Podstawy diagramów oczkowych: Czytanie i stosowanie diagramów oczkowych
Przyspieszenie szybkości transmisji danych, większa złożoność projektu, wymagania norm i krótszy czas cyklu produkcyjnego stawiają przed inżynierami projektantami większe wymagania w zakresie usuwania złożonych problemów integralności sygnału na jak najwcześniejszym etapie. Ponieważ współczesne szeregowe łącza danych działają przy gigahertzowych częstotliwościach transmisji, wiele zmiennych może wpływać na integralność sygnałów, w tym efekty na liniach transmisyjnych, niedopasowanie impedancji, trasowanie sygnałów, schematy terminacji i uziemienia. Korzystając z oscyloskopu do tworzenia diagramu oka, inżynierowie mogą szybko ocenić wydajność systemu i uzyskać wgląd w charakter niedoskonałości kanału, które mogą prowadzić do błędów, gdy odbiornik próbuje interpretować wartość bitu.
Seryjny sygnał cyfrowy może cierpieć zakłócenia, jak podróżuje z nadajnika do odbiornika. Nadajnik, ślady PCB, złącza i kable wprowadzają zakłócenia, które pogarszają sygnał zarówno pod względem amplitudy, jak i czasu. Sygnał może również cierpieć na zakłócenia z wewnętrznych źródeł. Na przykład, gdy sygnały na sąsiednich parach ścieżek PCB lub pinów IC przełączają się, przesłuchy między tymi sygnałami mogą zakłócać inne sygnały. Dlatego należy ustalić, w którym punkcie umieścić sondę oscyloskopu, aby wygenerować wykres okularowy, który pomoże zlokalizować źródło problemu. Ponadto, gdzie umieścisz sondę oscyloskopu będzie produkować różne sygnały na wyświetlaczu.
Generowanie eye diagramu
An eye diagram jest powszechnym wskaźnikiem jakości sygnałów w szybkich transmisjach cyfrowych. Oscyloskop generuje eye diagram poprzez nakładanie na siebie przemiatań różnych segmentów długiego strumienia danych napędzanych przez zegar główny. Krawędź wyzwalająca może być dodatnia lub ujemna, ale wyświetlany impuls, który pojawia się po okresie opóźnienia, może iść w każdą stronę; nie ma możliwości poznania z wyprzedzeniem wartości dowolnego bitu. Dlatego, gdy wiele takich przejść zostało nałożonych na siebie, impulsy dodatnie i ujemne nakładają się na siebie. Nałożenie wielu bitów tworzy diagram oka, nazwany tak, ponieważ powstały obraz wygląda jak otwarcie oka.
W idealnym świecie diagramy oka wyglądałyby jak prostokątne pudełka. W rzeczywistości komunikacja jest niedoskonała, więc przejścia nie układają się idealnie jeden na drugim i powstaje wzór w kształcie oka. Na oscyloskopie, kształt diagramu ocznego zależy od różnych typów sygnałów wyzwalających, takich jak wyzwalacze zegarowe, wyzwalacze z zegarem dzielonym i wyzwalacze wzorcowe. Różnice w taktowaniu i amplitudzie od bitu do bitu powodują kurczenie się otworu oka.
Interpretacja diagramu oka
Właściwie skonstruowane oko powinno zawierać każdą możliwą sekwencję bitów, od prostych naprzemiennych 1 i 0 do izolowanych 1 po długich ciągach 0, i wszystkie inne wzory, które mogą wykazać słabości w projekcie. Diagramy oczkowe zwykle zawierają próbki napięciowe i czasowe danych pozyskanych z pewną szybkością próbkowania poniżej szybkości transmisji danych. Na rysunku 1 sekwencje bitów 011, 001, 100 i 110 są nałożone na siebie w celu uzyskania ostatecznego diagramu oka.
Rysunek 1 Te diagramy ilustrują, jak powstaje diagram oka.
Doskonały diagram oczkowy zawiera ogromną ilość informacji parametrycznej o sygnale, jak efekty wynikające z fizyki, niezależnie od tego jak rzadko te efekty występują. Jeśli logiczna 1 jest tak zniekształcona, że odbiornik na dalekim końcu może błędnie uznać ją za logiczne 0, łatwo to dostrzeżesz na diagramie ocznym. To, czego jednak nie będziesz w stanie wykryć, to problemy z logiką lub protokołem, np. gdy system ma transmitować logiczne 0, ale wysyła logiczną 1, lub gdy logika jest w konflikcie z protokołem.
Co to jest jitter?
Ale w teorii diagramy oczne powinny wyglądać jak prostokątne pudełka, skończone czasy narastania i opadania sygnałów i oscyloskopów powodują, że diagramy oczne w rzeczywistości wyglądają bardziej jak obraz na rysunku 2a . Kiedy szybkie sygnały cyfrowe są przesyłane, zakłócenia wprowadzone na różnych etapach prowadzą do błędów czasowych. Jednym z takich błędów czasowych jest „jitter”, który wynika z niewłaściwego dopasowania czasów narastania i opadania (Rysunek 2b ).
Rysunek 2 (a) Skończone czasy narastania i opadania powodują, że diagramy oka wyglądają jak ten obraz, a nie jak prostokąt. (b) Jitter wynika z rozbieżności czasów narastania i opadania. (c) Chociaż bezwzględny błąd taktowania lub margines jittera jest mniejszy niż na obrazie b, to ten wykres oczkowy jest mniejszy z powodu większej szybkości transmisji bitów.
Jitter występuje, gdy krawędzie narastania lub opadania występują w czasach, które różnią się od czasu idealnego. Niektóre krawędzie występują wcześnie, inne późno. W układzie cyfrowym wszystkie sygnały są przesyłane w odniesieniu do sygnałów zegarowych. Odchylenia sygnałów cyfrowych w wyniku odbić, interferencji intersymbolowych, przesłuchów, zmian PVT (proces-napięcie-temperatura) i innych czynników składają się na jitter. Część jitteru jest po prostu przypadkowa.
Na rysunku 2c bezwzględny błąd czasowy lub margines jitteru jest mniejszy niż na rysunku 2b , ale otwór na oko na rysunku 2c jest mniejszy ze względu na większą szybkość transmisji. Wraz ze wzrostem przepływności, bezwzględny błąd czasowy stanowi coraz większą część cyklu, zmniejszając tym samym wielkość otworu na oko. To może zwiększyć potencjał dla błędów danych.
Wpływ zakończenia jest wyraźnie widoczne w diagramach oczu generowanych. Z niewłaściwego zakończenia, oko wygląda ograniczony lub stres (rysunek 3a ), a z ulepszonych schematów terminacji, oko staje się bardziej zrelaksowany (rysunek 3b ). Źle zakończona linia sygnałowa cierpi z powodu wielokrotnych odbić. Odbite fale mają znaczną amplitudę, co może spowodować poważne zwężenie oka. Zazwyczaj jest to najgorszy przypadek warunków pracy dla odbiornika, a jeśli odbiornik może działać bezbłędnie w obecności takich zakłóceń, to spełnia specyfikacje.
Jak widać na rysunku 4, diagram oka może ujawnić ważne informacje. Może wskazać najlepszy punkt do próbkowania, ujawnić SNR (stosunek sygnału do szumu) w punkcie próbkowania, i wskazać ilość jitter i zniekształceń. Dodatkowo, może pokazać zmienność czasu przy przejściu przez zero, co jest miarą jittera.
Rysunek 4 Diagram oczkowy może pomóc w interpretacji sygnału i określeniu najlepszego czasu na wykonanie pomiaru.
Diagramy oczkowe dostarczają natychmiastowych danych wizualnych, które inżynierowie mogą wykorzystać do sprawdzenia integralności sygnału w projekcie i wykrycia problemów na wczesnym etapie procesu projektowania. Używany w połączeniu z innymi pomiarami, takimi jak bit-error rate, eye diagram może pomóc projektantowi przewidzieć wydajność i zidentyfikować możliwe źródła problemów.
Zobacz także :
- Ewolucja diagramu oczkowego
- Jak usunąć zło z diagramów oczkowych
- Dlaczego diagram oczkowy nie koreluje z krzywą wannową?
- Pomiar jittera na trzy sposoby
- Testowanie maski diagramu oczkowego CAN w zastosowaniach motoryzacyjnych
- Jak weryfikować i debugować pamięć nowej generacji
- Jak walidować i analizować złożone modele łącza szeregowego
.
Leave a Reply