这种方法由于不需要单独的时钟走线,各对差分线可以采用各自的CDR电路,所以对各对线的等长要求不太严格(即使要求严格也很容易实现,因为走线数量减少,而且信号都是点对点传输)。为了把时钟信息嵌在数据流里,需要对数据进行编码,比较常用的编码方式有ANSI的8b/10b编码、64b/66b编码、曼彻斯特编码、特殊的数据编码以及对数据进行加扰等。
嵌入式时钟结构的关键在于CDR电路,CDR的工作原理如图1.17所示。CDR通常用一个PLL电路实现,可以从数据中提取时钟。PLL电路通过鉴相器(PhaseDetector)比较输入信号和本地VCO(压控振荡器)间的相差,并把相差信息通过环路滤波器(Filter)滤波后转换成低频的对VCO的控制电压信号,通过不断的比较和调整终实现本地VCO对输入信号的时钟锁定。 对于一个数字信号,要进行可靠的0、1信号传输,就必须满足一定的电平、幅度、时序等标准的要求。测量数字信号测试代理品牌
这种并/串转换方法由于不涉及信号的编解码,结构简单,效率较高,但是需要收发端进行精确的时钟同步以控制信号的复用和解复用操作,因此需要专门的时钟传输通道,而且串行信号上一旦出现比较大的抖动就会造成串/并转换的错误。
因此,这种简单的并/串转换方式一般用于比较关注传输效率的芯片间的短距离互连或者一些光端机信号的传输中。另外,由于信号没有经过任何编码,信号中可能会出现比较长的连续的0或者连续的1,因此信号必须采用直流耦合方式,收发端一旦存在比较大的共模或地噪声,会严重影响信号质量,因此这种并/串转换方式用于电信号传输时或者传输速率不太高(通常<1Gbps),或者传输距离不太远(通常<50cm)的场合。 测量数字信号测试代理品牌传输线对数字信号的影响;
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。
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。 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。
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。模拟信号和数字信号的相互转换;测量数字信号测试代理品牌
数字信号带宽、信道带宽、信息速率、基带、频带的带宽;测量数字信号测试代理品牌
时域数字信号转换得到的频域信号如果起来,则可以复现原来的时域信号。
描绘了直流频率分量加上基频频率分量与直流频域分量加上基频和3倍频频率分量,以及5倍频率分量成的时域信号之间的差别,我们可以看到不同频域分量的所造成的时域信号边沿的差别。频域里包含的频域分量越多,这些频域分量成的时域信号越接近 真实的数字信号,高频谐波分量主要影响信号边沿时间,低频的分量影响幅度。当然,如果 时域数字信号转变岀的一个个频率点的正弦波都叠加起来,则可以完全复现原来的时域 数字信号。其中复原信号的不连续点的震荡被称为吉布斯震荡现象。 测量数字信号测试代理品牌
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...