在實(shí)際數(shù)字通信系統(tǒng)中，數(shù)字信號完全按照理想情況傳輸是非常困難的，信號傳輸過程中會(huì)受到時(shí)鐘抖動(dòng)、濾波處理、系統(tǒng)匹配等因素造成相鄰碼元的干擾。為了衡量傳輸系統(tǒng)的性能，或者完成網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量測量，特別是對于USB、LAN、HDMI等有規(guī)范要求的接口，眼圖成為了常用的測試手段。

眼圖分析偏直觀和感性認(rèn)識，而抖動(dòng)分析可以將系統(tǒng)性能做進(jìn)一步的分析和測量，以提升高速電路的時(shí)序冗余度。

眼圖

什么是眼圖？

圖1：眼圖示意圖

眼圖（Eye Diagram）是用余輝方式累積疊加顯示采集到的串行信號的比特位的結(jié)果，疊加后的圖形形狀看起來和眼睛很像，故名眼圖。

眼圖能用來做什么？

眼圖中包含了豐富的信息，通過眼圖可以觀察碼間串?dāng)_和噪聲的影響，了解數(shù)字信號整體的特征，從而評估系統(tǒng)優(yōu)劣程度。

因此，眼圖分析是高速互連系統(tǒng)信號完整性分析的核心。工程師經(jīng)常根據(jù)眼圖對接收濾波器的特性加以調(diào)整，以減小碼間串?dāng)_，改善系統(tǒng)的傳輸性能。

眼圖是怎樣形成的？

對于數(shù)字信號，其高電平與低電平的變化可以有多種序列組合。以3個(gè)bit為例，有000~111共8種組合。在時(shí)域上將足夠多的上述序列按某一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)對齊，然后將其波形疊加起來，就形成了眼圖。

圖2：眼圖形成示意圖

眼圖的關(guān)鍵參數(shù)

眼幅度和眼高度

如下圖所示，在NRZ編碼中，只有Level1/ Level0（“1”和“0”）兩個(gè)電平。Level1和Level0稱為眼圖電平。

圖3：眼圖-垂直統(tǒng)計(jì)圖

在眼圖中1個(gè)UI的中間20%的區(qū)域，測量垂直方向的概率密度函數(shù)（PDF）。即垂直軸上直方圖概率最高的位置，對應(yīng)得到Level值。

眼幅度（Eye Amplitude）

利用3sigam（3σ）的位置確定眼高度（Eye Height）。

眼高度（Eye Height）

品質(zhì)因子和誤碼率

品質(zhì)因子(Quality Factor)

品質(zhì)因子又稱為Q因子(Quality Factor)是用于測量眼圖信噪比的參數(shù)。Q因子是在最佳判決門限下信號功率和噪聲功率的比值，計(jì)算公式如下：

簡寫為：

圖4：眼圖-品質(zhì)因子統(tǒng)計(jì)圖

Q因子可以綜合反映眼圖的質(zhì)量

Q因子越高，眼圖的質(zhì)量就越好

信噪比就越高

誤碼率BER（Bit Error Ratio）

眼圖信噪比SNR（Signal-to-Noise Ratio）為EyeSNR = 20Log(Q)，單位是分貝。

誤碼率可以利用品質(zhì)因子通過高斯誤差函數(shù)(erf/erfc)計(jì)算得到，計(jì)算公式如下：

眼寬度

眼寬度（Eye Width）是水平兩個(gè)眼交叉點(diǎn)（CrossingPoint）之間的水平距離，單位為秒。如下圖所示：