信號完整性分析基礎(chǔ)系列之二--關(guān)于眼圖測量（下）
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之前談到，眼圖測量方法有兩種：2002年以前的傳統(tǒng)眼圖測量方法和2002年之后力科發(fā)明的現(xiàn)代眼圖測量方法。傳統(tǒng)眼圖測量方法可以用兩個英文關(guān)鍵詞來表示：“Triggered Eye”和“Single-Bit Eye”?，F(xiàn)代眼圖測量方法用另外兩個英文關(guān)鍵詞來表示：“Continuous-Bit Eye”和“Single-Shot Eye”。 傳統(tǒng)眼圖測量方法用中文來理解是八個字：“同步觸發(fā)+疊加顯示”，現(xiàn)代眼圖測量方法用中文來理解也是八個字：“同步切割+疊加顯示”。 兩種方法的差別就四個字：傳統(tǒng)的是用觸發(fā)的方法，現(xiàn)代的是用切割的方法。“同步”是準確測量眼圖的關(guān)鍵，傳統(tǒng)方法和現(xiàn)代方法同步的方法是不一樣的。“疊加顯示” 就是用模擬余輝的方法不斷累積顯示。
傳統(tǒng)的眼圖方法就是同步觸發(fā)一次，然后疊加一次。每觸發(fā)一次，眼圖上增加了一個UI，每個UI的數(shù)據(jù)是相對于觸發(fā)點排列的，因此是“Single-Bit Eye”,每觸發(fā)一次眼圖上只增加了一個比特位。圖一形象表示了這種方法形成眼圖的過程。
圖一傳統(tǒng)眼圖測量方法的原理
傳統(tǒng)方法的第一個缺點就是效率太低。對于現(xiàn)在的高速信號如PCI-Express Gen2，PCI-SIG要求測量1百萬個UI的眼圖，用傳統(tǒng)方法就需要觸發(fā)1百萬次，這可能需要幾個小時才能測量完。第二個缺點是，由于每次觸發(fā)只能疊加一個UI,形成1百萬個UI的眼圖就需要觸發(fā)1百萬次，這樣不斷觸發(fā)的過程中必然將示波器本身的觸發(fā)抖動也引入到了眼圖上。對于2.5GBbps以上的高速信號，這種觸發(fā)抖動是不可忽略的。
如何同步觸發(fā)，也就是說如何使每個UI的數(shù)據(jù)相對于觸發(fā)點排列？也有兩種方法，一種方法是在被測電路板上找到和串行數(shù)據(jù)同步的時鐘，將此時鐘引到示波器作為觸發(fā)源，時鐘的邊沿作為觸發(fā)的條件。另外一種方法是將被測的串行信號同時輸入到示波器的輸入通道和硬件時鐘恢復(fù)電路(CDR)通道，硬件CDR恢復(fù)出串行數(shù)據(jù)里內(nèi)嵌的時鐘作為觸發(fā)源。這種同步方法引入了CDR抖動，這是傳統(tǒng)方法的第三個缺點。此外，硬件CDR只能偵測連續(xù)串行信號才能工作正常，如果被測信號不是連續(xù)的，譬如兩段連續(xù)比特位之間有一段低電平，硬件CDR就不能恢復(fù)出正確的時鐘。另外，傳統(tǒng)方法的工作原理決定了它不能對間歇性的串行信號做眼圖，不能對保存的波形做眼圖，不能對運算后的波形做眼圖，這限制了應(yīng)用范圍。這是傳統(tǒng)方法的第四個缺點。
力科于2002年發(fā)明的現(xiàn)代方法形成眼圖的原理如圖二所示。示波器首先捕獲一組連續(xù)比特位的信號，然后用軟件PLL方法恢復(fù)出時鐘，最后利用恢復(fù)出的時鐘和捕獲到的信號按比特位切割，切割一次，疊加一次，最終將捕獲到的一組數(shù)據(jù)的每個比特位都疊加到了眼圖上。在力科的示波器中，恢復(fù)出的時鐘可以單獨輸出來另作它用。
軟件PLL方法恢復(fù)時鐘代替了傳統(tǒng)方法中的硬件CDR方法是一大進步。我們需要對軟件PLL的工作原理深入理解。關(guān)于軟件PLL，我們將另文介紹。
如果一次捕獲了1百萬UI的PCI-E Gen2的數(shù)據(jù)，那么用這種方法基于力科的第四代示波器可以在1-2秒內(nèi)形成眼圖，因此，這種方法形成眼圖的效率非常高，這是現(xiàn)代方法的第一個優(yōu)點。此外，該方法通過觸發(fā)一次捕獲的大量數(shù)據(jù)就能形成大量數(shù)據(jù)的眼圖，觸發(fā)抖動約等于零，這是該方法的第二個優(yōu)點。由于是用軟件PLL方法，因此時鐘恢復(fù)抖動也為零，這是該方法的第三個優(yōu)點。該方法可以對局部放大之后的波形做眼圖，可以對歷史保存的波形做眼圖，可以有一些高級眼圖分析功能，如眼圖失敗定位跟蹤功能，ISOBer功能等，這是該方法的第四個優(yōu)點。
圖二現(xiàn)代眼圖測量方法的原理
圖三所示清楚表示了現(xiàn)代方法對于非連續(xù)性的信號做眼圖的優(yōu)勢。傳統(tǒng)的方法無法分離出發(fā)射數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)，但用現(xiàn)代的方法則能隔離出發(fā)射和接收數(shù)據(jù)。在實際應(yīng)用中這種非連續(xù)性的信號比較常見，如處于實際工作模式下的PON信號，就是突發(fā)的一幀一幀的數(shù)據(jù)。
圖三現(xiàn)代眼圖方法的優(yōu)勢——對局部放大之后的波形做眼圖
四、力科示波器在眼圖測量方面的特點和優(yōu)勢
自2002年力科發(fā)明創(chuàng)新的眼圖測量方法以來,力科一直在眼圖測量方面保持了絕對領(lǐng)先優(yōu)勢。 力科的串行數(shù)據(jù)分析儀SDA系列成為測量眼圖的首選工具?，F(xiàn)在總結(jié)力科公司在眼圖測量方面的特點和優(yōu)勢如下：
1，眼圖測量是衡量高速信號質(zhì)量的最常用方法。力科是業(yè)界最先采用軟件恢復(fù)時種的方法來形成眼圖的，而現(xiàn)在這種方法已成為眼圖測量的行業(yè)標準。也就是說，力科定義了眼圖測量的新標準。
前面已詳細比較了兩種方法的優(yōu)缺點。下面這張圖片是用力科示波器和其它品牌示波器測試相同信號的對比。用傳統(tǒng)方法引入的觸發(fā)抖動和CDR抖動帶來了150ps的峰-峰值誤差,這是不能忽略的誤差。在力科的示波器中保留了用硬件時鐘形成圖的功能，但已幾乎沒有工程師再喜歡用這種傳統(tǒng)的方法了。
圖四 現(xiàn)代方法和傳統(tǒng)方法測量眼圖的差別
2,力科示波器的眼圖測量操作界面非常的簡潔快速,而且不需要利用第三方面軟件，眼圖的測試結(jié)果顯示在示波器顯示界面上，不需要打開第三個窗口。
在關(guān)于示波器的第三方調(diào)查報告中，易于操作常作為使用者對理想示波器的期待的首項。 “Although ease-of-use means different things to different people.”,但稍微有一點點公正之心的人都會同意這個結(jié)論：力科示波器的操作界面是最清晰簡潔的，最容易上手的，眼圖測量更是最方便的。
圖五是力科SDA操作界面。 一級菜單，一目了然的操作步驟。第一步點擊選擇信號源，第二步選擇信號類型，第三步查找比特率，第四步點擊眼圖出來了。如果PLL不是GoldenPLL，多一次點擊PLL設(shè)置的操作。 第一步、第二步、第三步在第一次進入測試界面設(shè)置完成后，隨后不用再重復(fù)設(shè)置。所以在持續(xù)測試過程中，通常每次只需要點一鍵“Mask Tes”就產(chǎn)生了眼圖。更是可以在點擊“Summary”之后，同時產(chǎn)生了眼圖、浴盆曲線、抖動趨勢圖、抖動直方圖、各種抖動測量參數(shù)等,如圖六所示。何其方便哉！
圖五 力科SDA眼圖測試操作步驟
在一次面對面的PK中，客戶要求同時測量眼圖和抖動參數(shù)，我們一秒鐘操作完之后，大家開始觀看T公司的AE在操作，只見鼠標飛速點擊上百次，結(jié)果等了整整幾分鐘后還不見結(jié)果出來（也有可能那天是操作上出現(xiàn)了失誤）。一級又一級深埋的菜單，呼啦啦彈出一個又一個的窗口。圖七就是那次PK的時候D公司點擊上百次鼠標之后的結(jié)果。但顯然和力科的圖片相比，缺少了抖動測量參數(shù)。 這些參數(shù)去哪里了？為什么沒有顯示出來？因為D公司的示波器測試眼圖的窗口和眼圖參數(shù)的窗口是兩個窗口，不能同時保存起來，除非是接上鍵盤按PrintScreen鍵。為了完成眼圖測量，D公司的示波器總共需要有四個窗口——操作設(shè)置窗口，眼圖結(jié)果顯示窗口，測量參數(shù)窗口，示波器自身的窗口。
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