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数字信号的时域和频域

数字信号的频率分量可以通过从时域到频域的转换中得到。首先我们要知道时域是真实世界，频域是更好的用于做信号分析的一种数学手段，时域的数字信号可以通过傅里叶变换转变为一个个频率点的正弦波的。这些正弦波就是对应的数字信号的频率分量。假如定义理想方波的边沿时间为0,占空比50%的周期信号，其在傅里叶变换后各频率分量振幅。

可见对于理想方波，其振幅频谱对应的正弦波频率是基频的奇数倍频(在50%的占空比下)。奇次谐波的幅度是按1"下降的(/是频率)，也就是-20dB/dec(-20分贝每十倍频)。 数字信号的建立/保持时间（Setup/Hold Time）;中国澳门数字信号测试信号完整性测试

数字信号基础单端信号与差分信号(Single-end and Differential Signals)

数字总线大部分使用单端信号做信号传输，如TTL/CMOS信号都是单端信号。所谓单端信号，是指用一根信号线的高低电平的变化来进行0、1信息的传输，这个电平的高低变化是相对于其公共的参考地平面的。单端信号由于结构简单，可以用简单的晶体管电路实现，而且集成度高、功耗低，因此在数字电路中得到的应用。是一个单端信号的传输模型。

当信号传输速率更高时，为了减小信号的跳变时间和功耗，信号的幅度一般都会相应减小。比如以前大量使用的5V的TTL信号现在使用越来越少，更多使用的是3.3V/2.5V/1.8V/1.5V/1.2V的LVTTL电平，但是信号幅度减小带来的问题是对噪声的容忍能力会变差一些。进一步，很多数字总线现在需要传输更长的距离，从原来芯片间的互连变成板卡间的互连甚至设备间的互连，信号穿过不同的设备时会受到更多噪声的干扰。更极端的情况是收发端的参考地平面可能也不是等电位的。因此，当信号速率变高、传输距离变长后仍然使用单端的方式进行信号传输会带来很大的问题。图1.12是一个受到严重共模噪声干扰的单端信号，对于这种信号，无论接收端的电平判决阈值设置在哪里都可能造成信号的误判。
中国澳门数字信号测试信号完整性测试数字信号常用的编码方式有哪些？

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。

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。示波器进行数字信号的幅度测试；

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。 模拟信号和数字信号之间的区别吗？中国澳门数字信号测试信号完整性测试

数字信号的抖动（Jitter）;中国澳门数字信号测试信号完整性测试

对于真实的数据信号来说，其频谱会更加复杂一些。比如伪随机序列(PRBS)码流的频谱的包络类似一个sinc函数。图1.4是用同一个发送芯片分别产生的800Mbps和2.5Gbps的PRBS信号的频谱，可以看到虽然输出数据速率不一样，但是信号的主要频谱能量集中在4GHz以内，也并不见得2.5Gbps信号的高频能量就比800Mbps的高很多。

频谱仪是对信号能量的频率分布进行分析的准确的工具，数字工程师可以借助频谱分析仪对被测数字信号的频谱分布进行分析。当没有频谱仪可用时，我们通常根据数字信号的上升时间估算被测信号的频谱能量：

信号的比较高频率成分=0.5/信号上升时间(10%～90%)

或者当使用20%～80%的上升时间标准时，计算公式如下：

信号的比较高频率成分=0.4/信号上升时间(20%～80%) 中国澳门数字信号测试信号完整性测试