Czym jest wykres oczkowy?

Jak czytać wykres oczkowy

Wykres oczkowy, który zostanie wygenerowany dla szybkiego kanału, ilustruje statystyki przejść sygnału między różnymi poziomami oraz statystyki napięć na każdym poziomie logicznym. Daje to obraz poziomu szumu, który występuje w odbiorniku z powodu interferencji międzysymbolowej, przesłuchów i wszelkich szumów fenomenologicznych dodanych do kanału (poziom jittera na szynie zasilania we/wy sterownika). Jednak typową miarą używaną do odczytu wykresu oczkowego jest jego maska lub otwór oka.

Otwór oka wskazuje obszar we wnętrzu wykresu oczkowego. Aby zobaczyć otwór oka, możemy spojrzeć na następujący przykład dotyczący kanału PAM-4 224 Gb/s. Poniższa symulacja pokazuje wykres oczkowy pseudolosowego strumienia bitów dla kanału o długości ok. 700 mil między chipem a jego modułem złącza. Zostało to obliczone przy użyciu systemu dostarczonego przez firmę Simberian. Kiedy jedyny obecny jitter pochodzi z odbicia przy idealnie zakończonym obciążeniu do wymaganej szerokości pasma kanału 56 GHz, widzimy, że otwór oka jest bardzo wyraźny z separacją wynoszącą ok. 220 mV między sygnałami.

224 wykresu oczkowego Gb/s PAM-4 dla krótkiego kanału.

Widać tutaj wyraźnie, że otwór oka na osi czasu waha się od około 44% do 57% przedziału jednostkowego (UI). Obrazuje to liczbę zakłóceń obserwowanych w odbiorniku tylko z powodu przychodzących impulsów zakłócających impulsy odbite. Zakres jittera w tym kanale wynosi około 1,16 ps zmienności tylko z powodu superpozycji impulsów.

Po dodaniu losowego jittera do kanału widzimy pewne rozmycie wzoru oka, ponieważ punkty przecięcia zaczynają się zmieniać na osiach czasu i napięcia. Poniższy wynik pokazuje, co się dzieje, gdy tylko 5% losowego jittera (standardowe odchylenie w UI) występuje na narastających zboczach sygnałów wprowadzanych do kanału. Ten poziom jittera może wydawać się niewielki, ale biorąc pod uwagę wartość UI ok. 9 ps i czas narastania UI 25%, jest to wystarczające, by doszło do znacznego przesunięcia punktów przecięcia poziomów. Wynikiem jest zmniejszenie pionowej odległości między poziomami i poziomej odległości między punktami przecięcia.

Wniosek z tego jest taki: jitter można postrzegać jako źródło szumu w dziedzinie czasu, które zwiększa poziom szumu w dziedzinie napięcia, a tę zmianę poziomu szumu można zobaczyć na wykresie oczkowym. W innym artykule przyjrzę się wzajemnemu oddziaływaniu losowego jittera i otworu oka, abyśmy mogli zobaczyć akceptowalny limit losowego jittera, który może być tolerowany w kanale.

Pomiar i symulacja wykresów oczkowych i BER

Jak wspomniałem wcześniej, wykresy oczkowe mogą być symulowane albo z modelu kanału ze znanymi parametrami S / funkcją transferu i zdefiniowanymi buforami, albo bezpośrednio z układu PCB z obecnymi wszystkimi elementami pasożytniczymi. Jeśli znane są modele kanałów, wykres oczkowy może być symulowany za pomocą pseudolosowej sekwencji bitów z operacją splotu (patrz schemat blokowy poniżej). Proces ten można wdrożyć w programie Matlab lub innym matematycznym programie skryptowym.

Proces symulacji wykresu oczkowego.

Podczas pracy z prototypem podstawowym celem jest określenie zgodności i wyodrębnienie modelu kanału z pomiarów. Model kanału będzie bardzo przydatny do dalszych zadań projektowych, takich jak dodanie łącznika lub przejścia. Określenie zgodności kanału będzie również wymagało analizy BER. Jest to jednak inny temat i nie będę w tym artykule omawiać wszystkich możliwości. Aby dowiedzieć się więcej na temat analizy wykresów oczkowych, zapoznaj się z tym artykułem firmy Tektronix. Istnieją też inne pomiary, które można wyodrębnić z wykresu oczkowego. Warto zapoznać się z tym artykułem pomocy technicznej przygotowanym przez Keysight, aby uzyskać wskazówki dotyczące innych pomiarów.

Artykuł opublikowano dzięki uprzejmości firmy Altium

Kontakt w Polsce: Paweł Czyż 692 273 540