信息化數字信號測試故障

很多經典的處理器采用了并行的總線架構。比如大家熟知的51單片機就采用了8根并行數據線和16根地址線；CPU的鼻祖——Intel公司的8086微處理器——**初推出時具有16根并行數據線和16根地址線；

現在很多嵌入式系統中多使用的ARM處理器則大部分使用32根數據線以及若干根地址線。并行總線的比較大好處是總線的邏輯時序比較簡單，電路實現起來比較容易；但是缺點也是非常明顯的，比如并行總線的信號線數量非常多，會占用大量的引腳和布線空間，因此芯片和PCB的尺寸很難實現小型化，特別是如果要用電纜進行遠距離傳輸時，由于信號線的數量非常多，使得電纜變得非常昂貴和笨重。 數字信號處理系統設計流程；信息化數字信號測試故障

可以插入控制字符。在10bit數據可以表示的1024個組合中，除了512個組合用 于對應原始的8bit數據以及一些不太好的組合(這樣信號里有太長的 連續0或者1,而且明顯0、1的數量不平衡)以外，還有一些很特殊的組合。這些特殊的組 合可以用來在數據傳輸過程中作為控制字符插入。這些控制字符不對應特定的 8bit數據，但是在有些總線應用里可以一些特殊的含義。比如K28.5碼型，其特殊的 碼型組合可以幫助接收端更容易判別接收到的連續的10bit數據流的符號邊界，所以在一 些總線的初始化階段或數據包的包頭都會進行發送。還有一些特殊的符號用于進行鏈路訓 練、標記不同的數據包類型、進行收發端的時鐘速率匹配等。北京多端口矩陣測試數字信號測試模擬信號和數字信號的相互轉換；

為了保證接收端在時鐘有效沿時采集到正確的數據，通常都有建立/保持時間的要求，以避免采到數據線上跳變時不穩定的狀態，因此這種總線對于時鐘和數據線間走線長度的差異都有嚴格要求。這種并行總線在使用中比較大的挑戰是當總線時鐘速率超過幾百MHz后就很難再提高了，因為其很多根并行線很難滿圖1.15并行總線的時鐘傳輸足此時苛刻的走線等長的要求，特別是當總線上同時掛有多個設備時。為了解決并行總線工作時鐘頻率很難提高的問題，一些系統和芯片的設計廠商提出了嵌入式時鐘的概念。其思路首先是把原來很多根的并行線用一對或多對高速差分線來代替，節省了布線空間；然后把系統的時鐘信息通過數據編碼的方式嵌在數據流里，省去了專門的時鐘走線。信號到了接收端，接收端采用相應的CDR(clock-datarecovery)電路把數據流中內嵌的時鐘信息提取出來再對數據采樣。圖1.16是一個采用嵌入式時鐘的總線例子。

為了提高串行數據傳輸的可靠性，現在很多更高速率的數字接口采用對數據進行編碼后再做并/串轉換的方式。編碼的方式有很多，如8b/9b編碼、8b/10b編碼、64b/66b編碼、128b/130b編碼等，下面以當下流行的ANSI8b/10b編碼為例進行介紹。

在ANSI8b/10b編碼方式中，8bit的數據先通過相應的編碼規則轉換成10bit的數據，再進行并/串轉換；接收端收到信號后先把串行數據進行串/并轉換得到10bit的數據，再通過10bit到8bit的解碼得到原始傳輸的8bit數據。因此，如果發送端并行側的數據速率是8bit×100Mbps,通過8b/10b編碼和并/串轉換后的串行側的數據速率就是1bit×1Gbps。8b/10b編碼方法早由IBM發明，后來成為ANSI標準的一部分(ANSIX3.230-1994,clause11),并在通信和計算機總線上廣泛應用。表1.1是ANSI8b/10b編碼表的一部分，以數據0x00為例， 數字信號的波形分析（Waveform Analysis）;

數字信號基礎單端信號與差分信號(Single-end and Differential Signals)

數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行0、1信息的傳輸，這個電平的高低變化是相對于其公共的參考地平面的。單端信號由于結構簡單，可以用簡單的晶體管電路實現，而且集成度高、功耗低，因此在數字電路中得到的應用。是一個單端信號的傳輸模型。

當信號傳輸速率更高時，為了減小信號的跳變時間和功耗，信號的幅度一般都會相應減小。比如以前大量使用的5V的TTL信號現在使用越來越少，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。進一步，很多數字總線現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備間的互連，信號穿過不同的設備時會受到更多噪聲的干擾。更極端的情況是收發端的參考地平面可能也不是等電位的。因此，當信號速率變高、傳輸距離變長后仍然使用單端的方式進行信號傳輸會帶來很大的問題。圖1.12是一個受到嚴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置在哪里都可能造成信號的誤判。
數字信號幅度測試的定義；北京多端口矩陣測試數字信號測試

數字信號的帶寬（Bandwidth）;信息化數字信號測試故障

基本上可以看到數字信號的頻域分量大部分集中在1/7U,這個頻率以下，我們可以將這個頻率稱之為信號的帶寬，工程上可以近似為0.35/0,當對設計要求嚴格的時候，也可近似為0.5/rro

也就是說，疊加信號帶寬（0.35/。）以下的頻率分量基本上可以復現邊沿時間是tr的數字時;域波形信號。這個頻率通常也叫作轉折頻率或截止頻率（Fknee或cutofffrequency）

*信號的能量大部分集中在信號帶寬以下，意味著我們在考慮這個信號的傳輸效應時，主要關注比較高頻率可以到信號的帶寬。

所以，假如在數字信號的傳輸過程中可以保證在信號的帶寬（0.35億）以下的頻率分量（模擬信號）經過互連路徑的質量，則我們可以保證接收到比較完整的數字信號。

然而，我們會在下面看到在考慮信號完整性問題時由于傳輸路徑阻抗不連續對信號的反射，損耗隨頻率的增加而增加的特性等因素，這些頻率分量在傳輸時會有畸變，從而造成接收到的各個頻率的分量疊加在時并不能完全保證復現原有的時域的數字信號。 信息化數字信號測試故障

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