黑龙江设备数字信号测试

数字信号的抖动(Jitter)

抖动的概念

抖动(Jitter)是数字信号，尤其是高速数字信号的一个非常关键的概念。如图1.40所 示，抖动反映的是数字信号偏离其理想位置的时间偏差。

高频数字信号的比特周期都非常短，一般为几百ps甚至几十ps,很小的抖动都会造成信号采样位置的变化从而造成数据误判，所以高频数字信号对于抖动都有严格的要求。抖动这个概念说起来简单，但实际上仔细研究起来是非常复杂的，关于其概念的理解有以下几个需要注意的方面：
数字信号是离散的。它的幅度被限制在一个确定的值。黑龙江设备数字信号测试

数字信号并行总线与串行总线(Parallel and Serial Bus)

虽然随着技术的发展，现代的数字芯片已经集成了越来越多的功能，但是对于稍微复杂  一点的系统来说，很多时候单独一个芯片很难完成所有的工作，这就需要和其他芯片配合起  来工作。比如现在的CPU的处理能力越来越强，很多CPU内部甚至集成了显示处理的功  能，但是仍然需要配合外部的内存芯片来存储临时的数据，需要配合桥接芯片扩展硬盘、 USB等接口；现代的FPGA内部也可以集成CPU、DSP、RAM、高速收发器等，但有些  场合可能还需要配合用的DSP来进一步提高浮点处理效率，配合额外的内存芯片来扩展  存储空间，配合用的物理层芯片来扩展网口、USB等，或者需要多片FPGA互连来提高处  理能力。所有这一切，都需要用到相应的总线来实现多个数字芯片间的互连。如果我们把  各个功能芯片想象成人体的各个功能，总线就是血脉和经络，通过这些路径，各个功能  模块间才能进行有效的数据交换和协同工作。 广西数字信号测试联系人数字通信的带宽表征为：bit的传输速率；

采用并行总线的另外一个问题在于总线的吞吐量很难持续提升。对于并行总线来说， 其总线吞吐量=数据线位数×数据速率。我们可以通过提升数据线的位数来提高总线吞吐  量，也可以通过提升数据速率来提高总线吞吐量。以个人计算机中曾经非常流行的PCI总  线为例，其**早推出时总线是32位的数据线，工作时钟频率是33MHz,其总线吞吐量=  32bit×33MHz;后来为了提升其总线吞吐量推出的PCI-X总线，把总线宽度扩展到64位， 工作时钟频率比较高提升到133MHz,其总线吞吐量=64bit×133MHz。是PCI插槽  和PCI-X插槽的一个对比，可以看到PCI-X由于使用了更多的数据线，其插槽更长。

但是随着人们对于总线吞吐量要求的不断提高，这种提升总线带宽的方式遇到了瓶颈。首先由于芯片尺寸和布线空间的限制，64位数据宽度已经几乎是极限了。另外，这64根数据线共用一个采样时钟，为了保证所有的信号都满足其建立保持时间的要求，在PCB上布线、换层、拐弯时需要保证精确等长。而总线工作速率越高，对于各条线的等长要求就越高，对于这么多根信号要实现等长的布线是很难做到的。

用逻辑分析仪采集到的一个实际的8位总线的工作时序，可以看到在数据从0x00跳变到0xFF状态过程中，这8根线实际并不是精确一起跳变的。

对于典型的3.3V的低电压TTL(LVTTL)信号来说，判决阈值的下限是0.8V,判决阈 值的上限是2.0V。正是由于判决阈值的存在，使得数字信号相对于模拟信号来说有更高的 可靠性和抗噪声的能力。比如对于3.3V的LVTTL信号来说，当信号输出电压为0V时， 只要噪声或者干扰的幅度不超过0.8V,就不会把逻辑状态由0误判为1;同样，当信号输出  电压为3.3V时，只要噪声或者干扰的幅度不会使信号电压低于2.0V,就不会把逻辑状态  由1误判为0。

从上面的例子可以看到，数字信号抗噪声和干扰的能力是比较强的。但也需要注意，这 个“强”是相对的，如果噪声或干扰的影响使得信号的电压超出了其正常逻辑的判决区间，数字信号也仍然有可能产生错误的数据传输。在许多场合，我们对数字信号质量进行分析和 测试的基本目的就是要保证其信号电平在进行采样时满足基本的逻辑判决条件。 数字信号的波形分析（Waveform Analysis）;

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。 数字信号的抖动（Jitter）;宁夏HDMI测试数字信号测试

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。黑龙江设备数字信号测试

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。 黑龙江设备数字信号测试

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