PCI-E测试数字信号测试调试

数字信号的抖动(Jitter)

抖动的概念

抖动(Jitter)是数字信号，尤其是高速数字信号的一个非常关键的概念。如图1.40所 示，抖动反映的是数字信号偏离其理想位置的时间偏差。

高频数字信号的比特周期都非常短，一般为几百ps甚至几十ps,很小的抖动都会造成信号采样位置的变化从而造成数据误判，所以高频数字信号对于抖动都有严格的要求。抖动这个概念说起来简单，但实际上仔细研究起来是非常复杂的，关于其概念的理解有以下几个需要注意的方面：
模拟信号和数字信号之间的区别吗？PCI-E测试数字信号测试调试

为了提高串行数据传输的可靠性，现在很多更高速率的数字接口采用对数据进行编码后再做并/串转换的方式。编码的方式有很多，如8b/9b编码、8b/10b编码、64b/66b编码、128b/130b编码等，下面以当下流行的ANSI8b/10b编码为例进行介绍。

在ANSI8b/10b编码方式中，8bit的数据先通过相应的编码规则转换成10bit的数据，再进行并/串转换；接收端收到信号后先把串行数据进行串/并转换得到10bit的数据，再通过10bit到8bit的解码得到原始传输的8bit数据。因此，如果发送端并行侧的数据速率是8bit×100Mbps,通过8b/10b编码和并/串转换后的串行侧的数据速率就是1bit×1Gbps。8b/10b编码方法早由IBM发明，后来成为ANSI标准的一部分(ANSIX3.230-1994,clause11),并在通信和计算机总线上广泛应用。表1.1是ANSI8b/10b编码表的一部分，以数据0x00为例， PCI-E测试数字信号测试调试数字信号的抖动（Jitter）;

抖动的频率范围。抖动实际上是时间上的噪声，其时间偏差的变化频率可能比较  快也可能比较慢。通常把变化频率超过10Hz以上的抖动成分称为jitter,而变化频率低于  10Hz的抖动成分称为wander(漂移)。wander主要反映的是时钟源随着时间、温度等的缓  慢变化，影响的是时钟或定时信号的***精度。在通信或者信号传输中，由于收发双方都会  采用一定的时钟架构来进行时钟的分配和同步，缓慢的时钟漂移很容易被跟踪上或补偿掉， 因此wander对于数字电路传输的误码率影响不大，高速数字电路测量中关心的主要是高  频的jitter。

高速数字接口与光电测试

看起来我们好像找到了解决问题的方法，但是，在真实情况下，理想窄的脉冲或者无限 陡的阶跃信号是不存在的，不仅难以产生而且精度不好控制，所以在实际测试中更多使用正 弦波进行测试得到频域响应，并通过相应的物理层测试系统软件进行频域到时域的转换以 得到时域响应。相比其他信号，正弦波更容易产生，同时其频率和幅度精度更容易控制。矢 量网络分析仪(Vector Network Analyzer,VNA)可以在高达几十GHz 的频率范围内通过  正弦波扫频的方式精确测量传输通道对不同频率的反射和传输特性，动态范围可以达到 100dB以上，所以在现代高速数字信号质量的分析中，会借助高性能的矢量网络分析仪对高 速传输通道的特性进行测量。矢量网络分析仪测到的一段差分传输线的通道损 耗及根据这个测量结果分析出的信号眼图。
数字信号是离散的。它的幅度被限制在一个确定的值。

数字信号的预加重(Pre-emphasis)

如前所述，很多常用的电路板材料或者电缆在高频时都会呈现出高损耗的特性。目前的高速串行总线速度不断提升，使得流行的电路板材料达到极限从而对信号有较大的损耗，这可能导致接收端的信号极其恶劣以至于无法正确还原和解码信号，从而出现传输误码。如果我们观察高速的数字信号经过长的传输通道传输后到达接收端的眼图，它可能是闭合的或者接近闭合的。因此工程师可以有两种选择：一种是在设计中使用较为昂贵的电路板材料；另一种是仍然沿用现有材料，但采用某种技术来补偿传输通道的损耗影响。考虑到在高速率的情况下低损耗的电路板材料和电缆的成本过高，我们通常会优先尝试相应的信号补偿技术，预加重(Pre-emphasis)和均衡就是高速数字电路中常用的两种信号补偿技术。
数字信号的眼图分析（Eye Diagram Analysis）;PCI-E测试数字信号测试调试

数字信号带宽、信道带宽、信息速率、基带、频带的带宽；PCI-E测试数字信号测试调试

对于典型的3.3V的低电压TTL(LVTTL)信号来说，判决阈值的下限是0.8V,判决阈 值的上限是2.0V。正是由于判决阈值的存在，使得数字信号相对于模拟信号来说有更高的 可靠性和抗噪声的能力。比如对于3.3V的LVTTL信号来说，当信号输出电压为0V时， 只要噪声或者干扰的幅度不超过0.8V,就不会把逻辑状态由0误判为1;同样，当信号输出  电压为3.3V时，只要噪声或者干扰的幅度不会使信号电压低于2.0V,就不会把逻辑状态  由1误判为0。

从上面的例子可以看到，数字信号抗噪声和干扰的能力是比较强的。但也需要注意，这 个“强”是相对的，如果噪声或干扰的影响使得信号的电压超出了其正常逻辑的判决区间，数字信号也仍然有可能产生错误的数据传输。在许多场合，我们对数字信号质量进行分析和 测试的基本目的就是要保证其信号电平在进行采样时满足基本的逻辑判决条件。 PCI-E测试数字信号测试调试

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