PCB設(shè)計(jì)中眼圖到底有什么用？

眼圖，是由于示波器的余輝作用，將掃描所得的每一個(gè)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(hào)質(zhì)量。

眼圖的定義眼圖是指利用實(shí)驗(yàn)的方法估計(jì)和改善(通過調(diào)整)傳輸系統(tǒng)性能時(shí)在示波器上觀察到的一種圖形。觀察眼圖的方法是:用一個(gè)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(shí)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?dāng)_和噪聲的影響，從而估計(jì)系統(tǒng)優(yōu)劣程度。另外也可以用此圖形對(duì)接收濾波器的特性加以調(diào)整，以減小碼間串?dāng)_和改善系統(tǒng)的傳輸性能。

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眼圖的形成

對(duì)于數(shù)字信號(hào)，其高電平與低電平的變化可以有多種序列組合。以3個(gè)bit為例，可以有000-111共8中組合，在時(shí)域上將足夠多的上述序列按某一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)齊，然后將其波形疊加起來，就形成了眼圖。如下圖。對(duì)于測(cè)試儀器而言，首先從待測(cè)信號(hào)中恢復(fù)出信號(hào)的時(shí)鐘信號(hào)，然后按照時(shí)鐘基準(zhǔn)來疊加出眼圖，最終予以顯示。

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眼圖中包含的信息

對(duì)于一幅真實(shí)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(shí)間(Rise Time)、下降時(shí)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(shù)。

上升時(shí)間(Rise Time)：脈沖信號(hào)的上升時(shí)間是指脈沖瞬時(shí)值最初到達(dá)規(guī)定下限和規(guī)定上限的兩瞬時(shí)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(shí)間(Fall Time)：脈沖信號(hào)的下降時(shí)間是指從脈沖峰值幅度的90%下降到10%所經(jīng)歷的時(shí)間間隔。

上沖(Overshoot)也叫過沖就是第一個(gè)峰值或谷值超過設(shè)定電壓，主要表現(xiàn)為一個(gè)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(gè)谷值或峰值。過分的過沖能夠引起保護(hù)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(shí)鐘或數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。

門限電平(Threshold/Crossing Percent)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(jī)所能達(dá)到的最低接收電平；

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如何根據(jù)眼圖情況分辨信號(hào)質(zhì)量

信號(hào)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(shí)刻。由于多次信號(hào)的疊加，眼圖的信號(hào)線變粗，出現(xiàn)模糊(Blur)的現(xiàn)象。所以眼圖也反映了信號(hào)的噪聲和抖動(dòng)：在縱軸電壓軸上，體現(xiàn)為電壓的噪聲(Voltage Noise)；在橫軸時(shí)間軸上，體現(xiàn)為時(shí)域的抖動(dòng)(Jitter)。如下圖示。

當(dāng)存在噪聲時(shí)，噪聲將疊加在信號(hào)上，觀察到的眼圖的線跡會(huì)變得模糊不清。若同時(shí)存在碼間串?dāng)_ ， “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(hào)質(zhì)量越好。做信號(hào)仿真可以獲取眼圖情況，然后根據(jù)眼圖情況判斷信號(hào)的質(zhì)量，如果眼圖情況不好，可以調(diào)整硬件設(shè)計(jì)或者PCB設(shè)計(jì)，使眼圖眼高變高，保證生產(chǎn)出的產(chǎn)品信號(hào)質(zhì)量。

學(xué)習(xí)了這些知識(shí)是不是對(duì)PCB上的眼圖有了更深層次的了解呢，趕緊應(yīng)用到您自己的項(xiàng)目當(dāng)中去吧！