最近,项目需求需要满足USB眼图进行摸底测试。测试过程很简单,然而debug但是路并不简单。不简单往往意味着带来了很多收获。
在接收跨接收滤波器的输出端,调整示波器的扫描周期,使示波器的水平扫描周期与接收码元的周期同步。此时,示波器作为接收系列脉冲信号(0000 001 010 011 100 101 110 111)这些信号叠加在一起,形成类似人眼的图形。同时,根据协会的要求,示波器带宽至少应为1.5GHZ,最好是2GH或者2.5GHZ。
它主要使用余辉累计叠加显示收集到串行信号的比特的结果。叠加的图形被称为眼图,因为它看起来像眼睛。眼图表示串行信号的比特信息,已成为衡量信号质量的重要工具。通过眼图,可以观察代码间串扰和噪声的影响,从而估计信号完整性的优缺点。
USB测量眼图主要分为device与host。
USB host端:D 和D-各接一个15kΩ下拉电阻; USB device端:高速和全速D 接一个1.5kΩ电阻上拉到3.3V;低速在D-上接一个1.5kΩ电阻上拉到3.3V。高速chirp KJ握手(Chirp KJ频率约为10KHz)成功后,自动断开D 上的1.5kΩ上拉;当高速设备进入时;suspend时,使能D 上的1.5kΩ上拉到3.3V,退出suspend时,断开D 上的1.5k上拉。
集线器的全速驱动器和设备的全速驱动器在功能上等效45Ω电阻,合成90Ω差分电阻产生0系数反射。这就产生了cable特征阻抗为90Ω的需求。 HS模式DP/DM对地单端的阻抗为45Ω(由全速驱动器形成的阻抗为45Ω串联匹配电阻必须为0,否则眼图有问题;LS/FS的DP/DM匹配电阻必须大于0。 HS模式DP/DM的DC-level是17.78mA x (45Ω//45Ω) = 17.78mA x 22.5Ω = 400mV,其中17.78mA是电流源(一般需要)PHY外部参考电阻), 所以差模电压是800mV。DC-level of LS/FS is 3.3V。
HS PHY DP/DM上串联10Ω计算如下所示
Udevice = 17.78mA*(45//(10 45)) = 440.1mV, Uhost = (45/(45 10))*440.1 = 360.1mV
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眼图的测量参数不同于波形的测量参数。在更多的情况下,它是一种统计测量。主要测量参数包括眼高、眼宽、眼抖等。
眼高的测量 眼睛的高度反映了垂直方向上眼图的张开程度。其测量方法是首先在眼图的中心统计眼图的电平分布,并根据直图分布的最大概率获得高电平(One Level)和低电平(Zero Level)位置;然后根据高低电平上的噪声分布,向内推3个西格玛(噪声RMS从而得到眼高的测量结果。
眼宽(Eye Width)的测量
眼宽反映了眼图在水平方向上打开的程度。其测量方法是首先在眼图的交叉点统计眼图的水平分布,并根据直方图分布的最大概率得到交叉点1(Cross1)和交叉点2(Cross2)水平位置;然后根据交叉点附近的抖动分布,向内推3个西格玛(抖动RMS值),到眼宽的测量结果。
眼图的抖动(Eye Jitter)测量 眼图的抖动反映了信号的时间不确定性,过度抖动会降低信号的眼宽。眼图的抖动是指眼图交叉点附近信号的水平抖动RMS或者Peak-Peak值来衡量。
至于眼图,仅仅了解相关的关键测试参数是不够的,还需要快速确定测试信号是否满足总线的标准要求。模板通常用于仪器测试。
模板,即事先把信号高低电平的范围要求以及抖动的范围等指标事先定义好,然后在此模板上生成眼图测试文件。
模板主要由三部分组成: 顶部区域定义了信号的最大要求。 底部区域定义了信号的最小要求。 中间区域定义了对信号眼图开度的要求。
在进行眼图测试时,将眼图直接放在模板上。如果长时间的累计测量没有压在模板上,则信号质量基本满足要求。 PASS
若被测信号压在测试模板上,则表明被测信号质量存在明显问题。 FAIL
Usb设计信号线 在USB我们经常喜欢高速信号D D-端串电阻、电感或并联TVS用于静电或浪涌保护。因为它属于高速信号(480速率)Mbps,频率240MHZ),因此对TVS小心选择管道。TVS管道有结电容,结电容的容值要特别注意,在小白做的项目中,TVS管结电容值通常选择1pf以下容值。容值过大因RC延迟的影响会降低眼图的睁开度,然后可能会压倒中间的模板。同时,由于影响眼高,应适当选择串阻。
因此,每天针对眼图压模板debug要特别注意这方面的影响。
同时,眼图测试失败的常见故障可以简要介绍以下几点 PCB设计不良:布线过长(布线长意味着损耗大),布线阻抗不匹配(要求90±来自其他来源的10%欧姆干扰(建议立体包地处理),…同时,建议建议适当粗 电缆不良 ESD,EMI组件不符合USB要求 时钟不良,PLL 电源干扰 铁氧体磁珠和共模扼流圈 不使用最新的USBET 夹具测试不良
在调整眼图时,我们最好让眼图越大越好 眼图越大,噪声和抖动的允许误差越大; 眼图越大,接收器判断信号的准确性越好。