眼圖
關注創建者：匿名 創建時間：2021-10-12
眼圖的實例教程
眼圖，是由于示波器的余輝作用，將掃描所得的每一個碼元波形重疊在一起，從而形成眼圖。
本文將帶領大家了解PCB上的眼圖是什么，眼圖是怎樣形成的，眼圖中包含有哪些信息，如何根據眼圖情況分辨信號質量。
想看懂示波器眼圖需要掌握以下4點：
一、什么是眼圖？
眼圖是一系列數字信號在示波器上累積而顯示的圖形，它包含了豐富的信息，從眼圖上可以觀察出碼間串擾和噪聲的影響，體現了數字信號整體的特征，從而估計系統優劣程度，因而眼圖分析是高速互連系統信號完整性分析的核心。
另外也可以用此圖形對接收濾波器的特性加以調整，以減小碼間串擾，改善系統的傳輸性能。
用一個示波器跨接在接收濾波器的輸出端，然后調整示波器掃描周期，使示波器水平掃描周期與接收碼元的周期同步，這時示波器屏幕上看到的圖形就稱為眼圖。
示波器一般測量的信號是一些位或某一段時間的波形，更多的反映的是細節信息，而眼圖則反映的是鏈路上傳輸的所有數字信號的整體特征。
觀察眼圖的方法是:用一個示波器跨接在接收濾波器的輸出端，然后調整示波器掃描周期，使示波器水平掃描周期與接收碼元的周期同步，這時示波器屏幕上看到的圖形像人的眼睛，故稱為“眼圖”。
從“眼圖”上可以觀察出碼間串擾和噪聲的影響，從而估計系統優劣程度。
展開 在本例中，OptiSPICE的輸出用于生成如圖6所示的眼圖。在運行OptiSystem仿真之前，重要的是要檢查OptiSystem中的仿真時間是否與OptiSPICE中的仿真時間匹配
圖5.OptiSystem聯合仿真系統布局
圖6.OptiSPICE 輸出信號生成的眼圖
案例給出了高速串行鏈路眼圖及誤碼率分析的仿真流程。通過本例，可迅速掌握眼圖瞬態仿真的設置方法，同時區分與快速眼圖分析在設置上的差異。
OptiSystem軟件已集成機器學習（ML）工具，用戶可通過分析雙電平系統的眼圖來訓練光通信系統。該工具提供多個功能選項卡，支持用戶對OptiSystem項目生成的眼圖模型進行訓練與測試。此外，工具還可導入外部眼圖圖像，并基于該圖像預測系統在生成眼圖時的運行狀態。工具將根據訓練條件提供系統參數及眼圖分析結果，以便用戶采取相應的系統管理措施。本案例將展示如何在10Gbps NRZ OOK-DD系統中使用機器學習工具。
首先，我們搭建一個如圖1所示的系統布局。
圖1.10Gbps NRZ OOK-DD系統布局
在這個鏈路中，我們將傳輸的光纖長度從50-75km范圍進行線性掃描，得到1000組不同光纖傳輸長度下的眼圖，這些結果將會被用于訓練和測試機器學習模型。
圖2.掃描1000次迭代，得到1000個眼圖
打開機器學習工具，在主參數選項卡上可以定義算法、神經網絡的層數以及每層的類型，設置如圖3所示，圖中1000個眼圖的70%用于訓練，圖片壓縮率為40%。
圖3.機器學習工具主參數選項卡
選擇光纖長度、最小BER和Q因子作為需要預測的數據：
a）選擇光纖長度作為需要預測數據
b）選擇最小BER和Q因子作為需要預測數據
圖4.在機器學習工具中選擇需要預測數據
接著我們需要將1000次眼圖結果提取成圖片放入訓練集文件夾中，然后運行機器學習工具訓練神經網絡。如圖5，我們可以評價神經網絡的性能，查看損失函數。
展開 OptiSystem軟件已集成機器學習（ML）工具，用戶可通過分析雙電平系統的眼圖來訓練光通信系統。該工具提供多個功能選項卡，支持用戶對OptiSystem項目生成的眼圖模型進行訓練與測試。此外，工具還可導入外部眼圖圖像，并基于該圖像預測系統在生成眼圖時的運行狀態。工具將根據訓練條件提供系統參數及眼圖分析結果，以便用戶采取相應的系統管理措施。本案例將展示如何在10Gbps NRZ OOK-DD系統中使用機器學習工具。
首先，我們搭建一個如圖1所示的系統布局。
圖1.10Gbps NRZ OOK-DD系統布局
在這個鏈路中，我們將傳輸的光纖長度從50-75km范圍進行線性掃描，得到1000組不同光纖傳輸長度下的眼圖，這些結果將會被用于訓練和測試機器學習模型。
圖2.掃描1000次迭代，得到1000個眼圖
打開機器學習工具，在主參數選項卡上可以定義算法、神經網絡的層數以及每層的類型，設置如圖3所示，圖中1000個眼圖的70%用于訓練，圖片壓縮率為40%。
圖3.機器學習工具主參數選項卡
選擇光纖長度、最小BER和Q因子作為需要預測的數據：
a）選擇光纖長度作為需要預測數據
b）選擇最小BER和Q因子作為需要預測數據
圖4.在機器學習工具中選擇需要預測數據
接著我們需要將1000次眼圖結果提取成圖片放入訓練集文件夾中，然后運行機器學習工具訓練神經網絡。如圖5，我們可以評價神經網絡的性能，查看損失函數。
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眼圖，行波電極禁用
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非線性環緊湊模型
仿真速度提升
TWLM對數增益
眼圖逐級結果
通過這些監測及顯示器件，可以較為直觀地觀察到入纖光功率、調制前后的光信號頻譜與時域波形、解調后的信號波形、信號眼圖及誤碼率等系統的運行狀態和運行結果。整個光纖通信系統的架構如下圖示：
完整的光纖通信系統
2）設置相關參數。
利用Ansys HFSS/HFSS 3D Layout/Maxwell等工具：①逐步對線纜彎折工況下的電性能與可靠性邊界進行優化，保證了SI與可靠性雙贏；②針對鏈路中的復雜連接器也利用3D級聯、系統調優的方式進行了端到端仿真優化；③基于Halbach理論和Maxwell工具、確保了磁鐵體積最小化的前提下實現磁吸力的最大化；④利用時域仿真工具Circuit對各級參數進行全鏈路眼圖質量評估
阻抗補償設計與屏蔽優化能顯著提升眼圖質量，眼高增幅超200%；
3. 仿真驅動設計縮短開發周期40%以上，避免硬件返工。
參賽作品一覽
接著介紹使用Lumerical MODE，CHARGE 求解器仿真MZM，計算半導體結構的寄生參數串聯HFSS,算出眼圖。以及使用MQW求解,計算EAM調制器不同well的吸收譜，將其n k 帶到FDTD觀察光的傳播與吸收，進一步了解光吸收影響載子濃度的分布。
時間：4月28日 ，10:00-11:00
合作伙伴：上海莎益博
地點：線上
費用：免費
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本案例中，電抖動參數設置如圖3所示：
圖3.電抖動器件設置
抖動頻率和抖動幅度使用參數掃描型，掃面迭代次數為9次，如圖4和圖5所示：
圖4.抖動頻率參數掃描設置
圖5.抖動幅度參數掃描設置
3.運行結果
點擊運行，得到結果如下：
圖6.眼圖
圖7.時域直方圖
3、圖形演示
OSA頻譜、示波器和眼圖，探針和可視化工具列出信號功率、增益、噪聲系數和OSNR，圖形生成工具可以對任何參數掃描的任意結果進行比較，直觀的圖形管理器使用戶可以畫出設計中使用的幾乎所用的參數的曲線，·生成的圖形組尺寸可變、視角可變換，并將這些視圖轉變成可以保存和重新使用的結果方案圖，將復合圖合并成3D圖。
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然后，示波器可以使用這些數據生成眼圖，以比較輸入和輸出信號。
此外，使用熱成像攝像頭或熱電偶來監控隨時間變化的溫度，也是物理測試中的必要部分。與數字環境中一樣，器件應能夠適用于許多不同的環境條件和使用場景，以確保可靠的性能。
在圖4中，研究了比特率1.3 Gb/s和10Gb/s傳輸下系統的眼圖。激光速率方程的參數是如前所述的默認參數（I=IB=40mA）。
