問題:

什么是眼圖？它用在什么場合？反映了波形的什么信息？NI相應的解決方案是怎樣的？

解答:

眼圖（Eye Diagram）可以顯示出數字信號的傳輸質量，經常用于需要對電子設備、芯片中串行數字信號或者高速數字信號進行測試及驗證的場合，歸根結底是對數字信號質量的一種快速而又非常直觀的觀測手段。消費電子中，芯片內部、芯片與芯片之間經常用到高速的信號傳輸，如果對應的信號質量不佳，將導致設備的不穩定、功能執行錯誤，甚至故障。眼圖反映的是數字信號受物理器件、信道的影響，工程師可以通過眼圖，迅速得到待測產品中信號的實測參數，并且可以預判在現場可能發生的問題。

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1?眼圖的形成

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?對于數字信號，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中組合，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。如圖1。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。

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? 圖1.?眼圖的形成

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2?眼圖中包含的信息

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??對于一幅真實的眼圖，如圖2，首先我們可以看出數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。

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? 圖2.?電平變換參數

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??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。如圖3，由于多次信號的疊加，眼圖的信號線變粗，出現模糊(Blur)的現象。所以眼圖也反映了信號的噪聲和抖動：在縱軸電壓軸上，體現為電壓的噪聲(Voltage Noise)；在橫軸時間軸上，體現為時域的抖動(Jitter)。

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖3.?噪聲和抖動

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??由于噪聲和抖動，眼圖上的空白區域變小。如圖4，在除去抖動和噪聲的基礎上，眼圖上空白的區域在橫軸上的距離稱為眼寬(Eye Width)，在眼圖上疊加的數據足夠多時，眼寬很好的反映了傳輸線上信號的穩定時間；同理，眼圖上空白的區域在縱軸上的距離稱為眼高(Eye Height)，在眼圖上疊加的數據足夠多時，眼高很好的反映了傳輸線上信號的噪聲容限，同時，眼圖中眼高最大的地方，即為最佳判決時刻。

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖4.?眼高和眼寬

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??數字信號在采樣前后，需要有一定的建立時間(Setup Time)和保持時間(Hold Time)，數字信號在這一段時間內應保持穩定，才能保證正確采樣，如圖5.1中藍色部分。而對于輸入電平的判決，需要高電平的電壓值高于輸入高電平VIH，低電平的電壓值地與輸入低電平VIL，如圖5.1中的綠色部分。所以，我們可以得知最早的采樣時刻和最晚的采樣時刻如圖5.1和5.2所示。

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖5.1采樣和判決a

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖5.2采樣和判決b

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??在最佳采樣時刻，采樣的誤碼率是最低的，而隨著采樣時刻向時間軸兩側的移動，誤碼率不斷增大，如圖6所示。所以工程上也經常畫出信號采樣周期內誤碼率的變化曲線，稱為澡盆曲線(Bathtub Curve)。

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖6. Bathtub Curve

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??在實際測試時，為了提高測試效率，經常使用到的方法是Mask Testing。即根據信號傳輸的需求，在眼圖上規定一個區域（如圖7中的菱形區域），要求左右的信號全部出現在這個區域之外，一旦菱形區域內有出現信號，則宣布測試未通過。

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