抖动和眼图分析工具
jitter抖动（相位噪声）的概念及其测量方法（EyeDiagram）
抖动的概念及其测量方法摘要：在数字通信系统，特别是同步系统中，随着系统时钟频率的不断提高，时间抖动成为影响通信质量的关键因素。
本文介绍了时间抖动（jitter）的概念及其分析方法。
关键字：时间抖动、jitter、相位噪声、测量一、引言随着通信系统中的时钟速率迈入GHz级，抖动这个在模拟设计中十分关键的因素，也开始在数字设计领域中日益得到人们的重视。
在高速系统中，时钟或振荡器波形的时序误差会限制一个数字I/O接口的最大速率。
不仅如此，它还会导致通信链路的误码率增大，甚至限制A/D转换器的动态范围。
有资料表明在3GHz 以上的系统中，时间抖动（jitter）会导致码间干扰（ISI），造成传输误码率上升。
在此趋势下，高速数字设备的设计师们也开始更多地关注时序因素。
本文向数字设计师们介绍了抖动的基本概念，分析了它对系统性能的影响，并给出了能够将相位抖动降至最低的常用电路技术。
二、时间抖动的概念在理想情况下，一个频率固定的完美的脉冲信号（以1MHz为例）的持续时间应该恰好是1us，每500ns有一个跳变沿。
但不幸的是，这种信号并不存在。
如图1所示，信号周期的长度总会有一定变化，从而导致下一个沿的到来时间不确定。
这种不确定就是抖动。
抖动是对信号时域变化的测量结果，它从本质上描述了信号周期距离其理想值偏离了多少。
在绝大多数文献和规范中，时间抖动（jitter）被定义为高速串行信号边沿到来时刻与理想时刻的偏差，所不同的是某些规范中将这种偏差中缓慢变化的成分称为时间游走（wander），而将变化较快的成分定义为时间抖（jitter）。
图1 时间抖动示意图1．时间抖动的分类抖动有两种主要类型：确定性抖动和随机性抖动。
确定性抖动是由可识别的干扰信号造成的，这种抖动通常幅度有限，具备特定的（而非随机的）产生原因，而且不能进行统计分析。
随机抖动是指由较难预测的因素导致的时序变化。
例如，能够影响半导体晶体材料迁移率的温度因素，就可能造成载子流的随机变化。
通信原理中眼图的应用
通信原理中眼图的应用什么是眼图眼图是通信原理中用于评估和分析数字信号质量的重要工具。
它通过对数字信号的采样和显示，以一种直观的方式展示信号的稳定性和失真情况。
眼图通常用于分析和判断数字通信系统的性能，并对其中的问题进行诊断和调试。
眼图的生成过程1.信号采样：在生成眼图之前，需要对数字信号进行采样。
采样过程中，根据信号的时钟信号来确定采样时机，通常使用快速采样仪来进行高速、精确的采样。
2.信号显示：采样后的信号会通过一个显示设备进行展示。
在传统的眼图中，信号通常会被划分为许多由采样点组成的窗口，然后通过展示这些窗口来形成眼图。
现代的眼图仪器一般都具备高分辨率的显示屏，可以直接以高质量的图像形式呈现眼图。
3.眼图优化：在生成眼图之后，可能需要对眼图进行一定的优化。
例如，可以通过调整采样时机、增加采样点数等方式来改善眼图的质量。
这样可以更清晰地观察到眼图中的细节，有助于对信号质量进行更准确的评估。
眼图的应用眼图作为一种直观的信号展示方式，在通信原理中具有广泛的应用，以下列举了一些常见的应用场景：1. 信号质量评估眼图可以直观地显示信号的稳定性和失真情况。
通过对眼图的观察可以判断信号是否存在幅度失真、时钟抖动、时序偏移等问题，评估信号的质量是否符合预期要求。
这对于设计和优化数字通信系统至关重要。
2. 噪声分析眼图可以帮助分析信号受到的噪声干扰情况。
通过观察眼图的展开，可以判断信号在传输过程中受到的各种噪声的影响程度，进而进行噪声的分析和统计。
这对于优化传输链路、提高传输性能非常有帮助。
3. 时钟同步评估眼图中的时钟信号是通过采样时机生成的，所以眼图展示的时钟信息非常直观和准确。
通过眼图可以观察时钟信号的稳定性和抖动情况，进而评估时钟同步的精度和可靠性。
对于需要精确时序的通信系统，这是一个非常有用的工具。
4. 相位偏差分析眼图中的时钟信息还可以用于分析信号的相位偏移情况。
通过观察眼图中的相位偏移，可以评估信号传输中的相位稳定性和补偿需求。
信号完整性常用的三种测试方法
信号完整性常用的三种测试方法信号完整性是指在传输过程中信号能够保持原始形态和准确性的程度。
在现代高速通信和数字系统中，信号完整性测试是非常重要的工作，它能够帮助工程师评估信号的稳定性、确定系统的极限速率并发现信号失真的原因。
下面将介绍三种常用的信号完整性测试方法。
一、时域方法时域方法是信号完整性测试中最常见和最直观的方法之一、它通过观察信号在时间轴上的波形变化来评估信号的完整性。
时域方法可以检测和分析许多类型的信号失真，如峰值抖动、时钟漂移、时钟分布、幅度失真等。
时域方法的测试设备通常包括示波器和时域反射仪。
示波器可以显示信号的波形和振幅，通过观察波形的形状和幅度变化来判断信号完整性。
时域反射仪可以测量信号在传输线上的反射程度，从而评估传输线的特性阻抗和匹配度。
二、频域方法频域方法是另一种常用的信号完整性测试方法。
它通过将信号转换为频域表示，分析信号的频谱分布和频率响应来评估信号完整性。
频域方法可以检测和分析信号的频谱泄漏、频谱扩展、频率失真等。
频域方法的测试设备通常包括频谱分析仪和网络分析仪。
频谱分析仪可以显示信号的频谱图和功率谱密度，通过观察频谱的形状和峰值来评估信号完整性。
网络分析仪可以测量信号在不同频率下的响应和传输损耗，从而评估传输线的频率响应和衰减特性。
三、眼图方法眼图方法是一种特殊的信号完整性测试方法，它通过综合时域和频域信息来评估信号的完整性。
眼图是一种二维显示，用于观察信号在传输过程中的失真情况。
眼图可以提供信号的时钟抖动、峰值抖动、眼宽、眼深、眼高等指标。
眼图方法的测试设备通常包括高速数字示波器和信号发生器。
高速数字示波器可以捕捉信号的多个周期，并将其叠加在一起形成眼图。
通过观察眼图的形状和特征，工程师可以评估信号的稳定性和传输质量。
总结起来，时域方法、频域方法和眼图方法是常用的信号完整性测试方法。
它们各自具有独特的优势和适用范围，可以互相协作来全面评估信号的完整性。
在实际应用中，根据具体需求和测试对象的特点，选择合适的测试方法是非常重要的。
Agilent-眼图、抖动、相噪
Agilent——眼图、抖动、相噪随着数据速率超过Gb/s水平，工程师必须能够识别和解决抖动问题。
抖动是在高速数据传输线中导致误码的定时噪声。
如果系统的数据速率提高，在几秒内测得的抖动幅度会大体不变，但在位周期的几分之一时间内测量时，它会随着数据速率成比例提高，进而导致误码。
新兴技术要求误码率(BER)，亦即误码数量与传输的总码数之比，低于一万亿分之一(10-12)。
随着数据通信、总线和底板的数据速率提高，市场上已经出现许多不同的抖动检定技术，这些技术采用各种不同的实验室设备，包括实时数字示波器、取样时间间隔分析仪(TIA)、等时取样示波器、模拟相位检波器和误码率测试仪(BERT)。
为解决高数据速率上难以解决的抖动问题，工程师必需理解同步和异步网络中使用的各种抖动分析技术本文重点介绍3 Gb/s以上新兴技术的数据速率。
低于3 Gb/s的实时示波器可以捕获连续的数据流，可以同时在时域和频域中分析数据流；在更高的数据速率上，抖动分析要更具挑战性。
本文将从数字工程师的角度，介绍应对SONET/SDH挑战的各种经验。
抖动分析基本上包括比较抖动时钟信号和参考时钟信号。
参考时钟是一种单独的黄金标准时钟，或从数据中重建的时钟。
在高数据速率时，分析每个时钟的唯一技术是位检测和误码率测试；其它技术则采用某种取样技术。
如图1所示，眼图是逻辑脉冲的重叠。
它为测量信号质量提供了一种有用的工具，即使在极高的数据速率时，也可以在等时取样示波器上简便生成。
边沿由‘1’到‘0’转换和‘0’到‘1’转换组成，样点位于眼图的中心。
如果电压(或功率)高于样点，则码被标为逻辑‘1’；如果低于样点，则标为‘0’。
系统时钟决定着各个位的样点水平位置。
图1: 具有各项定义的眼图E1是逻辑‘1’的平均电压或功率电平，E0是逻辑‘0’的平均电压或功率电平。
参考点t = 0在左边的交点进行选择，右边的交点及其后是位周期TB。
Eye Crossing Point: 眼图交点Left Edge: 左沿Right Edge: 右沿Nominal Sampling Point: 标称样点幅度噪声可能会导致逻辑‘1’的电压或功率电平垂直波动，低于样点，导致逻辑‘1’码错误地标为逻辑‘0’码，即误码。
2024版泰克示波器测眼图教程从基础到实践
介绍针对不同类型的噪声所采取的抑制措施，包括滤波、屏蔽、接 地等。
噪声测试与评估
讲解如何在示波器上进行噪声测试，并评估噪声对系统性能的影响。
高速串行通信中的眼图测试挑战
1 2
高速串行通信特点
介绍高速串行通信的特点，如高传输速率、低电 压摆幅等，以及由此带来的测试挑战。
眼图测试难点及解决方案 分析在高速串行通信中进行眼图测试的难点，如 信号衰减、码间干扰等，并给出相应的解决方案。
信号测量基础概念
信号测量涉及的基本概念包括幅度、 频率、相位、波形等。
波形是信号在时域上的表现形式，不 同类型的信号具有不同的波形特征， 如正弦波、方波、脉冲波等。
幅度表示信号的大小，频率表示信号 的周期性变化速度，相位表示信号波 形在时间上的相对位置。
了解这些基础概念对于正确使用示波 器进行信号测量至关重要。
02
采样过程需要保证 足够的采样率和精 度，以捕获信号中 的高频成分和细节。
03
触发信号用于同步 采样过程，确保每 次采样都能捕获到 完整的信号周期。
04
显示过程将采样得 到的信号数据以图 形化方式呈现出来， 形成眼图。
眼图质量评估指标
表示数字信号在时域上的不稳定 性，包括随机抖动和确定性抖动。
表示数字信号在逻辑“0”和逻辑 “1”之间的电平阈值。
3
高速串行通信标准与眼图要求 介绍常见的高速串行通信标准（如PCI Express、 USB3.0等），以及这些标准对眼图的具体要求。
自动化测试脚本编写与应用
自动化测试脚本概念及作 用
介绍自动化测试脚本的概念，以及其在眼图测 试中的应用，如提高测试效率、减少人为误差 等。
自动化测试脚本编写方法
抖动测量的几种方法
抖动测量的几种方法测试抖动常用在测试数据通信IC或测试电信网络中。
抖动是应该呈现的数字信号沿与实际存在沿之间的差。
时钟抖动可导致电和光数据流中的偏差位，引起误码。
测量时钟抖动和数据信号就可揭示误码源。
测量和分析抖动可借助三种仪器：误码率(BER)测试仪，抖动分析仪和示波器(数字示波器和取样示波器)。
选用哪种仪器取决于应用，即电或光、数据通信以及位率。
因为抖动是误码的主要原因，所以，首先需要测量的是BER。
若网络、网络元件、子系统或IC的BER超过可接受的限制，则必须找到误差源。
大多数工程技术人员希望用仪器组合来跟踪抖动问题，先用BER测试仪、然后用抖动分析仪或示波器来隔离误差源。
BER测试仪制造商需要测量其产品的BER，以保证产品符合电信标准。
当需要表征数据通信元件和系统时，BER测试对于测试高速串行数据通信设备也是主要的。
BER测试仪发送一个称之为伪随机位序列(PRBS)的预定义数据流到被测系统或器件。
然后，取样接收数据流中的每一位，并对照所希望的PRBS图形检查输入位。
因此，BER测试仪可以进行严格的BER 测量，有些是抖动分析仪或示波器不可能做到的。
尽管BER测试仪可进行精确的BER测量，但是，对于10-12BER(每1012位为1位误差)精度的网络或器件测试需数小时。
为了把测试时间从数小时缩短为几分钟，BER测试仪采用“BERT sCAN”技术，此技术用统计技术来预测BER。
可以编程BER测试仪在位时间(称之为“单位间隔”或“UI”)的任何点取样输入位。
“澡盆”曲线表示BER是取样位置的函数。
若BER测试仪检测位周期(0.5UI)中心的位，则抖动引起位误差的概率是小的。
若BER测试仪检测位于靠近眼相交点上的位，则将增大获得抖动引起位误差的似然性。
抖动分析仪BER测试仪不能提供有关抖动持性或抖动源的足够信息。
抖动分析仪(往往称之为定时时间分析仪或信号完整性分析仪)可以测量任何时钟信号的抖动，并提供故障诊断抖动的信息。
(整理)LVDS--抖动综述.
码间干扰
码间干扰属于数据信号相关型抖动(Data - Dependent)的一种表现形式，出现在传输介质和/或元件的带宽小于所发送的信号的带宽时。从时间域的角度来看，传输路径的带宽限制会使所发送信号的上升沿的变化速率变慢。对于时钟等周期性信号来说，信号沿速率的变慢会使信号沿变得圆滑，因此有可能对信号造成衰减。而对于数据信号来说，较慢的下降沿速率会影响到实际的1-0和0-1转换的时序。
图1-2.总的抖动直方图
占空比失真
造成占空比失真(Duty Cycle Distortion，DCD)抖动的主要原因有两个。如果发送器的数据信号输入在理论上是理想的，但发送器的阀值偏离了其理想水平，则发送器的输出将出现随数据信号的边沿切换的回转速率变化而变化的DCD。
图1-3中虚线所代表的波形示出了阀值电平被精确地设定为50%、占空比为50%时发送器的理想输出。实线则代表由于阀值电平发生正向偏移而导致的输出波形的失真。阀值电平产生正向偏移时，相应的发送器输出信号的占空比将小于50%。若阀值产生负向偏移时，那么发送器输出信号的占空比将大于50%。
图1-8.背板损耗和串扰SDD21特性的实例
SDD21(使用采用S参数命名转换的差模信号名)
当使用信号调理且存在较高的近端串扰时，可考虑在系统的发送器端使用预加重功能，而不是使用均衡手段，以便在接收器端维持一个更高的SNR。均衡器会提升输入信号中的高频分量，无论该分量是信号还是串扰。另一方面，对信号进行预加重处理也会提高信道中必须克服的NEXT量。良好的电路板布线设计实践可减小系统中的FEXT和NEXT的数量。
眼图的概念
眼图的概念眼图是指在频谱分析中常出现的一种信号特征，通常用来表示信号的带宽与中心频率。
它是通过对信号进行傅里叶变换后，在频域中观察信号的频谱特征得到的。
眼图主要用于对数字通信系统中的时域信号进行分析和评估，以了解信道传输性能和判断系统的可靠性。
眼图的原理是基于信号的采样和重构过程。
当信号经过采样和重新构造后，得到的信号会受到噪声和其他干扰的影响，因此在信号的波形上会出现一定的失真和扭曲。
而眼图可以通过观察信号的波形特征来判断信号的质量和误码率等性能指标。
眼图的基本形状是一串类似于“眼睛”的波形，其中包含了信号的多个周期。
在眼图中，通常可以观察到信号的上下垂直边界和左右水平边界，它们分别代表了信号的幅度和时间轴。
而眼图中的开口宽度和深度则代表了信号的峰-峰值（也即电平差）和噪声信号。
眼图的开口宽度反映了信号的峰-峰值。
如果开口很窄，代表峰-峰值很小，即信号的幅度很小。
而如果开口很宽，代表峰-峰值较大，即信号的幅度较大。
通过对眼图开口宽度的观察，可以判断信号的灵敏度和抗干扰能力。
眼图的深度则反映了信号中的噪声。
如果眼图深度很浅，代表噪声信号很小，即信号的质量很好。
而如果眼图深度很深，代表噪声信号很大，即信号的质量较差。
通过对眼图深度的观察，可以判断信号的信噪比和误码率。
眼图的另一个重要特征是眼图的跳动，即眼图上各个周期的变化。
这种跳动反应了信号在传输过程中的时钟偏移和抖动等问题。
通过对眼图跳动的观察，可以判断信号的时钟同步性和时钟失真程度。
眼图的分析主要通过眼图的偏移、闭合度和对称性等指标进行。
眼图的偏移表示了信号的直流偏移情况，可以判断信号的偏置和直流分量。
眼图的闭合度表示了信号的完整性，可以判断信号的时钟同步性和时延扩大情况。
而眼图的对称性表示了信号的对称性，可以判断信号的相位和频率稳定性。
在实际应用中，眼图常用于数字通信系统的调试和优化。
通过对眼图进行分析，可以发现系统中的时钟同步问题、噪声干扰问题和时域失真问题等，并采取相应的措施进行改进和优化。
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抖动和眼图分析工具
DPOJET
主要特点和优点
－ 时钟和数据信号的抖动和定时分析－ 实时眼图(RT-Eye TM )分析*1
－ TekWizard TM 界面，单键操作和引 导性抖动摘要
－ 完善的标准支持库，全面执行通过/失败极限和模板测试; 外加用户极限和模板文件，支持自定义测试配置和新标准或开发中的标准－ 可以选择抖动模型，准确分解抖动和估算TJ(BER)*2，支持流行标准；光纤通道或PCI-Express Delta-Delta (Dual-Dirac)和卷积结果－ 9种曲线类型，查看和分析抖动：眼图, CDF浴盆, 频谱, 直方图, 趋势, 数据, 相噪和转函－ 可编程软件时钟恢复，包括软件PLL *3－ 用户可以选择黄金PLL，支持流行标准－ 可以选择高通和低通测量滤波器－ 可以选择高和低极限测量范围测试－ 完善的统计登录、报告和远程自动控制－ 捕获和保存最坏情况信号，进行详细分析
应用
检定高速串行总线和并行总线设计的性能
－ 检定时钟和数据抖动和信号完整性－ 检定PLL 动态性能
－ 检定扩频时钟电路的调制性能－ 检定抖动生成、转函和容限－ 对PCI Express、Serial ATA、SAS、光纤通道、DisplayPort、DDR2、DDR3、FBD 及其它电气和光学系统执行物理层测试
*1
已获专利USPTO #6,836,738,
*2
已获专利USPTO #6,832,172, #6,853,933, #7,254,168,
*3
已获专利USPTO #6,812,688.
实时抖动和眼图分析
DPOJET 为实时示波器提供了优秀的眼图、抖动和定时分析软件。
DPOJET在泰克DPO7000、DPO70000和DSA70000系列示波器中运行，为工程师提供了实时仪器中最高的灵敏度和精度。
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抖动和眼图分析工具DPOJET
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在两个不同输入上执行测量，及同时在
多个输入上执行测量，它可以独立配置
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性。
DPOJET支持在内置显示屏或外置监视
器或两个位置显示测量结果和曲线，全
面利用示波器的双显示端口。
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简单地显示测量数据和结果。
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频谱分析迅速
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工程师现在可
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DPOJET还
提供相噪曲线及转函曲线，前者以根源/
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个不同频率的信号之间直接比较抖动频
谱，这在业内是独一无二的，为确定PLL
电路(如时钟倍频器)中的抖动提供了完美
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波器型号支持、极限测试、结果登录和报
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图1- SATA-2 3.0 Gb/s MFTP的频谱,
眼图和BER曲线
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