1.9 眼图分析（硬件基础系列）
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1.9 眼图分析
1.9.1 简介
眼图作为分析高速互连系统信号完整性的工具，其包含了十分丰富的信息。所谓眼图就是将高速数字信号不同位置的数据比特按照时钟的间隔叠加在一起自然形成的一个统计分布图。示波器测量的信号是一段时间的波形，主要反映的是细节信息，但是眼图反映的是传输链路上所有数字信号的整体特征。
图1. 42 眼图
1.9.2 眼图的产生
由于串行数据传输的广泛应用，眼图分析主要是针对高速传输的串行信号。相比于并行信号，串行信号主要有一下的特点：
传输线的数量少，节省成本；
解决的并行数据传输的延迟问题；
时钟嵌入到数据中，规避了数据和时钟之间延迟带来的风险；
PCB的设计和信号完整性测试更加便捷。
眼图真正的意义是以时钟为基准进行叠加，它不是对单一的波形或者特定比特位置的波形进行测量，而是将尽可能多的波形或者比特叠加在一起，这个过程需要以时钟作为基准，这样就能对信号整体进行分析，只有最差的信号能满足基本的要求，才能说明信号的质量是能满足设计要求。
图1. 43 眼图分析
对于很多高速的串行总线信号来说，由于时钟信息嵌入在数据流里，所以需要测量设备有相应的时钟恢复功能（可能是硬件的也可能是软件的），能够先从数据流里提取出时钟，然后以这个时钟为基准对数据比特进行叠加才能形成眼图。因此，很多高速串行数字信号的眼图测试通常需要该示波器有相应的时钟恢复功能。
眼图并不仅仅是针对高速信号而言，通常我们简单的低俗信号也是可以做眼图的，但是通常由于位宽较宽或者上升时间较长，导致测试出来波形不太像眼睛，但是这也是物理意义上的眼图。
图1. 44 低速信号眼图
眼图测试特点：
叠加波形的数量或比特的数量不一样，测试的眼图的结果可能又稍许差异。
波形或者比特叠加的数量越多，眼睛张开的程度越小，更又可能测试到极端的情况。
测试过程中，通常得到的是一系列的眼图，我们需要调整时基刻度使屏幕上只显示一个完整的眼图。
眼图和实时波形的区别：实时波形能够反映更多的细节，如又上升沿/下降沿/过冲/单调性等，而眼图能够体现信号的整体特征。
1.9.3 眼图的衡量指标
名词解释：
表1. 8 名词解释
名词 | 说明 |
上升时间(RiseTime) | 脉冲信号的上升时间是指脉冲瞬时值最初到达规定下限和规定上限的两瞬时之间的间隔。除另有规定之外,下限和上限分别定为脉冲峰值幅度的10%和90%。 |
下降时间(FallTime) | 脉冲信号的下降时间是指从脉冲峰值幅度的90%下降到10%所经历的时间间隔。 |
上冲(Overshoot) | 也叫过冲就是第一个峰值或谷值超过设定电压，主要表现为一个尖端脉冲，并且能导致电路元器件的失效。 |
下冲(Undershoot) | 指下一个谷值或峰值，过分的过冲能够引起保护二极管工作,导致过早地失效。过分的下冲能够引起假时钟或数据错误。 |
门限电平(Threshold/CrossingPercent) | 是指在系统传输特性劣于某一特定误码率的情况下，收信机所能达到的最低接收电平。 |
衡量一个眼图的指标通常有：眼高、眼宽、抖动、占空比等，详情见下图：
图1. 45 眼图的指标
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。
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