芯耀
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要聊眼图的话，得先弄清楚啥是眼图。简单讲，眼图是一种和数据相关的电气测量方式，用来评估高速数据的质量。它是在时域里进行测量的。跟大多数时域电气测量一样，每次采样的结果都会有变化。通过收集信号里的这些变化，就能了解更多系统性能的信息。眼图就是按这个原理构建的，后面我们会详细说。
眼图常用在系统仿真、产品评估和调试系统级问题上。一般来说，这些系统都有高速数据链路，像USB、DisplayPort、HDMI、以太网之类的。
既然我们已经了解了什么是眼图，现在来讨论一下这项测量对我们有何用处。眼图不会在协议层面显示任何具体细节，但从电气角度来看，它有助于确定与数据相关的故障原因。它们有助于找出系统问题的根本原因，比如比特错误、数据包丢失、接收器端接不正确等等。
此外，大多数高速差分信号协议都使用眼图测试来评估信号质量，并确认信号是否符合由眼图模板所定义的特定标准。这使得在设计使用高速信号协议的系统时，眼图成为了必不可少的工具。
例如，下图的顶部。这张眼图清楚地表明，在高速信号环境中存在大量的损耗。这导致图的中心部分（通常称为眼图张开度）闭合。这表明系统的信号质量较差，而且很可能比特错误率较高。在第二张图片中，通过引入一个高速信号调节器，同样的眼图张开度打开了。这使得信号能够通过眼图测试，并达到可接受的信号性能水平和比特错误率。
如果你以前见过眼图，那你对右上角的图像应该很熟悉。然而，示波器是如何构建眼图的呢？如前所述，眼图是在时域中进行测量的，每次采样得到的测量结果都会存在变化。在左侧，你可以看到在高速信号环境中可以通过传输介质传输，并由示波器测量的各种波形。示波器会捕获这些波形，并在每个采样周期将它们相互叠加，从而创建出一个眼图。这种变化是在多个单位间隔（UI）内捕获的。一个单位间隔（UI）是指两次连续跳变所需的时间，它也被称为脉冲时间。
通过收集许多不同的比特跳变，可以收集到大量有关电信号以及它如何通过传输介质传播的信息。应该对大量样本进行眼图测量，以确保该图能真实反映系统性能。伪随机比特序列模式通常用于生成眼图。
在所示的图中，我们看到了眼图的一个简单示例。让我们来讨论一下眼图的基本组成部分，以便为后续的讨论提供帮助。红色的VH和蓝色的VL是眼图的两个基本组成部分。眼图的这两个特征表明，接收器是否能看到与正确比特相对应的预期电压电平。VH应对应逻辑“1”，而VL应对应逻辑“0”。这些电压电平通常在发送器的电气规格中进行描述。
三条绿色的线表示一次比特跳变。由于这种跳变发生在眼图的左侧，所以它通常被称为前沿。相反，发生在眼图右侧的比特跳变则被称为后沿。这些比特跳变包含了信号的高频成分。在分析眼图时，前沿和后沿将显示不同类型均衡的效果，以及不同类型传输介质负载的影响。
交叉区域是眼图的另一个重要部分。交叉区域可以显示比特跳变中的变化，通常称为抖动，并且通常表示眼图最宽的部分。这对于理解系统总抖动的影响非常重要。
眼图中最常用的两个垂直测量指标是眼高和眼幅。这两个测量指标相似，但描述的内容略有不同。眼幅描述的是高速信号的整体峰峰值电压。在实现诸如USB、PCIE、FPD Link等高速数据协议时，峰峰值电压，即眼幅，有着明确的规定。
眼高是对测得的最低VH和最高VL之间电压差的一种度量。它指的是系统眼图的张开程度。对于张开度较大的眼图，眼高和眼幅的值相近。然而，对于小眼图来说，两者会有显著差异。一般来说，眼高较低的主要原因是传输介质的插入损耗。
通过眼图还可以进行一些关键的水平测量。其中，眼宽是这些测量中最重要的一项。这项测量通常在眼图最宽的部分进行。达到特定的眼宽对于通过眼图测试至关重要。眼宽从时序的角度表明了眼图的张开程度。
可以从眼图中测量总抖动，并且示波器可以将其分解为基本组成部分。随着总抖动的增加，信号的可用眼宽会减小，并且会影响传输数据的其他接收器采样。
由于眼图张开度较小，总抖动较大的系统往往信号质量较差，比特错误率较高。
也可以从眼图中提取边沿速率，这对于确定可能影响交叉区域的特定因素很有帮助。在实现某些高速数据协议时，边沿速率也可以作为另一个需要测试的参数，以确保发送器性能正常。对于下面的眼图，边沿速率是从90%和10%的电压电平开始测量的。根据具体规格，边沿速率可以采用略有不同的测量方式，例如从80%和20%的电压电平，或者70%和30%的电压电平开始测量。
在之前的图中，我们讨论了眼图测试。眼图测试的一个关键组成部分是眼图模板。眼图模板代表了眼图的不同关键要求，是一个由六个关键点组成的预定义区域，这些点定义了最小眼图张开度、最大直流高电平区域和最小直流低电平区域。眼图模板可以被看作是一个禁止区域。当示波器采样到眼图模板所定义的禁止区域内的一个点时，这就被称为违反眼图模板。
通过眼图测试意味着你的系统不能出现违反眼图模板的情况。这对于符合许多高速数据协议来说至关重要。在某些情况下，为了通过眼图测试，必须使用高速信号调节器来净化信号，以确保它不违反眼图模板。当不存在违反眼图模板的情况时，就达到了可接受的信号性能水平。
从眼图中可以获取大量信息。然而，如何解读这些信息取决于正在测试的是哪种设备。接下来，我们将从三个不同的角度讨论眼图的一些实际意义。在评估高速数据链路的发送器性能时，你要确保测试设置能让发送器尽可能靠近示波器。这能让你在不受电缆或PCB走线影响的情况下观察发送器的性能。这样你就能在理想条件下、不受外界干扰地看到发送器的真实性能。
可以从眼图中验证的关键电气参数包括VH、VL、峰峰值电压、添加到信号中的任何预加重或去加重、边沿速率，以及被测试发送器产生的任何确定性抖动。验证发送器是否按预期运行，有助于评估不同的产品，并确定是否需要进行信号调理。
在下面的眼图中，你可以看到一个发送器眼图的示例，以及可以进行的不同测量。和发送器的情况一样，在接收器端测量的眼图也有其自身的意义。高速数据接收器的设计是在给定数据速率下，在眼图最张开的部分进行采样。在上面的图像中，你可以看到一个典型的采样区域。在这个区域内采样可确保正确采样比特，而不受相邻比特的干扰。在这个区域外采样可能意味着接收器会对数据产生误判。采样区域与眼图测试中眼图模板覆盖的区域重叠并非巧合。
在评估特定的接收器时，考虑这些影响非常重要。在设计系统时，了解给定输入下的接收器性能非常重要，无论是测试接收器的均衡方案、内部端接负载效应、抗噪性还是抖动容限，测量眼图都有助于了解你的接收器如何与特定的输入信号相互作用。
从系统的角度测量眼图可能非常复杂。发送器和接收器之间的相互作用会受到传输介质、信号路径中其他组件（如静电放电（ESD）器件）以及许多不同外部噪声源的影响。
应该在系统的不同点进行测量，以推进调试过程。眼图可以通过识别那些会增强或降低系统级性能的关键信号完整性概念来辅助调试过程。诸如接收器均衡、发送前预加重、码间干扰以及由突然的阻抗变化引起的反射等概念，都可以在眼图中被识别和测量。
Tips：一些关于眼图Eye Diagram的常见问题及回答
1、请勾选所有正确的陈述。
A. 眼图是一种与数据无关的电气测量。
B. 添加高速信号调节器可以改善眼图。
C. 眼图是通过随时间叠加不同的比特跳变构建而成的。
D. 眼图只包含垂直测量。
答：正确答案是B和C，因为
选项A：眼图是一种用于分析高速数字信号的工具，它与数据是相关的。眼图是通过对多个数据比特周期的信号进行叠加而形成的，不同的数据模式会对眼图的形状和特征产生影响，所以该选项错误。
选项B：在一些情况下，为了通过眼图测试，需要使用高速信号调节器来清理信号，确保其不违反眼图模板。信号调节器可以对信号进行整形、滤波等处理，从而改善信号质量，使眼图更加清晰、开阔，所以该选项正确。
选项C：眼图是通过将多个比特周期的信号波形在时间上进行叠加而构建的。在信号传输过程中，不同的比特跳变（从0到1或从1到0）会在眼图中体现出来，通过这种叠加方式可以观察到信号的各种特性，如抖动、噪声等，所以该选项正确。
选项D：眼图不仅包含垂直测量，如眼高、眼幅等，还包含水平测量，如眼宽、上升沿和下降沿时间等，所以该选项错误。
2、请勾选所有正确的陈述。
A. 眼图包含后沿和前沿。
B. 眼图可以用眼图模板来进行验证。
C. 可以从眼图中测量随机抖动。
D. 可以从眼图中测量边沿速率。
答：正确答案是B、C和D，因为A选项只是眼图的一个基本特征描述，相比之下，其他选项在眼图的验证、测量等方面更具重要性和独特性。
3、眼图只能包含两个离散的直流电压电平，这种说法对吗？
答：错误的，因为
存在多种电压变化情况：虽然在理想情况下，数字信号中通常用两个离散的电压电平（如VH对应逻辑“1”，VL对应逻辑“0”）来表示二进制数据，但在实际的高速信号传输中，信号会受到多种因素的影响，如噪声、串扰、码间干扰、传输介质的损耗等。这些因素会导致信号的电压电平出现波动和变化，并非严格固定在两个离散值上。
眼图能反映多种信号特征：眼图是通过将多个比特周期的信号波形叠加在一起形成的，它可以展示出信号在不同时刻的电压变化情况，包括信号的上升沿、下降沿、过冲、下冲、抖动等多种特征。除了代表逻辑“1”和“0”的主要电压电平区域外，还会有中间的过渡区域以及各种由于信号失真和干扰引起的电压波动区域，这些都表明眼图中包含的电压信息是丰富多样的，不仅仅局限于两个离散的直流电压电平。
