安徽PCI-E测试数字信号测试

数字信号测试串行总线的8b/10b编码(8b/10bEncoding)

前面我们介绍过，使用串行比并行总线可以节省更多的布线空间，芯片、电缆等的尺寸可以做得更小，同时传输速率更高。但是我们知道，在很多数字系统如CPU、DSP、FPGA等内部，进行数据处理的小单位都是Byte,即8bit,把一个或多个Byte的数据通过串行总线可靠地传输出去是需要对数据做些特殊处理的。将并行数据转换成串行信号传输的简单的方法如图1.19所示。比如发送端的数据宽度是8bit,时钟速率是100MHz,我们可以通过Mux(复用器)芯片把8bit的数据时分复用到1bit的数据线上，相应的数据速率提高到800Mbps(在有些LVDS的视频信号传输中比较常用的是把并行的7bit数据时分复用到1bit数据线上)。信号到达接收端以后，再通过Demux(解复用器)芯片把串行的信号分成8路低速的数据。 数字信号是由“0”和“1”。安徽PCI-E测试数字信号测试

采用串行总线以后，就单根线来说，由于上面要传输原来多根线传输的数据，所以其工作速率一般要比相应的并行总线高很多。比如以前计算机上的扩展槽上使用的PCI总线采用并行32位的数据线，每根数据线上的数据传输速率是33Mbps,演变到PCle(PCI-express)的串行版本后每根线上的数据速率至少是2.5Gbps(PCIel.0代标准),现在PCIe的数据速率已经达到了16Gbps(PCIe4.0代标准)或32Gbps(PCIe5.0代标准)。采用串行总线的另一个好处是在提高数据传输速率的同时节省了布线空间，芯片的功耗也降低了，所以在现代的电子设备中，当需要进行高速数据传输时，使用串行总线的越来越多。

数据速率提高以后，对于阻抗匹配、线路损耗和抖动的要求就更高，稍不注意就很容易产生信号质量的问题。图1.10是一个典型的1Gbps的信号从发送端经过芯片封装、PCB、连接器、背板传输到接收端的信号路径，可以看到在发送端的接近理想的0、1跳变的数字信号到达接收端后由于高频损耗、反射等的影响，信号波形已经变得非常恶劣，所以串行总线的设计对于数字电路工程师来说是一个很大的挑战。 安徽PCI-E测试数字信号测试模拟信号和数字信号的差异；

对于一个理想的方波信号，其上升沿是无限陡的，从频域上看 它是由无限多的奇数次谐波构成的，因此一个理想方波可以认为是无限多奇次正弦谐波 的叠加。

但是对于真实的数字信号来说，其上升沿不是无限陡的，因此其高次谐波的能量会受到 限制。比如图1.3是用同一个时钟芯片分别产生的50MHz和250MHz的时钟信号的频 谱，我们可以看到虽然两种情况下输出时钟频率不一样，但是信号的主要频谱能量都集中在 5GHz以内，并不见得250MHz时钟的频谱分布就一定比50MHz时钟的大5倍。

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：
什么是数字信号(DigitalSignal)；

 采用AC耦合方式的另一个好处是收发端在做互连时不用太考虑直流偏置点的互相影响， 互连变得非常简单，对于热插拔的支持能力也更好。

(3)有利于信号校验。很多高速信号在进行传输时为了保证传输的可靠性，要对接收 到的信号进行检查以确认收到的信号是否正确。在8b/10bit编码表中，原始的8bit数据总 共有256个组合，即使考虑到每个Byte有正负两个10bit编码，也只需要用到512个10bit 的组合。而10bit的数据总共可以有1024个组合，因此有大约一半的10bit组合是无效的 数据，接收端一旦收到这样的无效组合就可以判决数据无效。另外，前面介绍过数据在传输 过程中要保证直流平衡， 一旦接收端收到的数据中发现违反直流平衡的规则，也可以判决数 据无效。因此采用8b/10b编码以后数据本身就可以提供一定的信号校验功能。需要注意的是，这种校验不是足够可靠，因为理论上还是可能会有几个bit在传输中发生了错误，但 是结果仍然符合8b/10b编码规则和直流平衡原则。因此，很多使用8b/10b编码的总线还 会在上层协议上再做相应的CRC校验(循环冗余校验)。 数字信号取值是散的，通过数学方法对原有信号处理，编码成二进制信号后，再载波的方式发送编码后的数字流。安徽PCI-E测试数字信号测试

数字信号的抖动（Jitter）;安徽PCI-E测试数字信号测试

伪随机码型(PRBS)

在进行数字接口的测试时，有时会用到一些特定的测试码型。比如我们在进行信号质量测试时，如果被测件发送的只是一些规律跳变的码型，可能不了真实通信时的恶劣情况，所以测试时我们会希望被测件发出的数据尽可能地随机以恶劣的情况。同时，因为这种数据流很多时候只是为了测试使用的，用户的被测件在正常工作时还是要根据特定的协议发送真实的数据流，因此产生这种随机数据码流的电路比较好尽可能简单，不要额外占用太多的硬件资源。那么怎么用简单的方法产生尽可能随机一些的数据流输出呢?首先，因为真正随机的码流是很难用简单的电路实现的，所以我们只需要生成尽可能随机的码流就可以了，其中常用的一种数据码流是PRBS(PseudoRandomBinarySequence,伪随机码)码流。PRBS码的产生非常简单，图1.21是PRBS7的产生原理，只需要用到7个移位寄存器和简单的异或门就可以实现。 安徽PCI-E测试数字信号测试

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