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数字信号测试基本参数
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建立时间和保持时间加起来的时间称为建立/保持时间窗口,是接收端对于信号保持在 同一个逻辑状态的**小的时间要求。数字信号的比特宽度如果窄于这个时间窗口就肯定无 法同时满足建立时间和保持时间的要求,所以接收端对于建立/保持时间窗口大小的要求实 际上决定了这个电路能够工作的比较高的数据速率。通常工 作速率高一些的芯片,很短的建 立时间、保持时间就可以保证电路可靠工作,而工作速率低一 些的芯片则会要求比较长的建 立时间和保持时间。

另外要注意的是, 一个数字电路能够可靠工作的比较高数据速率不仅取决于接收端对于 建立/保持时间的要求,输出端的上升时间过缓、输出幅度偏小、信号和时钟中有抖动、信号 有畸变等很多因素都会消耗信号建立/保持时间的裕量。因此一个数字电路能够达到的比较高数据传输速率与发送芯片、接收芯片以及传输路径都有关系。

建立时间和保持时间是数字电路非常重要的概念,是接收端可靠信号接收的**基本要 求,也是数字电路可靠工作的基础。可以说,大部分数字信号的测量项目如数据速率、信号 幅度、眼图、抖动等的测量都是为了间接保证信号满足接收端对建立时间和保持时间的要 求,在以后章节的论述中我们可以慢慢体会。 传输线对数字信号的影响;西藏数字信号测试HDMI测试

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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。 安徽设备数字信号测试数字信号的建立/保持时间(Setup/Hold Time);

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时间偏差的衡量方法。由于信号边沿的时间偏差可能是由于各种因素造成的,有随机的噪声,还有确定性的干扰。所以这个时间偏差通常不是一个恒定值,而是有一定的统计分布,在不同的应用场合这个测量的结果可能是用有效值(RMS)衡量,也可能是用峰-峰值(peak-peak)衡量,更复杂的场合还会对这个时间偏差的各个成分进行分解和估计。因此抖动的精确测量需要大量的样本以及复杂的算法。对抖动进行衡量和测量时,需要特别注意的是,即使对于同一个信号,如果用不同的方法进行衡量,得到的抖动测量结果也可能不一样,下面是几种常用的抖动测量项目。

采用串行总线以后,就单根线来说,由于上面要传输原来多根线传输的数据,所以其工作速率一般要比相应的并行总线高很多。比如以前计算机上的扩展槽上使用的PCI总线采用并行32位的数据线,每根数据线上的数据传输速率是33Mbps,演变到PCle(PCI-express)的串行版本后每根线上的数据速率至少是2.5Gbps(PCIel.0代标准),现在PCIe的数据速率已经达到了16Gbps(PCIe4.0代标准)或32Gbps(PCIe5.0代标准)。采用串行总线的另一个好处是在提高数据传输速率的同时节省了布线空间,芯片的功耗也降低了,所以在现代的电子设备中,当需要进行高速数据传输时,使用串行总线的越来越多。

数据速率提高以后,对于阻抗匹配、线路损耗和抖动的要求就更高,稍不注意就很容易产生信号质量的问题。图1.10是一个典型的1Gbps的信号从发送端经过芯片封装、PCB、连接器、背板传输到接收端的信号路径,可以看到在发送端的接近理想的0、1跳变的数字信号到达接收端后由于高频损耗、反射等的影响,信号波形已经变得非常恶劣,所以串行总线的设计对于数字电路工程师来说是一个很大的挑战。 数字信号的时钟分配(Clock Distribution);

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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。
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;山西数字信号测试故障

数字信号抖动的成因(Root Cause of Jitter);西藏数字信号测试HDMI测试

需要注意的是,采用8b/10b编码方式也是有缺点的,比较大的缺点就是8bit到10bit的编码会造成额外的20%的编码开销,所以很多10Gbps左右或更高速率的总线不再使用8b/10b编码方式。比如PCIe1.0和PCIe2.0的总线速率分别为2.5Gbps和5Gbps,都是采用8b/10b编码,而PCle3.0、PCle4.0、PCle5.0的总线速率分别达到8Gbps、16Gbps和32Gbps,并通过效率更高的128b/130b的编码结合扰码的方法来实现直流平衡和嵌入式时钟。另一个例子是FibreChannel总线,1xFC、2xFC、4xFC、8xFC的数据速率分别为1.0625Gbps、2 . 125Gbps,4 . 25Gbps 、8 . 5Gbps,都是采用8b/10b编码,而16xFC 、32xFC 的数据速率分别  为14.025Gbps和28.05Gbps,采用的是效率更高的64b/66b编码方式。64b/66b编码在 10G和100G以太网中也有广泛应用。西藏数字信号测试HDMI测试

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简单的去加重实现方法是把输出信号延时一个或多个比特后乘以一个加权系数并和 原信号相加。一个实现4阶去加重的简单原理图。 去加重方法实际上压缩了信号直流电平的幅度,去加重的比例越大,信号直流电平被压缩得越厉害,因此去加重的幅度在实际应用中一般很少超过-9.5dB。做完预加重或者去加重的信号,如果在信号的发送端(TX)直接观察,并不是理想的眼图。图1.31所示是在发送端看到的一个带-3.5dB预加重的10Gbps的信号眼图,从中可以看到有明显的“双眼皮”现象。 模拟信号和数字信号之间的区别吗?辽宁数字信号测试价格优惠 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...

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