为了提高串行数据传输的可靠性,现在很多更高速率的数字接口采用对数据进行编码后再做并/串转换的方式。编码的方式有很多,如8b/9b编码、8b/10b编码、64b/66b编码、128b/130b编码等,下面以当下流行的ANSI8b/10b编码为例进行介绍。
在ANSI8b/10b编码方式中,8bit的数据先通过相应的编码规则转换成10bit的数据,再进行并/串转换;接收端收到信号后先把串行数据进行串/并转换得到10bit的数据,再通过10bit到8bit的解码得到原始传输的8bit数据。因此,如果发送端并行侧的数据速率是8bit×100Mbps,通过8b/10b编码和并/串转换后的串行侧的数据速率就是1bit×1Gbps。8b/10b编码方法早由IBM发明,后来成为ANSI标准的一部分(ANSIX3.230-1994,clause11),并在通信和计算机总线上广泛应用。表1.1是ANSI8b/10b编码表的一部分,以数据0x00为例, 幅度测量是数字信号常用的测量,也是很多其他参数侧鲁昂的基础。DDR测试数字信号测试销售厂
数字信号并行总线与串行总线(Parallel and Serial Bus)
虽然随着技术的发展,现代的数字芯片已经集成了越来越多的功能,但是对于稍微复杂 一点的系统来说,很多时候单独一个芯片很难完成所有的工作,这就需要和其他芯片配合起 来工作。比如现在的CPU的处理能力越来越强,很多CPU内部甚至集成了显示处理的功 能,但是仍然需要配合外部的内存芯片来存储临时的数据,需要配合桥接芯片扩展硬盘、 USB等接口;现代的FPGA内部也可以集成CPU、DSP、RAM、高速收发器等,但有些 场合可能还需要配合用的DSP来进一步提高浮点处理效率,配合额外的内存芯片来扩展 存储空间,配合用的物理层芯片来扩展网口、USB等,或者需要多片FPGA互连来提高处 理能力。所有这一切,都需要用到相应的总线来实现多个数字芯片间的互连。如果我们把 各个功能芯片想象成人体的各个功能,总线就是血脉和经络,通过这些路径,各个功能 模块间才能进行有效的数据交换和协同工作。 河北机械数字信号测试数字信号的建立/保持时间(Setup/Hold Time);
采用同步时钟的电路减少了出现逻辑不确定状态的可能性,而且可以减小电路和信号布线时延的累积效应,所以在现代的数字系统和设备中***采用。采用同步电路以后,数字电路就以一定的时钟节拍工作,我们把数字信号每秒钟跳变的比较大速率称为信号的数据速率(BitRate),单位通常是bps(bitspersecond)或者bit/s。大部分并行总线的数据速率和系统中时钟的工作频率一致,比如某51系列单片机工作在11.0592MHz时钟下,其数据线上的数据速率就是11.0592Mbps;也有些特殊的场合采用DDR方式(DoubleDataRate)采样,数据速率是其时钟工作频率的2倍,比如某DDR4内存芯片,其工作时钟是1333MHz,其数据速率是2666Mbps。还有些高速传输的情况,比如PCle、USB3.0、SATA、RapidIO、100G以太网等总线,时钟信息是通过编码嵌入在数据流中,这种情况下虽然在外部看不到有专门的时钟传输通道,但是其工作起来仍然有特定的数据速率。
预加重是一种在发送端事先对发送信号的高频分量进行补偿的方法,这种方法的实现是通过增大信号跳变边沿后个比特(跳变比特)的幅度(预加重)来完成的。比如对于一个00111的比特序列来说,做完预加重后序列里个1的幅度会比第二个和第三个1的幅度大。由于跳变比特了信号里的高频分量,所以这种方法实际上提高了发送信号中高频信号的能量。在实际实现时,有时并不是增加跳变比特的幅度,而是相应减小非跳变比特的幅度,减小非跳变比特幅度的这种方法有时又叫去加重(De-emphasis)。图1.26反映的是预加重后信号波形的变化。
对于预加重技术来说,其对信号改善的效果取决于其预加重的幅度的大小,预加重的幅度是指经过预加重后跳变比特相对于非跳变比特幅度的变化。预加重幅度的计算公式如图1.27所示。数字总线中经常使用的预加重有3.5dB、6dB、9.5dB等。对于6dB的预加重来说,相当于从发送端看,跳变比特的电压幅度是非跳变比特电压幅度的2倍。 数字信号取值是散的,通过数学方法对原有信号处理,编码成二进制信号后,再载波的方式发送编码后的数字流。
数字信号的上升时间(Rising Time)
任何一个真实的数字信号在由一个逻辑电平状态跳转到另一个逻辑电平状态时,其中间的过渡时间都不会是无限短的。信号电平跳变的过渡时间越短,说明信号边沿越陡。我们通常使用上升时间(RisingTime)这个参数来衡量信号边沿的陡缓程度,通常上升时间是指数字信号由幅度的10%增加到幅度的90%所花的时间(也有些场合会使用20%~80%的上升时间或其他标准)。上升时间越短,说明信号越陡峭。大部分数字信号的下降时间(信号从幅度的90%下降到幅度的10%所花的时间)和上升时间差不多(也有例外)。图1.2比较了两种不同上升时间的数字信号。上升时间可以客观反映信号边沿的陡缓程度,而且由于计算和测量简单,所以得到的应用。对有些非常高速的串行数字信号,如PCIe、USB3.0、100G以太网等信号,由于信号速率很高,传输线对信号的损耗很大,信号波形中很难找到稳定的幅度10%和90%的位置,所以有时也会用幅度20%~80%的上升时间来衡量信号的陡缓程度。通常速率越高的信号其上升时间也会更陡一些(但不一定速率低的信号上升时间一定就缓),上升时间是数字信号分析中的一个非常重要的概念,后面我们会反复提及和用到这个概念。 传输线对数字信号的影响;DDR测试数字信号测试维修价格
模拟信号和数字信号的相互转换;DDR测试数字信号测试销售厂
数字信号的时钟分配(ClockDistribution)
前面讲过,对于数字电路来说,目前绝大部分的场合都是采用同步逻辑电路,而同步逻辑电路中必不可少的就是时钟。数字信号的可靠传输依赖于准确的时钟采样,一般情况下发送端和接收端都需要使用相同频率的工作时钟才可以保证数据不会丢失(有些特殊的应用中收发端可以采用大致相同频率工作时钟,但需要在数据格式或协议层面做些特殊处理)。为了把发送端的时钟信息传递到接收端以进行正确的信号采样,数字总线采用的时钟分配方式大体上可以分为3类,即并行时钟、嵌入式时钟、前向时钟,各有各的应用领域。 DDR测试数字信号测试销售厂
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