力科利用示波器实现高速信号的全方位分析
信号完整性分析基础系列之一——眼图测量
信号完整性分析基础系列之一——关于眼图测量（上）汪进进美国力科公司深圳代表处内容提要：本文将从作者习惯的无厘头漫话风格起篇，从四个方面介绍了眼图测量的相关知识：一、串行数据的背景知识; 二、眼图的基本概念; 三、眼图测量方法; 四、力科示波器在眼图测量方面的特点和优势。
全分为上、下两篇。
上篇包括一、二部分。
下篇包括三、四部分。
您知道吗？眼图的历史可以追溯到大约47年前。
在力科于2002年发明基于连续比特位的方法来测量眼图之前，1962年-2002的40年间，眼图的测量是基于采样示波器的传统方法。
您相信吗？在长期的培训和技术支持工作中，我们发现很少有工程师能完整地准确地理解眼图的测量原理。
很多工程师们往往满足于各种标准权威机构提供的测量向导，Step by Step，满足于用“万能”的Sigtest软件测量出来的眼图给出的Pass or Fail结论。
这种对于Sigtest的迷恋甚至使有些工程师忘记了眼图是可以作为一项重要的调试工具的。
在我2004年来力科面试前，我也从来没有听说过眼图。
那天面试时，老板反复强调力科在眼图测量方面的优势，但我不知所云。
之后我Google“眼图”，看到网络上有限的几篇文章，但仍不知所云。
刚刚我再次Google“眼图”，仍然没有找到哪怕一篇文章讲透了眼图测量。
网络上搜到的关于眼图的文字，出现频率最多的如下，表达得似乎非常地专业，但却在拒绝我们的阅读兴趣。
“在实际数字互连系统中，完全消除码间串扰是十分困难的，而码间串扰对误码率的影响目前尚无法找到数学上便于处理的统计规律，还不能进行准确计算。
为了衡量基带传输系统的性能优劣，在实验室中，通常用示波器观察接收信号波形的方法来分析码间串扰和噪声对系统性能的影响，这就是眼图分析法。
如果将输入波形输入示波器的Y轴，并且当示波器的水平扫描周期和码元定时同步时，适当调整相位，使波形的中心对准取样时刻，在示波器上显示的图形很象人的眼睛，因此被称为眼图（Eye Map）。
发明了世界第一台数字示波器的力科又为工程师献上了一份厚礼
发明了世界第一台数字示波器的力科又为工程师献上了一份厚礼谈到LeCroy（力科）这家公司，就会让人想起以示波器为代表的信号分析产品。
该公司正是精于这方面的研发。
力科是高能物理学家Walter LeCroy于1964成立的一家美国公司，起初专业研制高能物理测试仪，其早期的多通道数据采集卡用于高速物理粒子脉冲信号的采集。
2004年和2006年，通过收购两家协议分析仪厂商（CATC和Catalyst），并将它们合并成一个协议分析部门，这帮助力科逐渐成为了全球协议分析仪的翘楚。
2012年，力科被T eledyne收购，成为Teledyne LeCroy。
说起示波器，1970年之前的产品还都是模拟的，而当今用到的则都是数字化的产品了，这是因为，1971年，LeCroy发明了第一台数字示波器。
所谓数字的，就是通过ADC将模拟的输入信号转化为数字的，然后再进行处理。
其重要参数指标为带宽和通道数，再有就是精度（ADC位数）、采样率和存储深度。
通道数方面，传统的示波器多为4路，而当今的产品则较传统的多了很多，8路较为常见，最高甚至达到64路。
在精度方面，目前业界最高的是12bit，而这也是LeCroy所擅长的，因为业界很多示波器还处在8bit的水平。
在带宽方面，LeCroy已经可以提供最高100GHz的产品，其单台仪器普遍实现了8通道，而通过模块化的设计和组合，最高可以实现64路的高端应用方案。
在示波器中，精度和速度永远是矛盾的，总是相互制约，即ADC 的位数和仪器的带宽之间，总是需要权衡，是此消彼长的关系。
在这方面，LeCroy区域销售经理Scott Zhang表示，他们正在带动行业，从8bit进阶到12bit，为此，该公司在研发相关ADC方面投入了很大的财力和人力。
因为示波器用的ADC与通用ADC产品不同，大都是由示波器设备厂商自己研发，因为普通ADC的采样率很难满足示波器的需求。
在精度方面，LeCroy的12bit性能是纯硬件实现的，这个精度的示波器也是该公司于2011年在业界第一家推出的。
力科示波器
力科示波器力科示波器基础知识数字示波器基本原理示波器主要有五大功能：即对信号进行捕获,观察,测量，分析和存档。
被测信号经过探头和前端放大器以及归一化后转换成ADC可以接受的电压范围，采样保持电路按固定的采样率将信号分割成一个个独立的采样电平，ADC将这些电平转化为数字的采样点，这些数字的采样点保存在采集存储器里送显示和测量分析。
带宽如无特别说明，通常谈到的带宽是指模拟带宽，除此之外还有数字带宽、系统带宽、触发带宽等。
模拟带宽就是示波器前端放大器幅频特性曲线的截止频率点。
示波器带宽的限制对信号的捕获影响如下：1,延长被测信号上升时间；2,减少了被测信号的频率分量；3,使被测信号相位失真。
目前实时示波器的最高带宽达到了45GHz，是由力科公司提供的。
如何选择带宽选择带宽主要考虑被测信号的类型和我们期望的测量准确度，关键是上升时间和幅度测量的准确度。
对时钟和快沿信号而言，可以从上升时间角度来选择，建议示波器的上升时间小于被测信号上升时间的1/3；对于串行信号来说，当示波器带宽是波特率的1.8倍时可以覆盖信号能量的99%，当然，这是基于一个前提，被测信号的上升时间要大于20%的UI。
示波器的上升时间=0.35/带宽，0.35是基于高斯响应曲线推导出来的理想值。
实际值可能在0.35-0.45之间，具体大小可以查看产品的Datasheet确认。
采样率/存储深度/可分析的存储深度采样率表示示波器每秒钟等时间间隔采样多少个点。
存储深度表示示波器当前保存的采样点的个数。
把经过A/D转换的八位二进制波形信息存储到示波器的高速CMOS存储器中就是示波器的存储，这个存储器的容量就是存储深度。
存储深度=采样率X采样时间，这个关系式非常重要。
可分析的存储深度表示示波器有能力分析采样下来的波形的最多的点数。
目前世界上最高采样率（120GS/s）和最高可分析存储深度（768Mpts）是由力科公司提供的。
插值示波器通常有两种插值方法，一种是线性插值，即将采样的点和点直接相连，另外一种是sin(x)/x插值，假设信号是按正弦规律变化,在两个点之间补充若干个点再连成线。
力科示波器探头使用指南
引言：本文是力科示波器探头使用指南的第二部分，旨在帮助用户了解力科示波器探头的使用方法和技巧。
在本文中，我们将介绍力科示波器探头的基本原理、选择和连接方法、调节和校准技巧，以及一些常见问题的解决方法。
概述：力科示波器探头是一种用于测量电路中的电压和信号的设备，它可以将电压和信号转换为示波器可读取的波形图。
正确使用力科示波器探头可以提高测量的准确性和稳定性，确保测试结果的可靠性。
正文内容：一、力科示波器探头的基本原理1.探头的结构和工作原理2.探头的频响特性和灵敏度3.探头的衰减和放大功能4.探头的输入和输出阻抗二、力科示波器探头的选择和连接方法1.探头的不同类型和规格2.根据测试对象和电路条件选择合适的探头3.探头的连接方法和注意事项4.使用配套的适配器和接头进行连接三、力科示波器探头的调节和校准技巧1.校准示波器探头的接地引线2.调整示波器的垂直和水平灵敏度3.校准示波器探头的频响特性和衰减系数4.使用示波器的自动校准和校准信号源进行校准四、力科示波器探头常见问题的解决方法1.探头引线和连接器的故障排除2.探头频响特性不一致的解决方法3.探头衰减和放大功能失效的解决方法4.探头引入的干扰和噪音问题的解决方法5.探头与被测电路之间的匹配问题的解决方法五、总结本文介绍了力科示波器探头的基本原理、选择和连接方法、调节和校准技巧，以及一些常见问题的解决方法。
正确使用示波器探头对于准确测量和分析电路中的信号非常重要，希望本文对用户能够有所帮助。
在实际使用过程中，用户还应根据具体需求和测试条件进行进一步的实践和调试，以获得更准确的测量结果。
Lecroy(立科)Windows示波器中文操作手册
辉度/采集模式 .................................................................................................................... 22 了解显示信息 ......................................................................................................................... 23 顶部菜单栏(“FILE”菜单) .................................................................................................... 23 网格区域 ............................................................................................................................. 24 触发延迟指示符 ............................................................................................................. 24 触发电平指标符 ............................................................................................................. 25 零电平指示符 ...........................
力科示波器技术特点
就 的 企 业 家 之 外 ， 同 时 还 是 一 位 具 有
６ 年 摄影经 验的顶级 摄影 艺术家 ，在 ５
局 被 极 大 改 变 ，一 个 新 的时 代 来 临
了。
世界各 地举 办过 个人 影展 。尽管 已进 入迟 暮之年 ，但 “ 廉颇老 矣 ，壮心未
改” ， 目前 仍坚持每 周到 力科总部 上
力科 示波器 技术特 点
１力科 的 历史
示 波 器 ，在 维 基 百 科 上 定 义 为 ：
“
一
历史进程 中非常重要 的参 与者 。 ２ ０世 纪 ５ 年 代 中 ， Ｗ １ ｅ ０ ａｔ ｒ
Ｌ Ｃｒ ｙ 生 从 哥 伦 比 亚 大 学 物 理 系 ｅ ｏ先
务还是 为包 括费米 实验室 在内的 美国
肇 中、吴健 雄等物 理学 界泰斗 并 肩工
作 ，并 有 机 会 充 分 展 现 自 己 在 仪 器研
展进步 ，如今 已跃 然成为 工业界 最
通 用 应 用 最 广 泛 的 测 试 测 量 仪 器 ， 是 每 一 名 电 子 工 程 师 最 重 要 的 必 备 工 具 。 示 波 器 的 技 术 进 步 是 电 子 工 业 发 展 的 成 果 ，因 为 它 都 是 由 同 时 代 最 优
进 产品性 能 。可以毫不 夸张 的说 ，示 波 器的 历史 ，就 是一部 电子 工业发 展
的 历 史 ， 而 美 国 力 科 公 司 ， 即 是 这 一
ＬｅＣｒ Ｙ创 立 的 新 公 司 名 叫 Ｏ Ｌ Ｃ ｏ Ｒｅｅ ｒ ｈ ｙ ｔｍｓ 主要业 ｅ ｒｙ ｓａ ｃ Ｓ ｓｅ ，
２ ｌ 年５ 第２ ００ 月 ９
如果说示波器的历史 ，是一部 电子工业发展的历史 ；那 ／示波器的进展 ，就是推动电子工业前进的发 厶
高速信号常见问题分析(二)
高速信号常见问题分析（二）--------高速信号线跨沟对眼图抖动的影响分析胡为东美国力科公司上海代表处【摘要】本文简单介绍了高速信号跨沟及回流的概念，并结合实际测试分析高速信号线发生跨沟现象时，高速信号的眼图、抖动以及频谱能量等有何变化。
【关键词】高速信号跨沟力科示波器眼图抖动一、高速信号跨沟及信号回流的基本概念下图1所示为一个信号流向及其回流示意图。
基于基尔霍夫定律，电流是闭环的，也就是说任意一个电路的节点只要有电流流出就一定会有电流流入，返回到节点（通常是驱动器）的电流通常就叫返回电流。
，且高频电流总是沿着最小的环路面积移动，高频返回电流通常是沿着阻抗最小的路径返回。
对于一个同轴电缆，其芯线为电流流动路径，而外壳的地就是返回电流的流动路径，所谓信号跨沟也就是返回电流的路径被断开或者是有部分沟槽；对于一个PCB板上的高速传输线来说，其电流流动路径为PCB板上的传输线，电流返回路径通常为与传输线相邻的地平面或者电源平面层（也称为传输线的参考平面），当与传输线相邻的参考平面层有沟槽等不完整现象时，返回电流的路径就可能被破坏，这时候也称高速信号跨沟。
如图1所示，当返回电流路径被断开或者被沟槽阻隔时通常称为高速信号跨沟。
图1 信号流向及回流路径示意图当高速信号发生跨沟现象时，整个电流的环路面积将增加，通常系统的EMC辐射也将增加。
同时传输线的特征阻抗也将发生变化（如下图2所示为信号线阻抗变化曲线），信号遇到传输线特征阻抗突变点时将发生发射、振铃等信号完整性问题。
图2 Lecroy WE100H-TDR测得的PCB传输线阻抗变化示意图那么高速信号跨沟对信号的眼图、抖动、上升时间等影响是否很大呢？下面我们使用Lecroy的最新款示波器WP760 ZI 来实测下一个3.125Gb/s的XAUI信号跨越分割平面后的眼图、抖动、频谱等参数变化情况以及一个快沿信号（Lecroy的WP760 ZI自带有一个SMA输出接口可以发出一个上升时间为70ps左右（20%-80%），见下图3），可以很方便的用作快沿调试信号。
力科(Lecroy)示波器操作手册(中文完整版)
< 5.EXTERNAL INPUT <
4 外部触发之信号输入端。
2 2
< 6.CAL BNC SETUP <
4 被动式测试棒须作校正，使输入 波形得到正确的补偿。
4 4
5 5
6 6
< 7.FLOPPY DRIVE < 7.FLOPPY
4 储存数据资料及图形的周边设备。 储存数据资料及图形的周边设备。
P52 P66 P70 P83 P84 P89 P197 P211 P247 P260 P268 P272 P276 P282 P283 P305 P359
EBASE + TRIGGER ) < 4.时基及触发 ( TIM TIM
4- 1.时基设定 ( TIMEBASE SETUP ) 1.时基设定 SETUP ) 4- 2.触发模式 ( TRIGGER MODE ) 2.触发模式 MODE 4- 3.触发点 ( TRIGGER POINT ) TRIGG触发功能 ) 4- 5.基础触发功能 ( EDGE TRIGGER ) 5.基础触发功能 EDGE TRIGGER ) 4- 6.特殊触发功能 ( SAMRT TRIGGER ) 6.特殊触发功能
力科公司 LeCroy Corporation
LeCroy DSO 操作手册
LTxxx Series
操作 手冊內
4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4
( CONTENTS )
P5 P5 P6 P6 P7 P7 P8 P8 P18 P18 P20 P20 P21 P21 P22 P22 P23 P23 P24 P24 P25 P25 P26 P26 P27 P27 P28 P28 P29 P29 P30 P30 P32 P32 P34 P34 P46 P46
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力科利用示波器实现高速信号的全方位分析
在高速信号调试时工程师必须首先调试并验证其设计是否符合物理层规范。
在此阶段，信号完整性（如眼图和抖动）是关键问题，很多这种验证和调试是通过使用伪随机码序列（PRBS）或循环测试码，并结合示波器及示波器厂家提供的串行数据眼图和抖动分析软件来完成的。
在确保物理层信号质量没有问题后，串行信号从测试码变为8b/10b编码字符序列，此时系统级问题成为调试的重点，问题可能会出现在物理层-链路层域（涉及信号完整性和数据完整性的交叉领域）。
这时，就需要对物理层信号实现解码分析。
对于现代的高速串行系统，系统之间的协调工作显得更为突出，协议间的任何冲突也会导致整个系统出现问题，因此分析物理层和链路层往往还是不够的，还必须要对系统的协议层进行分析，这时往往需要用到专用的协议分析仪。
本文将为大家重点介绍力科示波器针对高速串行信号物理层、链路层和协议层的解决方案。
高速信号的传输过程分析
为了确保较好的信号传输质量，高速串行数据信号在传输之前往往需要进行相应的编码处理，如下图1所示即为串行信号简单的传输过程，在发送端信号先进行Scrambler和8b/10b 编码处理，处理后的信号经过传输链路传输后进入接收端后还需要进行10b/8b和Scrambler 的解码处理。
我们观察信号都需要在传输链路上进行观察，因此观察到的是编码后的加扰信号和10b信号。
8b/10b编码是当前大部分高速串行信号都使用的一个非常通用的编码方式。
如SATA、PCIE GEN1/2均使用8b/10b编码方式。
使用8b/10b编码可以确保电路的DC平衡（使得0电平和1电平的密度保持平衡），这样系统可以更加准确的从数据中恢复出理想时钟，也可以有效的减小码间干扰抖动，尽可能的减小系统出错的概率。
另外，通常8位代表一个数据位，如果所有位都用来表示数据，那么将没有多余的位来进行码型的同步，因此8b/10b编码的另外一个好处是可以提供多余的位来作为同步码，如常见的K28.5、K28.3等码型。
图2为一个8b/10b的示例：
数据的比特位从8位增加到了10位，原数据位中出现较少的电平特性经过编码后得到了增加。
图3为对信号传输链路上采集到的信号的解码过程。
使用示波器可以直接观察到图3最上端的物理层波形，如果要观察到10b解码信息和Scramble解码信息，则需要使用示波器厂家提供的专用的高速串行信号解码分析软件。
进一步进行解析，即可得到协议层的信息，。
在高速信号调试时工程师必须首先调试并验证其设计是否符合物理层规范。
在此阶段，信号完整性（如眼图和抖动）是关键问题，很多这种验证和调试是通过使用伪随机码序列（PRBS）或循环测试码，并结合示波器及示波器厂家提供的串行数据眼图和抖动分析软件来完成的。
在确保物理层信号质量没有问题后，串行信号从测试码变为8b/10b编码字符序列，此时系统级问题成为调试的重点，问题可能会出现在物理层-链路层域（涉及信号完整性和数据完整性的交叉领域）。
这时，就需要对物理层信号实现解码分析。
对于现代的高速串行系统，系统之间的协调工作显得更为突出，协议间的任何冲突也会导致整个系统出现问题，因此分析物理层和链路层往往还是不够的，还必须要对系统的协议层进行分析，这时往往需要用到专用的协议分析仪。
本文将为大家重点介绍力科示波器针对
高速串行信号物理层、链路层和协议层的解决方案。
高速信号的传输过程分析
为了确保较好的信号传输质量，高速串行数据信号在传输之前往往需要进行相应的编码处理，如下图1所示即为串行信号简单的传输过程，在发送端信号先进行Scrambler和8b/10b 编码处理，处理后的信号经过传输链路传输后进入接收端后还需要进行10b/8b和Scrambler 的解码处理。
我们观察信号都需要在传输链路上进行观察，因此观察到的是编码后的加扰信号和10b信号。
8b/10b编码是当前大部分高速串行信号都使用的一个非常通用的编码方式。
如SATA、PCIE GEN1/2均使用8b/10b编码方式。
使用8b/10b编码可以确保电路的DC平衡（使得0电平和1电平的密度保持平衡），这样系统可以更加准确的从数据中恢复出理想时钟，也可以有效的减小码间干扰抖动，尽可能的减小系统出错的概率。
另外，通常8位代表一个数据位，如果所有位都用来表示数据，那么将没有多余的位来进行码型的同步，因此8b/10b编码的另外一个好处是可以提供多余的位来作为同步码，如常见的K28.5、K28.3等码型。
图2为一个8b/10b的示例：
数据的比特位从8位增加到了10位，原数据位中出现较少的电平特性经过编码后得到了增加。
图3为对信号传输链路上采集到的信号的解码过程。
使用示波器可以直接观察到图3最上端的物理层波形，如果要观察到10b解码信息和Scramble解码信息，则需要使用示波器厂家提供的专用的高速串行信号解码分析软件。
进一步进行解析，即可得到协议层的信息，。
全方位测试解决方案
物理层测试分析（1）高达45GHZ带宽的实时串行数据分析仪（实时示波器）、120GS/S 的采样率、768MS的可分析存储深度，不仅适合于目前所有串行数据的标准，也提前为下一代高速串行数据标准的测试解决方案提供了充分的带宽和采样率的保证。
（2） SDAII专业信号完整性分析软件包，长存储数据眼图测试速度极快（20M的数据做眼图分析只需要1-2秒），且提供了Spectrum和NQ-Scale两种抖动算法，其中NQ-Scale算法是力科专有的专利算法，可实现将隐藏在随机抖动中的固有抖动剥离出来，这类抖动往往由于高次谐波、长伪随机码引起的串扰而引起，业界其它算法通常都会将这类抖动当作随机抖动来处理。
SDAII为工程师提供了非常强大的高速串行信号的调试功能。
（3） Qualify一致性测试软件包，可以实现对高速串行信号的物理层特性是否符合规范要求的一致性测试，自动出具多种格式的报告，一键完成全部。
（4） EyedoctorII专业信号完整性分析软件可实现通道仿真、夹具去嵌、预加重、均衡、虚拟探测等高速信号的全系列分析功能。
链路层和协议层分析（1）基于实时示波器的力科专业解码分析软件包。
，示波器解码出的信息能够以不同颜色区分不同的码型，数据位和命令位一目了然，界面显示非常清晰。
解码信息不仅以数据的方式显示，还以列表的方式显示，方便查找。
支持常用的8B/10B、SATA、SAS、PCIE、XAUI等高速串行信号的解码，还支持最新的USB3.0的解码。
解码信息可以输出为CSV文件，以供离线分析。
可同时进行四路信号的解码分析。
（2）基于实时数字示波器的力科专用协议层分析软件包。
由于力科拥有针对高速信号
的协议分析仪产品，其协议分析软件具有强大的协议分析、纠错能力，因此为了让广大工程师在进行物理层测试的同时也能够观察到协议层的相关信息，力科专门开发了针对力科高端示波器的协议分析功能，通过此功能可以实现将示波器与协议分析仪软件进行同步，并将示波器采集到的信号送入到协议分析软件中即可实现对串行信号的协议分析。
具体实现方法，是在力科示波器中安装软件ProtoSync以及相应的串行信号的解码软件如PCIE_D，USB3_D，USB2_D，然后再在示波器中安装力科协议分析仪的分析软件，即可实现对高速串行数据的协议分析。
图6所示为力科示波器对PCIE信号的协议层分析结果：
小结
本文简要介绍了力科示波器的高速串行数据提供的测试解决方案及其特点，尤其是其融入协议分析软件，使得示波器的功能更加全面，不仅可以对物理层信号进行深入的分析，而且还可以对串行信号的更深层面的协议层也展开分析，这就为广大工程师对高速串行信号的调试提供了更加全面、更加快捷的测试解决方案。