信號(hào)完整性分析基礎(chǔ)系列之二--關(guān)于眼圖測(cè)量（下）
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時(shí)間：2017-01-12
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之前談到，眼圖測(cè)量方法有兩種：2002年以前的傳統(tǒng)眼圖測(cè)量方法和2002年之后力科發(fā)明的現(xiàn)代眼圖測(cè)量方法。傳統(tǒng)眼圖測(cè)量方法可以用兩個(gè)英文關(guān)鍵詞來(lái)表示：“Triggered Eye”和“Single-Bit Eye”。現(xiàn)代眼圖測(cè)量方法用另外兩個(gè)英文關(guān)鍵詞來(lái)表示：“Continuous-Bit Eye”和“Single-Shot Eye”。 傳統(tǒng)眼圖測(cè)量方法用中文來(lái)理解是八個(gè)字：“同步觸發(fā)+疊加顯示”，現(xiàn)代眼圖測(cè)量方法用中文來(lái)理解也是八個(gè)字：“同步切割+疊加顯示”。 兩種方法的差別就四個(gè)字：傳統(tǒng)的是用觸發(fā)的方法，現(xiàn)代的是用切割的方法。“同步”是準(zhǔn)確測(cè)量眼圖的關(guān)鍵，傳統(tǒng)方法和現(xiàn)代方法同步的方法是不一樣的。“疊加顯示” 就是用模擬余輝的方法不斷累積顯示。
傳統(tǒng)的眼圖方法就是同步觸發(fā)一次，然后疊加一次。每觸發(fā)一次，眼圖上增加了一個(gè)UI，每個(gè)UI的數(shù)據(jù)是相對(duì)于觸發(fā)點(diǎn)排列的，因此是“Single-Bit Eye”,每觸發(fā)一次眼圖上只增加了一個(gè)比特位。圖一形象表示了這種方法形成眼圖的過(guò)程。
圖一傳統(tǒng)眼圖測(cè)量方法的原理
傳統(tǒng)方法的第一個(gè)缺點(diǎn)就是效率太低。對(duì)于現(xiàn)在的高速信號(hào)如PCI-Express Gen2，PCI-SIG要求測(cè)量1百萬(wàn)個(gè)UI的眼圖，用傳統(tǒng)方法就需要觸發(fā)1百萬(wàn)次，這可能需要幾個(gè)小時(shí)才能測(cè)量完。第二個(gè)缺點(diǎn)是，由于每次觸發(fā)只能疊加一個(gè)UI,形成1百萬(wàn)個(gè)UI的眼圖就需要觸發(fā)1百萬(wàn)次，這樣不斷觸發(fā)的過(guò)程中必然將示波器本身的觸發(fā)抖動(dòng)也引入到了眼圖上。對(duì)于2.5GBbps以上的高速信號(hào)，這種觸發(fā)抖動(dòng)是不可忽略的。
如何同步觸發(fā)，也就是說(shuō)如何使每個(gè)UI的數(shù)據(jù)相對(duì)于觸發(fā)點(diǎn)排列？也有兩種方法，一種方法是在被測(cè)電路板上找到和串行數(shù)據(jù)同步的時(shí)鐘，將此時(shí)鐘引到示波器作為觸發(fā)源，時(shí)鐘的邊沿作為觸發(fā)的條件。另外一種方法是將被測(cè)的串行信號(hào)同時(shí)輸入到示波器的輸入通道和硬件時(shí)鐘恢復(fù)電路(CDR)通道，硬件CDR恢復(fù)出串行數(shù)據(jù)里內(nèi)嵌的時(shí)鐘作為觸發(fā)源。這種同步方法引入了CDR抖動(dòng)，這是傳統(tǒng)方法的第三個(gè)缺點(diǎn)。此外，硬件CDR只能偵測(cè)連續(xù)串行信號(hào)才能工作正常，如果被測(cè)信號(hào)不是連續(xù)的，譬如兩段連續(xù)比特位之間有一段低電平，硬件CDR就不能恢復(fù)出正確的時(shí)鐘。另外，傳統(tǒng)方法的工作原理決定了它不能對(duì)間歇性的串行信號(hào)做眼圖，不能對(duì)保存的波形做眼圖，不能對(duì)運(yùn)算后的波形做眼圖，這限制了應(yīng)用范圍。這是傳統(tǒng)方法的第四個(gè)缺點(diǎn)。
力科于2002年發(fā)明的現(xiàn)代方法形成眼圖的原理如圖二所示。示波器首先捕獲一組連續(xù)比特位的信號(hào)，然后用軟件PLL方法恢復(fù)出時(shí)鐘，最后利用恢復(fù)出的時(shí)鐘和捕獲到的信號(hào)按比特位切割，切割一次，疊加一次，最終將捕獲到的一組數(shù)據(jù)的每個(gè)比特位都疊加到了眼圖上。在力科的示波器中，恢復(fù)出的時(shí)鐘可以單獨(dú)輸出來(lái)另作它用。
軟件PLL方法恢復(fù)時(shí)鐘代替了傳統(tǒng)方法中的硬件CDR方法是一大進(jìn)步。我們需要對(duì)軟件PLL的工作原理深入理解。關(guān)于軟件PLL，我們將另文介紹。
如果一次捕獲了1百萬(wàn)UI的PCI-E Gen2的數(shù)據(jù)，那么用這種方法基于力科的第四代示波器可以在1-2秒內(nèi)形成眼圖，因此，這種方法形成眼圖的效率非常高，這是現(xiàn)代方法的第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。此外，該方法通過(guò)觸發(fā)一次捕獲的大量數(shù)據(jù)就能形成大量數(shù)據(jù)的眼圖，觸發(fā)抖動(dòng)約等于零，這是該方法的第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)。由于是用軟件PLL方法，因此時(shí)鐘恢復(fù)抖動(dòng)也為零，這是該方法的第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)。該方法可以對(duì)局部放大之后的波形做眼圖，可以對(duì)歷史保存的波形做眼圖，可以有一些高級(jí)眼圖分析功能，如眼圖失敗定位跟蹤功能，ISOBer功能等，這是該方法的第四個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
圖二現(xiàn)代眼圖測(cè)量方法的原理
圖三所示清楚表示了現(xiàn)代方法對(duì)于非連續(xù)性的信號(hào)做眼圖的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的方法無(wú)法分離出發(fā)射數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)，但用現(xiàn)代的方法則能隔離出發(fā)射和接收數(shù)據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用中這種非連續(xù)性的信號(hào)比較常見(jiàn)，如處于實(shí)際工作模式下的PON信號(hào)，就是突發(fā)的一幀一幀的數(shù)據(jù)。
圖三現(xiàn)代眼圖方法的優(yōu)勢(shì)——對(duì)局部放大之后的波形做眼圖
四、力科示波器在眼圖測(cè)量方面的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)
自2002年力科發(fā)明創(chuàng)新的眼圖測(cè)量方法以來(lái),力科一直在眼圖測(cè)量方面保持了絕對(duì)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。 力科的串行數(shù)據(jù)分析儀SDA系列成為測(cè)量眼圖的首選工具?，F(xiàn)在總結(jié)力科公司在眼圖測(cè)量方面的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)如下：
1，眼圖測(cè)量是衡量高速信號(hào)質(zhì)量的最常用方法。力科是業(yè)界最先采用軟件恢復(fù)時(shí)種的方法來(lái)形成眼圖的，而現(xiàn)在這種方法已成為眼圖測(cè)量的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。也就是說(shuō)，力科定義了眼圖測(cè)量的新標(biāo)準(zhǔn)。
前面已詳細(xì)比較了兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。下面這張圖片是用力科示波器和其它品牌示波器測(cè)試相同信號(hào)的對(duì)比。用傳統(tǒng)方法引入的觸發(fā)抖動(dòng)和CDR抖動(dòng)帶來(lái)了150ps的峰-峰值誤差,這是不能忽略的誤差。在力科的示波器中保留了用硬件時(shí)鐘形成圖的功能，但已幾乎沒(méi)有工程師再喜歡用這種傳統(tǒng)的方法了。
圖四 現(xiàn)代方法和傳統(tǒng)方法測(cè)量眼圖的差別
2,力科示波器的眼圖測(cè)量操作界面非常的簡(jiǎn)潔快速,而且不需要利用第三方面軟件，眼圖的測(cè)試結(jié)果顯示在示波器顯示界面上，不需要打開(kāi)第三個(gè)窗口。
在關(guān)于示波器的第三方調(diào)查報(bào)告中，易于操作常作為使用者對(duì)理想示波器的期待的首項(xiàng)。 “Although ease-of-use means different things to different people.”,但稍微有一點(diǎn)點(diǎn)公正之心的人都會(huì)同意這個(gè)結(jié)論：力科示波器的操作界面是最清晰簡(jiǎn)潔的，最容易上手的，眼圖測(cè)量更是最方便的。
圖五是力科SDA操作界面。 一級(jí)菜單，一目了然的操作步驟。第一步點(diǎn)擊選擇信號(hào)源，第二步選擇信號(hào)類(lèi)型，第三步查找比特率，第四步點(diǎn)擊眼圖出來(lái)了。如果PLL不是GoldenPLL，多一次點(diǎn)擊PLL設(shè)置的操作。 第一步、第二步、第三步在第一次進(jìn)入測(cè)試界面設(shè)置完成后，隨后不用再重復(fù)設(shè)置。所以在持續(xù)測(cè)試過(guò)程中，通常每次只需要點(diǎn)一鍵“Mask Tes”就產(chǎn)生了眼圖。更是可以在點(diǎn)擊“Summary”之后，同時(shí)產(chǎn)生了眼圖、浴盆曲線、抖動(dòng)趨勢(shì)圖、抖動(dòng)直方圖、各種抖動(dòng)測(cè)量參數(shù)等,如圖六所示。何其方便哉！
圖五 力科SDA眼圖測(cè)試操作步驟
在一次面對(duì)面的PK中，客戶(hù)要求同時(shí)測(cè)量眼圖和抖動(dòng)參數(shù)，我們一秒鐘操作完之后，大家開(kāi)始觀看T公司的AE在操作，只見(jiàn)鼠標(biāo)飛速點(diǎn)擊上百次，結(jié)果等了整整幾分鐘后還不見(jiàn)結(jié)果出來(lái)（也有可能那天是操作上出現(xiàn)了失誤）。一級(jí)又一級(jí)深埋的菜單，呼啦啦彈出一個(gè)又一個(gè)的窗口。圖七就是那次PK的時(shí)候D公司點(diǎn)擊上百次鼠標(biāo)之后的結(jié)果。但顯然和力科的圖片相比，缺少了抖動(dòng)測(cè)量參數(shù)。 這些參數(shù)去哪里了？為什么沒(méi)有顯示出來(lái)？因?yàn)镈公司的示波器測(cè)試眼圖的窗口和眼圖參數(shù)的窗口是兩個(gè)窗口，不能同時(shí)保存起來(lái)，除非是接上鍵盤(pán)按PrintScreen鍵。為了完成眼圖測(cè)量，D公司的示波器總共需要有四個(gè)窗口——操作設(shè)置窗口，眼圖結(jié)果顯示窗口，測(cè)量參數(shù)窗口，示波器自身的窗口。
評(píng)論