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。
真实的数字信号频谱;中国香港数字信号测试价格多少

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, 智能化多端口矩阵测试数字信号测试HDMI测试数字信号处理系统的性能取决于3个因素:采样频率、架构、字长。

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)。
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。 幅度测量是数字信号常用的测量,也是很多其他参数侧鲁昂的基础。

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 信号处理系统的基本组成;广西设备数字信号测试
数字通信的带宽表征为:bit的传输速率;中国香港数字信号测试价格多少
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)。 中国香港数字信号测试价格多少
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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(...