海南電氣性能測試數字信號測試

數字信號的預加重(Pre-emphasis)

如前所述，很多常用的電路板材料或者電纜在高頻時都會呈現出高損耗的特性。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到極限從而對信號有較大的損耗，這可能導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，從而出現傳輸誤碼。如果我們觀察高速的數字信號經過長的傳輸通道傳輸后到達接收端的眼圖，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：一種是在設計中使用較為昂貴的電路板材料；另一種是仍然沿用現有材料，但采用某種技術來補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，我們通常會優先嘗試相應的信號補償技術，預加重(Pre-emphasis)和均衡就是高速數字電路中常用的兩種信號補償技術。
數字信號的時鐘分配（Clock Distribution）;海南電氣性能測試數字信號測試

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。海南電氣性能測試數字信號測試什么是模擬信號和數字信號是什么。

采用這種時鐘恢復方式后，由于CDR能跟蹤數據中的 一 部分低頻抖動，所以數據傳輸 中增加的低頻抖動對于接收端采樣影響不大，因此更適于長距離傳輸。(不過由于受到環路 濾波器帶寬的限制，數據線上的高頻抖動仍然會對接收端采樣產生比較大的影響。)

采用嵌入式時鐘的缺點在于電路的復雜度增加，而且由于數據編碼需要一些額外開銷，降低了總線效率。

隨著技術的發展，一些對總線效率要求更高的應用中開始采用另一種時鐘分配方式，即前向時鐘(ForwardClocking)。前向時鐘的實現得益于DLL(DelayLockedLoop)電路的成熟。DLL電路比較大的好處是可以很方便地用成熟的CMOS工藝大量集成，而且不會增加抖動。

一個前向時鐘的典型應用，總線仍然有單獨的時鐘傳輸通路，而與傳統并行總線所不同的是接收端每條信號路徑上都有一個DLL電路。電路開始工作時可以有一個訓練的過程，接收端的DLL在訓練過程中可以根據每條鏈路的時延情況調整時延，從而保證每條數據線都有充足的建立/保持時間。

建立時間和保持時間加起來的時間稱為建立/保持時間窗口，是接收端對于信號保持在 同一個邏輯狀態的**小的時間要求。數字信號的比特寬度如果窄于這個時間窗口就肯定無 法同時滿足建立時間和保持時間的要求，所以接收端對于建立/保持時間窗口大小的要求實 際上決定了這個電路能夠工作的比較高的數據速率。通常工 作速率高一些的芯片，很短的建 立時間、保持時間就可以保證電路可靠工作，而工作速率低一 些的芯片則會要求比較長的建 立時間和保持時間。

另外要注意的是， 一個數字電路能夠可靠工作的比較高數據速率不僅取決于接收端對于 建立/保持時間的要求，輸出端的上升時間過緩、輸出幅度偏小、信號和時鐘中有抖動、信號 有畸變等很多因素都會消耗信號建立/保持時間的裕量。因此一個數字電路能夠達到的比較高數據傳輸速率與發送芯片、接收芯片以及傳輸路徑都有關系。

建立時間和保持時間是數字電路非常重要的概念，是接收端可靠信號接收的**基本要 求，也是數字電路可靠工作的基礎。可以說，大部分數字信號的測量項目如數據速率、信號 幅度、眼圖、抖動等的測量都是為了間接保證信號滿足接收端對建立時間和保持時間的要 求，在以后章節的論述中我們可以慢慢體會。 波形參數測試室數字信號測試常用的測量方法，隨著數字信號速率的提高，波形參數的測量方法越來越不適用了。

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， 數字信號上升時間是示波器中進行上升時間測量例子，光標交叉點指示出上升時間測量的起始點和結束點的位置；海南電氣性能測試數字信號測試

高速數字接口原理與測試；海南電氣性能測試數字信號測試

要想得到零邊沿時間的理想方波，理論上是需要無窮大頻率的頻率分量。如果比較高只考慮到某個頻率點處的頻率分量，則來出的時域波形邊沿時間會蛻化，會使得邊沿時間增大。例如，一個頻率為500MHz的理想方波，其5次諧波分量是2500M,如果把5次諧波以內所有分量成時域信號，貝U其邊沿時間大概是0.35/2500M=0.14ns,即140ps。

我們可以把數字信號假設為一個時間軸上無窮的梯形波的周期信號，它的傅里葉變換

對應于每個頻率點的正弦波的幅度，我們可以勾勒出虛線所示的頻譜包絡線， 可以看到它有兩個轉折頻率分別對應1/材和1/”（刁是半周期，。是邊沿時間）

從1/叫轉折頻率開始，頻譜的諧波分量是按I/?下降的，也就是-40dB/dec （-40分貝每 十倍頻，即每增大十倍頻率，諧波分量減小100倍）。可以看到相對于理想方波，從這個頻 率開始，信號的諧波分量大大減小。 海南電氣性能測試數字信號測試