课程介绍

李军

很多工程师都知道高速信号需要测量眼图。那眼图代表着什么? 该如何分析眼图的好与坏？以及从眼图各种形状上，我们能知道哪些信息呢？现代的眼图分析软件又有哪些新的功能？今天有请是德科技示波器专家李军给大家解答。

首先我们先了解关于眼图的基本知识

1、为什么要关注眼图

数字信号的眼图中包含了丰富的信息，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

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。

3、眼图和实时波形的区别

• 实时波形能够反映波形的细节，如观察上升/下降边沿、过冲、单调性等。

• 眼图能够体现信号的整体特征。

• 实时波形很好，可以说明信号品质没有问题吗？不一定，只能代表某些比特。

• 眼图很好，可以说明信号品质没有问题吗？当然可以。代表整体。

4、眼图的衡量指标

在对于一个眼图进行好和坏的评估时，通常都有一些常见的衡量指标，比如眼高，眼宽，抖动，占空比等，如上图。通过对眼睛不同部位的表征，可以快速地判断和定性信号的问题。比如眼图跳变沿交叉点的上下区域可以代表占空比，如果上下区域比例不对称，则代表占空比的结果可能存在问题。

有时候为了能简单直观地判断眼图指标是否符合要求，可以将规范定义的要求制作成一个模板，然后通过示波器来调用，便可以直接观察到眼图是否有接触到模板。如果没有接触到则表示眼图的指标符合规范要求，同样如果有接触到模板，也可以根据接触的位置针对性的改善。不需要像传统的测试方法去一一地测量眼图指标了。

5、眼图反映了信号的完整性

不同的眼图可以反映不同的信号质量，对于有经验的工程师可以从眼图上发现信号是否存在阻抗不匹配导致的反射，以及某种抖动成分偏大，甚至知道如何来优化眼图质量。总体来说：

• 眼图的张开度与抖动和BER相关联；

• 眼图张开越大，表明对噪声和抖动的容许误差越大；

• 眼图张开越大，表明接收器判断灵敏度越好；

• 眼顶、眼底和转换区域宽表明接收器判断灵敏度降低

再来进一步了解关于眼图的测量技术

6、眼图与存储深度

通常眼图是由若干个比特(UI)组成，考虑到眼图测试的精度和稳定性，一般都要求累积到足够的UI数再分析，这个就涉及到示波器的存储深度。越高的存储深度，示波器一次分析的UI数就会越多，测试结果也就越精准。因此在测量高速信号的眼图和抖动中，尽量采用高的存储深度。当然存储深度越高，示波器的分析速度相对也会变慢。

下图是Keysight实时示波器动态显示实时眼图的累积情况。眼图的左上角会显示累积的UI数以及示波器捕获的波形数。

满足等式：UI数 = 存储深度/采样率*信号速率*波形数

7、实时的眼图表现

另外，眼图既然是实时波形的叠加，对于眼图的分析也应该具有实时性。下图是Keysight实时示波器测出的眼图，在示波器窗口中能看到上半部窗口是实时波形的显示，下半部窗口是实时眼图的显示。这种同步实时性的显示功能可以让工程师更直观地对波形和眼图进行观察，更好地进行分析和调试工作。这种功能也是作为仪器厂商目前唯一支持的。

8、快速眼图的测量 (一键式眼图测量)

当我们需要测量眼图时，需要先进行一系列的设置后才能形成波形的眼图，比如波形的大小调整、信号速率的设定以及阈值的设定等。对于一些关心测试效率或者需要做大量的信号眼图测试的用户来说，他们更希望可以最简单化地进行眼图的测量，不用因为信号速率或者幅度不同每次都要重新进行眼图设置。是德科技示波器的软件不断创新和优化，增加了非常多的人性化功能。对于眼图的测量，我们只需要通过鼠标或者触摸屏控制，一键式点击就可以快速地基于实时波形形成出眼图，为用户提供了非常便捷地方式。

下图是我们针对一个10Gbps的高速信号，进行快速眼图测量，当波形显示出来后，只要点击Analyze菜单下面的“Quick Eye Diagrams”就可以快速地形成信号的眼图。

9、Eye Contour 误码率眼图

现在对高速信号的眼图测量要求越来越高，以前工程师在测量眼图的时候，可能在捕获时间上有多有少的自行定义，来看眼睛的高度和宽度或者抖动等。现在很多的接口规范开始要求在一定误码率下来评估眼高和眼宽等，比如在OIF-CEI的标准里对28Gbps信号的眼高眼宽要求，就定义在1e-15的误码率下。

下图是使用Keysight示波器对V by One的信号进行眼图测量，该总线规范也要求了误码率1e-9下的眼图。在下面的眼图结果中可以看到不同误码率下的眼图轮廓，红色线就是误码率1e-9的眼图轮廓。

Keysight Infiniium示波器在v5.60固件版本后增加了Eye Contour(眼图轮廓)的功能，通过示波器捕获一定数量比特的数据，就可以分析描绘出不同误码率下的眼图轮廓。Eye Contour技术跟我们测量总体抖动差不多，也是采用Dual-Dirac双狄拉克模型。以测量出的实时眼图的中心为原点，然后对眼图进行多方位对角分割，计算出眼图在每条分割线的直方图，再通过对直方图的尾部进行拟合，就推算出更多样本数的分布，从而得到每条分割线上的不同误码率下的结果，最后将不同误码率下的结果分别地用线描绘在一起就得出了各个误码率的眼图轮廓。

10、Multi-Channel Eye Measurement(多通道眼图测量)

Keysight Infiniium示波器新的用户操作界面具有非常强大的功能，在眼图的测试中，能够同时对多通道的信号进行眼图测量，使得测试效率得到进一步提升。下图是采用Keysight S系列示波器同时对4路VBO信号进行眼图测量，另外也可以对波形和眼图进行自定义显示和窗口的调整，非常具有人性化的特点。这种Multi-Channel Eye Measurement 多通道眼图测量功能目前也只有Keysight的示波器支持。