眼圖和均衡的高速信號設計

01 眼圖

眼圖是一系列數(shù)字信號波形積累而形成的圖形，通過眼圖可以獲得碼間串擾和噪聲等。通常眼圖顯示兩個碼元的位寬。通過眼圖可以直觀地判斷傳輸性能的好壞。

信號電平電壓、上升沿等等不可能每一次都一致，因此很多次信號的疊加會導致眼圖信號變粗，出現(xiàn)模糊。

在電壓信號上的模糊表現(xiàn)為噪聲，在時間上的模糊表現(xiàn)為抖動，空白區(qū)域表示眼高和眼寬，眼圖交叉點反應信號占空比的大小。

器件的抖動輸出主要有兩個來源，分別是隨機性抖動（RJ）和固定抖動（DJ）。DJ的來源包括占空比失真、碼間干擾、串擾、周期抖動，也是我們主要重點去解決的問題。

02 誤碼率

誤碼率簡稱 BER ，是衡量系統(tǒng)功能的最終尺度，通常要求小于10E-12。

造成誤碼原因主要有：時序抖動使得實際邊沿跳變早于或晚于理想位置到達，振幅噪聲使得高電平低于閾值或者低電平高于閾值。

常用的誤碼率計算方式：瞬態(tài)、bit by bit、統(tǒng)計，統(tǒng)計方式最常用，通過軟件推導而來。

眼圖中空白區(qū)域表示誤碼率在10E-6以下，通過測量可以獲得浴盆曲線。常用浴盆曲線直觀地觀察BER。

浴盆曲線會有兩個，分別是時間浴盆曲線和電壓浴盆曲線。分別表示不同時間和不同電壓下進行判決時的誤碼率。

03 編碼方式和AC耦合

常見編碼方式：4B/5B、8B/10B、64B/66B、128B/130B、128B/132B等等，編碼方式不同帶來的效率也不同。PCIE2編碼為8B/10B，PCIE3編碼為128B/130B。

因為線路中存在AC耦合電容，當信號中出現(xiàn)連0或連1時，電容阻抗增大，就會導致該序列信號質量問題，可能影響信號判別。對信號進行編碼，避免某個碼型長時間出現(xiàn)，可以使得信號持續(xù)工作在高頻，低損耗通過電容。

AC耦合電容主要作阻斷直流，改善鏈路噪聲。同時也可以用于過壓保護。

容值通常取10-200nF，過小的電容會導致信號畸變。電容過大容易使得在較低的頻率即呈現(xiàn)感性，過多衰減高頻信號。

理想的電容可以放在線路中的任何位置，對信號的影響是一致的。

A、實際上電容的安裝會引入寄生參數(shù)，同時帶來阻抗不連續(xù)。考慮傳輸線會引入的多種干擾，因此建議將AC耦合電容放置在接收端處。以反射為例，此時信號經(jīng)過傳輸線的衰減，同等反射系數(shù)下帶來的反射量更低。

B、如果存在連接器，耦合電容應該靠近連接器放置，此時可以提供過壓保護，并使得阻抗不連續(xù)的區(qū)域集中。

C、AC耦合電容盡量選擇小封裝，以減小阻抗不連續(xù)區(qū)域的大小，同時可以適當掏空電容底部的銅平面，采用隔層參考等減小阻抗的變化量。