在示波器的检测中,除了简单的正余弦波形之外,还有一种眼图波形也是常见且作为硬件行业从业者所必须要了解和掌握的。
眼图不是一个单一的波形曲线,而是多个波形叠在一起之后形成的现象。主要会出现在差分对信号上(如USB,CAN等差分对信号),可以利用双通道示波器进行观察,它包含了丰富的信息,如果了解眼图就可以从眼图中观察出信号的串扰和噪声等等,所以常常用来判断具有高速信号的系统的优劣程度。
那什么才算一个正常的眼图呢?
眼图的抓取是通过一个示波器(前提是支持信号相应速率)与接收滤波器的输出端连接,然后调整示波器的扫描周期和接收信号的周期同步,这个时候就是一个正常的眼图,通过这个眼图来判断信号质量优略。
所以眼图是怎样形成的?
眼图的形成是因为有大量信号的叠加,比如说一个3bit的数字信号,就会有很多类型的组合,比如000,001,010等等,然后在大量的这类波形传输过程中就会形成一个类似眼睛的形状,这个最终的图片就被称为眼图。(有兴趣的可以拿一只笔尝试一下,会发现画出来的线也确实是这样的哦)
眼图中可以看到的信息
眼图中可以看到的信息有很多,包括波形的平均上升时间,下降时间,门限电平等等。
上升时间(risetime):就是脉冲信号从低点到最近的一个高点所花费的时间,一般会将这个高点和低点定义为峰值幅度的10%和90%。
下降时间(falltime):和上升时间相反,从高到低,其他类比。
上冲(overshoot):一般表现为一个尖端脉冲,它是上升第一个峰值或者谷值超过了设定电压,它是可能导致电路元器件失效的。
下冲(undershoot):与上冲相反。
门限电平(Threshold/CrossingPercent):指在系统的传输特性比某个特定误码率(传输中的误码/传输的总码数)更低的情况下,接收机能够达到的最低接收电平。也可以理解为超过这个电平就会转换为另外一种状态。
了解了眼图中可以参考的信息,那要如何通过眼图判定信号的质量?
判断眼图的质量其实非常直接,直接看“眼睛”成型的明不明显,眼图眼高够不够高,如果线条既明显且眼高又高,则信号质量越好。
其中的原理就是,眼图中包含了大量信号的叠加,信号不可能每次高低电压波形都相同,在大量的时间运行下,眼图的信号线逐渐叠加变粗。最后形成的眼图纵轴坐标体现的指标是电压的噪声(VoltageNoise),横轴体现的是时域的抖动(Jitter)。
当有大量的噪声时,会出现眼图的线迹模糊不清,信号质量差。
不过在实际的电子硬件设计中,在设计后可以事先做信号仿真,来获取眼图情况,然后根据眼图情况判断信号的质量,设计的好坏,进而做出相应的硬件设计改善,提高产品的质量。