理解傳統眼圖參數測量的局限
發布時間：2014-12-16 14:58
發布者：designapp
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引論 眼圖參數，特別是眼高和眼寬，經常造成工程師的困惑，針對眼高眼寬以及其他像1電平、0電平等眼圖參數的算法并不是通用的，因為他們假設眼圖垂直片段上的電壓分布很好的擬合高斯分布。對于光信號，這是一個很好的假設。實際上，眼圖參數最初就是定義用在光信號上的，沒有考慮ISI等信號完整性的影響，通過電路板和互聯器件傳輸的串行信號的眼圖片段通常不是高斯分布的。這樣測試出來的眼高眼寬的結果可能不會返回正確的結果，這篇文章針對眼高測量，討論為什么會發生這種狀況，并且給讀者避免這種狀況的建議，相似的分析適用于眼寬，但是不在這篇文章中討論。 眼圖參數的算法基于高斯模型，使用眼圖中心的3sigma來定義眼高和眼寬。描述光信號眼圖時，這種算法工作的很好。光眼圖來自通過光纖路徑傳輸光信號。當然，當進入示波器時，光信號會被轉換成電信號。但是預期是眼圖不會受到信號完整性的影響。這些眼圖一般都很干凈，有很清晰的高低電平。相對應的是，受到頻率相關損耗導致的ISI影響的信號形成的眼圖，在這種狀況下，眼高和眼寬會返回不準確的結果。TeledyneLecroy，Agilent，Tektronix都使用相同的3sigma推算算法，這種技術會在后面做詳細描述。 【分頁導航】 第1頁：引論 第2頁：受ISI影響的眼圖例子 第3頁：傳統眼高算法和受ISI影響眼圖的估算 第4頁：噪聲分析軟件包 受ISI影響的眼圖例子 下圖1顯示的是受通道中的ISI影響的眼圖，這個信號完整性影響導致信號會根據歷史bit位有不同的信號軌跡，這個信號是PRBS11，8Gbps NRZ碼型。信號源的幅度設置為+/-300mv，示波器測量的是經過過電路板上11英寸走線的信號。信號通過通道后，信號幅度衰減減為大約+/-250mv，但是由于歷史bit位的不同，0電平和1電平電壓差異很大，這種特性是問題的根源。 圖1右測的直方圖顯示的是眼圖中間20%垂直片段的電壓的分布狀況。左側的直方圖是0電平的分布狀況，右測的直方圖是1電平的分布狀況，兩個直方圖都不是單高斯分布，由于分布狀況不擬合高斯模型，計算出來的眼高參數返回的是一個錯誤的結果。 為了進一步說明ISI對眼圖的影響，圖2顯示的是一個帶有ISI但沒有抖動的模擬PRBS5信號的的眼圖，由ISI導致的穿過眼圖不同的信號軌跡可以很容易的觀察到。相應的直方圖清楚的顯示垂直片段電壓的分布不是一個高斯分布。 【分頁導航】 第1頁：引論 第2頁：受ISI影響的眼圖例子 第3頁：傳統眼高算法和受ISI影響眼圖的估算 第4頁：噪聲分析軟件包 傳統眼高算法和受ISI影響眼圖的估算 傳統眼高算法如下所示，該算法通過尋找高低電平直方圖平均值確定高低電平，并使用他們的3sigma電壓確定眼高。 EyeHeight=OneLevel–ZeroLevel–3σOneLevel–3σZeroLevel 當直方圖產生不準確的1和0水平，或當3sigma不是正確的度量推算分布到眼圖中心,該算法將失敗。 對于圖1中的眼圖 OneLevel=188.2mV(如眼圖1電平參數所示) ZeroLevel=-188.1mV(如眼圖0電平參數所示) σ,OneLevel=55.2mV(右側直方圖的標準偏差) σ,ZeroLevel=55.1mV(左側直方圖的標準偏差) 對比眼圖電平，檢查公式中的值，可以很快發現上述公式會導致一個不準確的結果，眼圖外邊緣的1電平值與0電平值與+/-300mV差異很大.而且從圖中可以明顯發現1sigma55mV是不合理的。 由此推算得到的眼高如下： EyeHeight(mV)=188.2-(-188.1)-3*55.1-3*55.2=45.4mV （上面數值和圖片中眼圖參數表中的值（43.9mv）之間的差異是由于眼高計算中確定Sigma使用不同的分級造成的，是可以忽略的），我們得到一個對描述眼張開度沒有幫助的結果。我們所得的結論就是傳統的眼高算法是有缺陷的,不應該被用來確定受ISI影響的電眼圖的張開度。 【分頁導航】 第1頁：引論 第2頁：受ISI影響的眼圖例子 第3頁：傳統眼高算法和受ISI影響眼圖的估算 第4頁：噪聲分析軟件包 因此，“正確的”眼高是多大？ 現在我們看到不能用傳統眼高參數來描述眼圖張開度，我們重現回到計算公式上，圖3顯示用光標量到的眼張開度是157mv，但是這個值是使用主觀性很強的光標測量到的，而不是來自重復、客觀的算法。 考慮正確的眼高是多少，必須注意到眼圖閉合度會隨著你用來計算眼圖的UI數量的增加而增加。因為隨機抖動是無邊界的，會影響眼圖的張開度。當用來計算眼圖的UI數量增大1000倍時，上圖中選擇的光標位置就會不同。所以在做眼張開度測量時，工程師必須考慮采集多少數據來形成眼圖。通常，我們嘗試理解眼圖閉合度和誤碼率的函數關系。這個問題在抖動分析領域已經得到解答，常用的雙狄拉克模型被用來外推特定的誤碼率下的抖動，像10E-12。在描述眼高時也需要相似的方法，下面我們介紹這樣一個方法。 噪聲分析軟件包中的EH BER就是答案 力科SDAIII-Complete LinQ噪聲分析軟件包中包含EH BER測量能力。這個測試就是上面提到的：通過外推隨機噪聲到工程師選定的誤碼率，來測量眼圖的張開度。這個測量的是在眼圖設置中的Sample Phase中完成的。圖4顯示這個值是：121.6mv。這是推算到的在10E-12誤碼率的眼張開度，我們可以看到使用像上面圖3中的光標明顯高估了在10E-12誤碼率下的眼張開度。用光標測量的值對應的是誤碼率10E-5下的眼張開度。使用光標的測量值看起來很合理，但是推算在更大數據量像10E12時的眼圖張開度時，使用光標就無法做到了。 【分頁導航】 第1頁：引論 第2頁：受ISI影響的眼圖例子 第3頁：傳統眼高算法和受ISI影響眼圖的估算 第4頁：噪聲分析軟件包 |
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