眼圖測試---評估數字通信鏈路質量的方法

　評估數字通信鏈路質量的有效方法之一是眼圖，眼圖給出了每一位(第N位，介于N-1位隨機數和N+1位隨機數之間)的窗口。通信系統工程師一般采用傳統的測試儀器來測量和分析信道的誤碼率。但大部分專業工程師并不這樣做。對他們來說，圖1電路提供了一個替代方法——激勵來自一個數字信號源。

　　電阻R1和R2構成了VCC/2偏置，并由C1旁路到地。一個1M?電阻(R3)被用作寬帶、小信號噪聲源。運放U1A 和 U1B提供5倍的交流電壓增益，但在低頻時，由于C2和C4的作用，增益降為1。U1B輸出經過放大的噪聲進一步驅動比較器U2，U2輸出的數字信號適合作為U3A和U3BD類觸發器的輸入。

　　圖1 用于眼圖測試的高質量隨機數發生器

　　比較器輸出經過一個低通濾波器反饋到它的反相輸入端，形成一個占空比接近50%的輸出信號。這樣，在U3A的輸出端可以得到與電路輸入時鐘同步的隨機數據流。遺憾的是，比較器的輸出信號常常會影響U3A的建立和保持時間，引起較大抖動。將數據流信號再經過一個與時鐘同步的D觸發器(U3B)即可解決這個問題。這個電路的工作速率可達62.5Mbps的(見圖2所示眼圖)。當工作于20Mbps時，抖動小于200PS(峰-峰值)，適用于RS-422、RS-484、CAN、USB、RS-232、PROFIBUS等通信協議。

　　圖2 圖1輸出的20Mbps眼圖，最高可達62.5Mbps

　　需根據具體應用選擇運算放大器、比較器和D觸發器，運算放大器U1A、U1B的帶寬應達到用戶期望的最高輸出信號頻率(在本例中，MAX1428增益帶寬積達到25MHz)。該運放的穩定增益大于或等于10倍，但對現在的應用來說，穩定性已不是主要關注的問題。為得到合理量級的隨機數，比較器的傳輸延時應能達到所期望的最小比特率周期的水平(太大的傳輸時延可能會造成N-1、N、N+1之間的某一位丟失)。MAX961是一個好的選擇，其傳輸時延只有4.5ns。觸發器需提供快速的上升時間和干凈的邊沿，以及盡量小或沒有過沖。可選擇74HVC74，以保持與運放和比較器相同的工作電壓范圍：2.7V-5.5V。74HVC74的工作電壓范圍可達2V-5.5V，最小開關頻率可達80MHz(3V供電)。

　　該電路可采用2.7V-5.5V電源供電，為了得到最佳效果，時鐘擺幅最好能夠達到電源至地的滿擺幅范圍，且用50?負載進行終端匹配。將輸出隨機數據流用一截短電纜連接到被測設備(DUT)，不要端接數據流信號，因為觸發器無法驅動50?負載。由于觸發器對時鐘信號進行2倍分頻，因此須采用所期望的輸出比特率為時鐘頻率(例如，為得到10Mbps的速率，時鐘頻率應設置為10MHz)。將被測設備的輸出連接到示波器，示波器帶寬應足以滿足測試要求，余輝應設為無限大，并利用時鐘源同步。