吉林数字信号测试信号完整性测试

数字信号的带宽(Bandwidth)

在进行数字信号的分析和测试时，了解我们要分析的数字信号的带宽是很重要的一点，它决定了我们进行电路设计时对PCB走线和传输介质传输带宽的要求，也决定了测试对仪表的要求。

数字信号的带宽可以大概理解为数字信号的能量在频域的一个分布范围，由于数字信号不是正弦波，有很多高次谐波成分，所以其在频域的能量分布是一个比较复杂的问题。

传统上做数字电路设计的工程师习惯根据信号的5次谐波来估算带宽，比如如果信号的数据速率是100Mbps,其快的0101的跳变波形相当于50MHz的方波时钟，这个方波时钟的5次谐波成分是250MHz,因此信号的带宽大概就在250MHz以内。这种方法看起来很合理，因为5次谐波对于重建信号的基本波形形状是非常重要的，但这种方法对于需要进行精确波形参数测量的场合来说就不太准确了。比如同样是50MHz 的信号，如果上升沿很陡接近理想方波，其高次谐波能量就比较大；而如果上升沿很缓接近 正弦波，其高次谐波能量就很小。
波形参数测试室数字信号测试常用的测量方法，随着数字信号速率的提高，波形参数的测量方法越来越不适用了。吉林数字信号测试信号完整性测试

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。吉林数字信号测试信号完整性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。

通常情况下预加重技术使用在信号的发送端，通过预先对信号的高频分量进行增强来 补偿传输通道的损耗。预加重技术由于实现起来相对简单，所以在很多数据速率超过 1Gbps 的总线中使用，比如PCle,SATA 、USB3 .0 、Displayport等总线中都有使用。当 信号速率进一步提高以后，传输通道的高频损耗更加严重，靠发送端的预加重已经不太 够用，所以很多高速总线除了对预加重的阶数进一步提高以外，还会在接收端采用复杂的均 衡技术，比如PCle3.0 、SATA Gen3 、USB3.0 、Displayport HBR2 、10GBase-KR等总线中都 在接收端采用了均衡技术。采用了这些技术后，FR-4等传统廉价的电路板材料也可以应用 于高速的数字信号传输中，从而节约了系统实现的成本。

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？

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。 数字信号处理系统架构分析；吉林数字信号测试信号完整性测试

数字通信的带宽表征为：bit的传输速率；吉林数字信号测试信号完整性测试

简单的预加重对信号的频谱改善并不是完美的，比如其频率响应曲线并不一定与实际 的传输通道的损耗曲线相匹配，所以高速率总线会采用阶数更高、更复杂的预加重技术。 图1.28所示是一个3阶的预加重，其除了对跳变沿后面的第1个比特进行预加重处理外，跳变沿 之后的第2个比特的幅度也有变化。跳变沿后第1个比特的幅度变化有时也叫Post Cursorl,

跳变沿后的第2个比特的幅度变化有时也叫Post Cursor2。有些总线如PCIe3.0,会对跳变 沿前面的1个比特的幅度也进行调整，叫作Pre Cursor1,有时也称为PreShoot。 吉林数字信号测试信号完整性测试