眼结构示意图（眼图形成理论一）

由于通讯技术发展的需要，特别是以太网技术的爆炸式应用和发展，使得电子系统从传统的并行总线转为串行总线。串行信号种类繁多，如 PCI Express、 SPI、 USB 等，其传输信号类型时刻在增加。为何串行总线目前应用越来越广泛呢？相比并行数据传输，串行数据传输的整体特点如下：

• 1 信号线的数量减少，成本降低

• 2 消除了并行数据之间传输的延迟问题

• 3 时钟是嵌入到数据中的，数据和时钟之间的传输延迟也同样消除了

• 4 传输线的 PCB 设计也更容易

• 5 信号完整性测试也更容易实际中，描述串行数据的常用单位是波特率和 UI，串行数据传输示例如下：

串行数据传输示例

例如，比特率为 3.125Gb/s 的信号表示为每秒传送的数据比特位是 3.125G 比特，对应的一个单位间隔即为 1UI。 1UI 表示一个比特位的宽度，它是波特率的倒数，即 1UI=1/（3.125Gb/s） =320ps。现在比较常见的串行信号码形是 NRZ 码，因此在一般的情况下对于串行数据信号，我们的工作均是针对 NRZ 码进行的。

眼图，是由于示波器的余辉作用，将扫描所得的每一个码元波形重叠在一起，从而形成眼图。眼图中包含了丰富的信息，从眼图上可以观察出码间串扰和噪声的影响，体现了数字信号整体的特征，从而可以估计系统优劣程度，因而眼图分析是高速互连系统信号完整性分析的核心。另外也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整，以减小码间串扰， 改善系统的传输性能。

目前，一般均可以用示波器观测到信号的眼图，其具体的操作方法为：将示波器跨接在接收滤波器的输出端，然后调整示波器扫描周期，使示波器水平扫描周期与接收码元的周期同步，这时示波器屏幕上看到的图形就称为眼图。示波器一般测量的信号是一些位或某一段时间的波形，更多的反映的是细节信息，而眼图则反映的是链路上传输的所有数字信号的整体特征，两者对比如下图所示：

示波器中的信号与眼图

如果示波器的整个显示屏幕宽度为 100ns，则表示在示波器的有效频宽、取样率及记忆体配合下，得到了 100ns 下的波形资料。但是，对于一个系统而言，分析这么短的时间内的信号并不具有代表性，例如信号在每一百万位元会出现一次突波（Spike）， 但在这 100ns时间内，突波出现的机率很小，因此会错过某些重要的信息。如果要衡量整个系统的性能，这么短的时间内测量得到的数据显然是不够的。设想，如果可以以重复叠加的方式，将新的信号不断的加入显示屏幕中，但却仍然记录着前次的波形，只要累积时间够久，就可以形成眼图，从而可以了解到整个系统的性能，如串扰、噪声以及其他的一些参数，为整个系统性能的改善提供依据。 分析实际眼图，再结合理论，一个完整的眼图应该包含从“000”到“111”的所有状态组，且每一个状态组发生的次数要尽量一致，否则有些信息将无法呈现在屏幕上，八种状态形成的眼图如下所示：

眼图形成示意图

由上述的理论分析，结合示波器实际眼图的生成原理，可以知道一般在示波器上观测到的眼图与理论分析得到的眼图大致接近（无串扰等影响）， 如下所示：

示波器实际观测到的眼图

如果这八种状态组中缺失某种状态，得到的眼图会不完整，如下所示：

示波器观测到的不完整的眼图

通过眼图可以反映出数字系统传输的总体性能，可是怎么样才能正确的掌握其判断方法呢？这里有必要对眼图中所涉及到的各个参数进行定义，了解了各个参数以后，其判断方法很简单。

通过上述对眼图形成理论的分析，我们可以知道眼图中通常显示的是 1.25UI 的时间窗口，眼图的形状各种各样，通过眼图的形状特点可以快速地判断信号的质量。因此，这里有必要好好理解下眼图的相关参数，从而可以根据这些参数来判别眼图的好坏，从而可以衡量系统的性能。眼图相关的参数有很多，如眼高、眼宽、眼幅度、眼交叉比、 “1”电平，“0”电平，消光比， Q 因子，平均功率等，各个参数如下图中所示：

眼图各个参数

眼图中的“1”电平（Ptop ）与“0”（Pbase ）电平即是表示逻辑为 1 或 0 的电压位准值， 实际中选取眼图中间的 20%UI 部分向垂直轴投影做直方图，直方图的中心值分别为“1”电平和“0”电平。

眼幅度表示“1”电平信号分布与“0”电平信号分布平均数之差， 其测量是通过在眼图中央位置附近区域（通常为零点交叉时间之间距离的 20%）分布振幅值进行的。

眼宽反映信号的总抖动，即是眼图在水平轴所开的大小，其定义为两上缘与下缘交汇的（Crossing Point）间的时间差。 交叉点之间的时间是基于信号中的两个零交叉点处的直方图平均数计算而来，每个分布的标准偏差是从两个平均数之间的差值相减而来。

眼高即是眼图在垂直轴所开的大小，它是信噪比测量，与眼图振幅非常相似。