信号完整性分析基础系列之二--关于眼图测量(下)

2015-07-01 12:16:58   来源:ednchina   

关键字: 信号完整性  眼图测量

三、眼图测量方法
     之前谈到,眼图测量方法有两种:2002年以前的传统眼图测量方法和2002年之后力科发明的现代眼图测量方法。传统眼图测量方法可以用两个英文关键词来表示:“Triggered Eye”和“Single-Bit Eye”。  现代眼图测量方法用另外两个英文关键词来表示:“Continuous-Bit Eye ”和“Single-Shot Eye”。 传统眼图测量方法用中文来理解是八个字:“同步触发+叠加显示”,现代眼图测量方法用中文来理解也是八个字:“同步切割+叠加显示”。 两种方法的差别就四个字:传统的是用触发的方法,现代的是用切割的方法。“同步”是准确测量眼图的关键,传统方法和现代方法同步的方法是不一样的。“叠加显示” 就是用模拟余辉的方法不断累积显示。
    传统的眼图方法就是同步触发一次,然后叠加一次。每触发一次,眼图上增加了一个UI,每个UI的数据是相对于触发点排列的,因此是“Single-Bit Eye”,每触发一次眼图上只增加了一个比特位。图一形象表示了这种方法形成眼图的过程。    
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          图一 传统眼图测量方法的原理
    传统方法的第一个缺点就是效率太低。对于现在的高速信号如PCI-Express Gen2,PCI-SIG要求测量1百万个UI的眼图,用传统方法就需要触发1百万次,这可能需要几个小时才能测量完。第二个缺点是,由于每次触发只能叠加一个UI,形成1百万个UI的眼图就需要触发1百万次,这样不断触发的过程中必然将示波器本身的触发抖动也引入到了眼图上。对于2.5GBbps以上的高速信号,这种触发抖动是不可忽略的。
    如何同步触发,也就是说如何使每个UI的数据相对于触发点排列?也有两种方法,一种方法是在被测电路板上找到和串行数据同步的时钟,将此时钟引到示波器作为触发源,时钟的边沿作为触发的条件。另外一种方法是将被测的串行信号同时输入到示波器的输入通道和硬件时钟恢复电路(CDR)通道,硬件CDR恢复出串行数据里内嵌的时钟作为触发源。 这种同步方法引入了CDR抖动,这是传统方法的第三个缺点。 此外,硬件CDR只能侦测连续串行信号才能工作正常,如果被测信号不是连续的,譬如两段连续比特位之间有一段低电平,硬件CDR就不能恢复出正确的时钟。另外,传统方法的工作原理决定了它不能对间歇性的串行信号做眼图,不能对保存的波形做眼图,不能对运算后的波形做眼图,这限制了应用范围。 这是传统方法的第四个缺点。
    力科于2002年发明的现代方法形成眼图的原理如图二所示。 示波器首先捕获一组连续比特位的信号,然后用软件PLL方法恢复出时钟,最后利用恢复出的时钟和捕获到的信号按比特位切割,切割一次,叠加一次,最终将捕获到的一组数据的每个比特位都叠加到了眼图上。在力科的示波器中,恢复出的时钟可以单独输出来另作它用。
    软件PLL方法恢复时钟代替了传统方法中的硬件CDR方法是一大进步。我们需要对软件PLL的工作原理深入理解。关于软件PLL,我们将另文介绍。 
       如果一次捕获了1百万UI的PCI-E Gen2的数据,那么用这种方法基于力科的第四代示波器可以在1-2秒内形成眼图,因此,这种方法形成眼图的效率非常高,这是现代方法的第一个优点。此外,该方法通过触发一次捕获的大量数据就能形成大量数据的眼图,触发抖动约等于零,这是该方法的第二个优点。由于是用软件PLL方法,因此时钟恢复抖动也为零,这是该方法的第三个优点。该方法可以对局部放大之后的波形做眼图,可以对历史保存的波形做眼图,可以有一些高级眼图分析功能,如眼图失败定位跟踪功能,ISOBer功能等,这是该方法的第四个优点。   
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           图二 现代眼图测量方法的原理  
    图三所示清楚表示了现代方法对于非连续性的信号做眼图的优势。传统的方法无法分离出发射数据和接收数据,但用现代的方法则能隔离出发射和接收数据。 在实际应用中这种非连续性的信号比较常见,如处于实际工作模式下的PON信号,就是突发的一帧一帧的数据。   
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         图三  现代眼图方法的优势——对局部放大之后的波形做眼图

   四、力科示波器在眼图测量方面的特点和优势
     自2002年力科发明创新的眼图测量方法以来,力科一直在眼图测量方面保持了绝对领先优势。 力科的串行数据分析仪SDA系列成为测量眼图的首选工具。现在总结力科公司在眼图测量方面的特点和优势如下:   
   1,眼图测量是衡量高速信号质量的最常用方法。力科是业界最先采用软件恢复时种的方法来形成眼图的,而现在这种方法已成为眼图测量的行业标准。也就是说,力科定义了眼图测量的新标准。
    前面已详细比较了两种方法的优缺点。下面这张图片是用力科示波器和其它品牌示波器测试相同信号的对比。用传统方法引入的触发抖动和CDR抖动带来了150ps的峰-峰值误差,这是不能忽略的误差。在力科的示波器中保留了用硬件时钟形成图的功能,但已几乎没有工程师再喜欢用这种传统的方法了。    
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        图四 现代方法和传统方法测量眼图的差别  
  2,力科示波器的眼图测量操作界面非常的简洁快速, 而且不需要利用第三方面软件,眼图的测试结果显示在示波器显示界面上,不需要打开第三个窗口。
     在关于示波器的第三方调查报告中,易于操作常作为使用者对理想示波器的期待的首项。 “Although ease-of-use means different things to different people.”,但稍微有一点点公正之心的人都会同意这个结论:力科示波器的操作界面是最清晰简洁的,最容易上手的,眼图测量更是最方便的。
     图五是力科SDA操作界面。  一级菜单,一目了然的操作步骤。第一步点击选择信号源,第二步选择信号类型,第三步查找比特率,第四步点击眼图出来了。如果PLL不是Golden PLL,多一次点击PLL设置的操作。 第一步、第二步、第三步在第一次进入测试界面设置完成后,随后不用再重复设置。所以在持续测试过程中,通常每次只需要点一键“Mask Tes”就产生了眼图。更是可以在点击“Summary”之后,同时产生了眼图、浴盆曲线、抖动趋势图、抖动直方图、各种抖动测量参数等,如图六所示。何其方便哉!         
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        图五 力科SDA 眼图测试操作步骤 
    在一次面对面的PK中,客户要求同时测量眼图和抖动参数,我们一秒钟操作完之后,大家开始观看T公司的AE在操作,只见鼠标飞速点击上百次,结果等了整整几分钟后还不见结果出来(也有可能那天是操作上出现了失误)。 一级又一级深埋的菜单,呼啦啦弹出一个又一个的窗口。图七就是那次PK的时候D公司点击上百次鼠标之后的结果。但显然和力科的图片相比,缺少了抖动测量参数。 这些参数去哪里了?为什么没有显示出来?因为D公司的示波器测试眼图的窗口和眼图参数的窗口是两个窗口,不能同时保存起来,除非是接上键盘按PrintScreen键。 为了完成眼图测量,D公司的示波器总共需要有四个窗口——操作设置窗口,眼图结果显示窗口,测量参数窗口,示波器自身的窗口。
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编辑:什么鱼
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