Was ist ein optisches Augendiagramm?
Der Begriff „Augendiagramm“ wird häufig in der Analyse optischer Kommunikationstests verwendet. Wir können an seinem Namen erkennen, dass ein Augendiagramm wie ein menschliches Auge aussieht. Was ist also ein optisches Augendiagramm? Das Augendiagramm ist das Ergebnis der Akkumulation und Überlagerung der Bits des gesammelten seriellen Signals in Form eines Oszilloskop-Nachleuchtens. Die Form der überlagerten Figur sieht aus wie die Form des menschlichen Auges. Auf dem Display des Oszilloskops sehen wir ein Augendiagramm, das wie ein Auge aussieht. Wie in der folgenden Abbildung gezeigt:
Abbildung 1: Diagramm des optischen Auges
Das Augendiagramm ist eine Reihe digitaler Signale, die akkumuliert und auf dem Oszilloskop angezeigt werden. Es enthält reichhaltige Informationen. Aus dem Augendiagramm können wir den Einfluss von Intercode-Übersprechen und Rauschen beobachten, das die Gesamteigenschaften von digitalen Signalen verkörpert, und wir können den Grad der Systemüberlegenheit und -unterlegenheit abschätzen. Daher ist die Augendiagrammanalyse der Kern der Signalintegritätsanalyse für Hochgeschwindigkeits-Verbindungssysteme.
Wie entsteht ein optisches Augendiagramm?
Warum wird das Augendiagramm gebildet? Es entsteht durch Überlagerung einer Reihe digitaler Signale. Die digitalen Signale variieren zwischen High-Pegel und Low-Pegel. Nehmen wir zum Beispiel ein digitales 3-Bit-Signal. Es gibt 8 Kombinationen:
000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111
Wenn man diese unzähligen Sequenzen auf einen Referenzpunkt ausrichtet und dann die Wellenformen übereinander stapelt, ist das Prinzip unten dargestellt.
Abbildung 2: Schematische Darstellung des Augendiagramms
Dies ist ein ideales Augendiagramm, wenn das „Auge“ weit genug ist. Wenn das Signal nicht so gut ist, gibt es Rauschen oder das Übersprechen zwischen den Codes ist sehr groß, wodurch das „Auge“ des Augendiagramms kleiner wird. Die Linien werden unscharf.
Welche Informationen können Sie über das Signal aus dem Augendiagramm erhalten?
- Was bedeutet die dicke Linie?
Abbildung 3: Schematische Darstellung der dicken Linie
Wie oben gezeigt, je dicker die Linie wird, desto stärker sind das Signalrauschen und das Übersprechen zwischen den Codes. Je größer das „Auge“ ist und je regelmäßiger das Augendiagramm ist, desto geringer ist das Intercode-Übersprechen des Signals. Wenn das Signal Rauschen enthält, wird das „Auge“ kleiner und das ursprüngliche klare, regelmäßige Augendiagramm wird verschwommen und erscheint gebändert.
- Was bedeutet Augenhöhe?
Abbildung 4: Schematische Darstellung der Augenhöhe
Wie Sie auf dem obigen Bild sehen können, ist das Signal umso besser, je höher die Augenhöhe ist. Die beiden roten horizontalen Linien sind VIH und VIL, und die Pfeile links und rechts markieren die Momente, in denen das Signal von 0 auf 1 wechselt. Je breiter die beiden Pfeile sind, desto näher liegen die Setup-Zeit und die Haltezeit des ursprünglichen Signals. Wenn die beiden Pfeile klein sind, sind die Signale unvollständig, was zu Reflexionen, Interferenzen usw. führt. Dies spiegelt auch die Rauschtoleranz des Signals wider.
Vor und nach der Abtastung muss das digitale Signal eine bestimmte Einstellzeit und Haltezeit haben, und das digitale Signal sollte während dieser Zeitspanne stabil sein, um eine korrekte Abtastung zu gewährleisten. Für die Eingangspegelentscheidung muss der Hochspannungswert höher als VIH sein, und der Niederspannungswert muss niedriger als VIL sein. Ob das Augendiagramm den Anforderungen entspricht, ist an den beiden roten Linien oben zu erkennen.
- Was bedeutet Augenweite?
Abbildung 5: Schematische Darstellung der Augenweite
Wie Sie in der Abbildung oben sehen können, zeigt der rote Pfeil die Augenweite an. Wenn viele Signale gestapelt werden, spiegelt die Augenbreite die Stabilitätszeit des Signals gut wider.
Da das Augendiagramm ein Diagramm ist, das die Bitinformationen des seriellen Signals vollständig darstellt, ist es zum wichtigsten Werkzeug zur Messung der Signalqualität geworden, und die Augendiagrammmessung wird manchmal als „Signalqualitätstest“ (SQ-Test) bezeichnet. Ob das Ergebnis der Augendiagrammmessung qualifiziert oder unqualifiziert ist, hängt außerdem normalerweise von der „Maske“ ab. Die Maske gibt die Toleranz der seriellen Signalpegel „1“ und „0“ sowie die Toleranz der Anstiegs- und Abfallzeit an.
Daher wird die Augendiagrammmessung manchmal auch als „Maskentest“ bezeichnet. Masken gibt es auch in einer Vielzahl von Formen, und die übliche Maske für NRZ-Signale ist im mittleren schwarzen Teil von Abbildung 5 oben dargestellt. Die Maske des Augendiagramms ist in verschiedenen Knoten der seriellen Datenübertragung unterschiedlich, daher sollten wir bei der Auswahl der Maske auf den spezifischen Submaskentyp achten.
Wenn Sie die Maske des Senders als Augendiagrammmaske des Empfängers verwenden, kann es sein, dass er die Maske weiterhin berührt. Aber die Masken einiger Signale wie Ethernet-Signal und E1/T1-Signal sind speziell, die kein NRZ-Code sind.
Wenn im eigentlichen Test auf eine Maske gestoßen wird, analysieren wir diese sinnvoll und versuchen, dieses Problem zu lösen. Einige Produkte sind jedoch nicht sehr anspruchsvoll und ermöglichen Begegnungen mit der Maske in einem kleinen Bereich. Das ist der Handel -off zwischen dem Streben des Designers nach Qualität und der Anpassung an die Bedürfnisse des Marktes.
Figure 6
Das Problem in Abbildung 6 oben besteht darin, dass die abfallende Flanke so langsam ist, dass sie sich mit der Maske schneidet, was darauf hinweist, dass die Lastkapazität zu groß ist, was die Abfallzeit verlangsamt.
Figure 7
Das Problem in Abbildung 7 besteht darin, dass ein starkes Nachschwingphänomen auftritt, das auf nicht kontinuierliche oder nicht angepasste Impedanzprobleme hinweist.
Figure8
Dies sind doppelte Linien links und rechts, was ein Problem sein kann, z. B. ein instabiles Taktsignal.
Figure 9
Es ist eine durchgezogene Doppellinie in Abbildung 9, die durch einen instabilen Modulationsstrom oder eine instabile Leistungssteuerung verursacht wird.
Erweiterte Parameter
- Extinktionsverhältnis
Die Formel für das Extinktionsverhältnis lautet wie folgt:
Formel 1
Das Extinktionsverhältnis ist das Verhältnis des Mittelwerts von Stufe 1 zu dem von Stufe 0. Das Extinktionsverhältnis ist ein sehr wichtiger Parameter bei der Messung optischer Kommunikationssender. Je größer es ist, desto klarere "0"- und "1"-Signale können am Empfangsende des Signals erhalten werden, und desto besser kann die Logikunterscheidungsrate erhalten werden.
- Augenkreuzungsprozentsatz
Der Augenkreuzungsprozentsatz repräsentiert die Positionsbeziehung zwischen dem Schnittpunkt und dem Eins-Niveau und dem Null-Niveau. Wie in der folgenden Abbildung gezeigt:
Abbildung 10: Prozentsatz der Augenkreuzung
Dieser Schnittpunkt liegt nahe bei einem Pegel, was die Fähigkeit des Signals darstellt, einen Pegel oder Nullpegel zu übertragen. Je mehr eine Ebene überträgt, desto näher nähert sich die Kreuzung einer Ebene. Und je mehr Nullpegel übertragen werden, desto näher nähert sich der Schnittpunkt dem Nullpegel. Das Prinzip ist in der folgenden Abbildung dargestellt:
Abbildung 11: Die Beziehung zwischen unterschiedlichem Augendurchgangsprozentsatz und Pulssignal
Abbildung 11 zeigt, dass eine Ebene breiter ist, wenn die Frequenzweiche oben ist, und wenn die Frequenzweiche unten ist, die Nullebene breiter ist. Bei allgemeinen Signalen sind die gleichmäßig verteilten Signalpegel 1 und 0 am gebräuchlichsten. Im Allgemeinen wird gefordert, dass das Kreuzverhältnis des Augendiagramms 50 % beträgt, d. h. die gleichen Längen der Signalimpulse 1 und 0 werden als Standard verwendet, um die relevanten Parameter zu überprüfen. Daher kann der relative Amplitudenverlust, der durch die Abweichung unterschiedlicher 1- und 0-Signalpegel verursacht wird, effektiv gemäß der Verteilung der prozentualen Augenkreuzungsbeziehung gemessen werden. Wenn der Augenkreuzungsprozentsatz zu groß ist, dh zu viele 1-Bit-Signale übertragen werden, werden die Signalfehler-, Maskierungs- und Grenzwerte gegen diese prozentuale Kreuzungsbeziehung verifiziert. Wenn der Augendurchgangsprozentsatz zu klein ist, d. h. zu viele 0-Pegel-Signale übertragen werden, wird es für die empfangsseitigen Signale schwierig, die Frequenz daraus zu extrahieren, was zu einer Unfähigkeit zur Synchronisierung führt und dann einen Synchronisierungsverlust erzeugt .
- Q-Faktor
Die Formel für den Q-Faktor lautet wie folgt:
Formel 2
Der Zähler ist die Differenz zwischen dem Mittelwert von 1-Pegel und 0-Pegel, was die Augenamplitude ist. Der Nenner ist die Summe der signifikanten Rauschwerte bei 1-Pegel und 0-Pegel; Dieser Q-Faktor repräsentiert die Qualität des Signals. Je höher der Q-Faktor, desto besser das Signal-Rausch-Verhältnis, desto besser das Signal.
Der Q-Faktor wird im Allgemeinen durch Rauschen, optische Leistung und die Impedanzanpassung des elektrischen Signals von Anfang bis Ende beeinflusst.