福建数字信号测试配件

时间:2024年05月12日 来源:

由于真正的预加重电路在实现时需要有相应的放大电路来增加跳变比特的幅度,电路  比较复杂而且增加系统功耗,所以在实际应用时更多采用去加重的方式。去加重技术不是  增大跳变比特的幅度,而是减小非跳变比特的幅度,从而得到和预加重类似的信号波形。 图 1.29是对一个10Gbps的信号进行-3.5dB的去加重后对频谱的影响。可以看到,去加  重主要是通过压缩信号的直流和低频分量(长0 或者长 1  的比特流),从而改善其在传输过  程中可 能造成的对短0或者短1 比特的影响。数字此案好的上升时间(Rising Time);福建数字信号测试配件

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什么是数字信号(DigitalSignal)

典型的数字设备是由很多电路组成来实现一定的功能的,系统中的各个部分主要通过数字信号的传输来进行信息和数据的交互。

数字信号通过其0、1的逻辑状态的变化来一定的含义,典型的数字信号用两个不同的信号电平来分别逻辑0和逻辑1的状态(有些更复杂的数字电路会采用多个信号电平实现更多信息的传输)。真实的世界中并不存在理想的逻辑0、1状态,所以真实情况下只是用一定的信号电平的电压范围来相应的逻辑状态。比如图1.1中,当信号的电压低于判决阈值(中间的虚线部分)的下限时逻辑0状态,当信号的电压高于判决阈值的上限时逻辑1状态。 福建数字信号测试配件数字信号的抖动(Jitter);

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基本上可以看到数字信号的频域分量大部分集中在1/7U,这个频率以下,我们可以将这个频率称之为信号的带宽,工程上可以近似为0.35/0,当对设计要求严格的时候,也可近似为0.5/rro

也就是说,叠加信号带宽(0.35/。)以下的频率分量基本上可以复现边沿时间是tr的数字时;域波形信号。这个频率通常也叫作转折频率或截止频率(Fknee或cutofffrequency)

*信号的能量大部分集中在信号带宽以下,意味着我们在考虑这个信号的传输效应时,主要关注比较高频率可以到信号的带宽。

所以,假如在数字信号的传输过程中可以保证在信号的带宽(0.35亿)以下的频率分量(模拟信号)经过互连路径的质量,则我们可以保证接收到比较完整的数字信号。

然而,我们会在下面看到在考虑信号完整性问题时由于传输路径阻抗不连续对信号的反射,损耗随频率的增加而增加的特性等因素,这些频率分量在传输时会有畸变,从而造成接收到的各个频率的分量叠加在时并不能完全保证复现原有的时域的数字信号。

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。
示波器进行数字信号的幅度测试;

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采用并行总线的另外一个问题在于总线的吞吐量很难持续提升。对于并行总线来说, 其总线吞吐量=数据线位数×数据速率。我们可以通过提升数据线的位数来提高总线吞吐  量,也可以通过提升数据速率来提高总线吞吐量。以个人计算机中曾经非常流行的PCI总  线为例,其**早推出时总线是32位的数据线,工作时钟频率是33MHz,其总线吞吐量=  32bit×33MHz;后来为了提升其总线吞吐量推出的PCI-X总线,把总线宽度扩展到64位, 工作时钟频率比较高提升到133MHz,其总线吞吐量=64bit×133MHz。是PCI插槽  和PCI-X插槽的一个对比,可以看到PCI-X由于使用了更多的数据线,其插槽更长。

但是随着人们对于总线吞吐量要求的不断提高,这种提升总线带宽的方式遇到了瓶颈。首先由于芯片尺寸和布线空间的限制,64位数据宽度已经几乎是极限了。另外,这64根数据线共用一个采样时钟,为了保证所有的信号都满足其建立保持时间的要求,在PCB上布线、换层、拐弯时需要保证精确等长。而总线工作速率越高,对于各条线的等长要求就越高,对于这么多根信号要实现等长的布线是很难做到的。

用逻辑分析仪采集到的一个实际的8位总线的工作时序,可以看到在数据从0x00跳变到0xFF状态过程中,这8根线实际并不是精确一起跳变的。 数字信号可通过分时将大量信号合成为一个信号(称复用信号),通过某个处理器处理后,再将信号解复用;福建数字信号测试配件

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理想的跳变位置。抖动是个相对的时间量,怎么确定信号的理想的跳变位置对于 抖动的测量结果有很关键的影响。对于时钟信号的测量,我们通常关心的是时钟信号是否 精确地等间隔,因此这个理想位置通常是从被测信号中提取的一个等周期分布时钟的跳变 沿;而对于数据信号的测量,我们关心的是这个信号相对于其时钟的位置跳变,因此这个理 想跳变位置就是其时钟有效沿的跳变位置。对于很多采用嵌入式时钟的高速数字电路来 说,由于没有专门的时钟传输通道,情况要更复杂一些,这时的理想跳变位置通常是指用一 个特定的时钟恢复电路(可能是硬件的也可能是软件的)从数据中恢复出的时钟的有效跳 变沿。福建数字信号测试配件

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