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时间:2024年06月11日 来源:

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。 数字信号带宽用每bit占用的时间间隔的倒数来近似表示,传输速率的单位是bit/s,传输速率=传输信号的带宽。青海数字信号测试代理商

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为了保证接收端在时钟有效沿时采集到正确的数据,通常都有建立/保持时间的要求,以避免采到数据线上跳变时不稳定的状态,因此这种总线对于时钟和数据线间走线长度的差异都有严格要求。这种并行总线在使用中比较大的挑战是当总线时钟速率超过几百MHz后就很难再提高了,因为其很多根并行线很难满图1.15并行总线的时钟传输足此时苛刻的走线等长的要求,特别是当总线上同时挂有多个设备时。为了解决并行总线工作时钟频率很难提高的问题,一些系统和芯片的设计厂商提出了嵌入式时钟的概念。其思路首先是把原来很多根的并行线用一对或多对高速差分线来代替,节省了布线空间;然后把系统的时钟信息通过数据编码的方式嵌在数据流里,省去了专门的时钟走线。信号到了接收端,接收端采用相应的CDR(clock-datarecovery)电路把数据流中内嵌的时钟信息提取出来再对数据采样。图1.16是一个采用嵌入式时钟的总线例子。青海数字信号测试代理商数字信号幅度测试的定义;

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克劳德高速数字信号测试实验室

  数字信号测试方法:

需要特别注意,当数字信号的电压介于判决阈值的上限和下限之间时,其逻辑状态是不 确定的状态。所谓的“不确定”是指如果数字信号的电压介于判决阈值的上限和下限之间, 接收端的判决电路有可能把这个状态判决为逻辑0,也有可能判决为逻辑1。这种不确定是  我们不期望的,因此很多数字电路会尽量避免用这种不确定状态进行信号传输,比如会用一  个同步时钟只在信号电平稳定以后再进行采样。


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, 数字信号上升时间是示波器中进行上升时间测量例子,光标交叉点指示出上升时间测量的起始点和结束点的位置;

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为了提高信号在高速率、长距离情况下传输的可靠性,大部分高速的数字串行总线都会采用差分信号进行信号传输。差分信号是用一对反相的差分线进行信号传输,发送端采用差分的发送器,接收端相应采用差分的接收器。图1.13是一个差分线的传输模型及真实的差分PCB走线。

采用差分传输方式后,由于差分线对中正负信号的走线是紧密耦合在一起的,所以外界噪声对于两根信号线的影响是一样的。而在接收端,由于其接收器是把正负信号相减的结果作为逻辑判决的依据,因此即使信号线上有严重的共模噪声或者地电平的波动,对于的逻辑电平判决影响很小。相对于单端传输方式,差分传输方式的抗干扰、抗共模噪声能力 提高。 数字通信的带宽表征为:bit的传输速率;设备数字信号测试规格尺寸

传输线对数字信号的影响;青海数字信号测试代理商

数字信号并行总线与串行总线(Parallel and Serial Bus)

虽然随着技术的发展,现代的数字芯片已经集成了越来越多的功能,但是对于稍微复杂  一点的系统来说,很多时候单独一个芯片很难完成所有的工作,这就需要和其他芯片配合起  来工作。比如现在的CPU的处理能力越来越强,很多CPU内部甚至集成了显示处理的功  能,但是仍然需要配合外部的内存芯片来存储临时的数据,需要配合桥接芯片扩展硬盘、 USB等接口;现代的FPGA内部也可以集成CPU、DSP、RAM、高速收发器等,但有些  场合可能还需要配合用的DSP来进一步提高浮点处理效率,配合额外的内存芯片来扩展  存储空间,配合用的物理层芯片来扩展网口、USB等,或者需要多片FPGA互连来提高处  理能力。所有这一切,都需要用到相应的总线来实现多个数字芯片间的互连。如果我们把  各个功能芯片想象成人体的各个功能,总线就是血脉和经络,通过这些路径,各个功能  模块间才能进行有效的数据交换和协同工作。 青海数字信号测试代理商

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