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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。 数字信号处理系统的性能取决于3个因素:采样频率、架构、字长。宁夏数字信号测试DDR测试

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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, 宁夏数字信号测试DDR测试数字信号的时钟分配(Clock Distribution);

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采用这种时钟恢复方式后,由于CDR能跟踪数据中的 一 部分低频抖动,所以数据传输 中增加的低频抖动对于接收端采样影响不大,因此更适于长距离传输。(不过由于受到环路 滤波器带宽的限制,数据线上的高频抖动仍然会对接收端采样产生比较大的影响。)

采用嵌入式时钟的缺点在于电路的复杂度增加,而且由于数据编码需要一些额外开销,降低了总线效率。

随着技术的发展,一些对总线效率要求更高的应用中开始采用另一种时钟分配方式,即前向时钟(ForwardClocking)。前向时钟的实现得益于DLL(DelayLockedLoop)电路的成熟。DLL电路比较大的好处是可以很方便地用成熟的CMOS工艺大量集成,而且不会增加抖动。

一个前向时钟的典型应用,总线仍然有单独的时钟传输通路,而与传统并行总线所不同的是接收端每条信号路径上都有一个DLL电路。电路开始工作时可以有一个训练的过程,接收端的DLL在训练过程中可以根据每条链路的时延情况调整时延,从而保证每条数据线都有充足的建立/保持时间。

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。
数字信号有哪些出来方式;

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很多经典的处理器采用了并行的总线架构。比如大家熟知的51单片机就采用了8根并行数据线和16根地址线;CPU的鼻祖——Intel公司的8086微处理器——**初推出时具有16根并行数据线和16根地址线;

现在很多嵌入式系统中多使用的ARM处理器则大部分使用32根数据线以及若干根地址线。并行总线的比较大好处是总线的逻辑时序比较简单,电路实现起来比较容易;但是缺点也是非常明显的,比如并行总线的信号线数量非常多,会占用大量的引脚和布线空间,因此芯片和PCB的尺寸很难实现小型化,特别是如果要用电缆进行远距离传输时,由于信号线的数量非常多,使得电缆变得非常昂贵和笨重。 数字信号处理系统架构分析;宁夏数字信号测试DDR测试

数字信号的眼图分析(Eye Diagram Analysis);宁夏数字信号测试DDR测试

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采用串行总线以后,就单根线来说,由于上面要传输原来多根线传输的数据,所以其工作速率一般要比相应的并行总线高很多。比如以前计算机上的扩展槽上使用的PCI总线采用并行32位的数据线,每根数据线上的数据传输速率是33Mbps,演变到PCle(PCI-express)的串行版本后每根线上的数据速率至少是2.5Gbps(PCIel.0代标准),现在PCIe的数据速率已经达到了16Gbps(PCIe4.0代标准)或32Gbps(PCIe5.0代标准)。采用串行总线的另一个好处是在提高数据传输速率的同时节省了布线空间,芯片的功耗也降低了,所以在现代的电子设备中,当需要进行高速数据传输时,使用串行总线的越...

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