Q:PCB設計中眼圖到底有什么用?
A:眼圖是由于示波器的余輝作用,將掃描所得的每一個碼元波形重疊在一起,從而形成眼圖。
本文將帶領大家了解PCB上的眼圖是什么,眼圖是怎樣形成的,眼圖中包含有哪些信息,如何根據(jù)眼圖情況分辨信號質(zhì)量。
眼圖是指利用實驗的方法估計和改善(通過調(diào)整)傳輸系統(tǒng)性能時在示波器上觀察到的一種圖形。
觀察眼圖的方法是:用一個示波器跨接在接收濾波器的輸出端,然后調(diào)整示波器掃描周期,使示波器水平掃描周期與接收碼元的周期同步,這時示波器屏幕上看到的圖形像人的眼睛,故稱為“眼圖”。
從“眼圖”上可以觀察出碼間串擾和噪聲的影響,從而估計系統(tǒng)優(yōu)劣程度。另外也可以用此圖形對接收濾波器的特性加以調(diào)整,以減小碼間串擾和改善系統(tǒng)的傳輸性能。
對于數(shù)字信號,其高電平與低電平的變化可以有多種序列組合。以3個bit為例,可以有000-111共8種組合,在時域上將足夠多的上述序列按某一個基準點對齊,然后將其波形疊加起來,就形成了眼圖。
如下圖,對于測試儀器而言,首先從待測信號中恢復出信號的時鐘信號,然后按照時鐘基準來疊加出眼圖,最終予以顯示。
對于一幅真實的眼圖,如下圖,首先我們可以看出數(shù)字波形的平均上升時間(Rise Time)、下降時間(Fall Time)、上沖(Overshoot)、下沖(Undershoot)、門限電平(Threshold/Crossing Percent)等基本的電平變換的參數(shù)。
上升時間(Rise Time):脈沖信號的上升時間是指脈沖瞬時值最初到達規(guī)定下限和規(guī)定上限的兩瞬時之間的間隔。除另有規(guī)定之外,下限和上限分別定為脈沖峰值幅度的10%和90%。
下降時間(Fall Time):脈沖信號的下降時間是指從脈沖峰值幅度的90%下降到10%所經(jīng)歷的時間間隔。
上沖(Overshoot):也叫過沖就是第一個峰值或谷值超過設定電壓,主要表現(xiàn)為一個尖端脈沖,并且能導致電路元器件的失效。
下沖(Undershoot):是指下一個谷值或峰值。過分的過沖能夠引起保護二極管工作,導致過早地失效。過分的下沖能夠引起假的時鐘或數(shù)據(jù)錯誤。
門限電平(Threshold/Crossing Percent):是指在系統(tǒng)傳輸特性劣于某一特定誤碼率的情況下,收信機所能達到的最低接收電平。
信號不可能每次高低電平的電壓值都保持完全一致,也不能保證每次高低電平的上升沿、下降沿都在同一時刻。
由于多次信號的疊加,眼圖的信號線變粗,出現(xiàn)模糊(Blur)的現(xiàn)象。所以眼圖也反映了信號的噪聲和抖動:在縱軸電壓軸上,體現(xiàn)為電壓的噪聲(Voltage Noise);在橫軸時間軸上,體現(xiàn)為時域的抖動(Jitter)。如下圖示。
當存在噪聲時,噪聲將疊加在信號上,觀察到的眼圖的線跡會變得模糊不清。若同時存在碼間串擾 , “眼睛”將張開得更小。一般眼圖的眼睛睜得越大,眼圖眼高越高,代表信號質(zhì)量越好。
做信號仿真可以獲取眼圖情況,然后根據(jù)眼圖情況判斷信號的質(zhì)量,如果眼圖情況不好,可以調(diào)整硬件設計或者PCB設計,使眼圖眼高變高,保證生產(chǎn)出的產(chǎn)品信號質(zhì)量。
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