为了提高串行数据传输的可靠性,现在很多更高速率的数字接口采用对数据进行编码后再做并/串转换的方式。编码的方式有很多,如8b/9b编码、8b/10b编码、64b/66b编码、128b/130b编码等,下面以当下流行的ANSI8b/10b编码为例进行介绍。
在ANSI8b/10b编码方式中,8bit的数据先通过相应的编码规则转换成10bit的数据,再进行并/串转换;接收端收到信号后先把串行数据进行串/并转换得到10bit的数据,再通过10bit到8bit的解码得到原始传输的8bit数据。因此,如果发送端并行侧的数据速率是8bit×100Mbps,通过8b/10b编码和并/串转换后的串行侧的数据速率就是1bit×1Gbps。8b/10b编码方法早由IBM发明,后来成为ANSI标准的一部分(ANSIX3.230-1994,clause11),并在通信和计算机总线上广泛应用。表1.1是ANSI8b/10b编码表的一部分,以数据0x00为例, 数字信号的眼图分析(Eye Diagram Analysis);海南数字信号数字信号测试
预加重是一种在发送端事先对发送信号的高频分量进行补偿的方法,这种方法的实现是通过增大信号跳变边沿后个比特(跳变比特)的幅度(预加重)来完成的。比如对于一个00111的比特序列来说,做完预加重后序列里个1的幅度会比第二个和第三个1的幅度大。由于跳变比特了信号里的高频分量,所以这种方法实际上提高了发送信号中高频信号的能量。在实际实现时,有时并不是增加跳变比特的幅度,而是相应减小非跳变比特的幅度,减小非跳变比特幅度的这种方法有时又叫去加重(De-emphasis)。图1.26反映的是预加重后信号波形的变化。
对于预加重技术来说,其对信号改善的效果取决于其预加重的幅度的大小,预加重的幅度是指经过预加重后跳变比特相对于非跳变比特幅度的变化。预加重幅度的计算公式如图1.27所示。数字总线中经常使用的预加重有3.5dB、6dB、9.5dB等。对于6dB的预加重来说,相当于从发送端看,跳变比特的电压幅度是非跳变比特电压幅度的2倍。 安徽数字信号测试代理品牌数字信号常用的编码方式有哪些?
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。
采用这种时钟恢复方式后,由于CDR能跟踪数据中的 一 部分低频抖动,所以数据传输 中增加的低频抖动对于接收端采样影响不大,因此更适于长距离传输。(不过由于受到环路 滤波器带宽的限制,数据线上的高频抖动仍然会对接收端采样产生比较大的影响。)
采用嵌入式时钟的缺点在于电路的复杂度增加,而且由于数据编码需要一些额外开销,降低了总线效率。
随着技术的发展,一些对总线效率要求更高的应用中开始采用另一种时钟分配方式,即前向时钟(ForwardClocking)。前向时钟的实现得益于DLL(DelayLockedLoop)电路的成熟。DLL电路比较大的好处是可以很方便地用成熟的CMOS工艺大量集成,而且不会增加抖动。
一个前向时钟的典型应用,总线仍然有单独的时钟传输通路,而与传统并行总线所不同的是接收端每条信号路径上都有一个DLL电路。电路开始工作时可以有一个训练的过程,接收端的DLL在训练过程中可以根据每条链路的时延情况调整时延,从而保证每条数据线都有充足的建立/保持时间。 数字信号幅度测试的定义;
数字信号的建立/保持时间(Setup/HoldTime)
不论数字信号的上升沿是陡还是缓,在信号跳变时总会有一段过渡时间处于逻辑判决阈值的上限和下限之间,从而造成逻辑的不确定状态。更糟糕的是,通常的数字信号都不只一路,可能是多路信号一起传输来一些逻辑和功能状态。这些多路信号之间由于电气特性的不完全一致以及PCB走线路径长短的不同,在到达其接收端时会存在不同的时延,时延的不同会进一步增加逻辑状态的不确定性。
由于我们感兴趣的逻辑状态通常是信号电平稳定以后的状态而不是跳变时所的状态,所以现在大部分数字电路采用同步电路,即系统中有一个统一的工作时钟对信号进行采样。如图1.5所示,虽然信号在跳变过程中可能会有不确定的逻辑状态,但是若我们只在时钟CLK的上升沿对信号进行判决采样,则得到的就是稳定的逻辑状态。 示波器进行数字信号的幅度测试;安徽数字信号测试代理品牌
数字信号的波形分析(Waveform Analysis);海南数字信号数字信号测试
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数字信号测试方法:
需要特别注意,当数字信号的电压介于判决阈值的上限和下限之间时,其逻辑状态是不 确定的状态。所谓的“不确定”是指如果数字信号的电压介于判决阈值的上限和下限之间, 接收端的判决电路有可能把这个状态判决为逻辑0,也有可能判决为逻辑1。这种不确定是 我们不期望的,因此很多数字电路会尽量避免用这种不确定状态进行信号传输,比如会用一 个同步时钟只在信号电平稳定以后再进行采样。
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可以插入控制字符。在10bit数据可以表示的1024个组合中,除了512个组合用 于对应原始的8bit数据以及一些不太好的组合(这样信号里有太长的 连续0或者1,而且明显0、1的数量不平衡)以外,还有一些很特殊的组合。这些特殊的组 合可以用来在数据传输过程中作为控制字符插入。这些控制字符不对应特定的 8bit数据,但是在有些总线应用里可以一些特殊的含义。比如K28.5码型,其特殊的 码型组合可以帮助接收端更容易判别接收到的连续的10bit数据流的符号边界,所以在一 些总线的初始化阶段或数据包的包头都会进行发送。还有一些特殊的符号用于进行链路训 练、标记不同的数据包类型、进行收发端的时钟速率匹配...