Základy očního diagramu:

Zrychlující se přenosové rychlosti, větší složitost návrhu, požadavky norem a kratší časy cyklů kladou na konstruktéry větší nároky, aby co nejdříve odladili složité problémy s integritou signálu. Protože dnešní sériové datové spoje pracují na gigahertzových přenosových frekvencích, může integritu signálů ovlivnit celá řada proměnných, včetně efektů přenosových linek, impedančního nesouladu, směrování signálů, zakončovacích schémat a schémat uzemnění. Pomocí osciloskopu, který vytvoří oční diagram, mohou inženýři rychle vyhodnotit výkonnost systému a získat přehled o povaze nedokonalostí kanálu, které mohou vést k chybám, když se přijímač snaží interpretovat hodnotu bitu.

Sériový digitální signál může při cestě od vysílače k přijímači trpět poruchami. Vysílač, stopy na desce plošných spojů, konektory a kabely vnesou do signálu rušení, které zhorší jeho amplitudu i časování. Signál může být také poškozen vnitřními zdroji. Například když se signály na sousedních párech stop na desce plošných spojů nebo vývodů integrovaného obvodu přepínají, přeslechy mezi těmito signály mohou rušit jiné signály. Proto je třeba určit, do kterého bodu umístit sondu osciloskopu, aby bylo možné vytvořit oční diagram, který vám pomůže lokalizovat zdroj problému. Navíc místo, kam umístíte sondu osciloskopu, bude na displeji vytvářet odlišné signály.
Generování očního diagramu

Oční diagram je běžným ukazatelem kvality signálů při vysokorychlostních digitálních přenosech. Osciloskop generuje oční diagram překrýváním sweepů různých segmentů dlouhého datového toku řízeného hlavními hodinami. Spouštěcí hrana může být kladná nebo záporná, ale zobrazený impulz, který se objeví po periodě zpoždění, může jít oběma směry; nelze předem zjistit hodnotu libovolného bitu. Proto se při překrytí mnoha takových přechodů kladné a záporné impulsy překrývají. Překrytím mnoha bitů vzniká oční diagram, který se tak nazývá proto, že výsledný obraz vypadá jako otevření oka.

V ideálním světě by oční diagramy vypadaly jako obdélníkové krabice. Ve skutečnosti je komunikace nedokonalá, takže přechody nejsou dokonale seřazeny nad sebou a vzniká obrazec ve tvaru oka. Na osciloskopu bude tvar očního diagramu záviset na různých typech spouštěcích signálů, jako jsou hodinové spouštěče, dělené hodinové spouštěče a vzorové spouštěče. Rozdíly v časování a amplitudě mezi jednotlivými bity způsobují zmenšení otvoru oka.
Interpretace očního diagramu

Vhodně sestavené oko by mělo obsahovat všechny možné posloupnosti bitů od jednoduchého střídání jedniček a nul až po izolované jedničky po dlouhých řadách nul a všechny další vzory, které mohou ukázat slabiny návrhu. Oční diagramy obvykle obsahují napěťové a časové vzorky dat získané při určité vzorkovací frekvenci nižší, než je datová rychlost. Na obrázku 1 jsou bitové sekvence 011, 001, 100 a 110 překryty jedna přes druhou, aby se získal konečný oční diagram.

Obrázek 1 Tyto diagramy znázorňují, jak se tvoří oční diagram.

Dokonalý oční diagram obsahuje obrovské množství parametrických informací o signálu, jako jsou efekty vyplývající z fyziky, bez ohledu na to, jak zřídka se tyto efekty vyskytují. Pokud je logická 1 natolik zkreslená, že ji přijímač na vzdáleném konci může chybně vyhodnotit jako logickou 0, z očního diagramu to snadno poznáte. Co však nebudete schopni odhalit, jsou logické nebo protokolární problémy, například když má systém vysílat logickou 0, ale vysílá logickou 1, nebo když je logika v rozporu s protokolem.
Co je to jitter?

Ačkoli teoreticky by oční diagramy měly vypadat jako obdélníkové krabice, konečné doby náběhu a poklesu signálů a osciloskopy způsobují, že oční diagramy ve skutečnosti vypadají spíše jako obrázek na obrázku 2a . Při přenosu vysokorychlostních digitálních signálů vedou poruchy zavedené v různých fázích k chybám časování. Jednou z takových chyb časování je „jitter“, který vzniká v důsledku nesprávného nastavení časů náběhu a poklesu (obrázek 2b ).

Obr. 2 (a) Konečné časy náběhu a poklesu způsobují, že oční diagramy vypadají spíše jako tento obrázek než jako obdélník. (b) Jitter je důsledkem nesprávného nastavení časů náběhu a poklesu. (c) Přestože je absolutní chyba časování nebo rozpětí jitteru menší než na obrázku b, je toto otevření oka menší kvůli vyšší přenosové rychlosti.

Jitter vzniká, když se hrany sestupu nebo pádu objeví v časech, které se liší od ideálního času. Některé hrany se objeví dříve, některé později. V digitálním obvodu jsou všechny signály přenášeny ve vztahu k hodinovým signálům. Odchylka digitálních signálů v důsledku odrazů, intersymbolového rušení, přeslechů, změn PVT (procesní napětí-teplota) a dalších faktorů se rovná jitteru. Některé jittery jsou jednoduše náhodné.

Na obrázku 2c je absolutní chyba časování neboli jitterová rezerva menší než na obrázku 2b , ale otevření očí na obrázku 2c je menší kvůli vyšší přenosové rychlosti. S nárůstem bitové rychlosti představuje absolutní časová chyba stále větší část cyklu, čímž se zmenšuje velikost otevření oka. To může zvýšit potenciál chyb v datech.

Vliv ukončení je jasně patrný ve vytvořených očních diagramech. Při nesprávném ukončení vypadá oko stísněně nebo napjatě (obrázek 3a ) a při vylepšených schématech ukončení je oko uvolněnější (obrázek 3b ). Špatně ukončené signálové vedení trpí vícenásobnými odrazy. Odražené vlny mají značnou amplitudu, což může oko značně zužovat. Obvykle se jedná o nejhorší provozní stav přijímače, a pokud může přijímač pracovat bez chyb v přítomnosti takového rušení, pak splňuje specifikace.

Obrázek 3 (a) Nesprávné zakončení způsobuje, že diagram oka vypadá napjatě. (b) Správné ukončení uvolňuje oko.

Jak je vidět na obrázku 4, oční diagram může odhalit důležité informace. Může naznačit nejvhodnější bod pro vzorkování, prozradit SNR (odstup signálu od šumu) v bodě vzorkování a naznačit velikost chvění a zkreslení. Navíc může ukázat časovou odchylku při průchodu nulou, což je měřítko jitteru.

Obrázek 4 Oční diagram vám může pomoci interpretovat signál a určit nejlepší čas pro provedení měření.

Oční diagramy poskytují okamžité vizuální údaje, které mohou inženýři použít ke kontrole integrity signálu návrhu a odhalení problémů v rané fázi procesu návrhu. Při použití ve spojení s dalšími měřeními, jako je například bitová chybovost, může oční diagram pomoci konstruktérovi předpovědět výkon a identifikovat možné zdroje problémů.

Také viz :

• Vývoj očního diagramu
• Jak zbavit oční diagramy zla
• Proč oční diagram nekoreluje s vanovou křivkou?
• Měření jitteru třemi způsoby
• Testování masky očního diagramu pro automobilové aplikace
• Jak ověřovat a ladit paměti nové generace
• Jak ověřovat a analyzovat složité modely sériové sběrnice

.