傳統(tǒng)眼圖參數(shù)測量的局限

眼圖參數(shù)測量，特別是眼高和眼寬，經(jīng)常造成工程師的困惑，針對眼高眼寬以及其他像1電平、0電平等眼圖測量參數(shù)的算法并不是通用的。因為他們是假設(shè)眼圖垂直片段上的電壓分布是很好的擬合高斯分布的。

對于光信號，這是一個很好的假設(shè)，實際上，眼圖參數(shù)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，通過電路板和高速互聯(lián)傳輸?shù)拇行盘柕难蹐D片段通常不是高斯分布的。這樣測試出來的眼高眼寬結(jié)果可能不是正確的。

眼圖參數(shù)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，這種算法可以得到比較準確的結(jié)果。光眼圖來自通過光纖路徑傳輸?shù)墓庑盘?，進入示波器后，光信號會被轉(zhuǎn)換成電信號。但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。

與之相對應(yīng)的是，受到頻率相關(guān)損耗導致的ISI影響的信號形成的眼圖，一般高低電平不是很清晰，在這種狀況下，眼高和眼寬會返回不準確的結(jié)果。

受ISI影響的眼圖

下圖是受通道損耗ISI影響的眼圖，信號是PRBS11，8Gbps NRZ碼型，信號源的幅度設(shè)置為+/-300mv。示波器測量的是經(jīng)過電路板上11英寸走線的信號，信號通過通道后，信號幅度衰減為大約+/-250mv。這種衰減對于信號中的高頻和低頻分量是不一致的，這才是ISI導致問題的根源。

下圖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(cè)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(shù)是一個錯誤的結(jié)果。

為了進一步說明ISI對眼圖的影響，下圖模擬的是一個帶有ISI但沒有其他抖動影響的PRBS5信號的眼圖，可以很容易觀察到受ISI影響的穿過眼圖的不同信號軌跡，相應(yīng)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。

傳統(tǒng)眼高算法和受ISI影響眼圖的估算

傳統(tǒng)眼高算法如下所示，該算法通過尋找高低電平直方圖的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

當直方圖不能產(chǎn)生準確的1和0水平，或者當3sigma不是正確的度量推算分布到眼圖中心,該算法將不能得到正確的計算結(jié)果。

對于第一個圖中的眼圖：

OneLevel = 188.2mV(如眼圖1電平參數(shù)所示) ZeroLevel = -188.1mV(如眼圖0電平參數(shù)所示)

σ, OneLevel = 55.2mV (右側(cè)直方圖的標準偏差)

σ, ZeroLevel = 55.1mV(左側(cè)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(fā)現(xiàn)上述公式會導致一個不準確的結(jié)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(fā)現(xiàn)1 sigma= 55mV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(shù)值和圖片中眼圖參數(shù)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(jié)果。我們所得的結(jié)論就是傳統(tǒng)的眼高算法是有缺陷的，不應(yīng)該被用來確定受ISI影響的眼圖的張開度。

因此，“正確的”眼高是多大？

現(xiàn)在我們看到不能用傳統(tǒng)眼高參數(shù)來描述眼圖張開度，我們重現(xiàn)回到計算公式上，下圖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(fù)、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用來計算眼圖的UI數(shù)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(shù)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(shù)據(jù)來形成眼圖。

力科解決方法

針對受ISI抖動影響的眼圖參數(shù)的計算，我們提供兩種解決方法

1. SDAIII串行信號分析軟件提供Optical和Observed計算方法

Observed計算方法利用形成眼圖的實際跡線來計算眼高，和用游標測試的基本一致，但要注意，這個測試結(jié)果和形成眼圖的UI數(shù)量緊密相關(guān)。

2. 噪聲分析軟件包中的EH@ BER

通常，我們嘗試理解眼圖閉合度和誤碼率的函數(shù)關(guān)系，這個問題在抖動分析領(lǐng)域已經(jīng)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。

力科SDAIII-CompleteLinQ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。這個測量是在眼圖設(shè)置中的Sample Phase中完成的。下圖顯示眼高測量值是：220.8mv，這是推算到的在10E-12誤碼率的眼張開度，EH@ BER測量返回一個很好的眼張開度估算值，它使用了隨機噪聲的推算，不受ISI在總體直方圖上的影響。

關(guān)于力科力科（Teledyne Lecroy）是高端示波器、協(xié)議分析儀和其他測試儀器的領(lǐng)先制造商，可快速全面地驗證電子系統(tǒng)的性能和合規(guī)性，并進行復(fù)雜的調(diào)試分析。

1964 年成立以來，公司一直專注于將強大的工具整合到創(chuàng)新產(chǎn)品中，以提高“洞察時間”。更快的洞察時間使用戶能夠快速查找和修復(fù)復(fù)雜電子系統(tǒng)中的缺陷，從而顯著縮短產(chǎn)品的上市時間。

審核編輯：湯梓紅