我们经常使用到的总线根据数据传输方式的不同,可以分为并行总线和串行总线。
并行总线是数字电路中早也是普遍采用的总线结构。在这种总线上,数据线、地址线、控制线等都是并行传输,比如要传输8位的数据宽度,就需要8根数据信号线同时传输;如果要传输32位的数据宽度,就需要32根数据信号线同时传输。除了数据线以外,如果要寻址比较大的地址空间,还需要很多根地址线的组合来不同的地址空间。图1.7是一个典型的微处理器的并行总线的工作时序,其中包含了1根时钟线、16根数据线、16根地址线以及一些读写控制信号。 数字信号是离散的。它的幅度被限制在一个确定的值。通信数字信号测试价目表
抖动的频率范围。抖动实际上是时间上的噪声,其时间偏差的变化频率可能比较 快也可能比较慢。通常把变化频率超过10Hz以上的抖动成分称为jitter,而变化频率低于 10Hz的抖动成分称为wander(漂移)。wander主要反映的是时钟源随着时间、温度等的缓 慢变化,影响的是时钟或定时信号的***精度。在通信或者信号传输中,由于收发双方都会 采用一定的时钟架构来进行时钟的分配和同步,缓慢的时钟漂移很容易被跟踪上或补偿掉, 因此wander对于数字电路传输的误码率影响不大,高速数字电路测量中关心的主要是高 频的jitter。通信数字信号测试价目表什么是数字信号(DigitalSignal);
采用前向时钟的总线因为有专门的时钟通路,不需要再对数据进行编解码,所以总线效率一般都比较高。还有一个优点是线路噪声和抖动对于时钟和数据线的影响基本是一样的(因为走线通常都在一起),所以对系统的影响可以消除到小。
嵌入式时钟的电路对于线路上的高频抖动非常敏感,而采用前向时钟的电路对高频抖动的敏感度就相对小得多。前向时钟总线典型的数据速率在500Mbps~12Gbps.
在前向时钟的拓扑总线中,时钟速率通常是数据速率的一半(也有采用1/4速率、1/10或其他速率的),数据在上下边沿都采样,也就是通常所说的DDR方式。使用DDR采样的好处是时钟线和数据线在设计上需要的带宽是一样的,任何设计上的局限性(比如传输线的衰减特性)对于时钟和数据线的影响是一样的。
前向时钟在一些关注效率、实时性,同时需要高吞吐量的总线上应用比较,比如DDR总线、GDDR总线、HDMI总线、Intel公司CPU互连的QPI/UPI总线等。
数字信号的时域和频域
数字信号的频率分量可以通过从时域到频域的转换中得到。首先我们要知道时域是真实世界,频域是更好的用于做信号分析的一种数学手段,时域的数字信号可以通过傅里叶变换转变为一个个频率点的正弦波的。这些正弦波就是对应的数字信号的频率分量。假如定义理想方波的边沿时间为0,占空比50%的周期信号,其在傅里叶变换后各频率分量振幅。
可见对于理想方波,其振幅频谱对应的正弦波频率是基频的奇数倍频(在50%的占空比下)。奇次谐波的幅度是按1"下降的(/是频率),也就是-20dB/dec(-20分贝每十倍频)。 数字信号是一种信号与自变量和因变量的分散。变量通常用整数表示的,而因变量的数量有限的数字表示。
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。 数字总线采用的时钟 分配方式大体上可以分为3类,即并行时钟、嵌入式时钟、前向时钟,各有各的应用领域。福建电气性能测试数字信号测试
数字信号带宽、信道带宽、信息速率、基带、频带的带宽;通信数字信号测试价目表
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。通信数字信号测试价目表
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...