story · 6月11日

超越设计-眼图

眼图eye diagram是分析数字传输中信号的有用工具。眼图的快速扫描,并可以深入了解通道缺陷的本质。眼图是相对于时间的串行数据信号的图形显示,显示类似于眼睛的图案。仔细检查这种视觉显示可以提供signal-to-noise, clock timing jitter, reflections 和skew信息。

眼图覆盖了多个周期的信号波形。激励通常是伪随机比特流pseudo-random bit stream (PRBS)。每个周期波形都与一个时序参考对齐,通常是一个时钟。眼图提供了与信号相关的电压和时序不确定性的视觉指示。

在一个理想的世界里,眼图看起来像矩形盒子。然而,在现实中,通信并不完美,因此信号传输没有完全对齐,导致所谓的眼图。

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伪随机比特流是一个应用数学算法来模拟随机性的程序。它生成一个二进制数序列,由时钟同步,具有近似随机数的属性。触发边缘可能是上升沿,也可能是下降沿。因此,当许多这样的信号翻转被叠加时,正负脉冲相互叠加。叠加许多这样的比特就会产生一个眼图。该序列(高达1024bit/s)用于刺激传输线配置中的IBIS模型,并在接收器上产生可视化信号质量的眼图。

为了获得信号完整性性能的定量视图,其他测量值可以应用于眼图模式,包括eye height, eye width, signal amplitude, comparative delay, slew rate 和 setup/hold times. 。然后,测量值可以与JEDEC规范进行比较。

如上图,通过使用眼图显示器上的compliance mask ,可以快速确定高速数字信号的质量。典型的mask包括时序和振幅限制。蓝色区域是保留的

mask模板可以根据JEDEC规范进行配置,其中mask的中间部分由设置/保持时间和稳定电压阈值规格组成。mask也可以定制,以测试某些规格。通过在眼图上应用mask测试,可以快速判断信号是否满足整体信号完整性要求。不幸的是,mask尺寸通常很难从规格中确定。

眼图包括以低于数据速率的采样率获得的数据的电压和时间样本。在图2中,bit序列(左)相互叠加,以获得最终的眼图(右)

眼图(图3)可以告诉我们什么:

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  • 交流时序噪声或抖动,以水平厚度表示
  • 交流噪声或反射,由束的垂直厚度表示
  • 单位间隔或符号持续时间,相当于交叉的中心到中心间距
  • peak-to-peak电压
  • 在peak-to-peak波形的上方/下方进行过冲和下冲
  • ring back是高于还是低于峰值到峰值波形
  • 上升/下降时间,可以测量为上升/下降边沿的10%到90%
  • 两个或多个信号之间的比较延迟

当上升或下降的边沿在与理想时序不同的时候发生时,就会产生抖动。有些边沿发生得早;有些发生得晚。在数字电路中,所有信号都参照时钟信号传输。由于反射、符号间干扰、串扰、pvt变化和其他因素导致的数字信号偏差相当于抖动。一些抖动只是随机的。

termination的影响在生成的眼图中清晰可见。termination不当,眼睛看起来受限;随着termination方案的改进,眼睛变得更加放松(睁开)。termination不良的信号线也会受到多重反射的影响。

分析DDR信号的实用方法是通过眼图。根据从DQS参考时钟,读写DQ被折叠成一个眼睛。眼图可以告诉内存界面中的确切抖动分布。此外,它可以显示来自不正确的驱动和ODT的反射,如图4所示。波形峰值的变化(反射)表明ODT不当。

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眼图分析与位错误率(BER)分析不同,但这两种技术经常结合使用。位错误率百分比以每单位时间的位错误数计算。位同步错误是一个因素,以及失真、干扰和噪声。

眼睛模式是一种复合信号,表示信道带宽、衰减、抖动、反射、比较延迟和上升/下降时间变化。眼睛模式测量可以显示数据路径的整体信号完整性。它们提供即时视觉数据,数字设计可以使用这些数据来检查设计的信号完整性,并在设计过程的早期发现问题。

作者:数字芯片
来源:数字芯片实验室

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