原创 那些失败的眼图测试 #D0160

2017-7-3 08:47 8734 25 4 分类: 测试测量

眼图是高速数字信号常用的测量手段,当被测信号以参考时钟为基准叠加眼图形成以后,我们已经可以根据眼图的张开程度大概了解信号质量的情况。


但是,仅仅人为观察眼图的形状对于精确测量是不够的,很多时候还需要更进一步地对眼图的参数进行精确测量。

眼图的测量参数不同于波形的测量参数,更多情况下是一种统计意义的测量,最常用的测量参数有眼高(Eye Height)、眼宽(Eye Width)、眼的抖动(交叉点处的Jitter)等。


眼高(Eye Height)的测量

眼高反映的是眼图在垂直方向张开的程度。其测量方法是先在眼图的中心位置对眼图的电平分布进行统计,根据直方图分布出现概率最大的位置得到高电平(One Level)和低电平(Zero Level)的位置;然后再根据高低电平上的噪声分布情况各向内推3个西格玛(噪声的RMS值),从而得到眼高的测量结果。

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眼宽(Eye Width)的测量

眼宽反映的是眼图在水平方向张开的程度。其测量方法是先在眼图的交叉点位置对眼图的水平分布进行统计,根据直方图分布出现概率最大的位置得到交叉点1(Cross1)和交叉点2(Cross2)的水平位置;然后再根据交叉点附近的抖动分布情况各向内推3个西格玛(抖动的RMS值),从而得到眼宽的测量结果。

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眼图的抖动(Eye Jitter)测量

眼图的抖动反映的是信号的时间不确定性,抖动过大会减小信号的眼宽。眼图的抖动是指眼图交叉点附近的信号的水平抖动,可以用RMS或者Peak-Peak值来衡量。

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除此以外,还可以对眼图的上升时间、交叉点、幅度等进行测量,这些测量方法和前面所说过的波形参数测量差不多,只不过是针对眼图而不是单一波形进行的测量。下图是用示波器对一个10.3125Gbps信号眼图的各个参数同时进行测量的例子。

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眼图的模板测试(Mask Test)

前面介绍过的眼图是一种快速对信号进行统计分析的测量方法,对于信号质量的定性分析和Debug比较有用,但是在有些情况下,仅仅测量出信号的眼高、眼宽等参数还不够,我们还需要快速判决该被测信号是否满足相应的总线的规范要求,这时候就会用到模板(Mask)测试。

所谓模板,就是把对于信号高电平的范围要求、低电平的范围要求、抖动的范围等的指标事先定义好,然后把这些要求做成一个模板文件。典型的模板定义由3部分区域组成,最上面的区域定义了对信号的最大幅度要求,最下面的区域定义了对信号的最小幅度要求,中间的区域定义了对信号的眼图张开度的要求。下图是一个3.125G的XAUI信号的模板的例子,显示了模板中不同区域的物理含义。

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在进行眼图测试时直接把眼图套在这个模板上,如果长时间累积测量信号没有没有压在模板上,就说明信号满足了最基本的信号质量要求。

下图是一个对10.3125Gbps的信号进行模板测试的例子,信号质量很好,所有点都没有压在模板上(图中的3块阴影区域)。

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如果被测信号压在了测试模板上,就说明被测信号质量有明显的问题,下面几张图分别反映出的是几种典型的模板测试失败的情况。

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信号过冲造成模板测试失败


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信号抖动造成模板测试失败


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信号幅度不够造成模板测试失败


从上面的例子可以看出,通过模板测试,可以快速判决信号质量的问题,因此模板测试在很多高速总线的兼容性测试里都是必测的项目。


但是需要注意的一点是,虽然眼图和模板的测试可以反映出高速数字信号质量的大部分问题,但并不是万能的。


即使信号通过了模板测试,也有可能其它参数不满足要求。 比如信号里各个抖动分量成分占的比例、预加重的幅度、共模噪声、SSC的调制速率和调制深度等,所以大部分高速的数字总线除了进行眼图和模板测试外还都会要求一些其它项目的测试。


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