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数字信号的上升时间(Rising Time)

任何一个真实的数字信号在由一个逻辑电平状态跳转到另一个逻辑电平状态时,其中间的过渡时间都不会是无限短的。信号电平跳变的过渡时间越短，说明信号边沿越陡。我们通常使用上升时间(RisingTime)这个参数来衡量信号边沿的陡缓程度，通常上升时间是指数字信号由幅度的10%增加到幅度的90%所花的时间(也有些场合会使用20%～80%的上升时间或其他标准)。上升时间越短，说明信号越陡峭。大部分数字信号的下降时间(信号从幅度的90%下降到幅度的10%所花的时间)和上升时间差不多(也有例外)。图1.2比较了两种不同上升时间的数字信号。上升时间可以客观反映信号边沿的陡缓程度，而且由于计算和测量简单，所以得到的应用。对有些非常高速的串行数字信号，如PCIe、USB3.0、100G以太网等信号，由于信号速率很高，传输线对信号的损耗很大，信号波形中很难找到稳定的幅度10%和90%的位置，所以有时也会用幅度20%～80%的上升时间来衡量信号的陡缓程度。通常速率越高的信号其上升时间也会更陡一些(但不一定速率低的信号上升时间一定就缓),上升时间是数字信号分析中的一个非常重要的概念，后面我们会反复提及和用到这个概念。 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。甘肃数字信号测试保养

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。 甘肃数字信号测试保养波形参数测试室数字信号测试常用的测量方法，随着数字信号速率的提高，波形参数的测量方法越来越不适用了。

这种方法由于不需要单独的时钟走线，各对差分线可以采用各自的CDR电路，所以对各对线的等长要求不太严格(即使要求严格也很容易实现，因为走线数量减少，而且信号都是点对点传输)。为了把时钟信息嵌在数据流里，需要对数据进行编码，比较常用的编码方式有ANSI的8b/10b编码、64b/66b编码、曼彻斯特编码、特殊的数据编码以及对数据进行加扰等。

嵌入式时钟结构的关键在于CDR电路，CDR的工作原理如图1.17所示。CDR通常用一个PLL电路实现，可以从数据中提取时钟。PLL电路通过鉴相器(PhaseDetector)比较输入信号和本地VCO(压控振荡器)间的相差，并把相差信息通过环路滤波器(Filter)滤波后转换成低频的对VCO的控制电压信号，通过不断的比较和调整终实现本地VCO对输入信号的时钟锁定。

要想得到零边沿时间的理想方波，理论上是需要无穷大频率的频率分量。如果比较高只考虑到某个频率点处的频率分量，则来出的时域波形边沿时间会蜕化，会使得边沿时间增大。例如，一个频率为500MHz的理想方波，其5次谐波分量是2500M,如果把5次谐波以内所有分量成时域信号，贝U其边沿时间大概是0.35/2500M=0.14ns,即140ps。

我们可以把数字信号假设为一个时间轴上无穷的梯形波的周期信号，它的傅里叶变换

对应于每个频率点的正弦波的幅度，我们可以勾勒出虚线所示的频谱包络线， 可以看到它有两个转折频率分别对应1/材和1/”（刁是半周期，。是边沿时间）

从1/叫转折频率开始，频谱的谐波分量是按I/?下降的，也就是-40dB/dec （-40分贝每 十倍频，即每增大十倍频率，谐波分量减小100倍）。可以看到相对于理想方波，从这个频 率开始，信号的谐波分量大大减小。 数字信号的带宽（Bandwidth）;

采用前向时钟的总线因为有专门的时钟通路，不需要再对数据进行编解码，所以总线效率一般都比较高。还有一个优点是线路噪声和抖动对于时钟和数据线的影响基本是一样的(因为走线通常都在一起),所以对系统的影响可以消除到小。

嵌入式时钟的电路对于线路上的高频抖动非常敏感，而采用前向时钟的电路对高频抖动的敏感度就相对小得多。前向时钟总线典型的数据速率在500Mbps～12Gbps.

在前向时钟的拓扑总线中，时钟速率通常是数据速率的一半(也有采用1/4速率、1/10或其他速率的),数据在上下边沿都采样，也就是通常所说的DDR方式。使用DDR采样的好处是时钟线和数据线在设计上需要的带宽是一样的，任何设计上的局限性(比如传输线的衰减特性)对于时钟和数据线的影响是一样的。

前向时钟在一些关注效率、实时性，同时需要高吞吐量的总线上应用比较，比如DDR总线、GDDR总线、HDMI总线、Intel公司CPU互连的QPI/UPI总线等。 对于一个数字信号，要进行可靠的0、1信号传输，就必须满足一定的电平、幅度、时序等标准的要求。甘肃数字信号测试保养

上升时间是数字信号另一个非常关键的参数，它反映了一个数字信号在电平切换时边沿变化的快慢。甘肃数字信号测试保养

采用同步时钟的电路减少了出现逻辑不确定状态的可能性，而且可以减小电路和信号布线时延的累积效应，所以在现代的数字系统和设备中***采用。采用同步电路以后，数字电路就以一定的时钟节拍工作，我们把数字信号每秒钟跳变的比较大速率称为信号的数据速率(BitRate),单位通常是bps(bitspersecond)或者bit/s。大部分并行总线的数据速率和系统中时钟的工作频率一致，比如某51系列单片机工作在11.0592MHz时钟下，其数据线上的数据速率就是11.0592Mbps;也有些特殊的场合采用DDR方式(DoubleDataRate)采样，数据速率是其时钟工作频率的2倍，比如某DDR4内存芯片，其工作时钟是1333MHz,其数据速率是2666Mbps。还有些高速传输的情况，比如PCle、USB3.0、SATA、RapidIO、100G以太网等总线，时钟信息是通过编码嵌入在数据流中，这种情况下虽然在外部看不到有专门的时钟传输通道，但是其工作起来仍然有特定的数据速率。甘肃数字信号测试保养