干貨分享 | PCB設(shè)計中的眼圖都懂了？

眼圖，是由于示波器的余輝作用，將掃描所得的每一個碼元波形重疊在一起，從而形成眼圖。

本文將帶領(lǐng)大家了解PCB上的眼圖是什么，眼圖是怎樣形成的，眼圖中包含有哪些信息，如何根據(jù)眼圖情況分辨信號質(zhì)量。

想看懂示波器眼圖需要掌握以下4點：

一、什么是眼圖？

眼圖是一系列數(shù)字信號在示波器上累積而顯示的圖形，它包含了豐富的信息，從眼圖上可以觀察出碼間串擾和噪聲的影響，體現(xiàn)了數(shù)字信號整體的特征，從而估計系統(tǒng)優(yōu)劣程度，因而眼圖分析是高速互連系統(tǒng)信號完整性分析的核心。

另外也可以用此圖形對接收濾波器的特性加以調(diào)整，以減小碼間串擾，改善系統(tǒng)的傳輸性能。

用一個示波器跨接在接收濾波器的輸出端，然后調(diào)整示波器掃描周期，使示波器水平掃描周期與接收碼元的周期同步，這時示波器屏幕上看到的圖形就稱為眼圖。

示波器一般測量的信號是一些位或某一段時間的波形，更多的反映的是細節(jié)信息，而眼圖則反映的是鏈路上傳輸?shù)乃袛?shù)字信號的整體特征。

觀察眼圖的方法是:用一個示波器跨接在接收濾波器的輸出端，然后調(diào)整示波器掃描周期，使示波器水平掃描周期與接收碼元的周期同步，這時示波器屏幕上看到的圖形像人的眼睛，故稱為“眼圖”。

從“眼圖”上可以觀察出碼間串擾和噪聲的影響，從而估計系統(tǒng)優(yōu)劣程度。另外也可以用此圖形對接收濾波器的特性加以調(diào)整，以減小碼間串擾和改善系統(tǒng)的傳輸性能。

二、眼圖是怎么形成的？

對于數(shù)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。

如下圖。對于測試儀器而言，首先從待測信號中恢復(fù)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。

三、眼圖中包含的信息有哪些？

對于一幅真實的眼圖，如下圖，首先我們可以看出數(shù)字波形的平均上升時間(RiseTime)、下降時間(FallTime)、上沖(Overshoot)、下沖(Undershoot)、門限電平(Threshold/CrossingPercent)等基本的電平變換的參數(shù)。

上升時間(RiseTime)：脈沖信號的上升時間是指脈沖瞬時值最初到達規(guī)定下限和規(guī)定上限的兩瞬時之間的間隔。除另有規(guī)定之外,下限和上限分別定為脈沖峰值幅度的10%和90%。

下降時間(FallTime)：脈沖信號的下降時間是指從脈沖峰值幅度的90%下降到10%所經(jīng)歷的時間間隔。

上沖(Overshoot)：也叫過沖就是第一個峰值或谷值超過設(shè)定電壓，主要表現(xiàn)為一個尖端脈沖，并且能導(dǎo)致電路元器件的失效。

下沖(Undershoot)：是指下一個谷值或峰值。過分的過沖能夠引起保護二極管工作,導(dǎo)致過早地失效。過分的下沖能夠引起假的時鐘或數(shù)據(jù)錯誤。

門限電平(Threshold/CrossingPercent)：是指在系統(tǒng)傳輸特性劣于某一特定誤碼率的情況下，收信機所能達到的最低接收電平。

四、如何根據(jù)眼圖情況分辨信號質(zhì)量

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。由于多次信號的疊加，眼圖的信號線變粗，出現(xiàn)模糊(Blur)的現(xiàn)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(xiàn)為電壓的噪聲(VoltageNoise)；在橫軸時間軸上，體現(xiàn)為時域的抖動(Jitter)。如下圖所示。

當存在噪聲時，噪聲將疊加在信號上，觀察到的眼圖的線跡會變得模糊不清。若同時存在碼間串擾，“眼睛”將張開得更小。一般眼圖的眼睛睜得越大，眼圖眼高越高，代表信號質(zhì)量越好。

做信號仿真可以獲取眼圖情況，然后根據(jù)眼圖情況判斷信號的質(zhì)量，如果眼圖情況不好，可以調(diào)整硬件設(shè)計或者PCB設(shè)計，使眼圖眼高變高，保證生產(chǎn)出的產(chǎn)品信號質(zhì)量。