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解決方案數字信號測試

來源: 發布時間:2024-04-29

需要注意的是,采用8b/10b編碼方式也是有缺點的,比較大的缺點就是8bit到10bit的編碼會造成額外的20%的編碼開銷,所以很多10Gbps左右或更高速率的總線不再使用8b/10b編碼方式。比如PCIe1.0和PCIe2.0的總線速率分別為2.5Gbps和5Gbps,都是采用8b/10b編碼,而PCle3.0、PCle4.0、PCle5.0的總線速率分別達到8Gbps、16Gbps和32Gbps,并通過效率更高的128b/130b的編碼結合擾碼的方法來實現直流平衡和嵌入式時鐘。另一個例子是FibreChannel總線,1xFC、2xFC、4xFC、8xFC的數據速率分別為1.0625Gbps、2 . 125Gbps,4 . 25Gbps 、8 . 5Gbps,都是采用8b/10b編碼,而16xFC 、32xFC 的數據速率分別  為14.025Gbps和28.05Gbps,采用的是效率更高的64b/66b編碼方式。64b/66b編碼在 10G和100G以太網中也有廣泛應用。數字信號帶寬、信道帶寬、信息速率、基帶、頻帶的帶寬;解決方案數字信號測試

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數字信號的時域和頻域

數字信號的頻率分量可以通過從時域到頻域的轉換中得到。首先我們要知道時域是真實世界,頻域是更好的用于做信號分析的一種數學手段,時域的數字信號可以通過傅里葉變換轉變為一個個頻率點的正弦波的。這些正弦波就是對應的數字信號的頻率分量。假如定義理想方波的邊沿時間為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,其振幅頻譜對應的正弦波頻率是基頻的奇數倍頻(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)。 電氣性能測試數字信號測試方案商數字信號處理技術經過幾十年的發展已經相當成熟,目前在很多領域都有著寬敞的應用。

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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。

對于并行總線來說,更致命的是這種總線上通常掛有多個設備,且讀寫共用,各種信號分叉造成的反射問題使得信號質量進一步惡化。

為了解決并行總線占用尺寸過大且對布線等長要求過于苛刻的問題,隨著芯片技術的發展和速度的提升,越來越多的數字接口開始采用串行總線。所謂串行總線,就是并行的數據在總線上不再是并行地傳輸,而是時分復用在一根或幾根線上傳輸。比如在并行總線上 傳輸1Byte的數據寬度需要8根線,而如果把這8根線上的信號時分復用在一根線上就可 以減少需要的走線數量,同時也不需要再考慮8根線之間的等長關系。 數字信號抖動的成因(Root Cause of Jitter);

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數字信號的建立/保持時間(Setup/HoldTime)

不論數字信號的上升沿是陡還是緩,在信號跳變時總會有一段過渡時間處于邏輯判決閾值的上限和下限之間,從而造成邏輯的不確定狀態。更糟糕的是,通常的數字信號都不只一路,可能是多路信號一起傳輸來一些邏輯和功能狀態。這些多路信號之間由于電氣特性的不完全一致以及PCB走線路徑長短的不同,在到達其接收端時會存在不同的時延,時延的不同會進一步增加邏輯狀態的不確定性。

由于我們感興趣的邏輯狀態通常是信號電平穩定以后的狀態而不是跳變時所的狀態,所以現在大部分數字電路采用同步電路,即系統中有一個統一的工作時鐘對信號進行采樣。如圖1.5所示,雖然信號在跳變過程中可能會有不確定的邏輯狀態,但是若我們只在時鐘CLK的上升沿對信號進行判決采樣,則得到的就是穩定的邏輯狀態。 上升時間是數字信號另一個非常關鍵的參數,它反映了一個數字信號在電平切換時邊沿變化的快慢。電氣性能測試數字信號測試方案商

數字 信號處理系統的基本組成;解決方案數字信號測試

偽隨機碼型(PRBS)

在進行數字接口的測試時,有時會用到一些特定的測試碼型。比如我們在進行信號質量測試時,如果被測件發送的只是一些規律跳變的碼型,可能不了真實通信時的惡劣情況,所以測試時我們會希望被測件發出的數據盡可能地隨機以惡劣的情況。同時,因為這種數據流很多時候只是為了測試使用的,用戶的被測件在正常工作時還是要根據特定的協議發送真實的數據流,因此產生這種隨機數據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生盡可能隨機一些的數據流輸出呢?首先,因為真正隨機的碼流是很難用簡單的電路實現的,所以我們只需要生成盡可能隨機的碼流就可以了,其中常用的一種數據碼流是PRBS(PseudoRandomBinarySequence,偽隨機碼)碼流。PRBS碼的產生非常簡單,圖1.21是PRBS7的產生原理,只需要用到7個移位寄存器和簡單的異或門就可以實現。 解決方案數字信號測試

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