吉林數(shù)字信號測試檢修

數(shù)字信號基礎單端信號與差分信號(Single-end and Differential Signals)

數(shù)字總線大部分使用單端信號做信號傳輸，如TTL/CMOS信號都是單端信號。所謂單端信號，是指用一根信號線的高低電平的變化來進行0、1信息的傳輸，這個電平的高低變化是相對于其公共的參考地平面的。單端信號由于結構簡單，可以用簡單的晶體管電路實現(xiàn)，而且集成度高、功耗低，因此在數(shù)字電路中得到的應用。是一個單端信號的傳輸模型。

當信號傳輸速率更高時，為了減小信號的跳變時間和功耗，信號的幅度一般都會相應減小。比如以前大量使用的5V的TTL信號現(xiàn)在使用越來越少，更多使用的是3.3V/2.5V/1.8V/1.5V/1.2V的LVTTL電平，但是信號幅度減小帶來的問題是對噪聲的容忍能力會變差一些。進一步，很多數(shù)字總線現(xiàn)在需要傳輸更長的距離，從原來芯片間的互連變成板卡間的互連甚至設備間的互連，信號穿過不同的設備時會受到更多噪聲的干擾。更極端的情況是收發(fā)端的參考地平面可能也不是等電位的。因此，當信號速率變高、傳輸距離變長后仍然使用單端的方式進行信號傳輸會帶來很大的問題。圖1.12是一個受到嚴重共模噪聲干擾的單端信號，對于這種信號，無論接收端的電平判決閾值設置在哪里都可能造成信號的誤判。
數(shù)字信號的時鐘分配（Clock Distribution）;吉林數(shù)字信號測試檢修

偽隨機碼型(PRBS)

在進行數(shù)字接口的測試時，有時會用到一些特定的測試碼型。比如我們在進行信號質(zhì)量測試時，如果被測件發(fā)送的只是一些規(guī)律跳變的碼型，可能不了真實通信時的惡劣情況，所以測試時我們會希望被測件發(fā)出的數(shù)據(jù)盡可能地隨機以惡劣的情況。同時，因為這種數(shù)據(jù)流很多時候只是為了測試使用的，用戶的被測件在正常工作時還是要根據(jù)特定的協(xié)議發(fā)送真實的數(shù)據(jù)流，因此產(chǎn)生這種隨機數(shù)據(jù)碼流的電路比較好盡可能簡單，不要額外占用太多的硬件資源。那么怎么用簡單的方法產(chǎn)生盡可能隨機一些的數(shù)據(jù)流輸出呢?首先，因為真正隨機的碼流是很難用簡單的電路實現(xiàn)的，所以我們只需要生成盡可能隨機的碼流就可以了，其中常用的一種數(shù)據(jù)碼流是PRBS(PseudoRandomBinarySequence,偽隨機碼)碼流。PRBS碼的產(chǎn)生非常簡單，圖1.21是PRBS7的產(chǎn)生原理，只需要用到7個移位寄存器和簡單的異或門就可以實現(xiàn)。 通信數(shù)字信號測試價格優(yōu)惠上升時間是數(shù)字信號另一個非常關鍵的參數(shù)，它反映了一個數(shù)字信號在電平切換時邊沿變化的快慢。

這種方法由于不需要單獨的時鐘走線，各對差分線可以采用各自的CDR電路，所以對各對線的等長要求不太嚴格(即使要求嚴格也很容易實現(xiàn)，因為走線數(shù)量減少，而且信號都是點對點傳輸)。為了把時鐘信息嵌在數(shù)據(jù)流里，需要對數(shù)據(jù)進行編碼，比較常用的編碼方式有ANSI的8b/10b編碼、64b/66b編碼、曼徹斯特編碼、特殊的數(shù)據(jù)編碼以及對數(shù)據(jù)進行加擾等。

嵌入式時鐘結構的關鍵在于CDR電路，CDR的工作原理如圖1.17所示。CDR通常用一個PLL電路實現(xiàn)，可以從數(shù)據(jù)中提取時鐘。PLL電路通過鑒相器(PhaseDetector)比較輸入信號和本地VCO(壓控振蕩器)間的相差，并把相差信息通過環(huán)路濾波器(Filter)濾波后轉換成低頻的對VCO的控制電壓信號，通過不斷的比較和調(diào)整終實現(xiàn)本地VCO對輸入信號的時鐘鎖定。

數(shù)字信號的預加重(Pre-emphasis)

如前所述，很多常用的電路板材料或者電纜在高頻時都會呈現(xiàn)出高損耗的特性。目前的高速串行總線速度不斷提升，使得流行的電路板材料達到極限從而對信號有較大的損耗，這可能導致接收端的信號極其惡劣以至于無法正確還原和解碼信號，從而出現(xiàn)傳輸誤碼。如果我們觀察高速的數(shù)字信號經(jīng)過長的傳輸通道傳輸后到達接收端的眼圖，它可能是閉合的或者接近閉合的。因此工程師可以有兩種選擇：一種是在設計中使用較為昂貴的電路板材料；另一種是仍然沿用現(xiàn)有材料，但采用某種技術來補償傳輸通道的損耗影響?？紤]到在高速率的情況下低損耗的電路板材料和電纜的成本過高，我們通常會優(yōu)先嘗試相應的信號補償技術，預加重(Pre-emphasis)和均衡就是高速數(shù)字電路中常用的兩種信號補償技術。
數(shù)字信號的眼圖分析（Eye Diagram Analysis）;

數(shù)字信號的時域和頻域

數(shù)字信號的頻率分量可以通過從時域到頻域的轉換中得到。首先我們要知道時域是真實世界，頻域是更好的用于做信號分析的一種數(shù)學手段，時域的數(shù)字信號可以通過傅里葉變換轉變?yōu)橐粋€個頻率點的正弦波的。這些正弦波就是對應的數(shù)字信號的頻率分量。假如定義理想方波的邊沿時間為0,占空比50%的周期信號，其在傅里葉變換后各頻率分量振幅。

可見對于理想方波，其振幅頻譜對應的正弦波頻率是基頻的奇數(shù)倍頻(在50%的占空比下)。奇次諧波的幅度是按1"下降的(/是頻率)，也就是-20dB/dec(-20分貝每十倍頻)。 傳統(tǒng)的數(shù)字信號帶寬計算；吉林數(shù)字信號測試檢修

數(shù)字信號是由“0”和“1”。吉林數(shù)字信號測試檢修

數(shù)字信號的時鐘分配(ClockDistribution)

前面講過，對于數(shù)字電路來說，目前絕大部分的場合都是采用同步邏輯電路，而同步邏輯電路中必不可少的就是時鐘。數(shù)字信號的可靠傳輸依賴于準確的時鐘采樣，一般情況下發(fā)送端和接收端都需要使用相同頻率的工作時鐘才可以保證數(shù)據(jù)不會丟失(有些特殊的應用中收發(fā)端可以采用大致相同頻率工作時鐘，但需要在數(shù)據(jù)格式或協(xié)議層面做些特殊處理)。為了把發(fā)送端的時鐘信息傳遞到接收端以進行正確的信號采樣，數(shù)字總線采用的時鐘分配方式大體上可以分為3類，即并行時鐘、嵌入式時鐘、前向時鐘，各有各的應用領域。 吉林數(shù)字信號測試檢修

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