В связи , модели глаза , также известные как глаза - диаграмма , является осциллограф дисплей , в котором цифровой сигнал от приемника, повторно отбирают и применяется к вертикальному вводу, в то время как скорость передачи данных используются для запуска горизонтальной развертки. Это так называется потому, что для нескольких типов кодирования узор выглядит как серия глазков между парой рельсов. Это инструмент для оценки комбинированного воздействия канального шума, дисперсии и межсимвольных помех на производительность системы передачи импульсов в основной полосе частот.
С математической точки зрения, рентгенограмма глаза является визуализация функции плотности вероятности (PDF) сигнала, по модулю на единичный интервал (UI). Другими словами, он показывает вероятность того, что сигнал будет при каждом возможном напряжении на протяжении всего UI. Обычно к PDF- файлу применяется цветовая шкала, чтобы облегчить визуализацию небольших перепадов яркости.
Несколько система оценки работы может быть получена путем анализа дисплея. Если сигналы слишком длинные, слишком короткие, плохо синхронизированы с системными часами, слишком высокие, слишком низкие, слишком шумные или слишком медленные для изменения, или имеют слишком много недостижения или перерегулирования , это можно увидеть на глазковой диаграмме. Открытая глазковая диаграмма соответствует минимальному искажению сигнала . Искажение формы сигнала из-за межсимвольных помех и шума проявляется как закрытие глазковой диаграммы. [1] [2] [3]
Расчет [ править ]
Исходные данные [ править ]
Первым шагом вычисления глазковой диаграммы обычно является получение анализируемой формы волны в квантованной форме. Это может быть сделано путем измерения реальной электрической системы с помощью осциллографа с достаточной полосой пропускания или путем создания синтетических данных с помощью имитатора схемы для оценки целостности сигнала предлагаемой конструкции. Также может использоваться комбинация двух подходов: моделирование воздействия произвольной цепи или линии передачи на измеряемый сигнал, возможно, для определения, будет ли сигнал по-прежнему разборчивым после прохождения через длинный кабель. Интерполяция может также применяться в это время для увеличения количества выборок на пользовательский интерфейс и создания гладкого графика без разрывов, который визуально более привлекателен и легче для понимания.
Нарезка [ править ]
Затем необходимо определить положение каждого образца в пользовательском интерфейсе. Это можно сделать несколькими способами в зависимости от характеристик сигнала и возможностей используемого осциллографа и программного обеспечения. Этот шаг критически важен для точной визуализации джиттера .
Запуск [ править ]
Очень простой метод нарезки - настроить дисплей осциллографа шириной чуть больше одного пользовательского интерфейса, запускать как по нарастающим, так и по спадающим фронтам сигнала и включить постоянство отображения, чтобы все измеренные формы сигналов «складывались» в один график. Это имеет то преимущество, что это возможно практически на любом осциллографе (даже полностью аналоговом) и может обеспечить достойную визуализацию шума и общей формы сигнала, но полностью уничтожает джиттер-содержимое сигнала, поскольку триггер прибора повторно синхронизирует график с каждым пользовательским интерфейсом. . Единственный джиттер, видимый при использовании этого метода, - это джиттер самого осциллографа, а также чрезвычайно высокочастотный джиттер (частоты с периодом меньше UI).
Фиксированная ставка [ править ]
Простой способ обеспечить дрожание изображения глазковой диаграммы в сигнале - это оценить символьную скорость сигнала (возможно, подсчитав среднее количество переходов через ноль в известном временном окне) и получить множество пользовательских интерфейсов за один захват осциллографа. Первое пересечение нуля в захвате определяется и объявляется началом первого пользовательского интерфейса, а оставшаяся часть сигнала делится на фрагменты длиной в один пользовательский интерфейс.
Этот подход может адекватно работать для стабильных сигналов, в которых скорость передачи символов остается неизменной с течением времени, однако неточности в системе означают, что некоторый дрейф неизбежен, поэтому он редко используется на практике. В некоторых протоколах, таких как SATA , скорость передачи символов намеренно изменяется с использованием синхронизации с расширенным спектром , поэтому предположение о фиксированной скорости приведет к тому, что глаз сильно преувеличит фактическое дрожание сигнала, присутствующее в сигнале. (Хотя модуляция с расширенным спектром на тактовом сигнале технически является джиттером в строгом смысле слова, приемники для этих систем предназначены для отслеживания модуляции. Единственный интересный для инженера по целостности сигнала джиттер - это джиттер, намного превышающий скорость модуляции, которую приемник не может эффективно отслеживать.)
Справочные часы [ править ]
В некоторых протоколах, таких как HDMI , опорная тактовая частота подается вместе с сигналом либо с символьной скоростью, либо с более низкой (но синхронизированной) частотой, по которой может быть восстановлена символьная тактовая частота. Поскольку фактический приемник в системе использует эталонные часы для выборки данных, использование этих часов для определения границ пользовательского интерфейса позволяет глазковой диаграмме точно отображать сигнал, как его видит приемник: отображается только джиттер между сигналом и эталонными часами.
Восстановление часов [ править ]
Большинство высокоскоростных последовательных сигналов, таких как PCIe , DisplayPort и большинство вариантов Ethernet , используют линейный код, который предназначен для облегчения восстановления тактовой частоты с помощью ФАПЧ . Так как реальный приемник работает именно так, наиболее точный способ срезания данных для глазковой диаграммы - это программная реализация ФАПЧ с такими же характеристиками. Правильная конфигурация ФАПЧ позволяет глазу скрыть эффекты синхронизации с расширенным спектром и другие долгосрочные изменения скорости передачи символов, которые не вносят вклад в ошибки в приемнике, при этом все еще отображая более высокий частотный джиттер.
Интеграция [ править ]
Затем выборки накапливаются в двумерную гистограмму , где ось X представляет время в пользовательском интерфейсе, а ось Y представляет напряжение. Затем это нормализуется путем деления значения в каждом интервале гистограммы на значение в наибольшем интервале. Tone_mapping , логарифмическое масштабирование или другие математические преобразования могут применяться, чтобы выделить различные части распределения, а цветовой градиент применяется к последнему глазу для отображения.
Для точного представления сигнала могут потребоваться большие объемы данных; от десятков до сотен миллионов пользовательских интерфейсов часто используются для одного глазкового паттерна. В приведенном ниже примере глаз, использующий двенадцать тысяч пользовательских интерфейсов, показывает только базовую форму глаза, в то время как глаз, использующий восемь миллионов пользовательских интерфейсов, показывает гораздо больше нюансов на восходящих и падающих краях.
Глазковая диаграмма двенадцати тысяч UI сигнала 1,25 Гбит / с
Глазковая диаграмма восьми миллионов UI сигнала 1,25 Гбит / с
Модуляция [ править ]
Каждая форма модуляции основной полосы частот создает глазковую диаграмму с уникальным внешним видом.
NRZ [ править ]
Глазковая диаграмма сигнала NRZ должна состоять из двух четко различных уровней с плавными переходами между ними.
МЛТ-3 [ править ]
Глазковая диаграмма сигнала MLT-3 должна состоять из трех четко различных уровней (номинально -1, 0, +1 снизу вверх). Уровень 0 должен быть равен нулю вольт, а общая форма должна быть симметричной относительно горизонтальной оси. Состояния +1 и -1 должны иметь одинаковую амплитуду. Должны быть плавные переходы из состояния 0 в состояния +1 и -1, однако не должно быть прямых переходов из состояния -1 в состояние +1.
ПАМ [ править ]
Глазковая диаграмма сигнала PAM должна состоять из N четко различных уровней (в зависимости от порядка PAM, например, PAM-4 должен иметь четыре уровня). Общая форма должна быть симметричной относительно горизонтальной оси, а расстояние между уровнями должно быть одинаковым.
PSK [ править ]
Эффекты канала [ править ]
Многие свойства канала можно увидеть в глазковой диаграмме.
Акцент [ править ]
Акцент, применяемый к сигналу, создает дополнительный уровень для каждого значения сигнала, который выше (для предварительного выделения) или ниже (для удаления выделения), чем номинальное значение.
На первый взгляд глазковая диаграмма для сигнала с выделением может быть ошибочно принята за диаграмму PAM-сигнала, однако при более внимательном рассмотрении выявляются некоторые ключевые различия. В частности, выделенный сигнал имеет ограниченный набор юридических переходов:
- От сильного состояния к соответствующему слабому состоянию (битовая комбинация 1-1 или 0-0)
- Сильное состояние в противоположное сильное состояние (второй переход битовой комбинации 1-0-1 или 0-1-0)
- Из слабого состояния в противоположное сильное состояние (второй переход битовой последовательности 1-1-0 или 0-0-1)
Выделенный сигнал никогда не перейдет из слабого состояния в соответствующее сильное состояние, из слабого состояния в другое слабое состояние или останется в одном и том же сильном состоянии более чем для одного пользовательского интерфейса. Сигнал PAM также обычно имеет равномерно распределенные уровни, в то время как подчеркнутые уровни обычно ближе к номинальному уровню сигнала.
Высокочастотные потери [ править ]
Потеря дорожек на печатной плате и кабелей увеличивается с увеличением частоты из-за диэлектрических потерь , которые заставляют канал вести себя как фильтр нижних частот . Результатом этого является сокращение времени нарастания / спада сигнала. Если скорость передачи данных достаточно высока или канал имеет достаточные потери, сигнал может даже не достичь своего полного значения во время быстрого перехода 0-1-0 или 1-0-1 и стабилизироваться только после прогона нескольких идентичных битов. Это приводит к закрытию глаза по вертикали.
На изображении ниже показан сигнал NRZ 1,25 Гбит / с после прохождения через канал с потерями - коаксиальный кабель RG-188 длиной примерно 12 футов (3,65 метра). В этом канале потери увеличиваются довольно линейно от 0,1 дБ при постоянном токе до 9 дБ на 6 ГГц.
Верхняя и нижняя «рейки» глазка показывают конечное напряжение, которого достигает сигнал после нескольких последовательных битов с одинаковым значением. Поскольку канал имеет минимальные потери на постоянном токе, максимальная амплитуда сигнала практически не изменяется. Глядя на нарастающий фронт сигнала (паттерн 0-1), мы видим, что сигнал начинает выравниваться примерно на -300 пс , но продолжает медленно расти в течение всего периода действия пользовательского интерфейса. Примерно на отметке +300 пс сигнал либо снова начинает падать (шаблон 0-1-0), либо продолжает медленно расти (шаблон 0-1-1).
По мере того как высокочастотные потери увеличиваются, общая форма глаза постепенно превращается в синусоиду (после устранения высокочастотных гармоник данных остается только основная) и уменьшается амплитуда.
Несоответствие импеданса [ править ]
Шлейфы, рассогласование импеданса и другие дефекты в линии передачи могут вызывать отражения, видимые как дефекты на краях сигнала. Отражения с задержкой, превышающей один UI, часто делают глаз совершенно нечитаемым из-за ISI , однако отражения с более короткой задержкой можно легко увидеть по форме глаза.
На изображении ниже в линии присутствует разомкнутый шлейф размером примерно один дюйм (25,4 мм), вызывающий начальный эффект низкого импеданса (уменьшенная амплитуда), за которым следует положительное отражение от конца шлейфа с задержкой примерно 320 ps или 0,4 пользовательского интерфейса. Это можно отчетливо увидеть как «ступеньку» нарастающего фронта, на которой сигнал возрастает до доли от полного значения, выравнивается для задержки двустороннего обхода шлейфа, а затем возрастает до своего полного значения, когда появляется отражение.
На изображении ниже к концу того же шлейфа добавлены дополнительные три дюйма кабеля. Присутствует тот же «шаг», но теперь он в четыре раза длиннее, создавая отражения примерно при 1280 пс или 1,6 UI. Это создает экстремальный ISI (поскольку отражение каждого пользовательского интерфейса появляется во время последующего пользовательского интерфейса), который полностью закрывает глаза.
Измерения [ править ]
Есть много измерений, которые можно получить с помощью глазковой диаграммы: [4]
Измерения амплитуды
- Амплитуда глаза
- Амплитуда пересечения глаз
- Процент пересечения глаз
- Высота глаз
- Уровень глаз
- Соотношение сигнал / шум глаза
- Фактор качества
- Вертикальное отверстие для глаз
Измерения времени
- Детерминированный джиттер
- Время пересечения глаз
- Задержка глаз
- Время падения глаз
- Время подъема глаз
- Ширина глаза
- Горизонтальное отверстие для глаз
- Размах джиттера
- Случайный джиттер
- Среднеквадратичный джиттер
- CRC джиттер
- Общий джиттер
Интерпретация измерений [ править ]
| Функция глазковой диаграммы | Что он измеряет |
|---|---|
| Открытие глаз (высота, от пика до пика) | Аддитивный шум в сигнале |
| Превышение / недолгание глаз | Пиковое искажение из-за прерывания пути прохождения сигнала |
| Ширина глаза | Синхронизация по времени и эффекты джиттера |
| Закрытие глаз | Межсимвольные помехи, аддитивный шум |
См. Также [ править ]
- Диаграмма созвездия
- Целостность сигнала
- Фильтр с приподнятым косинусом
- Коэффициент вымирания
Заметки [ править ]
- ^ Кристофер М. Миллер «Определение характеристик высокоскоростного цифрового передатчика с использованием анализа глазковой диаграммы». 1266 Hewlett-Packard Journal 45 (1994), август, № 4 , стр. 29–37.
- ^
Эта статья включает материалы, являющиеся общественным достоянием, из документа Управления общих служб : «Федеральный стандарт 1037C» .(в поддержку MIL-STD-188 ) - ^ Джон Г. Проакис, Цифровые коммуникации 3-е изд, 2001
- ^ "Описание файла справки Matlab о том, как использовать функции глазковой диаграммы в панели инструментов связи" .
Эта статья включает материалы, являющиеся общественным достоянием, из документа Управления общих служб : «Федеральный стандарт 1037C» .(в поддержку MIL-STD-188 )Ссылки [ править ]
- «Руководство по эксплуатации прикладного программного обеспечения для определения коэффициента добротности и контура глаз HP E4543A» (PDF) . 1999 г.
- «Руководство пользователя анализа глазковых диаграмм Agilent 71501D» (PDF) .
Внешние ссылки [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме глазковых диаграмм . |
- Рукербауэр, Герман. «Глаз родился» . Дает пример видео построения глазковой диаграммы.
- Понимание методологии глазковых диаграмм для анализа высокоскоростных цифровых сигналов