消光比定义为眼图中“1”电平比“ 0 ”电平的值。
根据不同的速率、不同的传输距离、不同的激光器类型,消光比要求不一样。
一般的对于FP/DFB 直调激光器要求消光比不小于8.2dB 。
EML 电吸收激光器消光比不小于10dB 。
ITU-T 中对于消光比没有规定一个最大值,但是这并不意味着消光比可以无限大,消光比太高了,将导致激光器的啁啾系数太大,导致通道代价超标,不利于长距离传输。
一般建议实际消光比与最低要求消光比大0.5~1.5dB 。
这不是一个绝对的数值,之所以给出这么一个数值是害怕消光比太高了,传输以后信号劣化太厉害,导致误码产生或通道代价超标。
2.2.2 交叉点交叉点就是两只眼睛交叉的地方,它的比例反映了信号的占空比大小。
由于传输过程中,光信号的脉冲宽度将会展宽,导致接收侧的交叉点相对于发送侧上Time A m p l i t u d e Eye DiagramTime A m p l i t u d e Eye Diagram移。
为了有利于长距离传输,保证接收侧的交叉点比例在大约50%左右,使得接收侧的灵敏度最佳,我们一般建议在发送侧把交叉点的位置稍微下移一些,一般发送侧交叉点比例建议控制在40%~45%。
2.2.3 Q因子Q因子可以通过示波器测得,它综合反映出眼图的质量问题。
Q因子越高越好,表明眼图的质量越好。
Q因子一般受噪声、光功率、电信号是否从始端到终端阻抗匹配(有关阻抗匹配,后文会详细说明)等因素影响。
一般来说,眼图中“1”电平的这条线越细、越平滑,Q 因子越高。
在不加光衰减的情况下,发送侧光眼图的Q因子不应该小于12 ,越高越好。
接收测的Q因子不应该小于6 ,越高越好。
2.2.4 信号的上升时间、下降时间信号的上升时间、下降时间反映了信号的上升、下降的快慢,一般指整个信号幅度的20%~80%的变化的时间。
一般要求其上升、下降时间不能大于信号的周期的40%。
如9.95G信号要求其上升、下降时间不大于40ps。
2.2.5 峰—峰值抖动和均方根值抖动峰—峰值抖动和均方根值抖动,可以定性反映信号的抖动大小,做为比较参考,这两个测量值是越小越好。
定量地测量输出抖动还是要专门的测试抖动的仪表,如Agilint 的37718、ACTERNA 的ANT20-SE 在测量抖动的时候仪表一般需要预热30分钟以上,才能保证测量值相对准确。
2.2.6 信噪比信噪比同样可以定性反映信号的质量好坏,做为一个比较参考。
这个测量值是越大越好,一般在发送侧的测量值都大于30dB。
定量地测量需要使用光谱分析仪。
3.眼图与系统性能的关系经过研究和实验可以从眼图中得出整体系统的性能情况,这里我们结合眼图框架给出下面的结论。
图:眼图的结构图1.最佳抽样时刻应是“眼睛”张开最大的时刻;2.眼图斜边的斜率决定了系统对抽样定时误差的灵敏程度;斜率越大,对定时误差越灵敏;3.眼图的阴影区的垂直高度表示信号的畸变范围;4.眼图中央的横轴位置对应于判决门限电平;5.过零点失真为压在横轴上的阴影长度,有些接收机的定时标准是由经过判决门限点的平均位置决定的,所以过零点失真越大,对定时标准的提取越不利。
6.抽样时刻上、下两阴影区的间隔距离之半为噪声容限,噪声瞬时值超过它就可能发生错误判决。
4.眼图与BER的关系经过研究分析,可以得出眼图与误码率关系如下图所示:利用眼图分析抖动得到浴盆曲线(Bath Tub),从而进行误码率的估算,结果如下图所示:图:眼图的浴盆曲线与误码率分析图4.如何获得张开的眼图1)PCB走线长度短走线并非始终能够满足,但是短走线意味低损耗。
2)走线宽度宽走线可以降低趋肤效应。
3)减小板材的介电常数即降低介电损耗(Dielectric Loss),但将增加成本。
4)信号预加重和均衡处理通过对跳变位预加重(Pre-Emphasis)处理补偿线路上因信号跳变产生的针对高频分量的损耗。
5)其它接收端均衡处理等。
5.阻抗匹配的相关知识阻抗匹配是负载阻抗与电源内阻抗或与传输线波阻抗之间的特定配合关系。
阻抗匹配是指在能量传输时,要求负载阻抗要和传输线的特征阻抗相等,此时的传输不会产生反射,这表明所有能量都被负载吸收了。
反之则在传输中有能量损失。
在高速PCB设计中,阻抗的匹配与否关系到信号的质量优劣。
常见阻抗匹配的方式有两种5.1串联终端匹配在信号源端阻抗低于传输线特征阻抗的条件下,在信号的源端和传输线之间串接一个电阻R,使源端的输出阻抗与传输线的特征阻抗相匹配,抑制从负载端反射回来的信号发生再次反射。
串联匹配是最常用的终端匹配方法。
它的优点是功耗小,不会给驱动器带来额外的直流负载,也不会在信号和地之间引入额外的阻抗,而且只需要一个电阻元件。
匹配电阻选择原则:匹配电阻值与驱动器的输出阻抗之和等于传输线的特征阻抗。
常见的CMOS和TTL驱动器,其输出阻抗会随信号的电平大小变化而变化。
因此,对TTL或CMOS电路来说,不可能有十分正确的匹配电阻,只能折中考虑。
链状拓扑结构的信号网路不适合使用串联终端匹配,所有的负载必须接到传输线的末端。
常见应用:一般的CMOS、TTL电路的阻抗匹配。
USB信号也采样这种方法做阻抗匹配。
5.2 并联终端匹配在信号源端阻抗很小的情况下,通过增加并联电阻使负载端输入阻抗与传输线的特征阻抗相匹配,达到消除负载端反射的目的。
实现形式分为单电阻和双电阻两种形式。
匹配电阻选择原则:在芯片的输入阻抗很高的情况下,对单电阻形式来说,负载端的并联电阻值必须与传输线的特征阻抗相近或相等;对双电阻形式来说,每个并联电阻值为传输线特征阻抗的两倍。
并联终端匹配优点是简单易行,显而易见的缺点是会带来直流功耗:单电阻方式的直流功耗与信号的占空比紧密相关;双电阻方式则无论信号是高电平还是低电平都有直流功耗,但电流比单电阻方式少一半。
常见应用:以高速信号应用较多。
6.眼图常见问题分析接下来我们来看一些典型的较好的眼图和一些有问题的眼图,并分析这些眼图的问题在哪里。
以下是一个较好的622M的光眼图,我们可以看出比较对称,眼线很细,消光比适中,Q因子很高,达到了24.以下为不加STM-4滤波器的622的眼图,可以看出眼图的眼线较细,特别是上升、下降沿,“1”电平有点波动,这是因为不加低通滤波器以后,信号的高频谐波没有被滤掉,各谐波分量叠加起来成为有波纹的方波。
我们看到即使“1”电平不平坦,其Q因子仍然达到21.7。
以下为一个较好的2.5G的,眼图比较对称,眼线比较细,“0”、“1”电平都比较平滑,消光比适中,Q因子较高。
以下为较好的10G眼图,眼图对称,眼图比较细,特别是“0”、“1”电平;上升、下降沿稍粗一点,可见信号的抖动较大;消光比适中,Q因子较高。
交叉点稍微高,实际调试中,可以将交叉点调低一点点。
总的来说,速率越高,眼图质量将越差。
这主要由两个方面引起:第一是抖动,速率越高,抖动越难控制;第二是噪声,由于测试过程一般都要加相应的低通滤波器,10G信号的低通滤波器的带宽大约为8GHz,622M信号的低通滤波器的带宽大约为500MHz,从500MHz~8GHz这个频率范围的噪声,被622M信号的滤波器滤掉了,却没有被10G信号的滤波器滤掉,所以从眼图看了,10G信号的噪声更大一下。
有问题的眼图分析以下为一个有问题的622M眼图,这个眼图问题比较多,我们来一一分析:首先,眼图有非常明显的两个上升、下降沿(俗称双眼皮);“0”电平“1”电平不平坦,信号有过冲,下冲;消光比偏低只有4.1dB ;产生这些现象的原因怀疑是信号的阻抗不匹配,导致信号的过冲、下冲和多径。
这个眼图还说明了另一个问题,眼图要能够套住模板只是眼图的最基本的要求,而不是唯一的要求。
我们看一下,这个眼图的边的离模板还是有一定的余量的。
我们再来看看以下622M眼图,其问题在于噪声非常大,估计是信号的滤波没有处理好。
以下为2.5G眼图,总的质量还不错,存在的问题是眼图有点歪,不对称,这个跟激光器的调制特性有一定的关系。
以下2.5G眼图,存在的问题是抖动较大,注意与上一个眼图比较,其上升、下降沿都较粗,特别注意比较其峰峰值抖动、均方根抖动、下图都比上图的大。
以下2.5G的眼图就比较糟糕,眼图扭来扭去的,上升、下降都很缓,信号质量不好,Q因子只有6.4。