アイダイアグラムの基本。 アイ・ダイアグラムの読み方と応用
加速するデータ速度、より複雑な設計、規格要件、およびサイクル時間の短縮により、設計エンジニアには複雑なシグナル インテグリティ問題をできるだけ早期にデバッグすることがより強く求められています。 今日のシリアル データ リンクは、ギガヘルツの伝送周波数で動作するため、伝送線路効果、インピーダンス ミスマッチ、信号配線、終端スキーム、および接地スキームなど、多くの変数が信号の整合性に影響を与える可能性があります。 オシロスコープを使用してアイ・ダイアグラムを作成することにより、エンジニアはシステムのパフォーマンスを迅速に評価し、受信機がビットの値を解釈しようとするときにエラーにつながるチャネルの不完全性の本質を理解することができます。 送信機、PCB トレース、コネクター、およびケーブルは、振幅とタイミングの両方で信号を劣化させる干渉を引き起こします。 また、信号は内部ソースからも障害を受けることがあります。 例えば、隣接するPCBトレースやICピン上の信号がトグルする場合、それらの信号間のクロストークが他の信号に干渉することがあります。 したがって、問題の原因を突き止めるのに役立つアイ・ダイアグラムを生成するために、オシロスコープのプローブをどの位置に置くかを決定する必要がある。 さらに、オシロスコープのプローブをどこに置くかで、ディスプレイ上の信号が異なります。
アイ・ダイアグラムの生成
アイ・ダイアグラムは、高速デジタル伝送における信号の品質を示す一般的な指標となります。 オシロスコープでは、マスタークロックで駆動される長いデータストリームの異なるセグメントのスイープを重ね合わせることにより、アイダイアグラムを生成します。 トリガーエッジは正でも負でもよいが、遅延時間後に表示されるパルスはどちらにもなりうるので、任意のビットの値を事前に知ることはできない。 そのため、このような遷移を多数重ねると、正負のパルスが重なり合うことになる。 8121>
理想的な世界では、アイ・ダイアグラムは長方形の箱のように見えるでしょう。 現実には、通信は不完全なので、トランジションが完全に重なり合うことはなく、目の形をしたパターンが生じます。 オシロスコープでは、クロックトリガ、分割クロックトリガ、パターントリガなど、さまざまな種類のトリガ信号によって、アイダイアグラムの形状が決まります。 ビット間のタイミングや振幅の違いは、目の開きを小さくします。
アイ・ダイアグラムの解釈
適切に構築された目は、単純な1と0の交互配列から、長い0配列の後に孤立した1、そして設計の弱点を示すかもしれない他のすべてのパターンまで、あらゆる可能なビット配列を含んでいるはずです。 アイ・ダイアグラムは通常、データ・レートより低いサンプル・レートで取得されたデータの電圧と時間のサンプルを含んでいます。 図 1 では、ビット配列 011、001、100、110 を互いに重ね合わせて、最終的なアイ・ダイアグラムを得ます。
Figure 1 これらの図から、アイ・ダイアグラムが形成される方法を説明します。
完璧なアイ・ダイアグラムは、物理学に由来する効果のように、これらの効果の発生頻度に関係なく、信号に関する膨大な量のパラメトリック情報を含んでいます。 ロジック 1 が非常に歪んでいて、遠端の受信者がロジック 0 と誤判定する場合、アイ ダイアグラムから簡単にそれを判別できます。 しかし、システムがロジック0を送信するはずなのにロジック1を送信している場合や、ロジックがプロトコルと矛盾している場合など、ロジックやプロトコルの問題は検出できません。
理論的にはアイ・ダイアグラムは長方形の箱のように見えるはずですが、信号やオシロスコープの有限の立ち上がり時間と立ち下がり時間のために、アイ・ダイアグラムは実際には図 2a のような画像に近くなります。 高速デジタル信号が伝送されると、さまざまな段階で障害が発生し、タイミングエラーが生じます。 8121>
図2 (a) 有限の立ち上がり時間と立ち下がり時間により、アイ・ダイアグラムは長方形ではなくこの画像のように見える。 (b) ジッターは、立ち上がり時間と立ち下がり時間のずれから発生します。 (c) 絶対的なタイミング誤差またはジッターマージンは画像 b よりも小さくなりますが、ビットレートが高いため、このアイオープンは小さくなります。
ジッターは、ライズまたはフォールディングエッジが理想の時間とは異なる時間に発生した場合に発生します。 あるエッジは早く発生し、あるエッジは遅く発生します。 デジタル回路では、すべての信号がクロック信号を基準に伝送されます。 反射、符号間干渉、クロストーク、PVT（プロセス電圧温度）変動などによるデジタル信号のずれがジッターとなる。 8121>
図2cでは、絶対的なタイミング誤差やジッターマージンは図2bより小さくなっていますが、ビットレートが高いため、図2cの目の開きは小さくなっています。 ビットレートが高くなると、絶対的な時間誤差がサイクルの大部分を占めるようになるため、アイオープニングの大きさが小さくなっています。 8121>
終端処理の効果は、生成されたアイ・ダイアグラムにはっきりと表れています。 不適切な終端処理では、アイは拘束されたりストレスを受けたりしているように見えますが (図 3a )、終端処理スキームを改善すると、アイはよりリラックスした状態になります (図 3b )。 終端処理が不十分な信号線では、多重反射が発生します。 この反射波は振幅が大きく、眼球を強く圧迫することがある。 通常、これは受信機にとって最悪の動作条件であり、このような干渉があっても受信機がエラーなく動作できれば、仕様を満たしていると言えます。
図 4 でわかるように、アイダイアグラムは重要な情報を明らかにすることができます。 サンプリングに最適なポイントを示し、サンプリング・ポイントでのSNR（信号対雑音比）を明らかにし、ジッターと歪みの量を示すことができます。 さらに、ジッタの指標であるゼロクロスでの時間変化も表示できます。
Figure 4 Eye Diagramは、信号を解釈し、測定を行う最適なタイミングを判断するために使用できます。 ビット エラー率などの他の測定値と組み合わせて使用することにより、アイ・ダイアグラムは、設計者がパフォーマンスを予測し、問題の原因となり得るものを特定するのに役立ちます。
Leave a Reply