光学アイ ダイアグラムとは
「アイ ダイアグラム」という用語は、光通信テストの解析でよく使用されます。 その名前から、アイ ダイアグラムが人間の目に似ていることがわかります。 では、光学アイ ダイアグラムとは何ですか? アイ ダイアグラムは、収集されたシリアル信号のビットをオシロスコープの残光のように累積して重ね合わせた結果です。 重ね合わせた姿の形は、人間の目の形に似ています。 オシロスコープのディスプレイには、目のようなアイ ダイアグラムが表示されます。 次の図に示すように:
図 1: 光学アイ ダイアグラム
アイ ダイアグラムは、蓄積されてオシロスコープに表示される一連のデジタル信号です。 豊富な情報が含まれています。 アイ ダイアグラムから、デジタル信号の全体的な特性を表すコード間クロストークやノイズの影響を観察でき、システムの優劣の程度を推定できます。 したがって、アイ ダイアグラム解析は、高速相互接続システムのシグナル インテグリティ解析の中核です。
光学アイ ダイアグラムはどのように形成されますか?
アイ ダイアグラムはなぜ形成されるのでしょうか。 これは、一連のデジタル信号の重ね合わせによって形成されます。 デジタル信号は、ハイレベルとローレベルの間で変化します。 たとえば、3 ビットのデジタル信号を考えてみましょう。 8つの組み合わせがあります：
000、001、010、011、100、101、110、111
これらの無数のシーケンスを基準点に合わせて波形を重ねると、その原理は次のようになります。
図 2: アイ ダイアグラムの回路図
これは、「目」が十分に広い理想的なアイ ダイアグラムです。 信号があまり良くない場合、ノイズがあるか、コード間のクロストークが非常に大きく、アイ ダイアグラムの「目」が小さくなります。 線がぼやけてしまいます。
アイ ダイアグラムから信号についてどのような情報を得ることができますか?
- 太い線の意味は？
図3：太線の模式図
上記のように、線が太くなるほど信号ノイズやコード間クロストークが強くなります。 「アイ」が大きく、アイ ダイアグラムが規則的であるほど、信号のコード間クロストークが少なくなります。 信号にノイズがあると、「目」が小さくなり、元のクリアで通常のアイ ダイアグラムがぼやけて縞模様に見えます。
- 目の高さ とはどういう意味ですか?
図4：アイハイトの模式図
上の写真からわかるように、アイの高さが高いほど、信号は良好です。 0 本の赤い水平線は VIH と VIL で、左右の矢印は信号が 1 から XNUMX に変化する瞬間を示しています。XNUMX つの矢印が広いほど、元の信号のセットアップ タイムとホールド タイムが近くなります。 XNUMX つの矢印が小さい場合、信号は不完全であり、反射や干渉などが発生しています。 これは、信号のノイズ耐性も反映します。
サンプリングの前後に、デジタル信号には特定のセットアップ タイムとホールド タイムが必要であり、正しいサンプリングを保証するために、デジタル信号はこの期間中安定している必要があります。 入力レベルの判定には、High 電圧値が VIH より高く、Low 電圧値が VIL より低い必要があります。 アイ ダイアグラムが要件を満たしているかどうかは、上記の XNUMX つの赤い線からわかります。
- 目の幅 とはどういう意味ですか?
図5：アイ幅の模式図
上の図でわかるように、赤い矢印は目の幅を示しています。 多くの信号がスタックされている場合、アイ幅は信号の安定時間をよく反映しています。
アイ ダイアグラムはシリアル信号のビット情報を完全に表すグラフであるため、信号品質を測定する最も重要なツールとなり、アイ ダイアグラム測定は「信号品質テスト (SQ テスト)」と呼ばれることもあります。 また、アイ ダイアグラム測定の結果が適格か不適格かは、通常、「マスク」に関連しています。 マスクは、シリアル信号の「1」および「0」レベルの許容範囲と、立ち上がり時間および立ち下がり時間の許容範囲を指定します。
そのため、アイ・ダイアグラム測定は「マスク・テスト」と呼ばれることがあります。 マスクにもさまざまな形状があり、NRZ 信号の通常のマスクは上の図 5 の中央の黒い部分に示されています。 アイ ダイアグラムのマスクはシリアル データ伝送のノードごとに異なるため、マスクを選択するときは特定のサブマスク タイプに注意する必要があります。
送信側のマスクを受信側のアイ ダイアグラム マスクとして使用すると、マスクに触れ続ける可能性があります。 ただし、Ethernet 信号や E1/T1 信号などの一部の信号のマスクは特殊で、NRZ コードではありません。
実際のテストでマスクが発生した場合、合理的に分析し、この問題を解決しようとします。 ただし、一部の製品はそれほど要求が厳しくなく、狭い範囲でマスクとの遭遇が可能です. これが取引です -off デザイナーの品質の追求と市場のニーズへの適応の間。
図6
上記の図 6 の問題は、立ち下がりエッジがマスクと交差するほど遅いことです。これは、負荷容量が大きすぎて立ち下がり時間が遅くなっていることを示しています。
図7
図 7 の問題は、大きなリンギング現象があることです。これは、不連続または不整合インピーダンスの問題を示しています。
Figure8
これは左右の二重線で、クロック信号が不安定になるなどの問題が考えられます。
図9
これは、図 9 の完全な二重線であり、不安定な変調電流または電力制御が原因です。
詳細パラメータ
- 消光比
消光比の式は次のとおりです。
式1
消光比は、1 レベルの平均値と 0 レベルの平均値の比です。 消光比は、光通信トランスミッタの測定において非常に重要なパラメータです。 大きいほど信号の受信側で「0」と「1」の信号が明瞭に得られ、論理弁別率が良くなります。
- アイクロス率
アイクロス率は、交点とワンレベル、ゼロレベルとの位置関係を表す。 下の図に示すように：
図 10: アイクロッシングのパーセンテージ
この交点は XNUMX レベルに近く、信号が XNUMX レベルまたは XNUMX レベルを送信する能力を表します。 XNUMX つのレベルが送信されるほど、交点は XNUMX つのレベルに近づきます。 そして、ゼロレベルが送信されるほど、交点はゼロレベルに近づきます。 原理を次の図に示します。
図 11: 異なるアイ クロッシング率とパルス信号の関係
図 11 は、クロスオーバーが上にある場合は 1 レベルが広く、クロスオーバーが下にある場合はゼロ レベルが広いことを示しています。 一般的な信号の場合、均等に分散された信号レベル 0 と 50 が最も一般的です。 一般に、アイ ダイアグラムのクロス比は 1% である必要があります。つまり、同じ長さの信号パルス 0 と 1 を基準として使用して、関連するパラメータを検証します。 したがって、異なる 0 と 1 の信号レベルの偏差によって引き起こされる相対的な振幅損失は、アイ クロッシング パーセンテージ関係の分布に従って効果的に測定できます。 アイクロス パーセンテージが大きすぎる場合、つまり、送信される 0 ビット信号が多すぎる場合、信号エラー、マスキング、および制限値が、このクロス パーセンテージの関係に対して検証されます。 アイクロスの割合が小さすぎる、つまり XNUMX レベルの信号が多く送信されると、受信側の信号が周波数を抽出しにくくなり、同期が取れなくなり、同期外れが発生します。 .
- Q-因子
Q 係数の式は次のとおりです。
式 2
分子は 1 レベルと 0 レベルの平均値の差で、アイ振幅です。 分母は、1 レベルと 0 レベルのノイズの有効値の合計です。 この Q ファクターは、信号の品質を表します。 Q ファクターが高いほど、信号対雑音比が良くなり、信号が良くなります。
Q 値は一般に、ノイズ、光パワー、および電気信号が最初から最後までインピーダンス整合されているかどうかの影響を受けます。