Eye Diagram이란? 

일상적으로 다루는 수많은 디지털 신호들의 품질을 평가하고 분석하는 데에는 다양한 도구와 기술이 활용된다. 그 중에서도 Eye Diagram은 신호 품질을 시각적으로 파악하며, 통신 시스템의 안정성과 성능을 진단하는 데 높은 효과를 발휘하는 중요한 도구이다. 

디지털 통신에서 이진 데이터를 주고받는 과정에서 여러 요인들이 신호의 품질에 영향을 미친다. 노이즈, 왜곡, 지연, 그리고 다른 외부 요소들이 신호에 영향을 미치면서 신호의 형태는 복잡하고 다양한 양상을 나타내게 된다. 이러한 다양한 영향을 한 눈에 파악하고, 그 결과를 정량적으로 분석하기 위해 사용되는 것이 바로 Eye Diagram[그림 1]이다. 

Eye Diagram은 비트 주기를 기준으로 신호를 샘플링하여 그래프에 표시하면, 비트들이 겹쳐져서 눈과 비슷한 형태를 형성한다. 이 눈의 모양과 크기는 신호 품질의 직접적인 지표로, 이를 통해 우리는 신호의 진폭과 위상 변동, 그리고 시간 지연 등을 한눈에 파악할 수 있다. 

그러나 Eye Diagram을 단순히 그림으로만 이해하는 것은 부족하다. Eye Diagram이 가지고 있는 의미를 이해하고, 이를 활용해 실제 신호 품질을 개선하는 방법에 대해서는 더 깊은 이해가 필요하다. 안정적인 Eye Diagram은 통신 시스템의 신호 품질이 우수하다는 것을 시사하며, 문제 발생 시에는 그 원인을 빠르게 찾아내고 수정할 수 있는 지표로 작용한다. 

[그림 1] Eye Diagram 

Circuit을 이용한 Eye Diagram Simulation Eye Diagram Simulation을 진행하기 위해서는 먼저 SIwave를 이용하여 Channel에 대한 S-parameter 해석을 진행해야 한다. Circuit은 SIwave에서 추출한 S-parameter 결과를 이용하여 Eye Diagram 계산하기 때문이다. 

Circuit에서 불러온 S-parameter 양단에 Driver와 Receiver에 대한 Eye Source와 Eye Probe를 배치하여 해석을 진행할 수 있다. 또한 Driver와 Receiver의 IBIS 모델이 있는 경우 IBIS 모델을 이용한 Eye Diagram 해석도 가능하다. 이번 호에서는 Eye Source와 Eye Probe를 이용한 Eye Diagram 해석 방법에 관해서 알아본다. 

첫 번째 단계로 [그림 2]와 같이 Ansys Electronic Desktop에서 Circuit 디자인을 추가해야 한다. 

두 번째 단계로 SIwave에서 해석한 S-parameter를 Import해야 한다. S-parameter를 Import 하기 위해선 [그림 3]과 같이 Component Libraries창에서 Nexxim Circuit Elements의 Models에 있는 NPort를 이용하면 된다. Import한 S-parameter를 Schematic상에 배치한다. 배치한 S-parameter Symbol의 Pin 위치를 변경하고 싶으면 Symbol을 선택하고 마우스 우클릭하여 Edit Symbol의 Pin Locations를 이용하면 된다.  

세 번째 단계로 Tx에 대한 모델을 설정하기 위해서 Eye Source를 이용하면 된다. [그림 4]와 같이 Component Libraries창에서 Nexxim Circuit Elements >> Independent Sources >> EYESOURCE를 클릭하여 Schematic상에 Eye Source Symbol을 추가하면 된다.

[그림 5] Eye Source의 Properties창 

이번 해석에서 신호의 Modulation 방식을 NRZ로 설정하였는데 만약 PAM4로 변경하고 싶으면 Coding탭에서 Modulation의 Value를 NRZ에서 PAM4로 변경하면 된다. PAM4로 변경하면 [그림 6]과 같이 PAM4에 대한 Eye Diagram 결과를 확인할 수 있다.