PCB設計中眼圖到底有什么用？

眼圖的定義

眼圖是指利用實驗的方法估計和改善(通過調整)傳輸系統性能時在示波器上觀察到的一種圖形。

觀察眼圖的方法是：用一個示波器跨接在接收濾波器的輸出端，然后調整示波器掃描周期，使示波器水平掃描周期與接收碼元的周期同步，這時示波器屏幕上看到的圖形像人的眼睛，故稱為“眼圖”。

從“眼圖”上可以觀察出碼間串擾和噪聲的影響，從而估計系統優劣程度。另外也可以用此圖形對接收濾波器的特性加以調整，以減小碼間串擾和改善系統的傳輸性能。

眼圖的形成

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

如下圖，對于測試儀器而言，首先從待測信號中恢復出信號的時鐘信號，然后按照時鐘基準來疊加出眼圖，最終予以顯示。

眼圖中包含的信息

對于一幅真實的眼圖，如下圖，首先我們可以看出數字波形的平均上升時間(Rise Time)、下降時間(Fall Time)、上沖(Overshoot)、下沖(Undershoot)、門限電平(Threshold/Crossing Percent)等基本的電平變換的參數。

• 上升時間(Rise Time)：脈沖信號的上升時間是指脈沖瞬時值最初到達規定下限和規定上限的兩瞬時之間的間隔。除另有規定之外，下限和上限分別定為脈沖峰值幅度的10%和90%。

• 下降時間(Fall Time)：脈沖信號的下降時間是指從脈沖峰值幅度的90%下降到10%所經歷的時間間隔。

• 上沖(Overshoot)：也叫過沖就是第一個峰值或谷值超過設定電壓，主要表現為一個尖端脈沖，并且能導致電路元器件的失效。

• 下沖(Undershoot)：是指下一個谷值或峰值。過分的過沖能夠引起保護二極管工作，導致過早地失效。過分的下沖能夠引起假的時鐘或數據錯誤。

• 門限電平(Threshold/Crossing Percent)：是指在系統傳輸特性劣于某一特定誤碼率的情況下，收信機所能達到的最低接收電平。

如何根據眼圖情況分辨信號質量

信號不可能每次高低電平的電壓值都保持完全一致，也不能保證每次高低電平的上升沿、下降沿都在同一時刻。

由于多次信號的疊加，眼圖的信號線變粗，出現模糊(Blur)的現象。所以眼圖也反映了信號的噪聲和抖動：在縱軸電壓軸上，體現為電壓的噪聲(Voltage Noise)；在橫軸時間軸上，體現為時域的抖動(Jitter)。如下圖示。

當存在噪聲時，噪聲將疊加在信號上，觀察到的眼圖的線跡會變得模糊不清。若同時存在碼間串擾 ， “眼睛”將張開得更小。一般眼圖的眼睛睜得越大，眼圖眼高越高，代表信號質量越好。

做信號仿真可以獲取眼圖情況，然后根據眼圖情況判斷信號的質量，如果眼圖情況不好，可以調整硬件設計或者PCB設計，使眼圖眼高變高，保證生產出的產品信號質量。