原创 自定义眼图模板

自定义眼图模板

美国力科公司 万力劢

一、眼图模板的电气特性意义

眼图模板测试是评估高速信号质量的重要方法。力科示波器串行数据分析功能已经内置了业界主流高速信号的模板，多达50种以上。但是以下几种情况可能无法直接套用示波器已经内置的标准模板：被测信号是新出标准定义的，或者芯片的电气特性没有严格符合标准，或者实际测试点和标准要求的测试点不一致。这时需要示波器用户自定义模板。一个典型模板的形状如下图深色图形：

模板水平方向一般占一个UI的宽度。上有“天花板”，下有“地板”，中间一般为六边形或菱形。通常用X1~X4,Y1~Y4几个坐标刻度定义“天花板”、“地板”以及中间图形的位置和形状。对信号的眼图套用模板，可以快速评估信号的电气特性是否满足要求。

1)       垂直方向Y1~Y4四个刻度用于限定信号幅度上的特性，对于差分信号，限定的是差分电压的摆幅范围。

Y1:信号允许的最小电压(或光功率，以下同理)。

Y4:信号允许的最大电压。

——对于差分信号，Y1和Y4为允许的最大差分摆幅，Y1为负值，Y4为正值。

Y2:信号低电平允许的最大电压，如果信号幅度超过此电压，信号可能不会被器件当作低电平。电气特性规格很多以Vol(max)、Vil(max)表示此参数。

Y3:信号高电平允许的最小电压，如果信号幅度小于此电压，信号可能不会被器件当作高电平。电气特性规格很多以Voh(min)、Vih(min)表示此参数

——对于差分信号，Y2和Y3为允许的最小差分摆幅，Y2为负值，Y3为正值。

也就说，信号的高电平必须在Y3和Y4之间，低电平必须在Y1和Y2之间

2)水平方向X1~X4四个刻度用于限定信号时域上的特性。

实际信号的眼图，两侧跳变沿的余辉可能较粗，这是抖动的直观反映。抖动越大、跳变沿余辉就越粗、眼宽也越小。如下图，眼图两侧跳变沿交叉处余辉的宽度反映了信号的总体抖动Tj （准确的总体抖动值需要一定算法来测量和统计，直接在眼图上测量余辉宽度不准确，它只是直观的反映）。X1和X4两个刻度用来限定两侧抖动的范围。抖动范围往内不超过X1,X4，说明抖动大小满足相关电气特性要求。

X2,X3两个刻度用来限定信号上升/下降时间，用以验证信号的最大上升/下降时间是否满足要求。

二、根据芯片电气特性规格定义模板

以一款以太网收发芯片TLK2201为例，我们来看如何根据其电气特性规格来定义1.25Gpbs SGMII信号的眼图模板。

芯片datasheet对于收发器的电气规格定义如下：

Vod为发送端差分信号的摆幅。允许的最小、最大摆幅分别为600mV,1100mV，如下图：

由此可以得到发送端信号眼图模板的垂直刻度

Y1=-(1100mv/2)=-550mV , Y4=-Y1=550mV

Y2=-(600mV/2)=-300mV , Y3=-Y2=300mV

发送端允许的最大总体抖动t(TJ)为0.24UI。把该抖动裕量分配到眼图两侧各占0.12UI,也就是X1,X4离两侧分别为Tj/2.

因此可以得到X1=0.12UI，X4=(1-0.12)UI=0.88UI

考虑一个极限情况：一个上升沿，其抖动为允许的最大值，即50%电平处的水平位置刚好在X1；其上升时间也是允许的最大值；其摆幅是允许的最小值。这个最坏情况的信号紧挨着模板的边沿，如下图白色线段所示：

芯片datasheet规定了发送端信号的最大上升/下降时间(20%~80%)为250ps,那么50%～100%的时间为208.33ps，即0.26UI，这就是X2-X1的宽度，因此可以得到X2=0.26UI+X1=0.38UI。由对称性，X3=0.62UI.

到此，通过芯片的电气规格特性，我们推导出了眼图模板的X1~X4,Y1~Y4等参数。

三、在力科示波器中自定义模板

首先关闭示波器应用软件，然后在示波器中运行Mask Database Editor，接着按下面图示的Step 2-Step6进行操作即可。

             保存后，重新打开示波器软件，在串行数据分析里出现自定义的信号类型。