Augendiagramm

Erklärung der Entstehung eines sogenannten Augendiagramms

von J.S.

Bedeutung

Ein Augendiagramm ist eine bildliche Darstellung eines elektrischen Signalverlaufs, mit dessen Hilfe die Signalqualität einer digitalen Datenübertragung beurteilt werden kann. Es entsteht durch die grafische Überlagerung von mehreren Messungen eines Signals zu unterschiedlichen Zeitpunkten und Phasen. Es entsteht eine Art von Summation der statistisch verteilten Signalverläufe.

Durch die zufälligen Einflüsse, denen das Signal unterworfen ist, verlaufen die theoretisch unendlich steilen Übergänge von 0 auf 1 und umgekehrt dabei nicht mathematisch rechteckig oder konstant an derselben Stelle, sondern als mehr oder weniger breit verschmierte Rampen, wodurch im Zentrum die typische Form eines Auges entsteht.

Datengewinnung

Das Signal wird mehrfach vermessen und die Ergebnisse phasenrichtig überlagert. Im folgenden Beispiel werden aus technischen Gründen alle Kombinationen von Bitfolgen durchgespielt und jeweils 4er-Gruppen überlagert. 3er-GRuppen bei einer ausgewählten Bitfolge würden ebenfalls genügen. Aus Darstellungsgründen sind Punkte statt Linien verwendet, da sich in Excel sonst ein unschöner Rücklauf ergebn würde. Zudem sind dies die realen Messpunkte des Signals.

Teildatensatz Beginn

Signalverlauf der ersten drei Kombinationen 0000.0001.0010

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Beim Signalverlauf der ersten drei Kombinationen rangiert die Spannung bei 0,2V-3,2V und zeigt einen overshoot von 0,3V. Die Pegel sind erst in der Mitte des Bits voll eingeschwungen, was auch den Zacken links (abklingende "1" zu Beginn der 3. Gruppe) erklärt.

Teildatensatz Mitte

Signalverlauf des Übergangs von 0111.1000

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Bei den Kombinationen 0111 und 1000 erkennt man den Übergang von overshoot in den statischen Bereich der eigentlich richtigen Spannung, wenn die Bits lange genug stabil bleiben und sich nicht schon im nächsten Takt wieder ändern.

Gesamter Datensatz wenige Durchläufe

Signalverläufe aller Kombinationen überlagert.

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Bei sich schnell ändernden Bits kommt immer mehr die Bandbreite des Kabels und der Treiber/Empfänger zur Geltung sodass sich das Auge langsam schließt.

Durch Aufsummieren aller statistisch auftretenden Signalverläufe und Histogrambildung entsteht das eigentliche Augendiagramm.

Gesamter Datensatz viele Durchläufe

Eingefärbtes Augendiagramm

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Das 2D-Histogrammbild, das zunächst für jeden Bildpunkt in der T,U-Ebene (Zeitpunkt/Phase sowie Spannung) die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines Durchlaufs darstellt, wird mit einem Farbprofil ähnlich der Wärmekameras eingefärbt, um die Häufungen zu zeigen. Massgeblich ist letzlich die Breite und Höhe des Auges. Das Zentrum definiert den Punkt, an dem die Abtastung optimal ist.

Zu berücksichtigen sind dabei auch die absoluten Pegel, die jeweils den Empfänger sicher durchsteuern müssen.

Interpretationsproblem

Bei differentiellen Leitungen entsteht bei der längeren Betrachtung der beiden Signale in den Fällen starker Störungen oftmals der Eindruck, dass das Auge geschlossen sei und keine Übertragung möglich ist. Dies muss jedoch nicht der Fall sein! Differenzielle Leitungen sind oftmals von Störungen in gleicher Weise betroffen und zeigen einen ähnlichen Spannungshub, der vom differenziellen Verstärker tolerant verarbeitet werden kann. Daher kommt mitunter dennoch wieder ein stabiles und jederzeit eindeutiges Signal heraus. Daher müssen differentielle Leitungen vor und nach dem Receiver betrachtet werden. Ist das nicht möglich, weil der Receiver in einem FPGA sitzt, muss der Logigpegel anhand von realen Messungen validiert werden.

Anwendungsbeispiele

• Lokalisierung von Problemen
• Optimierung der Impedanzanpassung
• Formelle Validierung
• Bestimmung der Störreserve

Links

http://www.mikrocontroller.net/topic/233342

Suche im Forum nach

• eye pattern

Weblinks

• http://it.e-technik.uni-ulm.de/archiv/World/Teaching/Experiment/eye/eye.html