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。 数字通信的带宽表征为:bit的传输速率;解决方案数字信号测试哪里买
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。 解决方案数字信号测试哪里买高速数字接口原理与测试;
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。
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。 数字信号处理技术经过几十年的发展已经相当成熟,目前在很多领域都有着宽敞的应用。
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, 上升时间是数字信号另一个非常关键的参数,它反映了一个数字信号在电平切换时边沿变化的快慢。解决方案数字信号测试哪里买
数字信号的抖动(Jitter);解决方案数字信号测试哪里买
伪随机码型(PRBS)
在进行数字接口的测试时,有时会用到一些特定的测试码型。比如我们在进行信号质量测试时,如果被测件发送的只是一些规律跳变的码型,可能不了真实通信时的恶劣情况,所以测试时我们会希望被测件发出的数据尽可能地随机以恶劣的情况。同时,因为这种数据流很多时候只是为了测试使用的,用户的被测件在正常工作时还是要根据特定的协议发送真实的数据流,因此产生这种随机数据码流的电路比较好尽可能简单,不要额外占用太多的硬件资源。那么怎么用简单的方法产生尽可能随机一些的数据流输出呢?首先,因为真正随机的码流是很难用简单的电路实现的,所以我们只需要生成尽可能随机的码流就可以了,其中常用的一种数据码流是PRBS(PseudoRandomBinarySequence,伪随机码)码流。PRBS码的产生非常简单,图1.21是PRBS7的产生原理,只需要用到7个移位寄存器和简单的异或门就可以实现。 解决方案数字信号测试哪里买
数据经过8b/10b编码后有以下优点: (1)有足够多的跳变沿,可以从数据中进行时钟恢复。正常传输的数据中可能会有比较长的连续的0或者连续的1,而进行完8b/10b编码后,其编码规则保证了编码后的数据流中不会出现超过5个连续的0或1,信号中会出现足够多的跳变沿,因此可以采用嵌入式的时钟方式,即接收端可以从数据流中通过PLL电路直接恢复时钟,不需要专门的时钟传输通道。 (2)直流平衡,可以采用AC耦合方式。经过编码后数据中不会出现连续的0或者1, 但还是有可能在某个时间段内0或者1的数量偏多一些。从上面的编码表中我们可以看 到,同一个Byte对应有正、负两组10bit的编码, 一...