眼图测量分析

眼圖之量測分析
引言
眼圖是一項時間分析工具，讓使用者能夠清楚看見時間和強度的誤差。

在真實生活中，諸如抖動之類的誤差非常難以量化，因為經常改變，而且非常小。

因此，眼圖非常利於尋找最大抖動以及電壓強度的誤差，如圖一所示。

圖一、眼圖檢視的抖動和電壓雜訊示意圖
誤差增加時，眼圖中心的白色空間就會縮小。

那個空間由兩項特性所定義：眼寬(Eye Width)和眼高(Eye Height)。

圖二中白色空間的寬度就稱為眼寬。

因此，眼圖由數量足夠的樣本構成（數百萬個時間段落轉換），眼寬就是用來度量在任何指定的時間期間內、資料線穩定的時間長度的良好工具。

這樣可以了解可允許的保存時間和建立時間有多少。

最後完成的眼圖中的白色空間的高度就稱為眼高。

如果眼圖由數量足夠的樣本構成（數百萬個時間段落轉換），眼高可以指出接收器的VIH和VIL必須位於何處，才能正確地對資料取樣。

數位訊號轉換的品質越好，眼圖中的開放白色空間越大。

換言之，眼寬和眼高應該盡可能地大。

圖二、眼圖的高度及寬度示意圖
實驗原理
其形狀似人的眼睛，因此被稱爲眼圖。

而檢視數位傳輸器的輸出三個時間段落，即可建構出眼圖。

圖三中的眼圖是將所有可能的0與1的組合疊在一條線段上，而完成建構。

圖三、數位訊號對應之眼圖
在數位系統中，時間是最重要的因素之一。

數位通訊的可靠性和準確性都是根據其時間功能的品質而定。

在真實世界的數位通訊系統中，有許多時間上的誤差，其中最重要的兩個是抖動(Jitter)和飄移(Drift)。

分別以抖動(Jitter)及飄移(Drift)敘述之：
一、抖動(Jitter)
抖動(Jitter)是指與事件的理想時間的誤差，通常是從參考訊號的過零點(Zero-Crossing)進行測量。

抖動通常歸因於串音(Cross-Talk)、同時切換輸出，以及其它週期性發生的干擾訊號。

由於抖動會隨著時間而變化，如圖四所示，因此對抖動的測量及量化有多種進行方式，從目測幾秒鐘內的抖動範圍，到以數據進行的測量（例如根據長時間的標準誤差）。

圖四、訊號之抖動
二、飄移(Drift)
時脈的飄移發生在傳送器的時脈長度與接收器的時脈長度略有不同之時。

在多次時脈循環之後，兩個長度之間的差異變得很明顯，可能導致不同步及其它的誤差。

實驗儀器
1、電流源
2、數位訊號產生器
3、數位示波器
結果與討論
眼圖是一個既簡單又有用的測量工具，它可判定數位訊號品質的好壞，若是以Back-to-Back為例，其眼圖中的黑色部分會比較大，換言之其訊號品質會比較好如圖五所示。

若是在數位訊號產生器與數位示波器之間加入光纖來傳輸，則眼圖中黑色部份會因為傳輸距離變長，而造成訊號品質下降，則圖六為傳輸66km 光纖後的眼圖。

圖五、Back-to-Back眼圖
圖六、傳輸66km之後眼圖
參考文獻
[1]董德國，陳萬清“Fiber optic communications”.
[2]賴柏洲，“光纖通信與網路技術”。

[3]Application Note: “Jitter Specifications Made Easy” HFAN-2.2.0,2001.
[4]Application Note: “Jitter in Digital Communication System, Part 1” HFAN-
4.0.3,2001.
[5]Application Note: “Jitter in Digital Communication System, Part 2” HFAN-
4.0.3,2002.。