对于真实的数据信号来说,其频谱会更加复杂一些。比如伪随机序列(PRBS)码流的频谱的包络类似一个sinc函数。图1.4是用同一个发送芯片分别产生的800Mbps和2.5Gbps的PRBS信号的频谱,可以看到虽然输出数据速率不一样,但是信号的主要频谱能量集中在4GHz以内,也并不见得2.5Gbps信号的高频能量就比800Mbps的高很多。
频谱仪是对信号能量的频率分布进行分析的准确的工具,数字工程师可以借助频谱分析仪对被测数字信号的频谱分布进行分析。当没有频谱仪可用时,我们通常根据数字信号的上升时间估算被测信号的频谱能量:
信号的比较高频率成分=0.5/信号上升时间(10%~90%)
或者当使用20%~80%的上升时间标准时,计算公式如下:
信号的比较高频率成分=0.4/信号上升时间(20%~80%) 数字信号带宽用每bit占用的时间间隔的倒数来近似表示,传输速率的单位是bit/s,传输速率=传输信号的带宽。宁夏数字信号测试维修价格
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。 天津数字信号测试眼图测试数字信号的波形分析(Waveform Analysis);
基本上可以看到数字信号的频域分量大部分集中在1/7U,这个频率以下,我们可以将这个频率称之为信号的带宽,工程上可以近似为0.35/0,当对设计要求严格的时候,也可近似为0.5/rro
也就是说,叠加信号带宽(0.35/。)以下的频率分量基本上可以复现边沿时间是tr的数字时;域波形信号。这个频率通常也叫作转折频率或截止频率(Fknee或cutofffrequency)
*信号的能量大部分集中在信号带宽以下,意味着我们在考虑这个信号的传输效应时,主要关注比较高频率可以到信号的带宽。
所以,假如在数字信号的传输过程中可以保证在信号的带宽(0.35亿)以下的频率分量(模拟信号)经过互连路径的质量,则我们可以保证接收到比较完整的数字信号。
然而,我们会在下面看到在考虑信号完整性问题时由于传输路径阻抗不连续对信号的反射,损耗随频率的增加而增加的特性等因素,这些频率分量在传输时会有畸变,从而造成接收到的各个频率的分量叠加在时并不能完全保证复现原有的时域的数字信号。
采用AC耦合方式的另一个好处是收发端在做互连时不用太考虑直流偏置点的互相影响, 互连变得非常简单,对于热插拔的支持能力也更好。
(3)有利于信号校验。很多高速信号在进行传输时为了保证传输的可靠性,要对接收 到的信号进行检查以确认收到的信号是否正确。在8b/10bit编码表中,原始的8bit数据总 共有256个组合,即使考虑到每个Byte有正负两个10bit编码,也只需要用到512个10bit 的组合。而10bit的数据总共可以有1024个组合,因此有大约一半的10bit组合是无效的 数据,接收端一旦收到这样的无效组合就可以判决数据无效。另外,前面介绍过数据在传输 过程中要保证直流平衡, 一旦接收端收到的数据中发现违反直流平衡的规则,也可以判决数 据无效。因此采用8b/10b编码以后数据本身就可以提供一定的信号校验功能。需要注意的是,这种校验不是足够可靠,因为理论上还是可能会有几个bit在传输中发生了错误,但 是结果仍然符合8b/10b编码规则和直流平衡原则。因此,很多使用8b/10b编码的总线还 会在上层协议上再做相应的CRC校验(循环冗余校验)。 数字信号的预加重(Pre-emphasis);
由于真正的预加重电路在实现时需要有相应的放大电路来增加跳变比特的幅度,电路 比较复杂而且增加系统功耗,所以在实际应用时更多采用去加重的方式。去加重技术不是 增大跳变比特的幅度,而是减小非跳变比特的幅度,从而得到和预加重类似的信号波形。 图 1.29是对一个10Gbps的信号进行-3.5dB的去加重后对频谱的影响。可以看到,去加 重主要是通过压缩信号的直流和低频分量(长0 或者长 1 的比特流),从而改善其在传输过 程中可 能造成的对短0或者短1 比特的影响。数字信号的抖动(Jitter);安徽数字信号测试USB测试
传统的数字信号带宽计算;宁夏数字信号测试维修价格
理想的跳变位置。抖动是个相对的时间量,怎么确定信号的理想的跳变位置对于 抖动的测量结果有很关键的影响。对于时钟信号的测量,我们通常关心的是时钟信号是否 精确地等间隔,因此这个理想位置通常是从被测信号中提取的一个等周期分布时钟的跳变 沿;而对于数据信号的测量,我们关心的是这个信号相对于其时钟的位置跳变,因此这个理 想跳变位置就是其时钟有效沿的跳变位置。对于很多采用嵌入式时钟的高速数字电路来 说,由于没有专门的时钟传输通道,情况要更复杂一些,这时的理想跳变位置通常是指用一 个特定的时钟恢复电路(可能是硬件的也可能是软件的)从数据中恢复出的时钟的有效跳 变沿。宁夏数字信号测试维修价格
数字信号基础单端信号与差分信号(Single-end and Differential Signals) 数字总线大部分使用单端信号做信号传输,如TTL/CMOS信号都是单端信号。所谓单端信号,是指用一根信号线的高低电平的变化来进行0、1信息的传输,这个电平的高低变化是相对于其公共的参考地平面的。单端信号由于结构简单,可以用简单的晶体管电路实现,而且集成度高、功耗低,因此在数字电路中得到的应用。是一个单端信号的传输模型。 当信号传输速率更高时,为了减小信号的跳变时间和功耗,信号的幅度一般都会相应减小。比如以前大量使用的5V的TTL信号现在使用越来越少,更多使用的是3.3V/...