信号完整性分析基础系列之一-关于眼图测量

眼图是一种在数字信号处理领域广泛使用的图形化工具，它通过叠加显示采集到的串行信号的比特位结果，形成类似人眼的图形。在分析信号完整性时，眼图能够直观地反映信号的码间串扰、噪声和失真程度，从而评价基带传输系统的性能优劣。眼图通常是基于1.25个单位间隔(UI)的时间窗口来显示，单位间隔是指一个比特位周期内的时间长度。 眼图的历史可以追溯到大约47年前。在2002年之前，眼图的测量主要依赖于传统的采样示波器方法。直到2002年，力科公司发明了基于连续比特位方法的新型眼图测量技术。由于眼图测量原理的复杂性，许多工程师在没有深入理解的情况下，往往依赖于标准权威机构提供的测量向导或软件工具，如Sigtest，得出简单的Pass或Fail结论，而忽略了眼图的调试功能。 眼图的形成过程涉及到将输入波形沿Y轴输入示波器，并与水平扫描周期同步，调整相位使波形中心对准取样时刻。理想情况下，当没有码间串扰和噪声，波形无失真，每个码元会完美重合，在示波器上形成清晰的“眼睛”。反之，如果存在码间串扰或噪声，波形失真，眼图中的“眼睛”会部分闭合，反映失真程度。 眼图中的关键参数包括： 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，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，表示系统对定时信息的敏感程度。 3. 眼图角落的水平宽度，代表信号零点的变化范围，即零点失真量。 4. 在抽样时刻，阴影区的垂直宽度表示最大信号失真量。 5. 抽样时刻上下两阴影区间隔的一半是最小噪声容限。 6. 横轴对应判决门限电平，用于区分不同的信号电平。 除了眼图测量原理和参数外，文章还提到了串行数据总线的背景知识。串行数据总线种类繁多，例如PCIExpress、RapidIO、DVI、S-ATA、USB、SDH、XAUI等。这些总线大多由权威机构定义标准和测试规范，而这些规范可能因利益博弈而发生变更。信号速率的提升使得对高速串行数据信号的完整性分析变得更加复杂和重要。 作者在文章中也提出了将各个权威机构统一为一个“串行总线国际工程师协会”的设想，并提出了如果某个公司能够领导这样的协会，可能会对示波器行业产生重大影响。作者鼓励工程师们深入研究眼图，以提升对信号完整性的理解和分析能力，同时也指出行业内的权威机构推荐对工程师的影响力。 信号速率的不断提高，对工程师们提出了更高的技术要求。在2004年，PC行业的主流串行信号速率为2.5Gb/s，而在通信行业则为3.12Gb/s。随着技术的发展，信号速率只会越来越快，对信号完整性的分析也变得更加重要。在这个过程中，眼图作为评价信号质量的重要工具，其理解和应用将对工程师的工作产生直接影响。