Silmäkaavion perusteet:

Kiihtyvät tiedonsiirtonopeudet, suunnittelun monimutkaisuus, standardivaatimukset ja lyhyemmät läpimenoajat asettavat suunnitteluinsinööreille entistä suuremman vaatimuksen siitä, että monimutkaiset signaalin eheysongelmat on korjattava mahdollisimman varhaisessa vaiheessa. Koska nykyiset sarjadatayhteydet toimivat gigahertsin siirtotaajuuksilla, signaalien eheyteen voivat vaikuttaa lukuisat muuttujat, kuten siirtojohtovaikutukset, impedanssin epäsuhta, signaalin reititys, päättelyjärjestelmät ja maadoitusjärjestelmät. Käyttämällä oskilloskooppia silmäkaavion luomiseen insinöörit voivat nopeasti arvioida järjestelmän suorituskykyä ja saada käsityksen kanavan epätäydellisyyksistä, jotka voivat johtaa virheisiin, kun vastaanotin yrittää tulkita bitin arvoa.

Sarjamuotoinen digitaalinen signaali voi kärsiä häiriöistä, kun se kulkee lähettimestä vastaanottimeen. Lähetin, piirilevyn jäljet, liittimet ja kaapelit aiheuttavat häiriöitä, jotka heikentävät signaalin amplitudia ja ajoitusta. Signaali voi kärsiä myös sisäisten lähteiden aiheuttamista häiriöistä. Esimerkiksi kun vierekkäisten piirilevypiiriparien tai IC-nastojen signaalit vaihtuvat, näiden signaalien väliset ristikkäisäänet voivat häiritä muita signaaleja. Näin ollen on määritettävä, mihin kohtaan oskilloskoopin anturi asetetaan, jotta voidaan luoda silmäkaavio, joka auttaa paikantamaan ongelman lähteen. Lisäksi se, mihin kohtaan asetat oskilloskoopin anturin, tuottaa näyttöön erilaisia signaaleja.
Silmäkaavion luominen

Silmäkaavio on yleinen signaalien laadun osoitin nopeissa digitaalisissa siirroissa. Oskilloskooppi tuottaa silmädiagrammin asettamalla päällekkäin pääkellon ohjaaman pitkän tietovirran eri segmenttien pyyhkäisyjä. Laukaiseva reuna voi olla positiivinen tai negatiivinen, mutta viiveen jälkeen näkyvä pulssi voi olla kumpi tahansa; mielivaltaisen bitin arvoa ei voi tietää etukäteen. Siksi, kun useita tällaisia siirtymiä on asetettu päällekkäin, positiiviset ja negatiiviset pulssit ovat päällekkäin. Monien bittien päällekkäin asettaminen tuottaa silmädiagrammin, jota kutsutaan silmädiagrammiksi, koska syntyvä kuva näyttää silmän avautumiselta.

Ideaalimaailmassa silmädiagrammit näyttäisivät suorakulmaisilta laatikoilta. Todellisuudessa tietoliikenne on epätäydellistä, joten siirtymät eivät asetu täydellisesti päällekkäin, ja tuloksena on silmänmuotoinen kuvio. Oskilloskoopilla silmäkaavion muoto riippuu erityyppisistä laukaisusignaaleista, kuten kellotriggereistä, jaetuista kellotriggereistä ja kuviotriggereistä. Ajoituksen ja amplitudin erot bitistä toiseen aiheuttavat silmän aukon kutistumisen.
Silmäkaavion tulkitseminen

Kunnolla rakennetun silmän pitäisi sisältää kaikki mahdolliset bittisekvenssit yksinkertaisista vuorottelevista 1:stä ja 0:sta eristettyihin 1:iin pitkien 0-jaksojen jälkeen sekä kaikki muut kuviot, jotka saattavat osoittaa suunnittelun heikkouksia. Silmäkaaviot sisältävät yleensä jännite- ja aikanäytteitä datasta, joka on otettu jollakin datanopeutta alhaisemmalla näytteenottotaajuudella. Kuvassa 1 bittisekvenssit 011, 001, 100 ja 110 asetetaan päällekkäin, jotta saadaan lopullinen silmäkaavio.

Kuva 1 Nämä kaaviot havainnollistavat, miten silmäkaavio muodostetaan.

Täydellinen silmädiagrammi sisältää valtavan määrän parametrista tietoa signaalista, kuten fysiikasta johtuvat efektit, riippumatta siitä, kuinka harvoin näitä efektejä esiintyy. Jos looginen 1 on niin vääristynyt, että kaukana oleva vastaanotin voi erehtyä arvioimaan sen loogiseksi 0:ksi, tämän huomaa helposti silmädiagrammista. Et kuitenkaan pysty havaitsemaan logiikka- tai protokollaongelmia, esimerkiksi kun järjestelmän pitäisi lähettää logiikka 0, mutta se lähettääkin logiikka 1:n, tai kun logiikka on ristiriidassa protokollan kanssa.
Mitä on jitteri?

Vaikka teoriassa silmäkaavioiden pitäisi näyttää suorakulmaisilta laatikoilta, signaalien ja oskilloskooppien äärelliset nousu- ja laskuajat aiheuttavat sen, että silmäkaaviot näyttävät todellisuudessa enemmän kuvan 2a kuvan kaltaisilta . Kun nopeita digitaalisia signaaleja siirretään, eri vaiheissa esiintyvät häiriöt johtavat ajoitusvirheisiin. Yksi tällainen ajoitusvirhe on ”jitteri”, joka johtuu nousu- ja laskuaikojen virheellisestä yhteensovittamisesta (kuva 2b ).

Kuva 2 (a) Lopulliset nousu- ja laskuaikojen arvot aiheuttavat sen, että silmäkaaviot näyttävät pikemminkin tältä kuin suorakulmiolta. (b) Jitteri johtuu nousu- ja laskuaikojen virheellisestä yhteensovittamisesta. (c) Vaikka absoluuttinen ajoitusvirhe eli jitterimarginaali on pienempi kuin kuvassa b, tämä silmäaukko on pienempi suuremman bittinopeuden vuoksi.

Jitteriä syntyy, kun nousu- tai laskevat reunat esiintyvät ihanteellisesta ajasta poikkeavina aikoina. Osa reunoista esiintyy aikaisin, osa myöhään. Digitaalisessa piirissä kaikki signaalit lähetetään suhteessa kellosignaaleihin. Digitaalisten signaalien poikkeama, joka johtuu heijastuksista, symbolien välisistä häiriöistä, ristikkäisviestinnästä, PVT:n (prosessijännite-lämpötila) vaihteluista ja muista tekijöistä, muodostaa jitterin. Osa jitteristä on yksinkertaisesti satunnaista.

Kuvassa 2c absoluuttinen ajoitusvirhe tai jitterimarginaali on pienempi kuin kuvassa 2b , mutta silmän aukko kuvassa 2c on pienempi suuremman bittinopeuden vuoksi. Bittinopeuden kasvaessa absoluuttinen aikavirhe edustaa yhä suurempaa osaa syklistä, jolloin silmäaukon koko pienenee. Tämä saattaa lisätä datavirheiden potentiaalia.

Keskeytyksen vaikutus näkyy selvästi luoduissa silmäkaavioissa. Vääränlaisella lopetuksella silmä näyttää rajoittuneelta tai stressaantuneelta (kuva 3a ), ja paremmilla lopetusjärjestelyillä silmä muuttuu rennommaksi (kuva 3b ). Huonosti päätetty signaalijohto kärsii moninkertaisista heijastuksista. Heijastuneet aallot ovat amplitudiltaan huomattavia, mikä voi ahtauttaa silmää voimakkaasti. Tyypillisesti tämä on vastaanottimen pahin toimintatilanne, ja jos vastaanotin pystyy toimimaan virheettömästi tällaisten häiriöiden vallitessa, se täyttää spesifikaatiot.

Kuva 3 (a) Epäasianmukainen terminointi saa silmäkuvan näyttämään kireältä. (b) Oikea lopetus rentouttaa silmää.

Kuten kuvasta 4 nähdään, silmäkaavio voi paljastaa tärkeää tietoa. Se voi osoittaa parhaan näytteenottokohdan, paljastaa SNR:n (signaali-kohinasuhde) näytteenottokohdassa ja osoittaa jitterin ja särön määrän. Lisäksi se voi näyttää nollakohdan läpimenoaikavaihtelun, joka on jitterin mitta.

Kuva 4 Silmäkaavio voi auttaa tulkitsemaan signaalia ja määrittelemään parhaan ajankohdan mittauksen tekemiselle.

Silmäkaaviot tuottavat välitöntä visuaalista dataa, jota insinöörit voivat käyttää suunnittelun signaalin eheyden tarkistamiseen ja ongelmien havaitsemiseen varhaisessa vaiheessa suunnitteluprosessia. Yhdessä muiden mittausten, kuten bittivirheprosentin, kanssa käytettynä silmäkaavio voi auttaa suunnittelijaa ennustamaan suorituskykyä ja tunnistamaan mahdollisia ongelmien lähteitä.

Katso myös :

• Silmäkaavion evoluutio
• How to take the evil out of eye diagrams
• Miksi silmäkaavio ei korreloi bathtub-käyrän kanssa?
• Mittaan jitteriä kolmella tavalla
• CAN-silmäkaavion maskin testaus autoteollisuuden sovelluksissa
• Miten verifioidaan ja debuggataan seuraavan sukupolven muistia
• Miten validoidaan ja analysoidaan monimutkaisia sarjaliikennelinkkimalleja