燚智能硬件开发大讲堂
用简单的语言,讲复杂的技术!
就一句话:眼图代表信号波形好不好。
所谓好不好,就是波形的形状是否整齐。本来该是方波的,变成锯齿波了,数据传输自然会有错误。
高速信号线,都需要通过眼图判断信号质量好不好。现在的智能硬件产品和物联网产品,主频越来越高、数据传输越来越快,高速信号的硬件设计,很考验工程师水平!
如MIPI、HDMI、USB、SATA等,手机上用的、电脑上用的,只要是高速信号,都需要。
以电脑的SATA线为例,2对线路,能传6Gbps的数据。信号电压低、速度快、易被干扰、线路带来的影响大。
能否满足信号质量要求,直接决定了传输距离和传输速度能否达标。
眼图=波形的叠加。
用示波器量出来的波形,是高高低低的方波。把这些波形拆开,逐个叠加在一起,叠加上万个波形,就能够对比出来波形是否一致。
如果几万个波形样子都差不多,眼图看起来形状就很规则,说明信号很稳定。
如果波形有些好有些不好,眼图看起来就很杂乱,说明信号不够稳定。
如图,发射机的噪声、线路阻抗和串扰、接收匹配等,都会影响到信号质量。
动辄几个GHz的高速信号,早已进入了射频的频段,需要当作射频线来设计。不能像I2C Spi这样的低速信号只考虑电性能。
眼高
表示眼图中高电平的最低幅度与低电平的最高幅度之间的距离差。
眼高与眼幅度之间的差值越小,表示信号质量越好,说明过冲,振铃,抖动对信号影响比较小,信号质量高。
眼宽
表示眼图中上升沿与过零点的交叉点到下降沿与过零点的交叉点之间的距离。
眼宽,主要由信号频率决定,理论上眼宽为1/2f,f为信号频率。但由于上升沿时间及过冲,振铃,抖动等的影响,导致实际测量眼宽小于1/2f。
眼幅度
眼幅度表示“0”电平幅度的均值与“1”电平幅度的均值之间的距离。
其实实际硬件开发中,不需要记录这么多参数和公式,只需要记得以下几点即可:
查找干扰源,保护信号线
大部分时候眼图跳来跳去的,是因为有外部干扰。对于高速信号线,要严格做好包地处理,和其他信号线隔离开。发现问题应当首先去查找线路是否被保护好、周围有没有干扰源等。
测量线路阻抗,修改PCB线路
高速信号线需要做差分阻抗控制(和射频的阻抗控制一样),但是没有人在电路板上预留阻抗调节的元器件,只能通过PCB电路板厂来控制。
线路该走多宽、间距多少、精度如何,如果PCB板厂做的不好,眼图也不够圆滑。
提升信号线驱动能力
如果没有修改电路板的机会,那就只能修改信号线的驱动能力,把IO口输出电流增大一些,波形的上升沿下降沿就会更陡,抗干扰能力也会更强。
但是副作用是,信号线自身发出的干扰就会更大,可能导致产品EMC测试不过。
为什么UART、I2C这样的低速信号线,不需要看眼图?
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