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数字信号测试基本参数
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数字信号测试企业商机

建立时间和保持时间加起来的时间称为建立/保持时间窗口,是接收端对于信号保持在 同一个逻辑状态的**小的时间要求。数字信号的比特宽度如果窄于这个时间窗口就肯定无 法同时满足建立时间和保持时间的要求,所以接收端对于建立/保持时间窗口大小的要求实 际上决定了这个电路能够工作的比较高的数据速率。通常工 作速率高一些的芯片,很短的建 立时间、保持时间就可以保证电路可靠工作,而工作速率低一 些的芯片则会要求比较长的建 立时间和保持时间。

另外要注意的是, 一个数字电路能够可靠工作的比较高数据速率不仅取决于接收端对于 建立/保持时间的要求,输出端的上升时间过缓、输出幅度偏小、信号和时钟中有抖动、信号 有畸变等很多因素都会消耗信号建立/保持时间的裕量。因此一个数字电路能够达到的比较高数据传输速率与发送芯片、接收芯片以及传输路径都有关系。

建立时间和保持时间是数字电路非常重要的概念,是接收端可靠信号接收的**基本要 求,也是数字电路可靠工作的基础。可以说,大部分数字信号的测量项目如数据速率、信号 幅度、眼图、抖动等的测量都是为了间接保证信号满足接收端对建立时间和保持时间的要 求,在以后章节的论述中我们可以慢慢体会。 数字信号幅度测试的定义;HDMI测试数字信号测试一致性测试

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高速数字接口与光电测试

看起来我们好像找到了解决问题的方法,但是,在真实情况下,理想窄的脉冲或者无限 陡的阶跃信号是不存在的,不仅难以产生而且精度不好控制,所以在实际测试中更多使用正 弦波进行测试得到频域响应,并通过相应的物理层测试系统软件进行频域到时域的转换以 得到时域响应。相比其他信号,正弦波更容易产生,同时其频率和幅度精度更容易控制。矢 量网络分析仪(Vector Network Analyzer,VNA)可以在高达几十GHz 的频率范围内通过  正弦波扫频的方式精确测量传输通道对不同频率的反射和传输特性,动态范围可以达到 100dB以上,所以在现代高速数字信号质量的分析中,会借助高性能的矢量网络分析仪对高 速传输通道的特性进行测量。矢量网络分析仪测到的一段差分传输线的通道损 耗及根据这个测量结果分析出的信号眼图。
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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%)

 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)。 数字通信的带宽表征为:bit的传输速率;

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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。
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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。
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由于真正的预加重电路在实现时需要有相应的放大电路来增加跳变比特的幅度,电路 比较复杂而且增加系统功耗,所以在实际应用时更多采用去加重的方式。去加重技术不是 增大跳变比特的幅度,而是减小非跳变比特的幅度,从而得到和预加重类似的信号波形。 图 1.29是对一个10Gbps的信号进行-3.5dB的去加重后对频谱的影响。可以看到,去加 重主要是通过压缩信号的直流和低频分量(长0 或者长 1 的比特流),从而改善其在传输过 程中可 能造成的对短0或者短1 比特的影响。数字信号的带宽(Bandwidth);中国澳门设备数字信号测试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...

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