传统眼图参数测量的局限

眼图参数测量，特别是眼高和眼宽，经常造成工程师的困惑，针对眼高眼宽以及其他像1电平、0电平等眼图测量参数的算法并不是通用的。因为他们是假设眼图垂直片段上的电压分布是很好的拟合高斯分布的。

对于光信号，这是一个很好的假设，实际上，眼图参数最初就是定义用在光信号上的，没有考虑ISI等信号完整性的影响，通过电路板和高速互联传输的串行信号的眼图片段通常不是高斯分布的。这样测试出来的眼高眼宽结果可能不是正确的。

眼图参数的算法基于高斯模型，使用眼图中心的3sigma来定义眼高和眼宽。描述光信号眼图时，这种算法可以得到比较准确的结果。光眼图来自通过光纤路径传输的光信号，进入示波器后，光信号会被转换成电信号。但是眼图不会受到信号完整性的影响。这些眼图一般都很干净，有很清晰的高低电平。

与之相对应的是，受到频率相关损耗导致的ISI影响的信号形成的眼图，一般高低电平不是很清晰，在这种状况下，眼高和眼宽会返回不准确的结果。

受ISI影响的眼图

下图是受通道损耗ISI影响的眼图，信号是PRBS11，8Gbps NRZ码型，信号源的幅度设置为+/-300mv。示波器测量的是经过电路板上11英寸走线的信号，信号通过通道后，信号幅度衰减为大约+/-250mv。这种衰减对于信号中的高频和低频分量是不一致的，这才是ISI导致问题的根源。

下图右测的直方图显示的是眼图中间20%垂直片段的电压的分布状况。左侧的直方图是0电平的分布状况，右测的直方图是1电平的分布状况，两个直方图都不是单高斯分布，由于分布状况不拟合高斯模型，计算出来的眼高参数是一个错误的结果。

为了进一步说明ISI对眼图的影响，下图模拟的是一个带有ISI但没有其他抖动影响的PRBS5信号的眼图，可以很容易观察到受ISI影响的穿过眼图的不同信号轨迹，相应的直方图清楚的显示垂直片段电压的分布不是一个高斯分布。

传统眼高算法和受ISI影响眼图的估算

传统眼高算法如下所示，该算法通过寻找高低电平直方图的平均值确定高低电平，并使用他们的3sigma电压确定眼高。EyeHeight = OneLevel – ZeroLevel – 3σOneLevel – 3σZeroLevel

当直方图不能产生准确的1和0水平，或者当3sigma不是正确的度量推算分布到眼图中心,该算法将不能得到正确的计算结果。

对于第一个图中的眼图：

OneLevel = 188.2mV(如眼图1电平参数所示) ZeroLevel = -188.1mV(如眼图0电平参数所示)

σ, OneLevel = 55.2mV (右侧直方图的标准偏差)

σ, ZeroLevel = 55.1mV(左侧直方图的标准偏差)

对比眼图电平，检查公式中的值，可以很快发现上述公式会导致一个不准确的结果，眼图外边缘的1电平值与0电平值与+/-300mV差异很大，而且从图中可以明显发现1 sigma= 55mV是不合理的。

由此推算得到的眼高如下：EyeHeight(mV)=188.2-(-188.1)-3*55.1-3*55.2=45.4mV

【上面数值和图片中眼图参数表中的值（43.9mv）之间的差异是由于眼高计算中确定Sigma使用不同的分级造成的，是可以忽略的】我们得到一个对描述眼张开度没有帮助的结果。我们所得的结论就是传统的眼高算法是有缺陷的，不应该被用来确定受ISI影响的眼图的张开度。

因此，“正确的”眼高是多大？

现在我们看到不能用传统眼高参数来描述眼图张开度，我们重现回到计算公式上，下图显示用光标量到的眼张开度是157mv，但是这个值是使用主观性很强的光标测量到的，而不是来自重复、客观的算法。

考虑正确的眼高是多少，必须注意到眼图闭合度会随着用来计算眼图的UI数量的增加而增加，因为随机抖动是无边界的，会影响眼图的张开度。当用来计算眼图的UI数量增大1000倍时，上图中选择的光标位置就会不同。所以在做眼张开度测量时，工程师必须考虑采集多少数据来形成眼图。

力科解决方法

针对受ISI抖动影响的眼图参数的计算，我们提供两种解决方法

1. SDAIII串行信号分析软件提供Optical和Observed计算方法

Observed计算方法利用形成眼图的实际迹线来计算眼高，和用游标测试的基本一致，但要注意，这个测试结果和形成眼图的UI数量紧密相关。

2. 噪声分析软件包中的EH@ BER

通常，我们尝试理解眼图闭合度和误码率的函数关系，这个问题在抖动分析领域已经得到解答，常用的双狄拉克模型被用来外推特定的误码率下的抖动，像10E-12。在描述眼高时也需要相似的方法。

力科SDAIII-CompleteLinQ噪声分析软件包中包含EH@ BER测量能力。这个测试就是上面提到的：通过外推随机噪声到工程师选定的误码率，来测量眼图的张开度。这个测量是在眼图设置中的Sample Phase中完成的。下图显示眼高测量值是：220.8mv，这是推算到的在10E-12误码率的眼张开度，EH@ BER测量返回一个很好的眼张开度估算值，它使用了随机噪声的推算，不受ISI在总体直方图上的影响。

关于力科力科（Teledyne Lecroy）是高端示波器、协议分析仪和其他测试仪器的领先制造商，可快速全面地验证电子系统的性能和合规性，并进行复杂的调试分析。

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审核编辑：汤梓红