数字同步及眼图
通信原理中眼图的应用
通信原理中眼图的应用什么是眼图眼图是通信原理中用于评估和分析数字信号质量的重要工具。
它通过对数字信号的采样和显示，以一种直观的方式展示信号的稳定性和失真情况。
眼图通常用于分析和判断数字通信系统的性能，并对其中的问题进行诊断和调试。
眼图的生成过程1.信号采样：在生成眼图之前，需要对数字信号进行采样。
采样过程中，根据信号的时钟信号来确定采样时机，通常使用快速采样仪来进行高速、精确的采样。
2.信号显示：采样后的信号会通过一个显示设备进行展示。
在传统的眼图中，信号通常会被划分为许多由采样点组成的窗口，然后通过展示这些窗口来形成眼图。
现代的眼图仪器一般都具备高分辨率的显示屏，可以直接以高质量的图像形式呈现眼图。
3.眼图优化：在生成眼图之后，可能需要对眼图进行一定的优化。
例如，可以通过调整采样时机、增加采样点数等方式来改善眼图的质量。
这样可以更清晰地观察到眼图中的细节，有助于对信号质量进行更准确的评估。
眼图的应用眼图作为一种直观的信号展示方式，在通信原理中具有广泛的应用，以下列举了一些常见的应用场景：1. 信号质量评估眼图可以直观地显示信号的稳定性和失真情况。
通过对眼图的观察可以判断信号是否存在幅度失真、时钟抖动、时序偏移等问题，评估信号的质量是否符合预期要求。
这对于设计和优化数字通信系统至关重要。
2. 噪声分析眼图可以帮助分析信号受到的噪声干扰情况。
通过观察眼图的展开，可以判断信号在传输过程中受到的各种噪声的影响程度，进而进行噪声的分析和统计。
这对于优化传输链路、提高传输性能非常有帮助。
3. 时钟同步评估眼图中的时钟信号是通过采样时机生成的，所以眼图展示的时钟信息非常直观和准确。
通过眼图可以观察时钟信号的稳定性和抖动情况，进而评估时钟同步的精度和可靠性。
对于需要精确时序的通信系统，这是一个非常有用的工具。
4. 相位偏差分析眼图中的时钟信息还可以用于分析信号的相位偏移情况。
通过观察眼图中的相位偏移，可以评估信号传输中的相位稳定性和补偿需求。
高速数字信号的眼图和抖动测量
Total Jitter (TJ)
Data-Uncorrelated
Deterministic Jitter (DJ) Periodic Jitter (PJ) Sub Rate Jitter (SRJ)
Random Jitter (RJ)
Data Dependent Jitter (DDJ) Inter-symbol Interference (ISI)
高速数字信号的 眼图和抖动测量技术
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V 1.0
1
数字信号的眼图
• 数字信号的眼图包含丰富的信息，体现数字信号的整体特征，能够很好的 评估数字信号的品质，因而数字信号眼图分析是数字系统信号完整性分析 的关键之一。 • 眼图实际上是一系列数字信号的不同码型按一定的规律在示波器屏幕上累 积显示的结果。
• PLL（锁相环路）
• 模拟链路接收端通过硬件PLL恢复时钟后看到的抖动成分
• 外时钟恢复
• 被测信号没有使用嵌入式时钟而是具有显性时钟信号
• 特殊方式
• 实例：PCI Express时钟恢复方式
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PLL带宽对抖动测量的影响
抖动传递函数JTF：恢复时钟中的抖动与输入信号中抖动之比
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Bathtub曲线
• Bathtub曲线的中部大部分地 受到Rj的影响 • 靠向眼睛交叉点较大地受到Dj 影响 • 在既定的BER水平下，Dj的PkPk值与Rj的标准偏差值影响眼 睛的张开度
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V 1.0
15
为什么需要时钟恢复
数字信号的很多测试测量都需要时钟信息
眼图的定义、原理及模型
图1 无失真及有失真时的波形及眼图
图1中可以看出，眼图是由虚线分段的接收码元 波形叠加组成的。眼图中央的垂直线表示取样时 刻。当波形没有失真时，眼图是一只“完全张开” 的眼睛。在取样时刻，所有可能的取样值仅有两 个：+1或-1。当波形有失真时，在取样时刻信号 取值分布在小于+1或大于-1附近，“眼睛”部分 闭合。这样，保证正确判决所容许的噪声电平就 减小了。换言之，在随机噪声的功率给定时，将 使误码率增加。“眼睛”张开的大小就指明失真 的严重程度。
眼图的定义、原理及模型
在实际的通信系统中，数字信号经过非理 想的传输系统必定要产生畸变，信号通过 信道后，也会引入噪声和干扰，也就是说， 总是在不同程度上存在码间干扰的。在码 间干扰和噪声同时存在情况下，系统性能 很难进行定量的分析，常常甚至得不到近 似结果。为了便于实际评价系统的性能， 常用所谓“眼图”。眼图可以直观地估价 系统的码间干扰和噪声的影响，是一种常 用的测试手段。
END
衡量眼图质量的几个重要参数有： 1.眼图开启度(U-2∆U)/U 指在最佳抽样点处眼图幅度“张开”的程度。无畸变眼图 的开启度应为100%。 其中U=U+ + U2.“眼皮”厚度2∆U/U 指在最佳抽样点处眼图幅度的闭合部分与最大幅度之比， 无畸变眼图的“眼皮”厚度应等于0。 3.交叉点发散度∆T/T 指眼图过零点交叉线的发散程度，无畸变眼图的交叉点发 散度应为0。 4.正负极性不对称度 指在最佳抽样点处眼图正、负幅度的不对称程度。无畸变 眼图的极性不对称度应为0。
眼图定义
所谓“眼图”，就是由解调后经过低通滤 波器输出的基带信号，以码元定时作为同 步信号在示波器屏幕上显示的波形。干扰 和失真所产生的传输畸变，可以在眼图上 清楚地显示出来。因为对于二进制信号波 形，它很象一只人的眼睛。
通信原理中的眼图如何描述
通信原理中的眼图如何描述通信原理中的眼图是一种常用的信号分析方法，用来描述数字通信中的信号质量和带宽利用率。
它可以表达信号的波形、噪声、振幅和时间间隔等信息，是衡量数字通信系统性能的重要工具。
眼图的基本定义是将连续的信号序列按照一定时间间隔进行采样，然后将采样到的数字信号以一定的水平缩放因子和垂直偏移因子绘制到坐标系中，形成一系列的“眼睛”形状。
每个“眼睛”代表一个样本周期内的传输信号，通过分析这些“眼睛”的开口大小、对称性、向上或向下的移动等特征，可以推断出信道传输特性和影响因素。
眼图可以从多个方面提供有关信号质量的信息。
首先，眼图的开口大小可以反映信号的抗噪声能力和抗干扰能力。
如果开口较小，意味着传输信号容易受到噪声和干扰的影响，信号质量较差；反之，如果开口较大，信号质量较好，传输容易。
其次，眼图的对称性可以反映信号的失真情况。
如果眼图不对称，说明信号可能发生了失真，需要进行补偿或校正。
此外，眼图的移动方向和距离可以表达信号的时钟同步性和信号间隔的准确程度。
如果眼图向上或向下移动，或者眼图的顶部或底部出现扭曲，意味着信号的时钟同步不好，信号间隔的准确性较差。
眼图的形状和特征主要受到以下几个因素的影响。
首先，信号的带宽决定了眼图的开口大小。
带宽越大，眼图的开口越大，信号质量越好。
其次，信号的噪声和干扰会使眼图的开口变窄，影响信号的清晰度。
因此，抗噪声和抗干扰能力越强的信号，眼图的开口越大。
此外，时钟同步误差也会对眼图产生影响。
时钟同步误差越大，眼图的移动越明显，信号间隔的准确度越低。
最后，传输介质的失真和信道衰减会使眼图发生形变，降低信号的质量。
在实际应用中，通过观察和分析眼图，可以识别出信号传输中的问题和优化方案。
例如，如果眼图的开口非常小，表明信号的抗噪声和抗干扰能力差，可以考虑增加信号的幅度、使用更好的编码和解码算法，或者改善传输环境等方法来提高信号质量。
如果眼图的对称性不好，可以考虑采用均衡技术或预编码技术来补偿信号失真。
数字同步技术
实验十一 数字同步技术实验内容1.位定时、位同步提取实验2.信码再生实验3.眼图观察及分析实验4.CPU仿真眼图观察测量实验一. 实验目的1.掌握数字基带信号的传输过程。
2.熟悉位定时产生与提取位同步信号的方法。
3.学会观察眼图及其分析方法。
二. 实验电路工作原理所有数字通信系统能否有效地工作，在相当大的程度上依赖于发端和收端正确地同步。
同步的不良将会导致通信质量的下降，甚至完全不能工作。
通常有三种同步方式：即载波同步、位同步和群同步。
在本实验中主要分析位同步，载波同步和群同步不分析。
实现位同步的方法有多种，但可分为两大类型：一类是外同步法。
另一类是自同步法。
所谓外同步法，就是在发端除了要发送有用的数字信息外，还要专门传送位同步信号，到了接收端得用窄带滤波器或锁相环进行滤波提取出该信号作为位同步之用。
所谓自同步法，就是在发端不专门向收端发送位同步信号，而收端所需要的位同步信号是设法从接收信号中或从解调后的数字基带信号中提取出来。
本实验中，位同步提取的方法是从二相PSK(DPSK)信号中，对解调出的数字基带信息再直接提取恢复出位同步信号。
图11-1是位同步恢复与信码再生电路方框图,图11-2是电原理图。
图11-1 位同步恢复与信码再生电路方框图1.带通滤波与全波整流电路电路如图11-3所示。
设计该电路时，以数字基带码元速率为32KHz/s为例，数字基带信号由测量点TP703输入，经过电解电容E701与电阻R717进入该电路，带通滤波器由U711组成，测量点TP707为眼图测量点，利用二踪示波器的YB通道测量TP304或TP703，YA通道测量TP707时，调节示波器相应的开关与旋钮，就可以测量出眼图信号来。
关于眼图的具体测量在后面再作进一步的介绍。
由运算放大器U711∶C组成全波整流电路。
从图中可知,运算放大器U712(LM311)组成限幅放大电路。
32KHz谐振电路由电阻R731、R732、R722、电容C716、CA701(在电路板上这里为一可插入不同容量的电容作为实验调试，实验值为4700pf)、谐振线圈L701组成。
眼图
眼图科技名词定义中文名称：眼图英文名称：eye diagram;eye pattern定义：示波器屏幕上所显示的数字通信符号,由许多波形部分重叠形成，其形状类似“眼”的图形。
“眼”大表示系统传输特性好；“眼”小表示系统中存在符号间干扰。
应用学科：通信科技（一级学科）；通信原理与基本技术（二级学科）以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布目录概念成因码间串扰概念眼图是指利用实验的方法估计和改善（通过调整）传输系统性能时在示波器上观察到的一种图形。
观察眼图的方法是：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”。
从“眼图”上可以观察出码间串扰和噪声的影响，从而估计系统优劣程度。
另外也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整，以减小码间串扰和改善系统的传输性能。
成因眼图的成因：由于示波器的余辉作用，扫描所得的每一个码元波形将重叠在一起，从而形成眼图。
码间串扰眼图的“眼睛”张开的大小反映着码间串扰的强弱。
“眼睛”张的越大，且眼图越端正，表示码间串扰越小；反之表示码间串扰越大。
当存在噪声时，噪声将叠加在信号上，观察到的眼图的线迹会变得模糊不清。
若同时存在码间串扰，“眼睛”将张开得更小。
与无码间串扰时的眼图相比，原来清晰端正的细线迹，变成了比较模糊的带状线，而且不很端正。
噪声越大，线迹越宽，越模糊；码间串扰越大，眼图越不端正。
眼图对于展示数字信号传输系统的性能提供了很多有用的信息：可以从中看出码间串扰的大小和噪声的强弱，有助于直观地了解码间串扰和噪声的影响，评价一个基带系统的性能优劣；可以指示接收滤波器的调整，以减小码间串扰。
（ 1 ）最佳抽样时刻应在“眼睛”张开最大的时刻。
（ 2 ）对定时误差的灵敏度可由眼图斜边的斜率决定。
斜率越大，对定时误差就越灵敏。
（ 3 ）在抽样时刻上，眼图上下两分支阴影区的垂直高度，表示最大信号畸变。
眼图详解(眼图分析)
眼图详解关于眼图的基本知识1、眼图的作用数字信号的眼图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。
2、眼图的形成串行数据的传输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。
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 设计也更容易些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。
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。
眼图实际上就是数字信号的一系列不同二进制码按一定的规律在示波器屏幕上累积后的显示，简单地说，由于示波器具有余辉功能，只要将捕获的所有波形按每三个比特分别地叠加累积(如上图所示)，从而就形成了眼图。
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。
眼图测量的概念
眼图测量的概念眼图测量是一种用于分析和评估数字通信系统的技术。
在数字通信中，信息以数字信号的形式传输，而数字信号由一系列离散的样本组成。
眼图测量通过显示和分析这些样本的时域波形，从而提供关于系统性能的重要信息。
在眼图中，每个数字信号样本被绘制为一个脉冲，这些脉冲被垂直堆叠在一起形成一个图像，类似于一个开放的眼睛。
每个脉冲代表着一个时刻的信号状态，而整个眼图则显示了多个时刻的信号状态的叠加。
通过观察眼图的形状、宽度和高度等特征，可以获得关于系统的多种信息。
眼图主要提供以下几个方面的信息：1. 时基抖动：眼图的开口宽度可以反映系统的时基抖动性能。
时基抖动是由于时钟不准确或传输路径中的噪声引起的，它会导致样本位置的不确定性。
如果眼图的开口很窄，意味着系统中存在较大的时基抖动，这可能会导致信号误码率的增加。
2. 眼图的对称性：眼图的对称性可以反映系统的码间干扰情况。
如果眼图两边的形状不对称，即开口宽度不一致，可能表明系统中存在码间干扰或码间失配。
码间干扰会导致信号间的互相干扰，增加误码率。
3. 眼图的噪声水平：眼图的噪声水平可以反映系统的噪声性能。
噪声会导致信号波形的不规则性和抖动，从而影响系统的可靠性和性能。
通过观察眼图的噪声水平，可以评估系统的抗噪声性能。
4. 采样时刻偏移：眼图可以显示信号采样时刻的偏移情况。
采样时刻偏移会导致信号样本的错位，从而影响信号的恢复和解调。
通过观察眼图的采样时刻偏移情况，可以判断系统是否存在采样时刻同步问题。
除了以上几个方面的信息，眼图还可以用于估计信号的传输带宽、检测系统中的串扰和非线性等问题。
通过对眼图的仔细分析，可以发现可能存在的问题，并采取相应的调整和优化措施，以提高系统的性能和稳定性。
眼图测量可以使用专用的示波器、时钟回路、采样仪等设备进行。
这些设备可以通过触发和同步功能来捕获和显示眼图。
通过调整样本时钟、增加采样速率、降低噪声等措施，可以改善眼图的质量和可读性，并获得更准确的眼图测量结果。
眼图的概念
眼图的概念眼图是指在频谱分析中常出现的一种信号特征，通常用来表示信号的带宽与中心频率。
它是通过对信号进行傅里叶变换后，在频域中观察信号的频谱特征得到的。
眼图主要用于对数字通信系统中的时域信号进行分析和评估，以了解信道传输性能和判断系统的可靠性。
眼图的原理是基于信号的采样和重构过程。
当信号经过采样和重新构造后，得到的信号会受到噪声和其他干扰的影响，因此在信号的波形上会出现一定的失真和扭曲。
而眼图可以通过观察信号的波形特征来判断信号的质量和误码率等性能指标。
眼图的基本形状是一串类似于“眼睛”的波形，其中包含了信号的多个周期。
在眼图中，通常可以观察到信号的上下垂直边界和左右水平边界，它们分别代表了信号的幅度和时间轴。
而眼图中的开口宽度和深度则代表了信号的峰-峰值（也即电平差）和噪声信号。
眼图的开口宽度反映了信号的峰-峰值。
如果开口很窄，代表峰-峰值很小，即信号的幅度很小。
而如果开口很宽，代表峰-峰值较大，即信号的幅度较大。
通过对眼图开口宽度的观察，可以判断信号的灵敏度和抗干扰能力。
眼图的深度则反映了信号中的噪声。
如果眼图深度很浅，代表噪声信号很小，即信号的质量很好。
而如果眼图深度很深，代表噪声信号很大，即信号的质量较差。
通过对眼图深度的观察，可以判断信号的信噪比和误码率。
眼图的另一个重要特征是眼图的跳动，即眼图上各个周期的变化。
这种跳动反应了信号在传输过程中的时钟偏移和抖动等问题。
通过对眼图跳动的观察，可以判断信号的时钟同步性和时钟失真程度。
眼图的分析主要通过眼图的偏移、闭合度和对称性等指标进行。
眼图的偏移表示了信号的直流偏移情况，可以判断信号的偏置和直流分量。
眼图的闭合度表示了信号的完整性，可以判断信号的时钟同步性和时延扩大情况。
而眼图的对称性表示了信号的对称性，可以判断信号的相位和频率稳定性。
在实际应用中，眼图常用于数字通信系统的调试和优化。
通过对眼图进行分析，可以发现系统中的时钟同步问题、噪声干扰问题和时域失真问题等，并采取相应的措施进行改进和优化。
实验七 数字同步技术及眼图实验
六、实验步骤及注意事项
(1)、+5V、-5V、+12V、-12V工作。 (2)、按下按键开关：K2、K3、K100、K300 、K700。 (3)、按一下“开始”与“PSK”功能键，显 示代码“5”。 (4)、跳线开关设置：Kl0l 1-2、K304 1-2或 K304 2-3、K301 1-2 、K302 1-2或
实验七 数字同步技术及眼图实验
四、实验原理
3、眼图
以上我们对PSK和DPSK的原理 有了一定的了解。那么，怎样来衡 量整个系统的传输质量呢?下面，我 们再介绍用眼图来衡量传输畸变和 噪声干扰的方法。
CUST
电工电子中心
实验七 数字同步技术及眼图实验
四、实验原理
3、眼图
CUST
我们知道，在实际的通信系统中，数字 信号经过非理想的传输系统必定要产生畸变 ，信号通过信道后，也会引入噪声和干扰， 也就是说，总是在不同程度上存在码间串扰 的。在码间串扰和噪声同时存在情况下，系 统性能很难进行定量的分析，常常甚至得不 到近似结果。为了便于实际评价系统的性能 ，常用所谓“眼图”。眼图可以直观地估价 系统的码间干扰和噪声的影响，是一种常用 的测试手段。 电工电子中心
电工电子中心
实验七 数字同步技术及眼图实验
CUST
电工电子中心
实验七 数字同步技术及眼图实验
四、实验原理
TP703
TP707
T
2、位同步恢复与信码再生电路
T
TP708
TP709
TP710
TP711
自 解 调 电 路
带 带 通 电 通 路 电 路
全 波 整 流
限 幅 放 大
32 KHz 谐振
A/D 转换
数字信号的基带传输眼图)
实验七眼图眼图在实际系统中，完全消除码间串扰是十分困难的，而码间串扰对误码率的影响目前尚无法找到数学上便于处理的统计规律，还不能进行准确计算。
为了衡量基带传输系统的性能优劣，在实验室中，通常用示波器观察接收信号波形的方法来分析码间串扰和噪声对系统性能的影响，这就是眼图分析法。
如果将输入波形输入示波器的Y轴，并且当示波器的水平扫描周期和码元定时同步时，在示波器上显示的图形很象人的眼睛，因此被称为眼图。
二进制信号传输时的眼图只有一只“眼睛”，当传输三元码时，会显示两只“眼睛”。
眼图是由各段码元波形叠加而成的，眼图中央的垂直线表示最佳抽样时刻，位于两峰值中间的水平线是判决门限电平。
在无码间串扰和噪声的理想情况下，波形无失真，“眼”开启得最大。
当有码间串扰时，波形失真，引起“眼”部分闭合。
若再加上噪声的影响，则使眼图的线条变得模糊，“眼”开启得小了，因此，“眼”张开的大小表示了失真的程度。
由此可知，眼图能直观地表明码间串扰和噪声的影响，可评价一个基带传输系统性能的优劣。
另外也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整，以减小码间串扰和改善系统的传输性能。
通常眼图可以用图7.6所示的图形来描述。
由此图可以看出：（1）眼图张开的宽度决定了接收波形可以不受串扰影响而抽样再生的时间间隔。
显然，最佳抽样时刻应选在眼睛张开最大的时刻。
（2）眼图斜边的斜率，表示系统对定时抖动（或误差）的灵敏度，斜边越陡，系统对定时抖动越敏感。
（3）眼图左（右）角阴影部分的水平宽度表示信号零点的变化范围，称为零点失真量，在许多接收设备中，定时信息是由信号零点位置来提取的，对于这种设备零点失真量很重要。
（4）在抽样时刻，阴影区的垂直宽度表示最大信号失真量。
（5）在抽样时刻上、下两阴影区间隔的一半是最小噪声容限，噪声瞬时值超过它就有可能发生错误判决；（6）横轴对应判决门限电平。
为了研究噪声和信道带宽引起的信号失真与眼图关系，我们可以用如图7.7所示的SystemView仿真电路来观察。
电路中eye-概述说明以及解释
电路中eye-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述眼图（Eye diagram）是电路中一种常用的信号分析工具，它可以直观地展示出数字信号的品质和传输效果。
在现代通信系统中，眼图被广泛应用于高速串行数据传输的评估和调试。
通过观察眼图的开口大小、噪声水平和信号失真情况，工程师可以更好地了解信号的质量，并进行相应的优化和改进。
眼图的形状对于判断信号传输的可靠性至关重要。
一个完整的眼图通常由交错的开口组成，类似于人的眼睛。
开口的大小代表了信号的幅度范围，而开口的位置则表示了信号的平衡情况。
当信号失真或受到干扰时，眼图的开口会变小或者变形，这表明数字信号的质量下降。
通过分析眼图的形态特征，工程师可以判断信号传输中存在的问题，并进一步进行故障定位和改进。
在电路设计和调试中，眼图的使用非常广泛，特别是在高速数据传输和时钟恢复等领域。
通过采集信号的波形数据，然后进行采样和重新组合，就可以生成眼图。
通过眼图，工程师可以看到数字信号在不同时间点的变化情况，并对信号的时序和整体稳定性进行分析。
总之，眼图是一种重要的电路分析工具，能够帮助工程师更好地认识和评估信号的质量。
通过对眼图的观察和分析，我们可以识别出信号传输中存在的问题，并采取适当的措施来改进和优化电路的性能。
接下来，本文将重点介绍电路中眼图的关键要点，并探讨其在实际应用中的意义和挑战。
1.2 文章结构文章结构部分的内容是对整篇文章的结构进行简要介绍和概述。
它可以包括以下信息：文章的整体篇幅和章节分布：介绍文章的总字数和章节划分，使读者能够了解文章的大致结构和篇幅。
各章节内容的概述：对文章中各个章节的主要内容进行简要介绍，让读者对整篇文章的内容有一个整体的概念。
章节之间的逻辑关系：说明各章节之间的逻辑联系和顺序，以便读者能够理解文章的思路和脉络。
注重的重点和亮点：指出文章中的重点部分和亮点，以激发读者的兴趣和引导读者关注重要的内容。
通过文章结构的介绍，读者可以迅速了解整篇文章的脉络和主要内容，从而更好地理解和阅读文章。
眼图形成及其基本知识归纳
1眼图基本概念1.1 眼图的形成原理眼图是一系列数字信号在示波器上累积而显示的图形，它包含了丰富的信息，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。
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，如下图所示：图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：图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：图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：图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。
眼图有关知识详细解释
眼图综述报告-----------李洋目录1. 眼图的形成 (2)1.1 传统的眼图生成方法 (2)1.2 实时眼图生成方法 (3)1.3 两种方法比较 (4)2. 眼图的结构与参数介绍 (4)2.1 眼图的结构图 (4)2.2 眼图的主要参数 (5)2.2.1 消光比 (5)2.2.2 交叉点 (5)2.2.3 Q因子 (6)2.2.4 信号的上升时间、下降时间 (6)2.2.5 峰—峰值抖动和均方根值抖动 (6)2.2.6 信噪比 (6)3. 眼图与系统性能的关系 (7)4. 眼图与BER的关系 (7)4. 如何获得张开的眼图 (8)5. 阻抗匹配的相关知识 (9)5.1 串联终端匹配 (9)5.2 并联终端匹配 (10)6. 眼图常见问题分析 (10)7. 总结 (17)1.眼图的形成眼图是一系列数字信号在示波器上累积而显示的图形，其形状类似于眼睛，故叫眼图。
在用余辉示波器观察传输的数据信号时，使用被测系统的定时信号，通过示波器外触发或外同步对示波器的扫描进行控制，由于扫描周期此时恰为被测信号周期的整数倍，因此在示波器荧光屏上观察到的就是一个由多个随机符号波形共同形成的稳定图形。
这种图形看起来象眼睛，称为数字信号的眼图。
示波器测量的一般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性。
如下图：1.1 传统的眼图生成方法采样示波器的CLK通常可能是用户提供的时钟,恢复时钟,或者与数据信号本身同步的码同步信号.图：采样示波器眼图形成原理1.2 实时眼图生成方法实时示波器通过一次触发完成所有数据的采样,不需附加的同步信号和触发信号.通常通过软件PLL方法恢复时钟。
图：实时示波器眼图形成原理另一种示意图:图：实时示波器眼图形成原理1.3 两种方法比较1.传统的方法比实时眼图生产方法测量的速度要慢100至1000倍。
2.传统的眼图生成方法测量精度没有实时眼图生成方法高。
实验四：数字解调与眼图
实验四：数字解调与眼图一、实验目的1.掌握2DPSK相干解调原理；2.掌握2FSK过零检测解调器各点波形；3.掌握2FSK过零检测解调原理。
二、设计过程或实验原理概述本实验采用相干解调法解调2DPSK信号。
采用过零检测法解调2FSK信号。
本实验系统中，2DPSK载波频率等码速率的13倍。
2FSK信号解调方法有：络括检波法，相干解调法，鉴频法，过零检测法。
三、实验仪器.设备实验箱、电源、示波器四、实验内容步骤及数据本实验使用数字信源单元、数字调制单元、载波同步单元、2DPSK解调单元及2FSK解调单元，它们之间的信号连结方式如图4-5所示,其中实线是指已在电路板上布好的,虚线是实验中要手工连接的。
实际通信系统中，解调器需要的位同步信号来自位同步提取单元。
本实验中尚未用位同步提取单元,所以位同步信号直接来自数字信源。
在做2DPSK解调实验时，位同步信号送给2DPSK解调单元，做2FSK解调实验时则送到2FSK解调单元。
数字信源数字调制2FSK解调2D P SK解调载波同步BS-OUTNRZ-OUT(AK)CAR-OUT2FSK2DPSKBS-INBS-IN图4-5 数字解调实验连接图1. 复习前面实验的内容并熟悉2DPSK解调单元及2FSK解调单元的工作原理，接通实验箱电源。
将数字调制单元单刀双掷开关K7置于左方NRZ端。
2. 检查要用到的数字信源、数字调制及载波同步单元是否工作正常，保证载波同步单元处于同步态！3. 2DPSK解调实验（1）将数字信源单元的BS-OUT用信号连线连接到2DPSK解调单元的BS-IN 点,以信源单元的FS信号作为示波器外同步信号，将示波器的CH1接数字调制单元的BK，CH2（建议使用示波器探头的x10衰减档）接2DPSK解调单元的MU。
MU与BK同相或反相，其波形应接近图4-3所示的理论波形。
（2）示波器的CH2接2DPSK解调单元的LPF，可看到LPF与MU同相。
当一帧内BK中“1”码“0”码个数相同时，LPF的正、负极性信号电平与0电平对称，否则不对称。
眼图
［转帖］眼图基本知识介绍随着数据速率超过Gb/s水平，工程师必须能够识别和解决抖动问题。
抖动是在高速数据传输线中导致误码的定时噪声。
如果系统的数据速率提高，在几秒内测得的抖动幅度会大体不变，但在位周期的几分之一时间内测量时，它会随着数据速率成比例提高，进而导致误码。
新兴技术要求误码率(BER)，亦即误码数量与传输的总码数之比，低于一万亿分之一(10-12)。
随着数据通信、总线和底板的数据速率提高，市场上已经出现许多不同的抖动检定技术，这些技术采用各种不同的实验室设备，包括实时数字示波器、取样时间间隔分析仪(TIA)、等时取样示波器、模拟相位检波器和误码率测试仪(BERT)。
为解决高数据速率上难以解决的抖动问题，工程师必需理解同步和异步网络中使用的各种抖动分析技术本文重点介绍3 Gb/s以上新兴技术的数据速率。
低于3 Gb/s的实时示波器可以捕获连续的数据流，可以同时在时域和频域中分析数据流；在更高的数据速率上，抖动分析要更具挑战性。
本文将从数字工程师的角度，介绍应对SONET/SDH挑战的各种经验。
抖动分析基本上包括比较抖动时钟信号和参考时钟信号。
参考时钟是一种单独的黄金标准时钟，或从数据中重建的时钟。
在高数据速率时，分析每个时钟的唯一技术是位检测和误码率测试；其它技术则采用某种取样技术。
如图1所示，眼图是逻辑脉冲的重叠。
它为测量信号质量提供了一种有用的工具，即使在极高的数据速率时，也可以在等时取样示波器上简便生成。
边沿由‘1’到‘0’转换和‘0’到‘1’转换组成，样点位于眼图的中心。
如果电压(或功率)高于样点，则码被标为逻辑‘1’；如果低于样点，则标为‘0’。
系统时钟决定着各个位的样点水平位置。
图1: 具有各项定义的眼图E1是逻辑‘1’的平均电压或功率电平，E0是逻辑‘0’的平均电压或功率电平。
参考点t = 0在左边的交点进行选择，右边的交点及其后是位周期TB。
Eye Crossing Point: 眼图交点Left Edge: 左沿Right Edge: 右沿Nominal Sampling Point: 标称样点幅度噪声可能会导致逻辑‘1’的电压或功率电平垂直波动，低于样点，导致逻辑‘1’码错误地标为逻辑‘0’码，即误码。
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实验四数字同步及眼图实验
实验内容
1.位定时、位同步提取实验
2.信码再生实验
3.眼图观察及分析实验
4.仿真眼图观察测量实验
一、实验目的
1.掌握数字基带信号的传输过程。
2.熟悉位定时产生与提取位同步信号的方法。
3.学会观察眼图及其分析方法。
二、实验电路工作原理
（一）、眼图概念
一个实际的基带传输系统，尽管经过十分精心的设计，但要使其传输特性完全符合理想情况是不可能的。
码间干扰是不可能完全避免的，码间干扰问题与信道特性、发送滤波器、接受滤波器特性等因素有关。
因而计算由于这些因素所引起的误码率就十分困难，尤其是在信道特性不能完全确知的情况下，甚至得不到一种合适的定量分析方法。
在码间干扰和噪声同时存在的情况下，系统
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性能的定量分析，就是想得到一个近似的结果都是十分繁杂的。
那么，怎样来衡量整个系统的传输质量呢? 眼图，就是一种可以直观地、方便地估价系统性能一种方法。
这种方法具体做法是：用一个示波器接在接受滤波器的输出端，然后调整示波器水平扫描周期，使其与接受码元的周期同步。
这时就可以从示波器显示的图形上，观察出码间干扰和噪声的影响，从而估计出系统性能的优劣程度。
所谓眼图是指示波器显示的这种图像。
干扰和失真所产生的传输畸变，可以在眼图上清楚地显示出来。
因为对于二进制信号波形，它很像一只人的眼睛而得名。
如图4－3所示。
（二）、同步信号的作用与电路工作原理
数字通信系统能否有效地工作，在相当大的程度上依赖于发端和收端正确地同步。
同步的不良将会导致通信质量的下降，甚至完全不能工作。
通常有三种同步方式：即载波同步、位同步和群同步。
在本实验中主要位同步。
实现位同步的方法有多种，但可分为两大类型：一类是外同步法。
另一类是自同步法。
所谓外同步法，就是在发端除了要发送有用的数字信息外，还要专门传送位同步信号，到了接收端得用窄带滤波器或锁相环进行滤波提取出该信号作为位同步之用。
所谓自同步法，就是在发端并不专门向收端发送位同步信号，而收端所需要的位同步信号是设法从接收信号中或从解调后的数字基带信号中提取出来。
本实验中，位同步提取的方法是从二相PSK(DPSK)信号中，对解调出的数字基带信息再直接提取恢复出位同步信号。
图4-1是位同步恢复与信码再生电路方框图,图4-2是电原理图。
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图4- 位同步恢复与信码再生电路方框图
1.带通滤波与全波整流电路
设计该电路时，以数字基带码元速率为32Kbit/s为例，数字基带信号由测量点TP705输入，经过电解电容E701与电阻R717进入该电路，带通滤波器由U710组成，测量点TP706为眼图测量点，利用双踪示波器的YB通道测量TP303或TP705，YA通道测量TP706时，调节示波器相应的开关与旋钮，就可以测量出眼图信号来。
关于眼图的具体测量在后面再作进一步的介绍。
由运算恢复出的眼图信号经过全波整波电路即完成了对32KHz/2基频的倍频作用，即在该电路的输出中已含有32KHz的频率成分。
在测量点TP711上可以测量出波形图来。
2.位定时处理电路
从图中可知,运算放大器U712(LM311)组成限幅放大电路。
32KHz谐振电路由电阻R731、R732、R722、电容C716、CA701(在电路板上这里为一可插入不同容量的电容作为实验调试，实验值为4700pf)、谐振线圈L701组成。
由运算放大器U711∶A(TL084)组成射随器电路。
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5
放大器U711∶C 组成全波整流电路。
A/D 模数转换电路由运算放大器U713(LM311)组成。
占空比调整电路由单稳态多谐振荡器U714∶A(74LS123)、电位器W703等组成。
电路工作过程如下：由全波整流电路输出的含有32KHz 的频率信号，通过限幅放大变成数字信号后送入32KHz 谐振电路，调谐后取出32KHz 的正弦波信号，再经过射随器电路隔离送至A/D 模数转换电路变成32KHz 的尖脉冲信号，再经过位定时调整电路，调节W705，可改变32KHz 的时钟脉冲的占空比宽度，以进一步保证与发送端的时钟信号同频但不同相。
再生时钟的输出是从U714∶A(74LS123)的Q 端(第13引脚)上输出。
在测量点TP711上可以测出再生时钟信号的波形来。
3.信码再生电路
信码再生器电路比较简单，由D 触发器U715∶A 组成，数字基带信码从D 端(第2引脚)输入，再生时钟信号从CLK 端(第3引脚输入)，利用恢复出来的再生时钟对数字基带信码进行重新取样判决，使再生收信码与发信码保持准确的相位关系。
因此，把D 触发器称为信码再生器。
再生收信码从D 触发器的Q 端(第5引脚)输出。
收端码变换电路由D 触发器U715∶B 、模二加电路U706∶B 、转码器开关K704组成。
若信道传输的是相对码，则要经过转码器变成绝对码，若传输的绝对码，则就不用进行转码了，直接从K703的第1脚输出。
总之，再生信码通过K705的第2脚输出。
位定时恢复电路的各主要测量点波形如图4-4所示。
图4-3 实验室理想状态下的眼图
三、实验内容
1.位定时、位同步提取实验
2.信码再生实验
3.眼图观察及分析实验
4.CPU仿真眼图观察测量实验6
详细内容具体如下：
将二相PSK(DPSK)的调制电路调整好后，再将解调电路调整到最佳状态，逐一测量TP705～TP711各点处的波形，画出波形图并作记录，注意相位、幅度之间的关系。
四、实验步骤及注意事项
1．按下按键开关：K02、K01、K700。
2．跳线开关设置：K304的2–3、K301的2–3、K302的1–2或K302的2–3 或K302的5–6或K302的6–7、K303的1-2与3-4。
3．PSK调制时：
K302的1-2：伪随机码，速率为32KHz的绝对码。
4．PSK解调时：
（1）首先要使PSK调制电路正常工作。
即：K701的2-3、K702的1-2、 K703的1-2
（2）在CA701插上电容，使振荡器工作频率为4.096MHz，电容在 80Pf～120Pf之间。
（3）做观察眼图实验时：
示波器一根探头放在TP303（CHI），另一根探头放在TP706(CH2)，使同步，能看到眼图；触发源应选择TO303的通道触发，即CH1通道触发。
示波器一根探头放在TP705, 另一根探头放在TP706，使同步，看到升余弦波形。
（4）CPU仿真眼图观察测量实验，具体步骤如下：
接通K704的2-3；示波器的一根探头放在TP303，另一根探头放在
TP706，使之同步，能看到CPU仿真眼图；它和PSK解调电路观察到的实际眼图基本一样。
五、测量点说明
TP702：压控振荡器输出 4.096MHz的载波信号，用频率计监视测量点
7
8 TP704上的频
率值有偏差时，此时一方面可改变CA701中的电容值，另一方面也可调节
W701和W702，使其准确而稳定地输出4.096MHz的载波信号。
TP705：PSK解调输出波形，即数字基带信码。
TP706：眼图观察测量点或升余弦波形测量点。
TP707：全波整流输出测量点。
TP708：32KHz的选频输出测量点，若没有波形时，可调节W703。
TP709：32KHz的尖脉冲输出测量点，若没有波形时，可调节W704。
TP710：位定时输出测量点，为32KHz的时钟信号，它输出到增量调制译码电路中的工作时钟输入开关K801的6脚，作为增量调制
译码电路中的输入工作时钟。
若没有波形时，可调节W705。
TP711：信码再生输出波形，即经过位定时提取与信码再生整形后的数字基带信码。
（与调制波形TP304相同）
六、实验报告要求
1.根据实验结果，画出BPSK(DPSK)相干解调电路的波形图，在图上标上相位关系。
2.根据实验结果，记录并绘出眼图的波形图，并表明眼图的各项参数。
七、实测各点波形
TP705 二相PSK解调输出波形，即数字基带信码
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TP706：眼图观察测量点或升余弦波形测量点
TP707：全波整流输出测量点
TP708：32KHz 的选频输出
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TP709：32KHz 的尖脉冲输出
TP710：位定时输出为32KHz 的时钟信号
TP711：信码再生输出波形
调节示波器相应的开关与旋钮，测量出的眼图信号
11
通信原理实验
课
程
教
案
黄河科技学院实验中心
2011 年 8 月
12。