眼圖參數(shù)測(cè)量，特別是眼高和眼寬，經(jīng)常造成工程師的困惑，針對(duì)眼高眼寬以及其他像1電平、0電平等眼圖測(cè)量參數(shù)的算法并不是通用的。因?yàn)樗麄兪羌僭O(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(duì)于光信號(hào)，這是一個(gè)很好的假設(shè)，實(shí)際上，眼圖參數(shù)最初就是定義用在光信號(hào)上的，沒(méi)有考慮ISI等信號(hào)完整性的影響，通過(guò)電路板和高速互聯(lián)傳輸?shù)拇行盘?hào)的眼圖片段通常不是高斯分布的。這樣測(cè)試出來(lái)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(lái)定義眼高和眼寬。描述光信號(hào)眼圖時(shí)，這種算法可以得到比較準(zhǔn)確的結(jié)果。光眼圖來(lái)自通過(guò)光纖路徑傳輸?shù)墓庑盘?hào)，進(jìn)入示波器后，光信號(hào)會(huì)被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。但是眼圖不會(huì)受到信號(hào)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(duì)應(yīng)的是，受到頻率相關(guān)損耗導(dǎo)致的ISI影響的信號(hào)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(huì)返回不準(zhǔn)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(hào)是PRBS11，8Gbps NRZ碼型，信號(hào)源的幅度設(shè)置為+/-300mv。示波器測(cè)量的是經(jīng)過(guò)電路板上11英寸走線的信號(hào)，信號(hào)通過(guò)通道后，信號(hào)幅度衰減為大約+/-250mv。這種衰減對(duì)于信號(hào)中的高頻和低頻分量是不一致的，這才是ISI導(dǎo)致問(wèn)題的根源。

下圖右測(cè)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(cè)的直方圖是1電平的分布狀況，兩個(gè)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(jì)算出來(lái)的眼高參數(shù)是一個(gè)錯(cuò)誤的結(jié)果。

為了進(jìn)一步說(shuō)明ISI對(duì)眼圖的影響，下圖模擬的是一個(gè)帶有ISI但沒(méi)有其他抖動(dòng)影響的PRBS5信號(hào)的眼圖，可以很容易觀察到受ISI影響的穿過(guò)眼圖的不同信號(hào)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(gè)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(guò)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(dāng)直方圖不能產(chǎn)生準(zhǔn)確的1和0水平，或者當(dāng)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(jì)算結(jié)果。

對(duì)于第一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)偏差)

σ, ZeroLevel = 55.1mV(左側(cè)直方圖的標(biāo)準(zhǔn)偏差)

對(duì)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(huì)導(dǎo)致一個(gè)不準(zhǔn)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(jì)算中確定Sigma使用不同的分級(jí)造成的，是可以忽略的】我們得到一個(gè)對(duì)描述眼張開(kāi)度沒(méi)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(lái)確定受ISI影響的眼圖的張開(kāi)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(lái)描述眼圖張開(kāi)度，我們重現(xiàn)回到計(jì)算公式上，下圖顯示用光標(biāo)量到的眼張開(kāi)度是157mv，但是這個(gè)值是使用主觀性很強(qiáng)的光標(biāo)測(cè)量到的，而不是來(lái)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(huì)隨著用來(lái)計(jì)算眼圖的UI數(shù)量的增加而增加，因?yàn)殡S機(jī)抖動(dòng)是無(wú)邊界的，會(huì)影響眼圖的張開(kāi)度。當(dāng)用來(lái)計(jì)算眼圖的UI數(shù)量增大1000倍時(shí)，上圖中選擇的光標(biāo)位置就會(huì)不同。所以在做眼張開(kāi)度測(cè)量時(shí)，工程師必須考慮采集多少數(shù)據(jù)來(lái)形成眼圖。

力科解決方法

針對(duì)受ISI抖動(dòng)影響的眼圖參數(shù)的計(jì)算，我們提供兩種解決方法

1. SDAIII串行信號(hào)分析軟件提供Optical和Observed計(jì)算方法

Observed計(jì)算方法利用形成眼圖的實(shí)際跡線來(lái)計(jì)算眼高，和用游標(biāo)測(cè)試的基本一致，但要注意，這個(gè)測(cè)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?yán)斫庋蹐D閉合度和誤碼率的函數(shù)關(guān)系，這個(gè)問(wèn)題在抖動(dòng)分析領(lǐng)域已經(jīng)得到解答，常用的雙狄拉克模型被用來(lái)外推特定的誤碼率下的抖動(dòng)，像10E-12。在描述眼高時(shí)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(cè)量能力。這個(gè)測(cè)試就是上面提到的：通過(guò)外推隨機(jī)噪聲到工程師選定的誤碼率，來(lái)測(cè)量眼圖的張開(kāi)度。這個(gè)測(cè)量是在眼圖設(shè)置中的Sample Phase中完成的。下圖顯示眼高測(cè)量值是：220.8mv，這是推算到的在10E-12誤碼率的眼張開(kāi)度，EH@ BER測(cè)量返回一個(gè)很好的眼張開(kāi)度估算值，它使用了隨機(jī)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(cè)試儀器的領(lǐng)先制造商，可快速全面地驗(yàn)證電子系統(tǒng)的性能和合規(guī)性，并進(jìn)行復(fù)雜的調(diào)試分析。

1964 年成立以來(lái)，公司一直專注于將強(qiáng)大的工具整合到創(chuàng)新產(chǎn)品中，以提高“洞察時(shí)間”。更快的洞察時(shí)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(shí)間。

審核編輯：湯梓紅