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数字信号的均衡(Equalization)

前面介绍了预加重或者去加重技术对于克服传输通道损耗、改善高速数字信号接收端信号质量的作用,但是当信号速率进一步提高或者传输距离更长时,**在发送端已不能充分补偿传输通道带来的损耗,这时就需要在接收端同时使用均衡技术来进一步改善信号质量。所谓均衡,是在数字信号的接收端进行的一种补偿高频损耗的技术。常见的信号均衡技术有3种:CTLE(ContinuousTimeLinearEqualization)、FFE(FeedForwardEqualization)和DFE(DecisionFeedbackEqualization).CTLE是在接收端提供一个高通滤波器,这个高通滤波器可以对信号中的主要高频分量进行放大,这一点和发送端的预加重技术带来的效果是类似的。有些速率比较高的总线,为了适应不同链路长度损耗的影响,还支持多挡不同增益的CTLE均衡器。图1.35是PCle5.0总线在接收端使用的CTLE均衡器的频响曲线的例子。 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。广西数字信号测试市场价价格走势

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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。 广西数字信号测试市场价价格走势抖动是数字信号,特别是高速数字信号重要的一个概念,越是高速的信号,其比特周期越短对于抖动要求就严格;

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 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)。

采用并行总线的另外一个问题在于总线的吞吐量很难持续提升。对于并行总线来说, 其总线吞吐量=数据线位数×数据速率。我们可以通过提升数据线的位数来提高总线吞吐  量,也可以通过提升数据速率来提高总线吞吐量。以个人计算机中曾经非常流行的PCI总  线为例,其**早推出时总线是32位的数据线,工作时钟频率是33MHz,其总线吞吐量=  32bit×33MHz;后来为了提升其总线吞吐量推出的PCI-X总线,把总线宽度扩展到64位, 工作时钟频率比较高提升到133MHz,其总线吞吐量=64bit×133MHz。是PCI插槽  和PCI-X插槽的一个对比,可以看到PCI-X由于使用了更多的数据线,其插槽更长。

但是随着人们对于总线吞吐量要求的不断提高,这种提升总线带宽的方式遇到了瓶颈。首先由于芯片尺寸和布线空间的限制,64位数据宽度已经几乎是极限了。另外,这64根数据线共用一个采样时钟,为了保证所有的信号都满足其建立保持时间的要求,在PCB上布线、换层、拐弯时需要保证精确等长。而总线工作速率越高,对于各条线的等长要求就越高,对于这么多根信号要实现等长的布线是很难做到的。

用逻辑分析仪采集到的一个实际的8位总线的工作时序,可以看到在数据从0x00跳变到0xFF状态过程中,这8根线实际并不是精确一起跳变的。 传输线对数字信号的影响;

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数字信号并行总线与串行总线(Parallel and Serial Bus)

虽然随着技术的发展,现代的数字芯片已经集成了越来越多的功能,但是对于稍微复杂  一点的系统来说,很多时候单独一个芯片很难完成所有的工作,这就需要和其他芯片配合起  来工作。比如现在的CPU的处理能力越来越强,很多CPU内部甚至集成了显示处理的功  能,但是仍然需要配合外部的内存芯片来存储临时的数据,需要配合桥接芯片扩展硬盘、 USB等接口;现代的FPGA内部也可以集成CPU、DSP、RAM、高速收发器等,但有些  场合可能还需要配合用的DSP来进一步提高浮点处理效率,配合额外的内存芯片来扩展  存储空间,配合用的物理层芯片来扩展网口、USB等,或者需要多片FPGA互连来提高处  理能力。所有这一切,都需要用到相应的总线来实现多个数字芯片间的互连。如果我们把  各个功能芯片想象成人体的各个功能,总线就是血脉和经络,通过这些路径,各个功能  模块间才能进行有效的数据交换和协同工作。 数字信号的预加重(Pre-emphasis);广西数字信号测试市场价价格走势

数字信号的建立/保持时间(Setup/Hold Time);广西数字信号测试市场价价格走势

抖动的频率范围。抖动实际上是时间上的噪声,其时间偏差的变化频率可能比较  快也可能比较慢。通常把变化频率超过10Hz以上的抖动成分称为jitter,而变化频率低于  10Hz的抖动成分称为wander(漂移)。wander主要反映的是时钟源随着时间、温度等的缓  慢变化,影响的是时钟或定时信号的***精度。在通信或者信号传输中,由于收发双方都会  采用一定的时钟架构来进行时钟的分配和同步,缓慢的时钟漂移很容易被跟踪上或补偿掉, 因此wander对于数字电路传输的误码率影响不大,高速数字电路测量中关心的主要是高  频的jitter。广西数字信号测试市场价价格走势

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