基于PicoScope 9000实现高速电信号眼图测量

作者：英国比克科技时间：2021-04-11 来源：电子产品世界

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摘要

本文引用地址：//www.cazqn.com/article/202104/424370.htm

关于高速电信号的眼图测量，相信大家会很自然的想到目前所熟知的三个研发生产高端示波器的美国厂家： Keysight，Tektronix，Teledyne LeCroy；相信很多中小型公司也会望眼图测试而却步，因为这样的高端测试仪器非常昂贵。本文要介绍的不太为市场所熟知的也比较特别的一款高速信号测试设备，来自英国比克科技（Pico Technology）的高速采样示波器PicoScope 9000,带宽可达25GHz，采样率15TS/s，也许能够帮助更多的公司以更为合理的投入实现对高速信号眼图的测量。

一、眼图的定义

顾名思义，眼图就是象眼睛一样形状的图形。眼图是用余辉方式累积叠加显示采集到的高速串行信号的所有比特位的结果，叠加后的图形形状看起来和眼睛很像，所以称作为眼图。如下图1所示：

图1 眼图

二、测量眼图的意义

如下图所示，高速串行信号通常是由多个0和1以一定的序列组成的码型，如常用的PRBS7，PRBS9，PRBS11等码型，不同的码型序列所包含的0和1数量也不同，如PRBS7包含（2+E7） – 1个0和1的数量。个别的0和1位的信号质量往往代表不了整个码型的信号质量，所以将码型中的所有位叠加到一起进行评估能够更好的反应高速串行信号的质量。

图2 典型的高速串行信号

如前面所述，眼图是用一张图形（高速串行码型中所有位的叠加）就完整地表征了串行信号的所有比特位信息，所以成为了衡量串行信号质量的最重要工具。眼图测量的结果是合格还是不合格，其判断依据通常是相对于“模板（Mask）”而言的。模板规定了串行信号“1”电平的容限，“0”电平的容限，上升时间、下降时间的容限。所以眼图测量有时侯又被称为“模板测试（Mask Test）”。模板的形状也各种各样，通常的NRZ信号的模板如下图3所示。在串行数据传输的不同节点，眼图的模板是不一样的，所以在选择模板时要注意具体的子模板类型。

图3 常见的高速串行信号眼图模板

通过眼图的形状特点可以快速地判断信号的质量。如下图4所示的眼图具有非常细的迹线，且远离眼图模板，这样的眼图非常漂亮，说明高速串行信号具有很小的噪声、抖动；而图5中的眼图迹线很粗，已经非常接近眼图模板，这说明高速串行信号具有比较大的抖动和噪声。

图4 好的眼图

图5 较差的眼图

很多情况下还需要量化测量眼图的性能，以了解信号眼图相对于眼图模板的余量，这就需要对眼图进行自动化参数测量，专业的示波器软件中一般会标配有专门针对眼图进行测量的参数：如眼高、眼宽、眼幅度、上升/下降时间、抖动等。如下图6、图7、图8所示分别为基于PicoScope 9000实现对高速串行信号眼图的眼宽、眼高、抖动等参数的测试。

图6 眼宽的测量

图7 眼高的测量

图8 抖动的测量

三、利用PicoScope 9000示波器测量PCIE信号眼图

如下图9所示，被测件为显卡，显卡通过一个夹具将PCIE信号转换为SMA接口输出，图中我们分别用一根SMA线缆和高带宽探头分别连接夹具上的一对SMA接口，即PCIE某一差分信号对中的“+”和“-”信号线，SMA线缆和高带宽探头的另外一端连接到PicoScope 9000示波器上。这样我们就可以同时得到基于探头的测量结果和SMA线缆的测量结果。如下图10、图11所示分别为高速串行信号的波形和眼图测试结果。

图9 PCIE信号的眼图测试连接图

图10 PCIE信号的波形测试结果（黄色为探头测试结果，蓝色为SMA测试结果）

图11 PCIE信号的眼图测试结果（黄色为探头测试结果，蓝色为SMA测试结果）

四、PicoScope 9000示波器介绍

如下图12所示，PicoScope 9000是业内领先的模块化高带宽采样示波器，可通过USB或者以太网与PC连接进行高速信号眼图的测试，PicoSample 4软件运行在PC上，实现对PicoScope 9000示波器的控制以及对采集到的信号进行测量、分析等功能。PicoScope 9000系列示波器具有如下特点和功能：