眼图形成及其原理总结
1眼图基本概念
1.1 眼图的形成原理
眼图是一系列数字信号在示波器上累积而显示的图形，它包含了丰富的信息，从眼图上可以观察出码间串扰和噪声的影响，体现了数字信号整体的特征，从而估计系统优劣程度，因而眼图分析是高速互连系统信号完整性分析的核心。另外也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整，以减小码间串扰，改善系统的传输性能。
用一个示波器跨接在接收滤波器的输出端，然后调整示波器扫描周期，使示波器水平扫描周期与接收码元的周期同步，这时示波器屏幕上看到的图形就称为眼图。示波器一般测量的信号是一些位或某一段时间的波形，更多的反映的是细节信息，而眼图则反映的是链路上传输的所有数字信号的整体特征，如下图所示：
图示波器中的信号与眼图
如果示波器的整个显示屏幕宽度为100ns，则表示在示波器的有效频宽、取样率及记忆体配合下，得到了100ns下的波形资料。但是，对于一个系统而言，分析这么短的时间内的信号并不具有代表性，例如信号在每一百万位元会出现一次突波（Spike），但在这100ns时间内，突波出现的机率很小，因此会错过某些重要的信息。如果要衡量整个系统的性能，这么短的时间内测量得到的数据显然是不够的。设想，如果可以以重复叠加的方式，将新的信号不断的加入显示屏幕中，但却仍然记录着前次的波形，只要累积时间够久，就可以形成眼图，从而可以了解到整个系统的性能，如串扰、噪声以及其他的一些参数，
为整个系统性能的改善提供依据。
分析实际眼图，再结合理论，一个完整的眼图应该包含从“000”到“111”的所有状态组，且每一个状态组发生的次数要尽量一致，否则有些信息将无法呈现在屏幕上，八种状态形成的眼图如下所示：
图眼图形成示意图
由上述的理论分析，结合示波器实际眼图的生成原理，可以知道一般在示波器上观测到的眼图与理论分析得到的眼图大致接近（无串扰等影响），如下所示：
图示波器实际观测到的眼图
如果这八种状态组中缺失某种状态，得到的眼图会不完整，如下所示：
图 示波器观测到的不完整的眼图
通过眼图可以反映出数字系统传输的总体性能，可是怎么样才能正确的掌握其判断方法呢？这里有必要对眼图中所涉及到的各个参数进行定义，了解了各个参数以后，其判断方法很简单。
1.2 眼图参数定义
相关的眼图参数有很多，如眼高、眼宽、眼幅度、眼交叉比、“1”电平，“0”电平，
消光比，Q 因子，平均功率等，各个参数如下图所示：
图 眼图各个参数
眼图中的“1”电平（top P ）与“0”（base P ）
电平即是表示逻辑为1或0的电压位准值，实际中选取眼图中间的20%UI 部分向垂直轴投影做直方图，直方图的中心值分别为“1”
电平和“
0”电平。
眼幅度表示“1”电平信号分布与“0”电平信号分布平均数之差，其测量是通过在眼
图中央位置附近区域（通常为零点交叉时间之间距离的20%）分布振幅值进行的。
眼宽反映信号的总抖动，即是眼图在水平轴所开的大小，其定义为两上缘与下缘交汇
的点（Crossing Point ）间的时间差。交叉点之间的时间是基于信号中的两个零交叉点处的直方图平均数计算而来，每个分布的标准偏差是从两个平均数之间的差值相减而来。
眼高即是眼图在垂直轴所开的大小，它是信噪比测量，与眼图振幅非常相似。
下面详细介绍如消光比等一些复杂的概念，以帮忙理解眼图的性能。
（1）消光比（Extinction Ratio ）
消光比定义为眼图中“1”电平与“0”电平的统计平均的比值，其计算公式可以是如
下的三种：
%100100log
()top
base
top
base
top
base P Ratio P P Ratio P P Ratio dB P ==⨯= 消光比在光通信发射源的量测上是相当重要的参数，它的大小决定了通信信号的品
质。消光比越大，代表在接收机端会有越好的逻辑鉴别率；消光比越小，表示信号较易受到干扰，系统误码率会上升。 消光比直接影响光接收机的灵敏度，从提高接收机灵敏度的角度希望消光比尽可能大，有利于减少功率代价。但是，消光比也不是越大越好，如果消光比太大会使激光器的图案相关抖动增加。因此，一般的对于 FP/DFB 直调激光器要求消光比不小于 8.2dB ，EML 电吸收激光器消光比不小于10dB 。一般建议实际消光比与最低要求消光比大 0.5~1.5dB 。这不是一个绝对的数值，之所以给出这么一个数值是害怕消光比太高了，传输以后信号劣化太厉害，导致误码产生或通道代价超标。
（2）眼交叉比
眼图交叉比，是测量交叉点振幅与信号“1”及“0”位准之关系，因此不同交叉比例关系可传递不同信号位准。一般标准的信号其交叉比为50%，即表示信号“1”及“0”各占一半的位冷。为了测量其相关比率，使用如下图所示的统计方式。交叉位准依据交叉点垂直统计的中心窗口而计算出来的平均值，其比例方程式如下
（其中的1及0位准是取眼图中间的20%为其平均值，即从40%~60%中作换算）： 01000-⨯-交叉位准位准1位准位准
图 眼图信号交叉点比例关系
随着交叉点比例关系的不同，表示不同的信号1或0传递质量的能耐。如下图所示，左边图形为不同交叉比例关系的眼图，对应到右边相关的1及0脉冲信号。同时也可以了解到在不同脉冲信号时间的宽度与图交叉比例的关系。
图 不同眼交叉比与脉冲信号的关系
对于一般的信号而言，平均分布信号位准1及0是最常见的。一般要求眼图交叉比为
50%，即以相同的信号脉冲1与0长度为标准，来作相关参数的验证。因此，
根据眼交叉比关系的分布，可以有效地测量因不同1及0信号位准的偏差所造成的相对就振幅损失分析。例如，眼交叉比过大，即传递过多1位准信号，将会依此交叉比关系来验证信号误码、屏蔽及其极限值。眼交叉比过小，即传递过多0位准信号，一般容易造成接收端信号不易从其中抽取频率，导致无法同步，进而产生同步损失。
（3）信号上升时间与下降时间
一般测量上升及下降时间是以眼图占20%～80%的部分为主，其中上升时间如下图，分别以左侧交叉点左侧(20%)至右侧(80%)两块水平区间作此传递信号上升斜率时间之换算，计算公式如下：
上升时间平均（80%时间位准）-平均（20%时间位准）
=
图眼图信号上升时间
我们知道，时间位准20%及80%是与信号位准1及0有着相关性的。当然，如果上升时间愈短，即愈能表现出眼图中间的白色区块，即代表可传递的信号及容忍误码比率较好。而对于眼图下降时间如下图所示，分别以右侧交叉点左侧(80%)至右侧(20%)两块水平区间作此信号传递下降斜率时间之换算，计算公式如下：
下降时间平均（20%时间位准）-平均（80%时间位准）
=
图 眼图信号下降时间
如同上升时间一般，如果下降时间愈短，亦愈能表现出眼图中间的白色区块，可以传
递的信号及容忍误码比率愈好。
（4）Q 因子（Q Factor ）
Q 因子用于测量眼图信噪比的参数，它的定义是接收机在最佳判决门限下信号功率和
噪声功率的比值，可适用于各种信号格式和速率的数字信号，其计算公式如下：
10top base
factor P P Q σσ-=+
其中，“1”电平的平均值top P 与“0”电平的平均值base P 的差为眼幅度，
“1”信号噪声有效值1σ与“0”信号噪声有效值0σ之和为信号噪声有效值。
Q 因子综合反映眼图的质量问题。Q 因子越高，眼图的质量就越好，信噪比就越高。Q
因子一般受噪声、光功率、电信号是否从始端到终端阻抗匹配等因素影响。一般来说，眼图中1电平的这条线越细、越平滑，Q 因子越高。在不加光衰减的情况下，发送侧光眼图的Q 因子不应该小于12，接收测的Q 因子不应该小于6 。
（5）平均功率
通过眼图反映的平均功率，即是整个数据流的平均值。与眼图振幅测量不同，平均功
率则是直方图的平均值。如果数据编码正常工作，平均功率应为总眼图振幅的50%。
（6）抖动
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。
因此，在系统中尽可能的减少这种相关抖动，提升系统总体性能。
抖动，描述了信号的水平波动，即信号的某特定时刻相对于其理想时间位置上的短期偏离，示意图如下：
图抖动示意图
示波器观测到的抖动如下图所示。图中为抖动大的眼图的交点，其直方图是一个像素宽的交点块投射到时间轴上的投影。理想情况下应该为一个点，但由于码元的水平波动，导致其形成了一个区域。
图抖动的眼图交点
器件生成的固有抖动称为抖动输出。其主要来源可以分为两个：随机抖动(RJ)和确定性抖动(DJ)，其中确定性抖动(Deterministic Jitter)又可以分为周期性抖动（Periodic Jitter）、占空比失真（Duty Cycle Distortion）、码间干扰（Inter-Symbol Interference
）和串扰。DCD源自时钟周期中的不对称性。ISI源自由于数据相关效应和色散导致的边沿响应变化。PJ源自周期来源的电磁捡拾，如电源馈通。串扰是由捡拾其它信号导致的。DJ的主要特点是，其峰到峰值具有上下限。DCD和ISI称为有界相关抖动，Pj和串扰称为不相关有界抖动，而RJ称为不相关无界抖动。另外，抖动分布是RJ和DJ概率密度函数的卷积。
分析抖动以及其具体产生原因将有助于在系统设计时尽可能的减少抖动产生的影响，同时可以确定抖动对BER的影响，并保证系统BER低于某个最大值，通常是12
10 。因此，抖动的形成原因直观的表示如下图：
图抖动形成原因
1.3 眼图与系统性能
当接收信号同时受到码间串扰和噪声的影响时，系统性能的定量分析较为困难，一般可以利用示波器，通过观察接收信号的“眼图”对系统性能进行定性的、可视的估计。由眼图可以观察出符号间干扰和噪声的影响，具体描述如下：
图眼图与系统性能的关系
眼图对于展示数字信号传输系统的性能提供了很多有用的信息：可以从中看出码间串扰的大小和噪声的强弱，有助于直观地了解码间串扰和噪声的影响，评价一个基带系统的性能优劣；可以指示接收滤波器的调整，以减小码间串扰，如：
眼图的“眼睛”张开的大小反映着码间串扰的强弱。“眼睛”张的越大，且眼图越端正，表示码间串扰越小；反之表示码间串扰越大。当存在噪声时，噪声将叠加在信号上，观察到的眼图的线迹会变得模糊不清。若同时存在码间串扰，“眼睛”将张开得更小。与无码间串扰时的眼图相比，原来清晰端正的细线迹，变成了比较模糊的带状线，而且不很端正。噪声越大，线迹越宽，越模糊；码间串扰越大，眼图越不端正。
理论分析得到如下几条结论，在实际应用中要以此为参考，从眼图中对系统性能作一论述：
（1）最佳抽样时刻应在“眼睛” 张开最大的时刻。
（2）对定时误差的灵敏度可由眼图斜边的斜率决定。斜率越大，对定时误差就越灵敏。
（3）在抽样时刻上，眼图上下两分支阴影区的垂直高度，表示最大信号畸变。
（4）眼图中央的横轴位置应对应判决门限电平。
（5）在抽样时刻，上下两分支离门限最近的一根线迹至门限的距离表示各相应电平的噪声容限，噪声瞬时值超过它就可能发生错误判决。
（6）对于利用信号过零点取平均来得到定时信息的接收系统，眼图倾斜分支与横轴相交的区域的大小表示零点位置的变动范围，这个变动范围的大小对提取定时信息有重要的影响。
1.4 眼图与误码率
在数字电路系统中，发送端发送出多个比特的数据，由于多种因素的影响，接收端可能会接收到一些错误的比特（即误码）。错误的比特数与总的比特数之比称为误码率，即Bit Error Ratio，简称BER。误码率是描述数字电路系统性能的最重要的参数。在GHz比特率的通信电路系统中（比如Fibre Channel、PCIe、SONET、SATA），通常要求BER小于
10 。误码率较大时，通信系统的效率低、性能不稳定。影响误码率的因素包括抖或等于12
动、噪声、信道的损耗、信号的比特率等。
在误码率（BER）的测试中，码型发生器会生成数十亿个数据比特，并将这些数据比特发送给输入设备，然后在输出端接收这些数据比特。然后，误码分析仪将接收到的数据与发送的原始数据一位一位进行对比，确定哪些码接收错误，随后会给出一段时间内内计算得到的BER。考虑误码率测试的需要，我们以下面的实际测试眼图为参考，以生成BER 图，参考眼图如下所示：
图参考眼图
BER图是样点时间位置BER(t)的函数，称为BERT扫描图或浴缸曲线。简而言之，它是在相对于参考时钟给定的额定取样时间的不同时间t上测得的BER。参考时钟可以是信号发射机时钟，也可以是从接收的信号中恢复的时钟，具体取决于测试的系统。以上述的眼图为参考，眼睛张开度与误码率的关系以及其BER图如下：
图眼睛张开度与误码率的关系
图 BER(T)扫描或浴缸曲线
上述两图中，BER图与眼图时间轴相同，两侧与眼图边沿相对应，样点位于中心。BER 一定时，曲线之间的距离是该BER上的眼图张开程度。在样点接近交点时，抖动会导致BER 提高到最大0.5。
2 眼图的生成方法探讨
一般而言，生成眼图需要通过测量大量的数据，然后再从其中恢复得到。示波器测量眼图中，经过前期的数据采集，其内存中可以获得完整的数据记录。然后，利用硬件或者软件对时钟进行恢复或提取得到同步时钟信号，用此时钟信号与数据记录中的数据同步到
每个比特，
通过触发恢复的时钟，把数据流中捕获的多个1 UI(单位间隔，相当于一个时钟周期)的信号重叠起来，也即将每个比特的数据波形重叠，最后得到眼图。示波器眼图的形成示意图如下：
图示波器眼图的形成原理
从上面的形成原理图中可以看出，通过用恢复的时钟信号等间隔的触发数据记录中的
信号，将这些截取到的单位UI波形叠加在一起，就形成了眼图。
通过以上的分析，从采集到的数据中恢复出时钟信号对于眼图的生成至关重要。因此，
眼图与CLK的关系如下：
（1）采样示波器的CLK通常可能是用户提供的时钟，恢复时钟，或者与数据信号本
身同步的码同步信号.
（2）实时示波器通过一次触发完成所有数据的采样，不需附加的同步信号和触发信
号。通常通过软件PLL方法恢复时钟.
因此，这里有必要介绍下时钟恢复电路的功能（参考英文如下）：
④Clock and Data Recovery (CDR) circuit functions:
④First to recover the clock signal (CR) from the received data stream
(input signal).
④Use the CR to perform timing and amplitude-level decisions on the
incoming signal.
④Regenerate the data stream (DR), with timing and amplitude
characteristics, synchronized with the recovered clock (CR) or
regenerated system clock.
译为：
（1）从接收到的数据流中恢复出原采样时钟信号
（2）利用恢复的时钟信号来衡量输入信号的时间、幅度等级等性能
（3）在输入信号的时间和幅度等特性基础上重新生成数据流，并且与恢复的时钟信号或重新生成的系统时钟同步。
目前，对于时钟恢复的方法，大多数用到的是基于锁相环的时钟恢复方法。锁相环包括鉴相器（phase detector）、环路滤波器（loop filter）、压控振荡器（voltage controlled oscillator，简称VCO）三个基本部分组成，其基本的原理框图如下所示：
图锁相环原理框图
总体而言，锁相环对于时钟恢复的重要性可以体现在以下几个方面：
（1）完全集成的，并且不需要外部的参考时钟信号
（2）确保时钟信号与数据同步
（3）对时钟信号提供监视功能，当锁相环失锁时提供警报
（4）优化误码率——调整关于数据信号的时钟相位
参考来自下述文章：
④Phase-Locked Loop (PLL) necessary for clock recovery:
④Fully integrated and does not require an external reference clock.
④Ensure alignment of the clock with the middle of a data word.
④Monitors the CR and provides a Loss-of-Lock (LOL) alarm when the PLL
loses lock.
④for Optimized bit error rate (BER) – adjust clock phase relative to
the data signal.
测试高速串行数据信号的眼图与抖动的仪器都使用了基于锁相环的时钟恢复方法。其中，实时示波器主要使用软件PLL来恢复参考时钟，取样示波器和误码率测试仪都使用硬件
PLL来恢复时钟。采用软件恢复时钟方法，捕获长数据波形，将数据与恢复时钟逐位比较，完成眼图、抖动、误码率测试。可分析捕获的串行数据的每一个Bit位，避免了触发抖动和硬件恢复时钟抖动导致的测量不精确，CDR抖动和触发抖动理论为0。
目前，泰克提供的眼图生成方案：
（1）从数据恢复时钟（CDR），眼图模板测试：可以分为硬件CDR（PLL）和软件CDR（PLL+其它）
（2）测量眼图的眼高、眼宽等关于眼图的参数
（3）根据上面测量到的数据，绘制相关的图形：
抖动：趋势，频谱,
直方图, 浴盆曲线
根据上述的方案概况，硬件的时钟恢复原理如下框图所示：
图泰克硬件时钟恢复方案框图
在实时示波器中，通常使用连续比特位的眼图生成方法。首先，示波器采集到一长串连续的数据波形；然后，使用软件CDR恢复时钟，用恢复的时钟切割每个比特的波形，从第1个、第2个、第3个、一直到第n-1个、第n个比特；最后一步是把所有比特重叠，得到眼图。其中，实时的眼图生成方法如下：
④软件时钟恢复
④眼图参数测量
④全系列标准专用参数测量，包括幅度、定时和抖动
④低抖动低噪声
④单触发事件，而不是ET方法中的多触发事件，即触发一次后连续采样，减
少了
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。这对于设计和调试相干通信系统尤为重要。 5. 信号间干扰检测 在复杂的通信系统中，信号间可能存在干扰。通过观察眼图，可以清晰地发现信号间的干扰现象。这对于干扰源的定位和排除非常有帮助。 总结 眼图作为通信原理中的重要工具，主要用于评估和分析数字信号的质量。通过对眼图的展示和分析，可以判断信号的稳定性、失真情况、噪声干扰、时钟同步、相位偏移以及信号间干扰等问题。在设计、优化和调试通信系统中，眼图具有重要的应用价值。
眼图实验报告的数据
实验五眼图 一、实验目的： 1、理解受限信道上的数据传输率； 2、观察眼图，分析不同参数设置对眼图的影响。 二、实验原理 当一个信号通过一个受限的信道时，它的波形将发生变化。如图5-1所示，当数据传输率提高时，波形的失真也增大，甚至使得数据不能传输。 图5-1 受限信道中的波形的前后变化 眼图通常用于实时观察一个数字数据序列，它能够表达出很多有关传输质量的信息，而做这些仅一个常用的示波器和一位时钟序列就可以了。通过观察眼图，可以测量出传输的质量及接收到的数据中发生错误的可能性。其原理图如图5-2所示： 图5-2 眼图产生的原理 一个典型的眼图通常是用来显示传输在一个受限信道上的二进制序列，而这个受限的信道是忽略了噪音的。如图5-3所示： 图5-3眼图
三、实验设备 1、主机TIMS-301F 2、TIMS基本插入模块 （1）TIMS-153序列产生器（Sequence generator） （2）TIMS-148音频振荡器（Audio Oscillator） （3）TIMS-153 可调低通滤波器（Tuneable LPF） 3、计算机 4、PICO虚拟设备 四、实验步骤： 1、将TIMS系统中的音频振荡器（Audio Oscillator）、序列产生器（Sequence generator）、可调低通滤波器（Tuneable LPF）三个模块按图5-4连接。 2、PICO软件的设置：打开PICO软件，设置眼图参数。在“Settings”菜单中选择“Options”选项，如下图所示： 在弹出的窗口菜单中，在“Sco pe options”里的“Data to display”项选择“Accumulate”。如下图所示：
眼图实验报告
眼图实验报告 眼图实验报告 引言： 眼图是一种常用的电信测量工具，用于分析数字信号的质量和稳定性。通过观察信号在示波器屏幕上的显示，我们可以获得信号的波形、噪声和时钟抖动等信息。本实验旨在通过眼图分析方法，对数字信号进行测量和评估。 一、实验目的 本实验的主要目的是通过眼图实验，了解数字信号的质量和稳定性，并掌握使用眼图进行信号分析的方法。 二、实验原理 眼图是一种通过示波器观察信号波形的方法。在示波器屏幕上，我们可以看到一系列的“眼睛”，每个“眼睛”代表了一个数据位。通过观察这些“眼睛”的开闭程度和位置，我们可以判断信号的质量和稳定性。 在眼图中，水平轴代表时间，垂直轴代表信号的电压。每个“眼睛”由上下两条边界线和中间的开放区域组成。边界线的位置和开放区域的大小反映了信号的噪声和时钟抖动情况。边界线越平整，开放区域越大，表示信号质量越好；反之，表示信号质量较差。 三、实验步骤 1. 连接示波器和信号源：将信号源的输出与示波器的输入相连。 2. 设置示波器参数：根据实际情况，设置示波器的触发模式、时间基准和垂直尺度等参数。 3. 调整示波器触发：通过调整示波器的触发模式和触发电平，使信号能够稳定
地显示在示波器屏幕上。 4. 观察眼图：调整示波器的水平和垂直尺度，观察眼图的显示情况。注意观察 边界线的平整程度和开放区域的大小。 5. 分析眼图：根据眼图的显示结果，分析信号的质量和稳定性。可以通过观察 边界线的位置和开放区域的大小，判断信号是否存在噪声和时钟抖动。 6. 记录实验数据：将实验中观察到的眼图结果记录下来，以备后续分析和比较。 四、实验结果与分析 通过眼图实验，我们观察到了不同信号的眼图，并进行了分析。在实验中，我 们发现开放区域较大、边界线平整的眼图代表了较好的信号质量和稳定性，而 开放区域较小、边界线波动较大的眼图则表示信号质量较差。 实验中，我们还观察到了一些常见的眼图特征。例如，当信号存在噪声时，眼 图的开放区域会变小，边界线会变得不规则；当信号存在时钟抖动时，眼图的 边界线会出现波动。 五、实验总结 通过本次眼图实验，我们对数字信号的质量和稳定性有了更深入的了解。眼图 作为一种常用的电信测量工具，可以帮助我们评估信号的质量，分析信号的噪 声和时钟抖动等问题。 在实验中，我们学会了使用示波器观察眼图，并通过观察眼图的开放区域和边 界线，判断信号的质量和稳定性。通过实验结果的分析，我们可以进一步了解 信号的特点和问题，并采取相应的措施进行改进和优化。 总的来说，眼图实验是一种简单而有效的方法，可以帮助我们更好地了解数字 信号的特性。通过不断的实验和分析，我们可以提高对数字信号的认识，为实
电路中eye-概述说明以及解释
电路中eye-概述说明以及解释 1.引言 1.1 概述 概述 眼图（Eye diagram）是电路中一种常用的信号分析工具，它可以直观地展示出数字信号的品质和传输效果。在现代通信系统中，眼图被广泛应用于高速串行数据传输的评估和调试。通过观察眼图的开口大小、噪声水平和信号失真情况，工程师可以更好地了解信号的质量，并进行相应的优化和改进。 眼图的形状对于判断信号传输的可靠性至关重要。一个完整的眼图通常由交错的开口组成，类似于人的眼睛。开口的大小代表了信号的幅度范围，而开口的位置则表示了信号的平衡情况。当信号失真或受到干扰时，眼图的开口会变小或者变形，这表明数字信号的质量下降。通过分析眼图的形态特征，工程师可以判断信号传输中存在的问题，并进一步进行故障定位和改进。 在电路设计和调试中，眼图的使用非常广泛，特别是在高速数据传输和时钟恢复等领域。通过采集信号的波形数据，然后进行采样和重新组合，就可以生成眼图。通过眼图，工程师可以看到数字信号在不同时间点的变
化情况，并对信号的时序和整体稳定性进行分析。 总之，眼图是一种重要的电路分析工具，能够帮助工程师更好地认识和评估信号的质量。通过对眼图的观察和分析，我们可以识别出信号传输中存在的问题，并采取适当的措施来改进和优化电路的性能。接下来，本文将重点介绍电路中眼图的关键要点，并探讨其在实际应用中的意义和挑战。 1.2 文章结构 文章结构部分的内容是对整篇文章的结构进行简要介绍和概述。它可以包括以下信息： 文章的整体篇幅和章节分布：介绍文章的总字数和章节划分，使读者能够了解文章的大致结构和篇幅。 各章节内容的概述：对文章中各个章节的主要内容进行简要介绍，让读者对整篇文章的内容有一个整体的概念。 章节之间的逻辑关系：说明各章节之间的逻辑联系和顺序，以便读者能够理解文章的思路和脉络。 注重的重点和亮点：指出文章中的重点部分和亮点，以激发读者的兴趣和引导读者关注重要的内容。
眼图形成及其基本知识归纳
1眼图基本概念 1.1 眼图的形成原理 眼图是一系列数字信号在示波器上累积而显示的图形，它包含了丰富的信息，从眼图上可以观察出码间串扰和噪声的影响，体现了数字信号整体的特征，从而估计系统优劣程度，因而眼图分析是高速互连系统信号完整性分析的核心。另外也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整，以减小码间串扰，改善系统的传输性能。 用一个示波器跨接在接收滤波器的输出端，然后调整示波器扫描周期，使示波器水平扫描周期与接收码元的周期同步，这时示波器屏幕上看到的图形就称为眼图。示波器一般测量的信号是一些位或某一段时间的波形，更多的反映的是细节信息，而眼图则反映的是链路上传输的所有数字信号的整体特征，如下图所示： 图示波器中的信号与眼图 如果示波器的整个显示屏幕宽度为100ns，则表示在示波器的有效频宽、取样率及记忆体配合下，得到了100ns下的波形资料。但是，对于一个系统而言，分析这么短的时间
内的信号并不具有代表性，例如信号在每一百万位元会出现一次突波（Spike），但在这100ns时间内，突波出现的机率很小，因此会错过某些重要的信息。如果要衡量整个系统的性能，这么短的时间内测量得到的数据显然是不够的。设想，如果可以以重复叠加的方式，将新的信号不断的加入显示屏幕中，但却仍然记录着前次的波形，只要累积时间够久，就可以形成眼图，从而可以了解到整个系统的性能，如串扰、噪声以及其他的一些参数，为整个系统性能的改善提供依据。 分析实际眼图，再结合理论，一个完整的眼图应该包含从“000”到“111”的所有状态组，且每一个状态组发生的次数要尽量一致，否则有些信息将无法呈现在屏幕上，八种状态形成的眼图如下所示： 图眼图形成示意图 由上述的理论分析，结合示波器实际眼图的生成原理，可以知道一般在示波器上观测到的眼图与理论分析得到的眼图大致接近（无串扰等影响），如下所示：
眼图形成及其原理总结
- 1 眼图根本概念 1.1 眼图的形成原理 眼图是一系列数字信号在示波器上积累而显示的图形，它包含了丰富的信息，从眼图上可以观察出码间串扰和噪声的影响，表达了数字信号整体的特征，从而估计系统优劣程度，于是眼图分析是高速互连系统信号完整性分析的核心。此外也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整，以减小码间串扰，改善系统的传输性能。 用一个示波器跨接在接收滤波器的输出端，然后调整示波器扫描周期，使示波器水平扫描周期与接收码元的周期同步，这时示波器屏幕上看到的图形就称为眼图。示波器普通测量的信号是一些位或者某一段时间的波形，更多的反映的是细节信息，而眼图那末反映的是链路上传输的所有数字信号的整体特征，如下列图所示： 图示波器中的信号与眼图 如果示波器的整个显示屏幕宽度为 100ns，那末表示在示波器的有效频宽、取样率及记忆体配合下，得到了 100ns 下的波形资料。但是，对于一个系统而言，分析这么短的时间内的信号并不具有代表性，例如信号在每一百万位元会浮现一次突波〔Spike〕，但在这100ns 时间内，突波浮现的机率很小，因此会错过某些重要的信息。如果要衡量整个系统的性能，这么短的时间内测量得到的数据显然是不够的。设想，如果可以以重复叠加的方式，将新的信号不断的参加显示屏幕中，但却仍然记录着前次的波形，只要积累时间够久，就可以形成眼图，从而可以了解到整个系统的性能，如串扰、噪声以及其他的一些参数，为整个系统性能的改善提供依据。 分析实际眼图，再结合理论，一个完整的眼图应该包含从〞到〞的所有状态组，且每一个状态组发生的次数要尽量一致，否那末有些信息将无法呈现在屏幕上，八种状态形成的眼图如下所示： 图眼图形成示意图 由上述的理论分析，结合示波器实际眼图的生成原理，可以知道普通在示波器上观测
眼图(Eye Diagram)含义讲解
眼图（Eye Diagram）含义讲解 什么是眼图？它用在什么场合？反映了波形的什么信息？ 眼图（Eye Diagram）可以显示出数字信号的传输质量，经常用于需要对电子设备、芯片中串行数字信号或者高速数字信号进行测试及验证的场合，归根结底是对数字信号质量的一种快速而又非常直观的观测手段。消费电子中，芯片内部、芯片与芯片之间经常用到高速的信号传输，如果对应的信号质量不佳，将导致设备的不稳定、功能执行错误，甚至故障。眼图反映的是数字信号受物理器件、信道的影响，工程师可以通过眼图，迅速得到待测产品中信号的实测参数，并且可以预判在现场可能发生的问题。 1、眼图的形成 对于数字信号，其高电平与低电平的变化可以有多种序列组合。以3个bit为例，可以有000-111共8中组合，在时域上将足够多的上述序列按某一个基准点对齐，然后将其波形叠加起来，就形成了眼图。如图1。对于测试仪器而言，首先从待测信号中恢复出信号的时钟信号，然后按照时钟基准来叠加出眼图，最终予以显示。 图1. 眼图的形成 2、眼图中包含的信息 对于一幅真实的眼图，如图2，首先我们可以看出数字波形的平均上升时间(Rise Time)、下降时间(Fall Time)、上冲(Overshoot)、下冲(Undershoot)、门限电平(Threshold/Crossing Percent)等基本的电平变换的参数。
图2. 电平变换参数 信号不可能每次高低电平的电压值都保持完全一致，也不能保证每次高低电平的上升沿、下降沿都在同一时刻。如图3，由于多次信号的叠加，眼图的信号线变粗，出现模糊(Blur)的现象。所以眼图也反映了信号的噪声和抖动：在纵轴电压轴上，体现为电压的噪声(Voltage Noise)；在横轴时间轴上，体现为时域的抖动(Jitter)。 图3. 噪声和抖动 由于噪声和抖动，眼图上的空白区域变小。如图4，在除去抖动和噪声的基础上，眼图上空白的区域在横轴上的距离称为眼宽(Eye Width)，在眼图上叠加的数据足够多时，眼宽很好的反映了传输线上信号的稳定时间；同理，眼图上空白的区域在纵轴上的距离称为眼高(Eye Height)，在眼图上叠加的数据足够多时，眼高很好的反映了传输线上信号的噪声容限，同时，眼图中眼高最大的地方，即为最佳判决时刻。
眼图的产生原理和它的应用
眼图的产生原理和它的应用 什么是眼图 眼图是一种用于显示数字信号质量的图形化表示方法。它可以帮助工程师分析和诊断数字通信系统中的时域和频域问题，通过观察眼图的形态变化，可以推断出信号的质量和稳定性。 眼图的产生原理 眼图的产生原理涉及到信号的采样和时钟恢复。在数字通信系统中，时钟恢复是非常重要的步骤，它用于恢复出正确定时的时钟信号，使得接收者能够正确解读数字信号。 眼图是通过对连续时间波形进行采样，并在特定时间点上对所有波形进行重叠显示而生成的。在采样过程中，通常选择位于眼睛中间的点，并将其表示为眼图的中心。每个采样点处的波形称为一个“眼”，因此眼图实际上是一系列不同的“眼”形成的。 眼图的应用 眼图在数字通信系统中有广泛的应用，以下是一些常见的应用场景： 1.数字信号质量分析：通过观察眼图的形态，可以判断信号的时钟抖 动、噪声干扰和失真情况。例如，如果眼图出现闭合不完整或扭曲的情况，说明信号存在时钟抖动或失真现象，需要进一步分析和调整。 2.高速传输系统的优化：在高速数字通信系统中，眼图可以帮助工程 师识别和调整时钟恢复电路、等化器和时钟恢复算法等关键部件，以最大限度地提高系统的传输性能和可靠性。 3.误码率测试：通过对眼图的分析，可以计算得到误码率等重要的数 字指标。工程师可以根据误码率来评估和改进数字信号的质量，提高系统的可靠性和性能。 4.通信系统设计和故障分析：在通信系统的设计阶段，眼图可以帮助 工程师评估各种设计方案的性能，并选择最佳解决方案。在故障分析中，眼图可以提供有价值的线索，以快速定位和解决问题。 总之，眼图作为一种直观、可视化的分析工具，在数字通信系统的设计、优化和故障排查中发挥着重要作用。
眼图测量基础知识
—“眼图就是象眼睛一样形状的图形。” 眼图是用余辉方式累积叠加显示采集到的串行信号的比特位的结果，叠加后的图形形状看起来和眼睛很像，故名眼图。眼图上通常显示的是1.25UI的时间窗口。眼睛的形状各种各样，眼图的形状也各种各样。通过眼图的形状特点可以快速地判断信号的质量。图六的眼图有“双眼皮”，可判断出信号可能有串扰或预（去）加重。图七的眼图“眼睛里布满血丝”，这表明信号质量太差，可能是测试方法有错误，也可能是PCB布线有明显错误。图八的眼图非常漂亮，这可能是用采样示波器测量的眼图。 图五眼图定义 图六“双眼皮”眼图 由于眼图是用一张图形就完整地表征了串行信号的比特位信息，所以成为了衡量信号质量的最重要工具，眼图测量有时侯就叫“信号质量测试（Signal Qu ality Test,SQ Test）”。此外，眼图测量的结果是合格还是不合格，其判断依据通常是相对于“模板（Mask）”而言的。模板规定了串行信号“1”电平的容限，“0”电平的容限，上升时间、下降时间的容限。所以眼图测量有时侯又被称为“模板测试（Mask Test）”。模板的形状也各种各样，通常的NRZ信号的模板如图五和图八蓝色部分所示。在串行数据传输的不同节点,眼图的模板是不一样的，所以在选择模板时要注意具体的子模板类型。如果用发送端的模板来作为接收端眼图模板，可能会一直碰模板。但象以太网信号、E1/T1的信号，不是NRZ码形，其模板比较特别。
当有比特位碰到模板时，我们就认为信号质量不好，需要调试电路。有的产品要求100%不能碰模板，有的产品是允许碰模板的次数在一定的概率以内。（有趣的是，眼图85%通过模板的产品，功能测试往往是没有问题的，譬如我在用的电脑网口总是测试不能通过，但我上网一直没有问题。这让很多公司觉得不用买示波器做信号完整性测试以一样可以做出好产品来，至于山寨版的，更不会去买示波器测眼图了。）示波器中有测量参数可自动统计出碰到模板的次数。此外，根据“侵犯”模板的位置就能知道信号的哪方面有问题从而指导调试。如图九表明信号的问题主要是下降沿太缓，图十表明1电平和0电平有“塌陷”，可能是ISI问题导致的。 图七“眼睛布满血丝”的眼图 图八最漂亮的“眼睛” 图九下降沿碰到模板的眼图
眼图的定义与测量方法
眼图的测量 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）。 二进制信号传输时的眼图只有一只“眼睛”，当传输三元码时，会显示两 只“眼睛”。眼图是由各段码元波形叠加而成的，眼图中央的垂直线表示最佳抽样时刻，位于两峰值中间的水平线是判决门限电平。 在无码间串扰和噪声的理想情况下，波形无失真，每个码元将重叠在一起，最终在示波器上看到的是迹线又细又清晰的“眼睛”，“眼”开启得最大。当有码间串扰时，波形失真，码元不完全重合，眼图的迹线就会不清晰，引起“眼”部分闭合。若再加上噪声的影响，则使眼图的线条变得模糊，“眼”开启得小了，因此，“眼”张开的大小表示了失真的程度，反映了码间串扰的强弱。由此可知，眼图能
示波器生成眼图原理详解
2 眼图的生成方法探讨 一般而言，生成眼图需要通过测量大量的数据，然后再从其中恢复得到。示波器测量眼图中，经过前期的数据采集，其内存中可以获得完整的数据记录。然后，利用硬件或者软件对时钟进行恢复或提取得到同步时钟信号，用此时钟信号与数据记录中的数据同步到每个比特，此时时钟信号与数据信号在相位上是对齐的。通过恢复时钟的触发，把数据流中捕获的多个1 UI(单位间隔，相当于一个时钟周期)的信号重叠起来，也即将每个比特的数据波形重叠，最后得到眼图。 力科公司提供的示波器资料中，描述了目前用到的两种眼图的测量方法，即传统眼图测量方法与现代眼图测量方法，详细介绍如下： 2.1 传统眼图测量方法 示波器中传统的眼图测量方法就是同步触发一次，叠加一次，然后再触发再叠加。每触发一次，眼图上增加一个UI，每个UI 的数据是相对于触发点排列的，因此是“Single-Bit Eye”，其形成过程如下图所示： 图传统眼图形成方法 传统的同步触发原理，也就是说如何使每个UI 的数据相对于触发点对齐排列，有两种方法，如下：
(1) 在被测电路板上找到和串行数据同步的时钟，将此时钟作为示波器的触发源，且时钟的边沿作为触发的条件。来一个时钟边沿则触发一次，从而使每个UI 的数据相对于触发排列，实现同步触发。 (2) 一般传输的串行数据信号中混合数据信号与时钟信号，将待测的串行信号同时输入到示波器的输入通道和硬件时钟恢复电路(CDR)通道，硬件CDR 恢复出串行数据里内嵌的时钟，以恢复出的时钟信号作为示波器的触发源，利用时钟边沿实现触发，从而使每个UI 的数据相对于触发排列，实现同步触发。用传统的眼图测量方法，我们可以得到整个系统的眼图，从而可以评估系统的性能。 但是，对于现代系统的评估而言，它还存在如下的缺陷： (1) 效率比较低。如果需要测量高速信号，则需要测量大量的数据，如1 百万个UI 的眼图，触发时间花费较长。 (2) 器件触发抖动影响。由于每次触发只能叠加一个UI，形成1 百万个UI 的眼图就需要触发1 百万次，这样不断触发的过程中必然将示波器本身的触发抖动也引入到了眼图上。 对于高速信号来说，这种抖动是不可忽略的。 (3)CDR 抖动的影响。传统的眼图测量方法利用硬件CDR 原理，但是这种同步方法引入了硬件CDR 抖动，对眼图测量误差较大。 (4)硬件CDR 只能侦测连续串行信号才能正常工作，如果被测信号不是连续的，譬如两段连续比特位之间有一段低电平，硬件CDR 就不能恢复出正确的时钟。因此，传统测量方法的工作原理决定了它不能对间歇性的串行信号做眼图。 (5) 由于传统的方法需要及时的时钟信号才会正常的工作，对于保存的波形数据等，由于没有办法恢复时钟信号，也就不能在这些保存的数据的基础上形成眼图。还有，不能对运算后的波形做眼图，这限制了应用范围。 2.2现代眼图测量方法 考虑到传统眼图测量方法的缺陷，我们这里详细阐述现代眼图的测量方法。现代眼图测量方法主要利用软件来实现，首先捕获一组连续比特位的信号，然后用软件PLL方法（软件算法）恢复出时钟，最后利用恢复出的时钟和捕获到的信号按比特位切割，切割一次，叠加一次，最终将捕获到的一组数据的每个比特位都叠加在一起，这样就形成了眼图，以下是其形成方法的示意图。
通信原理眼图的应用
通信原理眼图的应用 介绍 通信原理眼图是一种在通信系统中广泛应用的工具，用于观察和分析信号的时 域波形和功率谱特征。眼图通过展示信号的波形和特征，帮助工程师快速定位和解决通信问题。本文将介绍通信原理眼图的概念、原理以及在通信系统中的应用。 眼图的定义 通信原理眼图是一种在数字通信中用于分析和检测信号质量的工具。它是通过 多次重叠显示同一信号的波形来形成的。眼图主要用于检测信号的噪声、失真、时钟抖动和滞后等问题。 眼图的原理 通信原理眼图的原理基于采样和观察连续时间信号的离散表示。通过连续采样 信号，并将其显示在示波器的屏幕上，可以形成眼图。 眼图的基本原理是将连续时间信号的波形重叠显示，形成多个周期重叠的图案。这样可以观察到信号的周期性、幅度和时钟信号的同步性。如果信号存在失真或噪声，可以通过眼图来分析并定位问题所在。 眼图的应用 通信原理眼图在通信系统中有广泛的应用。以下是几个常见的应用场景： 1.检测信道质量：眼图可以用于检测信道的品质和稳定性。通过观察 眼图的开放度和噪声水平，可以判断信道是否存在丢包、干扰或多径衰落等问题。 2.优化时钟信号：眼图可以用于优化时钟信号的同步性和稳定性。通 过观察眼图的周期性和同步性，可以调整时钟信号的参数，提高系统的时钟精度和抗干扰能力。 3.分析时钟抖动和滞后：眼图可以用于分析时钟抖动和滞后问题。通 过观察眼图的周期性和形态变化，可以判断时钟信号是否存在抖动或滞后，从而调整和优化系统中的时钟同步机制。 4.检测信号失真：眼图可以用于检测信号失真问题。通过观察眼图的 波形变形和畸变程度，可以判断信号是否存在失真，从而采取相应的措施进行调整和修复。
【干货】眼图背后的故事【明眸】与【蜂腰】
【干货】眼图背后的故事【明眸】与【蜂腰】 眼图(EYE Diagram)介绍 所谓眼图简单的说就是把一连串接收端接收到的脉冲信号(000,001,010,011, 100, 101,110,111)同时叠加在高速示波器上以形成眼图，如下图所示： 图1 若在眼图中加入一个多边形以标识信号真正存在的区域，即所谓的眼图模板测试(Eye Mask)。因为眼图模板测试可在一次量测中，计算出测试信号波形的上升时间、下降时间、噪声与抖动(Jitter)等，形成一套系统化的测量方法，因此眼图已被多个协会(SATA, SAS, PCIE, USB, Ethernet等几乎所有的高速总线协会)采用来规范各种通信互连系统的标准测试项目。
图 2 眼图的特性是累加了一连串的脉冲时序，因此它具有测量信号重复性的作用。图1的眼图可以呈现许多信息；假如整个互连通信系统无任何噪声时，眼图上的轨迹应为同一条直线。当噪声越大时，信号变动程度也越大，在垂直方向之叠合轨迹也越粗，误码率也将增加。如下图所示： 图3 眼图的水平方向为时间轴，代表信号到达的时间，抖动将造成水平方向上轨迹变粗。眼图的左右边沿可以测量出信号的上升时间和下降时间。眼图形状类似于眼睛，当眼睛张的越大时，传输质量越佳。基本上若眼图的形状呈现【瞇瞇眼】形状时，表示信号质量极非常差。如下图所示：
图4 在信号量测中，眼图的形成正如上所述：由多个差分信号运算所累加而成。以SATA为例，其原理大致如下： 首先SATA 的信号pin角，大致上可分为TX+、TX-、RX+与RX-；由于SATA、SAS、PCI Express这类总线都是以差分信号来取代传统的单端信号传输，TX 为发送端，RX为接收端，而+、-则为差分的成对信号。参考图5(A)与图5(B)的信号波形图（以TX 为例），当信号传递时，即使因外界的噪声干扰，也不用担心信号会有误判的情形发生，因为差分信号的传输机制会将TX+与TX-作相减的运算，如图5(C)所示，如果有噪声，也不会传递到芯片内部，这样就不会影响到正常的信号传递，从而提高噪声容忍度。 图5 而示波器在测量眼图信号时，透过自触发点之后，将TX+ - TX-的