详解眼图(下)

2017-12-2909:55:55 评论 1,420 views

2.4       眼图时间(X轴)相关定义

与幅度相似,在时间轴上与失真有关的指标也可从眼图中找到。大家普遍知道这些指标大多是通过脉冲图形来确定的,但也可以使用从眼图获得的直方图来确定。

2.4.1.      单位时间间隔

在对该术语进行定义前,本节要先介绍一下单位时间间隔(UI)的概念。在理解单位时间间隔的基础后,可以更容易地定义与眼图的时间轴上的失真相关的术语。例如:在描述规范标准和数据表中的抖动特性时,通常使用术语“单位时间间隔”。

如图12所示,不论数据速率如何,“单位时间间隔”被定义为归一化的数据位宽度。由于单位时间间隔基本上与比特数相同,1个数据位的宽度为1个单位时间间隔。水平时间轴可以以1秒或单位时间间隔为单位来表示。例如:在25.78125 Gbps的数据流中,1个单位时间间隔为38.79ps;而在10.3125 Gbps的数据流中,1个单位时间间隔为96.97ps。

由于单位时间间隔与数据速率无关,有时在水平时间轴上以单位时间间隔为单位会更容易理解。例如:如图13所示,在水平轴(而不是时间轴)上使用单位时间间隔单位,通过为不同数据速率的眼图显示相同的单位时间间隔计数,使其更容易比较。

2.4.2.      抖动

抖动是数据位事件与理想时序间的时间漂移,它是在高速数字信号中使用的重要术语。

如图14所示,抖动是在时间轴上位于眼交叉点的波动,抖动量是通过对时间轴直方图的分析来求出的。峰峰值(PP)抖动覆盖所述直方图的整个宽度,也可换句话说,它被定义为所有现存数据点的范围。均方根抖动被定义为直方图的一个标准偏差。

图15显示了通过手动测得的抖动测量结果(左)和使用自动直方图处理功能所获得的自动直方图测量结果(右)的比较。在手动测量结果的左侧,在交叉点处的细直方图位置表示显示在眼图下方的抖动rms(0.893 ps)和抖动p-p(5.368 ps)值。在右侧的自动测量屏幕相应的数字数据值是抖动rms = 0.893 ps 和抖动p-p = 4.841 ps,其结果大致类似于手动测量。

包括由被测装置(JDUT)所产生的抖动,抖动测量结果也包括测量仪器的固有抖动。如果固有数据的比例大,则该固有抖动可对测量结果产生很大的影响。固有抖动的比例由以下公式进行计算。该公式对于峰峰值抖动(抖动p-p)和均方根抖动(抖动rms)是不同的。数据表中描述了示波器的固有抖动。

2.4.3.      上升和下降时间

如图16所示,上升时间为眼图数据位在过渡到眼图的右上方所需时间的平均值,上升时间从所指示的两个直方图和眼图中可求得。细直方图是在20%电平处为该眼交叉点的左侧和在80%电平处为该眼交叉点的右侧水平所绘制的。根据逻辑电平1和0来确定20%和80%电平,并可从以下公式求出上升时间。

上升时间 = (80%电平时间的平均值) - (20%电平时间的平均值)

使用以下公式,通过与上升时间相同的方式求出下降时间(图17)。

下降时间 = (20%电平时间的平均值)- (80%电平时间的平均值)

2.4.4.      眼宽

眼宽是眼开口在水平方向的长度。如图18所示,为了计算眼宽,首先在两个交叉点上垂直地定位细直方图,并且使用以下公式计算眼宽。

眼宽=(左侧直方图的-3σ)- (右侧直方图的+3σ)

此方法定义了水平绘制的两个直方图内的3σ点之间的差值。虽然在这些区域内几乎没有样本,但由于3σ代表99.7%的样本,因此0.3%的样本将密集地位于眼开口范围内。

请看眼图下绘制的两个正态分布,它们对眼宽提供了一种直观的了解。眼宽被判定为左侧直方图的-3σ点和右侧直方图+3σ点之间的差值,此差值可被认为是与求出眼高相同的步骤,即将它作为一电平和零电平直方图内的3σ点之间的差值求出。

2.4.5.      占空比失真

占空比失真(DCD)是表示从原有占空比的偏差指标,它通常会根据数据模式脉冲宽度的漂移而改变。占空比失真可使用图19所示的上升和下降时间的直方图来求出,在计算上升沿和下降沿的50%电平时间(以20%和80%电平为中心)后,可使用以下公式将它求出。

占空比失真 = 100 x (上升沿的50%电平时间 - 下降沿的50%电平时间)/位周期

使用由图19中的箭头所显示的A和B的长度,上面的公式可以缩短为DCD = 100 x(A/B)。当占空比失真随机性变得较大(在中心的50%电平处的箭头所示的长度)时,眼开口会变窄,且误码率会变差。

以下例子更清楚地显示我们可将占空比失真理解为在时间轴上的失真。图20所示的六个屏幕显示了左侧的眼图以及在其右侧所对应的脉冲图形。观察时间轴上的脉冲图形1和0的对称性,我们可以马上清楚地了解占空比失真所受到影响。

从上到下,这六个屏幕显示三种类型的眼交叉。在眼交叉为75%的最上面的屏幕中,1逻辑电平的脉冲图形在时间轴上的长度比0逻辑电平的长度更长。在这种情况下,随着1逻辑电平的时间间隔变长,占空比失真变得更大。而在眼交叉为25%的例子中,0逻辑电平的脉冲图形在时间轴上的长度比1逻辑电平的长度更长,占空比失真也同样变得更大。

占空比失真与眼交叉类似,是测量由一电平和零电平的持续时间之间的差值所导致在时间轴上失真的有效指标。此外,它也是对脉冲对称性问题进行故障诊断的有效指标。当眼交叉偏离50%时,占空比失真会变得比理想值0%要来得大,眼开口会随之变窄,误码率也会变差。