Szemdiagram alapjai:

A gyorsuló adatátviteli sebesség, a nagyobb tervezési összetettség, a szabványok követelményei és a rövidebb ciklusidők egyre nagyobb igényt támasztanak a tervezőmérnökökkel szemben az összetett jelintegritási problémák minél korábbi hibakeresésére. Mivel a mai soros adatkapcsolatok gigahertzes átviteli frekvenciákon működnek, számos változó befolyásolhatja a jelek integritását, beleértve az átviteli vonalhatásokat, az impedancia-eltéréseket, a jelek útvonalvezetését, a lezárási sémákat és a földelési sémákat. Az oszcilloszkóp segítségével a mérnökök szemdiagramot készíthetnek, így gyorsan értékelhetik a rendszer teljesítményét, és betekintést nyerhetnek a csatorna tökéletlenségeinek természetébe, amelyek hibákhoz vezethetnek, amikor a vevő megpróbálja értelmezni a bit értékét.

A soros digitális jel az adótól a vevőig tartó útja során károsodásokat szenvedhet. Az adó, a NYÁK nyomvonalai, a csatlakozók és a kábelek olyan interferenciát vezetnek be, amely rontja a jelet mind amplitúdójában, mind időzítésében. A jelet belső források is károsíthatják. Például amikor a szomszédos NYÁK-nyomvonalpárokon vagy IC-csapokon lévő jelek váltakoznak, a jelek közötti keresztbeszólások zavarhatják a többi jelet. Ezért meg kell határoznia, hogy melyik pontra helyezze az oszcilloszkópos szondát, hogy szemdiagramot tudjon készíteni, amely segít a probléma forrásának felkutatásában. Ráadásul az oszcilloszkóp szondájának elhelyezése eltérő jeleket eredményez a kijelzőn.
Szemdiagram készítése

A szemdiagram a nagy sebességű digitális átvitelben a jelek minőségének gyakori mutatója. Az oszcilloszkóp a szemdiagramot a főóra által vezérelt hosszú adatfolyam különböző szegmenseinek átlapolásával állítja elő. A kiváltó él lehet pozitív vagy negatív, de a késleltetési periódus után megjelenő impulzus bármelyik irányba mehet; nem lehet előre tudni egy tetszőleges bit értékét. Ezért sok ilyen átmenet átfedése esetén a pozitív és negatív impulzusok egymás fölé kerülnek. Sok bit átfedése szemdiagramot eredményez, amelyet azért hívnak így, mert a keletkező kép úgy néz ki, mint egy szem nyílása.

Egy ideális világban a szemdiagramok téglalap alakú dobozokhoz hasonlítanának. A valóságban a kommunikáció tökéletlen, így az átmenetek nem sorakoznak tökéletesen egymáson, és egy szem alakú mintázat keletkezik. Oszcilloszkópon a szemdiagram alakja a különböző típusú kiváltó jelektől függ, mint például az óratriggerek, osztott óratriggerek és mintatriggerek. Az időzítés és az amplitúdó közötti különbségek bitről bitre a szemnyílás összezsugorodását okozzák.
A szemdiagram értelmezése

A megfelelően felépített szemnek tartalmaznia kell minden lehetséges bitsorozatot az egyszerű váltakozó 1-esektől és 0-aktól kezdve a 0-ak hosszú sorozatait követő izolált 1-esig, valamint minden más olyan mintát, amely a tervezés gyengeségeit mutathatja. A szemdiagramok általában tartalmazzák az adatok feszültség- és időmintáit, amelyeket valamilyen, az adatátviteli sebességnél alacsonyabb mintavételi sebességgel szereztek be. Az 1. ábrán a 011, 001, 100 és 110 bitsorozatokat egymásra helyezve kapjuk a végső szemdiagramot.

1. ábra Ezek az ábrák szemléltetik, hogyan jön létre egy szemdiagram.

Egy tökéletes szemdiagram hatalmas mennyiségű parametrikus információt tartalmaz egy jelről, mint a fizikából származó hatások, függetlenül attól, hogy ezek a hatások milyen ritkán fordulnak elő. Ha egy logikai 1 annyira torz, hogy a túlsó végén lévő vevő tévesen logikai 0-nak ítéli meg, akkor ezt a szemdiagramból könnyen meg lehet állapítani. Amit azonban nem fogsz tudni észrevenni, azok a logikai vagy protokollproblémák, például amikor egy rendszernek logikai 0-t kellene továbbítania, de logikai 1-et küld, vagy amikor a logika ellentétes a protokollal.
Mi a jitter?

Noha elméletileg a szemdiagramoknak téglalap alakú dobozokhoz kellene hasonlítaniuk, a jelek és az oszcilloszkópok véges felfutási és lecsengési ideje miatt a szemdiagramok valójában inkább a 2a. ábrán látható képhez hasonlítanak . A nagy sebességű digitális jelek továbbításakor a különböző szakaszokban bevezetett zavarok időzítési hibákhoz vezetnek. Az egyik ilyen időzítési hiba a “jitter”, amely az emelkedési és süllyedési idők helytelen összehangolásából adódik (2b. ábra ).

2. ábra (a) A véges emelkedési és süllyedési idők miatt a szemdiagramok inkább így néznek ki, mint téglalap alakban. (b) A jitter az emelkedési és süllyedési idők helytelen összehangolásából adódik. (c) Bár az abszolút időzítési hiba vagy jittertartomány kisebb, mint a b képen látható, ez a szemnyílás a nagyobb bitsebesség miatt kisebb.

Jitter akkor keletkezik, amikor a felfutó vagy leeső élek az ideális időtől eltérő időpontokban következnek be. Egyes élek korán, mások későn fordulnak elő. Egy digitális áramkörben minden jelet az órajelekhez viszonyítva továbbítanak. A digitális jeleknek a visszaverődések, a jelek közötti interferencia, a keresztbeszélgetés, a PVT (folyamatfeszültség-hőmérséklet) ingadozás és egyéb tényezők következtében fellépő eltérése jittert jelent. A jitter egy része egyszerűen véletlenszerű.

A 2c. ábrán az abszolút időzítési hiba vagy jittermarzs kisebb, mint a 2b. ábrán , de a 2c. ábrán a nagyobb bitsebesség miatt a szemnyílás kisebb. A bitráta növekedésével az abszolút időhiba a ciklus egyre nagyobb részét képviseli, így csökken a szemnyílás mérete. Ez növelheti az adathibák lehetőségét.

A megszüntetés hatása jól látható a generált szemdiagramokon. Nem megfelelő terminálás esetén a szem korlátoltnak vagy feszültnek tűnik (3a. ábra ), míg a jobb terminálási sémák esetén a szem lazábbá válik (3b. ábra ). A rosszul végződő jelvezeték többszörös visszaverődéstől szenved. A visszavert hullámok jelentős amplitúdóval rendelkeznek, ami súlyosan beszűkítheti a szemet. Általában ez a vevőkészülék legrosszabb üzemi állapota, és ha a vevőkészülék ilyen interferencia jelenlétében is hibamentesen tud működni, akkor megfelel a specifikációknak.

3. ábra (a) A nem megfelelő lezárás miatt a szemdiagram feszültnek tűnik. (b) A megfelelő lezárás ellazítja a szemet.

Amint a 4. ábrán látható, egy szemdiagram fontos információkat tárhat fel. Jelezheti a mintavételezés legjobb pontját, elárulhatja az SNR-t (jel-zaj arányt) a mintavételi ponton, és jelezheti a jitter és a torzítás mértékét. Ezenkívül megmutathatja a zérusátmenet időbeli ingadozását, ami a jitter mérőszáma.

4. ábra A szemdiagram segíthet a jel értelmezésében és a mérés elvégzésének legjobb időpontjának meghatározásában.

A szemdiagramok azonnali vizuális adatokat szolgáltatnak, amelyek segítségével a mérnökök ellenőrizhetik a tervezés jelintegritását és a tervezési folyamat korai szakaszában felfedhetik a problémákat. Más mérésekkel, például a bit-hibaaránnyal együtt használva a szemdiagram segíthet a tervezőnek a teljesítmény előrejelzésében és a lehetséges problémaforrások azonosításában.

Lásd még :

• A szemdiagram evolúciója
• Hogyan vegyük ki a gonoszságot a szemdiagramokból
• Miért nem korrelál a szemdiagram a kádgörbével?
• Háromféleképpen mérjük a jittert
• CAN szemdiagram maszk tesztelése autóipari alkalmazásokhoz
• Hogyan verifikáljuk és hibakereséssel javítsuk a következő generációs memóriákat
• Hogyan validáljuk és elemezzük a komplex soros buszkapcsolati modelleket