成丰主流线 |眼图基本知识讲解及实际案例分析

　　从前大家判断模拟线缆信号质量，通常以直流电阻值、电容值为依据，但随着数字系统的广泛应用，通常数字信号是二进制01码与模拟信号不同，对应线缆技术指标也随之不同，我们需要用新的方法鉴别数字线缆的质量这与模拟线缆判断标准是不同的，那么应该用什么方法来判断信号的质量是否达标?线缆是否满足传输高速视频信号的要求呢?

　　我们说数字信号测试项目有衰减，特性阻抗，回波损耗，眼图等等，其中使用TDR测试的眼图可以最直观地描述高速数字信号比如HDMI信号，SDI信号的质量与性能。

　　今天成丰主流线将通过实际案例分析眼图的优缺点判断线缆质量情况，接下来让我们一起了解一下眼图的基本知识。

　　一、什么是眼图？

　　用一个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像人的眼睛，故称为“眼图”。数字信号的眼图中包含了丰富的信息，可以体现数字信号的整体特征，能够很好地评估数字信号的质量，因而眼图的分析是数字系统信号完整性分析的关键之一。

　　二、眼图是怎么形成的？

　　对于数字信号，其高电平与低电平的变化可以有多种序列组合。以3个bit为例，可以有000-111共8中组合，在时域上将足够多的上述序列按某一个基准点对齐，然后将其波形叠加起来，就形成了眼图。

　　如下图，对于测试仪器而言，首先从待测信号中恢复出信号的时钟信号，然后按照时钟基准来叠加出眼图，最终予以显示。

　　三、眼图术语解释

　　眼高： 眼图在垂直轴所开的大小，反映信号的信噪比。

　　眼宽： 眼图在水平轴所开的大小，反映信号的总抖动。

　　占空比： 眼图跳变沿交叉点的上下区域。如果上下区域比例不对称，则代表占空比的结果可能存在问题。

　　抖动： 在横轴时间轴上，体现为时域的抖动。抖动越大，占空比和眼宽的范围都会减小。

　　噪声： 在纵轴电压轴上，体现为电压的噪声。噪声越大，宽度越宽，眼高的高度变小。

　　四、如何根据眼图情况分辨信号质量？

　　大家注意到图中红框圈出的六边形吗?这个叫眼图模板Mask，为了能简单直观地判断眼图指标是否符合要求，可以将规范定义的要求制作成一个模板，然后通过示波器来调用，便可以直接观察到眼图线迹是否有接触到模板。如果没有接触到则表示眼图的指标符合规范要求，同样如果有接触到模板，表示眼图指标不符合规范要求，就是信号质量不达标了。

　　掌握了关于眼图的知识后，接下来我们看一下实际例子，用眼图来判断HDMI线缆质量，作为用户一般判断HDMI线缆质量是用看图像的方式，比如用码流仪连接显示器的方法，测试HDMI线缆质量是否合格，这个方式不是很准确，专业线缆厂商使用眼图测试手段，准确的判断HDMI信号的优劣，HDMI线缆质量是否满足传输的要求。

　　▲  图1、3米HDMI铜缆眼图

▲  图2 、5米HDMI铜缆和1米HDMI铜缆中间用转接头转接

　　上面是两条不同长度HDMI铜缆的眼图，上图是3米HDMI铜缆不加转接，下图是5米HDMI铜缆和1米HDMI铜缆中间用转接头转接。根据HDMI协会标准，首先设置眼图模板，然后判断眼图线迹是否有接触到模板。

　　▲  HDMI眼图模板标准

　　在眼图上设置好眼图模板后，很明显的看到图1的眼图线迹都在眼图模板外。把这个眼图看做我们的眼睛，眼睛很大，以眼图模板当作瞳孔，眼白也非常足够，信号质量非常好。

　　反之如图2，它的眼图线迹已经进入了眼图模板，眼高线迹和眼宽线迹非常粗，占空比空间非常小，说明HDMI信号经过转接后在时域上的抖动变的非常大，抖动太大就会造成误码率增加;电平噪声变的非常多，这样造成信噪比很差，接收端无法接收到准确的信号。因此图2眼图表示HDMI信号经过转接后已经不符合HDMI协议标准，表现在实际工程项目中就是HDMI线缆经过转接后画面出现闪屏，噪点，甚至黑屏无信号等等问题，信号质量已经不达标了!但是我们用码流仪测试5米和1米HDMI线缆转接，显示器也是有信号的，偶尔会黑屏一下，发生的时间没有任何规律，这是因为数字信号的误码是随机的。如果用户测试的时间不是很长，次数不是很多，没有遇到闪屏，黑屏，可能就会误以为线缆和转接头没有问题，其实转接后的HDMI信号误码率，信噪比都没有达到标准，这样给系统埋下了不稳定的隐患。

　　通过眼图实例，大家是否学会了用眼图来判断信号质量?我们经常收到客户咨询HDMI线缆转接后发生问题如何解决，在DAV《成丰主流线｜探讨HDMI转接问题的设计方案》中就HDMI转接的问题进行了讨论，首先在设计之初就要验证转接方案是否有实施性，其次在调试阶段的对于转接线路测试手段也应该使用专业看眼图的方法，而不是用码流仪之类的设备，这样才能保证系统的稳定性，最终保证用户使用体验。

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