高速信号的传输过程分析
在高速信号调试时工程师必须首先调试并验证其设计是否符合物理层规范。在此阶段,信号完整性(如眼图和抖动)是关键问题,很多这种验证和调试是通过使用伪随机码序列(PRBS)或循环测试码,并结合示波器及示波器厂家提供的串行数据眼图和抖动分析软件来完成的。在确保物理层信号质量没有问题后,串行信号从测试码变为8b/10b编码字符序列,此时系统级问题成为调试的重点,问题可能会出现在物理层-链路层域(涉及信号完整性和数据完整性的交叉领域)。这时,就需要对物理层信号实现解码分析。对于现代的高速串行系统,系统之间的协调工作显得更为突出,协议间的任何也会导致整个系统出现问题,因此分析物理层和链路层往往还是不够的,还必须要对系统的协议层进行分析,这时往往需要用到的协议分析仪。本文将为大家重点介绍力科示波器针对高速串行信号物理层、链路层和协议层的解决方案。
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2.1.4电信号的传输速度
当信号在传输通道中传输时,信号路径和信号回路之间就会产生电压差,而这个电压又使信号传输通道的两导线之间产生电场;信号在传输通道上传输,信号传输通道的两导线上存在电流,电流产生磁场,而且信号上升沿或下降沿位置存在交流分量,交流分量产生交变的电场和交变的磁场。
电信号的传输实际上是通过在信号路径和信号回路之间和周围的介质中建立交变电场和磁场并通过电磁场传播而进行的,并非电子在导体的定向移动。
提示 电子在导体中的定向移动速度不超过1米/秒。电磁波在真空中的传播速度Vv为30万千米每秒(12in/ns),在介质中的传播速度是在真空中的速度除以传输通道中介质的介电常数的平方根。 多端口矩阵测试高速信号传输维修电话高速信号传输技术的简单性;
在工作实践过程中,对于SI、PI和EMC的认识,电子设计工程师们可能绝大多数被告知它们是经验性的东西,琢磨不透,说不清、道不明,全靠经验和感觉,深不可测。这样的观点日积月累,打击了很多工程师对SI、PI和EMC理论、概念和技术学习和掌握的信心。在电子系统或设备的研发过程中,会出现许多与硬件相关的、随机的或偶发的问题和故障,这类问题和故障往往被定性为电磁干扰、信号完整性、电源完整性问题,虽然未必就是这些类别的问题,可一旦被定性为这些类别的问题,就很难用理论工具进行解决分析,而往往靠**的经验和感觉定位、解决,试着采取很多措施,可能碰巧解决了,却说不明白其中的道理。
①高速信号是需要对其传输线进行设计,以确保在传输过程中其波形失真度可以接受的那些信号。模拟信号传输都应该看作高速信号传输,数字信号如果其传输线长度大于该数字信号有效比较高谐波(一般为基频的3~5倍)波长的1/4,该数字信号相对该传输线就是高速信号。
②信号完整性、电源完整性和电磁兼容性是高速信号传输所涉及的三大支撑技术。
③信号完整性表示信号的质量在经过传输通道传输后仍保持相对良好,需要为各种信号选择设计合适的信号传输通道,使得高速信号传输的电信号能够保形传输。
④电源完整性表示信电源信号的质量在经过传输后仍保持相对良好,选择和设计良好的电源转换装置、中远距电源供电中继电容器、近距电源供电中继电容器和电源信号传输通道是保证电源完整性的基本要求。
⑤电磁兼容性表示电子系统或设备在所处的电磁环境中能正常工作,同时不对其他电子系统和设备造成干扰 低速信号和高速信号传输对于信号传输通道有着不同的要求;
例如,分辨率为UXGA(1600×1200)的DVI信号,其信号传输速率为1.625Gbps,当该信号在FR4材料的PCB上传输时,其信号带宽波长为:3×10+8÷(4)1/2÷(1.625×10+9×5)≈0.02(m)=20mm,其中,FR4材料的相对介电常数为4。当DVI信号在PCB上传输时,传输通道长度大于1/4带宽波长,即5mm时,就必须被当作高速信号传输。对于模拟信号,信号在传输过程中可以被衰减,但不可以因被叠加较大噪声而使信号失真太多,也不允许信号在传输过程中因传输通道某处阻抗的突变太大引起较严重的反射现象。因此,模拟信号传输被看作高速信号传输,且与信号传输通道的长度无关。
注意
在电子设计中,以高速信号传输代替高速信号设计的概念或高速电路设计的概念才能正确处理信号的保形传输问题。以信号传输速率的高低,或以信号的上升时间或下降时间的大小区分信号是高速还是低速是不科学的,这也是部分电子设计工程师对高速信号传输的误解,必须同时考虑信号的传输速率与信号传输通道的长度。 高速信号的界定标准;重庆高速信号传输HDMI测试
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高速信号传输——电源完整性供电
电源系统完好性
供电传输线完好性
供电中继系统完好性
高速信号传输——电磁兼容
电磁兼容定义
(1)设备中的信号的传输都能够抵抗本设备的干扰和外部的干扰
(2)设备中的信号的传输都不应当产生能够干扰本设备和外部设备工作
高速信号的传输的工程化技术
系统级电磁屏蔽
信号级电磁屏蔽
各种信号或者供电传输线的电磁屏蔽
信号和电源的滤波的技术
系统级电磁屏蔽技术
(1)机箱屏蔽
(2)电缆屏蔽
(3)连接器屏蔽
信号级电磁屏蔽技术
把传输线上的信号作为电磁屏蔽信号(即干扰源)
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阻抗匹配高速数字信号的阻抗匹配非常关键,如果匹配不好,信号会产生较大的上冲和下冲现象,如果幅度超过了数字信号的阈值,就会产生误码。阻抗匹配有串行端接和并行端接两种,由于串行端接功耗低并且端接方便,实际工作中一般采用串行端接。以下利用Hyperlynx仿真工具对端接电阻的影响进行了分析。以74系列建立仿真IBIS模型如图1所示。仿真时选择一个发送端一个接收端,传输线为带状线,设置线宽0.2mm和介电常数为4.5(常用的FR4材料),使传输线的阻抗为51.7Ω。设置信号频率为50MHz的方波,串行端接电阻Rs分别取0Ω、33Ω和100Ω的情况,进行仿真分析,高速信号传输工程化技术内容;安徽HDMI...