为了保证接收端在时钟有效沿时采集到正确的数据,通常都有建立/保持时间的要求,以避免采到数据线上跳变时不稳定的状态,因此这种总线对于时钟和数据线间走线长度的差异都有严格要求。这种并行总线在使用中比较大的挑战是当总线时钟速率超过几百MHz后就很难再提高了,因为其很多根并行线很难满图1.15并行总线的时钟传输足此时苛刻的走线等长的要求,特别是当总线上同时挂有多个设备时。为了解决并行总线工作时钟频率很难提高的问题,一些系统和芯片的设计厂商提出了嵌入式时钟的概念。其思路首先是把原来很多根的并行线用一对或多对高速差分线来代替,节省了布线空间;然后把系统的时钟信息通过数据编码的方式嵌在数据流里,省去了专门的时钟走线。信号到了接收端,接收端采用相应的CDR(clock-datarecovery)电路把数据流中内嵌的时钟信息提取出来再对数据采样。图1.16是一个采用嵌入式时钟的总线例子。数字此案好的上升时间(Rising Time);山东数字信号测试联系方式
数字信号的带宽(Bandwidth)
在进行数字信号的分析和测试时,了解我们要分析的数字信号的带宽是很重要的一点,它决定了我们进行电路设计时对PCB走线和传输介质传输带宽的要求,也决定了测试对仪表的要求。
数字信号的带宽可以大概理解为数字信号的能量在频域的一个分布范围,由于数字信号不是正弦波,有很多高次谐波成分,所以其在频域的能量分布是一个比较复杂的问题。
传统上做数字电路设计的工程师习惯根据信号的5次谐波来估算带宽,比如如果信号的数据速率是100Mbps,其快的0101的跳变波形相当于50MHz的方波时钟,这个方波时钟的5次谐波成分是250MHz,因此信号的带宽大概就在250MHz以内。这种方法看起来很合理,因为5次谐波对于重建信号的基本波形形状是非常重要的,但这种方法对于需要进行精确波形参数测量的场合来说就不太准确了。比如同样是50MHz 的信号,如果上升沿很陡接近理想方波,其高次谐波能量就比较大;而如果上升沿很缓接近 正弦波,其高次谐波能量就很小。
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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, 一个编码中1的数量多一些,另一个编码中 0 的数量多一些。数据在对当前的Byte进行8b/10b编码传输时,会根据前面历史传输的 数据中正负bit的数量来选择使用哪一组编码,从而可以保证总线上正负bit的数量在任何 时刻基本都是平衡的,也就是直流点不会发生大的变化。直流点平衡以后,在信号传输的路 径上我们就可以采用AC耦合方式(常用的方法是在发送端或接收端串接隔直电容),这 样信号对于收发端的地电平变化和共模噪声的抵抗能力进一步增强,可以传输更远的距离。
值得注意的是,在同步电路中,如果要得到稳定的逻辑状态,对于采样时钟和信号间的时序关系是有要求的。比如,如果时钟的有效边沿正好对应到数据的跳变区域附近,可能会采样到不可靠的逻辑状态。数字电路要得到稳定的逻辑状态,通常都要求在采样时钟有效边沿到来时被采信号已经提前建立一个新的逻辑状态,这个提前的时间通常称为建立时间(SetupTime);同样,在采样时钟的有效边沿到来后,被采信号还需要保持这个逻辑状态一定时间以保证采样数据的稳定,这个时间通常称为保持时间(HoldTime)。如图1.6所示是一个典型的D触发器对建立和保持时间的要求。Data信号在CLK信号的有效边沿到来t、前必须建立稳定的逻辑状态,在CLK有效边沿到来后还要保持当前逻辑状态至少tn这么久,否则有可能造成数据采样的错误。数字信号处理系统架构分析;
伪随机码型(PRBS)
在进行数字接口的测试时,有时会用到一些特定的测试码型。比如我们在进行信号质量测试时,如果被测件发送的只是一些规律跳变的码型,可能不了真实通信时的恶劣情况,所以测试时我们会希望被测件发出的数据尽可能地随机以恶劣的情况。同时,因为这种数据流很多时候只是为了测试使用的,用户的被测件在正常工作时还是要根据特定的协议发送真实的数据流,因此产生这种随机数据码流的电路比较好尽可能简单,不要额外占用太多的硬件资源。那么怎么用简单的方法产生尽可能随机一些的数据流输出呢?首先,因为真正随机的码流是很难用简单的电路实现的,所以我们只需要生成尽可能随机的码流就可以了,其中常用的一种数据码流是PRBS(PseudoRandomBinarySequence,伪随机码)码流。PRBS码的产生非常简单,图1.21是PRBS7的产生原理,只需要用到7个移位寄存器和简单的异或门就可以实现。 什么是模拟信号和数字信号是什么。山东数字信号测试联系方式
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什么是数字信号(DigitalSignal)
典型的数字设备是由很多电路组成来实现一定的功能的,系统中的各个部分主要通过数字信号的传输来进行信息和数据的交互。
数字信号通过其0、1的逻辑状态的变化来一定的含义,典型的数字信号用两个不同的信号电平来分别逻辑0和逻辑1的状态(有些更复杂的数字电路会采用多个信号电平实现更多信息的传输)。真实的世界中并不存在理想的逻辑0、1状态,所以真实情况下只是用一定的信号电平的电压范围来相应的逻辑状态。比如图1.1中,当信号的电压低于判决阈值(中间的虚线部分)的下限时逻辑0状态,当信号的电压高于判决阈值的上限时逻辑1状态。 山东数字信号测试联系方式
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