數(shù)字信號基礎(chǔ)單端信號與差分信號(Single-end and Differential Signals)

數(shù)字總線大部分使用單端信號做信號傳輸，如TTL/CMOS信號都是單端信號。所謂單端信號，是指用一根信號線的高低電平的變化來進(jìn)行0、1信息的傳輸，這個(gè)電平的高低變化是相對于其公共的參考地平面的。單端信號由于結(jié)構(gòu)簡單，可以用簡單的晶體管電路實(shí)現(xiàn)，而且集成度高、功耗低，因此在數(shù)字電路中得到的應(yīng)用。是一個(gè)單端信號的傳輸模型。

當(dāng)信號傳輸速率更高時(shí)，為了減小信號的跳變時(shí)間和功耗，信號的幅度一般都會相應(yīng)減小。比如以前大量使用的5V的TTL信號現(xiàn)在使用越來越少，更多使用的是3.3V/2.5V/1.8V/1.5V/1.2V的LVTTL電平，但是信號幅度減小帶來的問題是對噪聲的容忍能力會變差一些。進(jìn)一步，很多數(shù)字總線現(xiàn)在需要傳輸更長的距離，從原來芯片間的互連變成板卡間的互連甚至設(shè)備間的互連，信號穿過不同的設(shè)備時(shí)會受到更多噪聲的干擾。更極端的情況是收發(fā)端的參考地平面可能也不是等電位的。因此，當(dāng)信號速率變高、傳輸距離變長后仍然使用單端的方式進(jìn)行信號傳輸會帶來很大的問題。圖1.12是一個(gè)受到嚴(yán)重共模噪聲干擾的單端信號，對于這種信號，無論接收端的電平判決閾值設(shè)置在哪里都可能造成信號的誤判。
數(shù)字信號的時(shí)鐘分配（Clock Distribution）;吉林?jǐn)?shù)字信號測試檢修

偽隨機(jī)碼型(PRBS)

在進(jìn)行數(shù)字接口的測試時(shí)，有時(shí)會用到一些特定的測試碼型。比如我們在進(jìn)行信號質(zhì)量測試時(shí)，如果被測件發(fā)送的只是一些規(guī)律跳變的碼型，可能不了真實(shí)通信時(shí)的惡劣情況，所以測試時(shí)我們會希望被測件發(fā)出的數(shù)據(jù)盡可能地隨機(jī)以惡劣的情況。同時(shí)，因?yàn)檫@種數(shù)據(jù)流很多時(shí)候只是為了測試使用的，用戶的被測件在正常工作時(shí)還是要根據(jù)特定的協(xié)議發(fā)送真實(shí)的數(shù)據(jù)流，因此產(chǎn)生這種隨機(jī)數(shù)據(jù)碼流的電路比較好盡可能簡單，不要額外占用太多的硬件資源。那么怎么用簡單的方法產(chǎn)生盡可能隨機(jī)一些的數(shù)據(jù)流輸出呢?首先，因?yàn)檎嬲S機(jī)的碼流是很難用簡單的電路實(shí)現(xiàn)的，所以我們只需要生成盡可能隨機(jī)的碼流就可以了，其中常用的一種數(shù)據(jù)碼流是PRBS(PseudoRandomBinarySequence,偽隨機(jī)碼)碼流。PRBS碼的產(chǎn)生非常簡單，圖1.21是PRBS7的產(chǎn)生原理，只需要用到7個(gè)移位寄存器和簡單的異或門就可以實(shí)現(xiàn)。 通信數(shù)字信號測試價(jià)格優(yōu)惠上升時(shí)間是數(shù)字信號另一個(gè)非常關(guān)鍵的參數(shù)，它反映了一個(gè)數(shù)字信號在電平切換時(shí)邊沿變化的快慢。

這種方法由于不需要單獨(dú)的時(shí)鐘走線，各對差分線可以采用各自的CDR電路，所以對各對線的等長要求不太嚴(yán)格(即使要求嚴(yán)格也很容易實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樽呔€數(shù)量減少，而且信號都是點(diǎn)對點(diǎn)傳輸)。為了把時(shí)鐘信息嵌在數(shù)據(jù)流里，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，比較常用的編碼方式有ANSI的8b/10b編碼、64b/66b編碼、曼徹斯特編碼、特殊的數(shù)據(jù)編碼以及對數(shù)據(jù)進(jìn)行加擾等。

嵌入式時(shí)鐘結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵在于CDR電路，CDR的工作原理如圖1.17所示。CDR通常用一個(gè)PLL電路實(shí)現(xiàn)，可以從數(shù)據(jù)中提取時(shí)鐘。PLL電路通過鑒相器(PhaseDetector)比較輸入信號和本地VCO(壓控振蕩器)間的相差，并把相差信息通過環(huán)路濾波器(Filter)濾波后轉(zhuǎn)換成低頻的對VCO的控制電壓信號，通過不斷的比較和調(diào)整終實(shí)現(xiàn)本地VCO對輸入信號的時(shí)鐘鎖定。

數(shù)字信號的預(yù)加重(Pre-emphasis)

如前所述，很多常用的電路板材料或者電纜在高頻時(shí)都會呈現(xiàn)出高損耗的特性。目前的高速串行總線速度不斷提升，使得流行的電路板材料達(dá)到極限從而對信號有較大的損耗，這可能導(dǎo)致接收端的信號極其惡劣以至于無法正確還原和解碼信號，從而出現(xiàn)傳輸誤碼。如果我們觀察高速的數(shù)字信號經(jīng)過長的傳輸通道傳輸后到達(dá)接收端的眼圖，它可能是閉合的或者接近閉合的。因此工程師可以有兩種選擇：一種是在設(shè)計(jì)中使用較為昂貴的電路板材料；另一種是仍然沿用現(xiàn)有材料，但采用某種技術(shù)來補(bǔ)償傳輸通道的損耗影響。考慮到在高速率的情況下低損耗的電路板材料和電纜的成本過高，我們通常會優(yōu)先嘗試相應(yīng)的信號補(bǔ)償技術(shù)，預(yù)加重(Pre-emphasis)和均衡就是高速數(shù)字電路中常用的兩種信號補(bǔ)償技術(shù)。
數(shù)字信號的眼圖分析（Eye Diagram Analysis）;

數(shù)字信號的時(shí)域和頻域

數(shù)字信號的頻率分量可以通過從時(shí)域到頻域的轉(zhuǎn)換中得到。首先我們要知道時(shí)域是真實(shí)世界，頻域是更好的用于做信號分析的一種數(shù)學(xué)手段，時(shí)域的數(shù)字信號可以通過傅里葉變換轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)個(gè)頻率點(diǎn)的正弦波的。這些正弦波就是對應(yīng)的數(shù)字信號的頻率分量。假如定義理想方波的邊沿時(shí)間為0,占空比50%的周期信號，其在傅里葉變換后各頻率分量振幅。

可見對于理想方波，其振幅頻譜對應(yīng)的正弦波頻率是基頻的奇數(shù)倍頻(在50%的占空比下)。奇次諧波的幅度是按1"下降的(/是頻率)，也就是-20dB/dec(-20分貝每十倍頻)。 傳統(tǒng)的數(shù)字信號帶寬計(jì)算；吉林?jǐn)?shù)字信號測試檢修

數(shù)字信號是由“0”和“1”。吉林?jǐn)?shù)字信號測試檢修

數(shù)字信號的時(shí)鐘分配(ClockDistribution)

前面講過，對于數(shù)字電路來說，目前絕大部分的場合都是采用同步邏輯電路，而同步邏輯電路中必不可少的就是時(shí)鐘。數(shù)字信號的可靠傳輸依賴于準(zhǔn)確的時(shí)鐘采樣，一般情況下發(fā)送端和接收端都需要使用相同頻率的工作時(shí)鐘才可以保證數(shù)據(jù)不會丟失(有些特殊的應(yīng)用中收發(fā)端可以采用大致相同頻率工作時(shí)鐘，但需要在數(shù)據(jù)格式或協(xié)議層面做些特殊處理)。為了把發(fā)送端的時(shí)鐘信息傳遞到接收端以進(jìn)行正確的信號采樣，數(shù)字總線采用的時(shí)鐘分配方式大體上可以分為3類，即并行時(shí)鐘、嵌入式時(shí)鐘、前向時(shí)鐘，各有各的應(yīng)用領(lǐng)域。 吉林?jǐn)?shù)字信號測試檢修

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