数字信号的预加重(Pre-emphasis)
如前所述,很多常用的电路板材料或者电缆在高频时都会呈现出高损耗的特性。目前的高速串行总线速度不断提升,使得流行的电路板材料达到极限从而对信号有较大的损耗,这可能导致接收端的信号极其恶劣以至于无法正确还原和解码信号,从而出现传输误码。如果我们观察高速的数字信号经过长的传输通道传输后到达接收端的眼图,它可能是闭合的或者接近闭合的。因此工程师可以有两种选择:一种是在设计中使用较为昂贵的电路板材料;另一种是仍然沿用现有材料,但采用某种技术来补偿传输通道的损耗影响。考虑到在高速率的情况下低损耗的电路板材料和电缆的成本过高,我们通常会优先尝试相应的信号补偿技术,预加重(Pre-emphasis)和均衡就是高速数字电路中常用的两种信号补偿技术。
示波器进行数字信号的幅度测试;USB测试数字信号测试联系方式
建立时间和保持时间加起来的时间称为建立/保持时间窗口,是接收端对于信号保持在 同一个逻辑状态的**小的时间要求。数字信号的比特宽度如果窄于这个时间窗口就肯定无 法同时满足建立时间和保持时间的要求,所以接收端对于建立/保持时间窗口大小的要求实 际上决定了这个电路能够工作的比较高的数据速率。通常工 作速率高一些的芯片,很短的建 立时间、保持时间就可以保证电路可靠工作,而工作速率低一 些的芯片则会要求比较长的建 立时间和保持时间。
另外要注意的是, 一个数字电路能够可靠工作的比较高数据速率不仅取决于接收端对于 建立/保持时间的要求,输出端的上升时间过缓、输出幅度偏小、信号和时钟中有抖动、信号 有畸变等很多因素都会消耗信号建立/保持时间的裕量。因此一个数字电路能够达到的比较高数据传输速率与发送芯片、接收芯片以及传输路径都有关系。
建立时间和保持时间是数字电路非常重要的概念,是接收端可靠信号接收的**基本要 求,也是数字电路可靠工作的基础。可以说,大部分数字信号的测量项目如数据速率、信号 幅度、眼图、抖动等的测量都是为了间接保证信号满足接收端对建立时间和保持时间的要 求,在以后章节的论述中我们可以慢慢体会。 DDR测试数字信号测试热线模拟信号和数字信号之间的区别吗?
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。
要把并行的信号通过串行总线传输,一般需要对数据进行并/串转换。为了进一步减少传输线的数量和提高传输距离,很多高速数据总线采用嵌入式时钟和8b/10b的数据编码方式。8b/10b编码由于直流平衡、支持AC耦合、可嵌入时钟信息、抗共模干扰能力强、编解码结构相对简单等优点,在很多高速的数字总线如FiberChannel、PCIe、SATA、USB3.0、DisplayPort、XAUI、RapidIO等接口上得到广泛应用。图1.20是一路串行的2.5Gbps的8b/10b编码后的数据流以及相应的解码结果,从中可以明显看到解出的K28.5等控制码以及相应的数据信息。数字信号可通过分时将大量信号合成为一个信号(称复用信号),通过某个处理器处理后,再将信号解复用;
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。
数字信号处理中的基础运算;DDR测试数字信号测试热线
抖动是数字信号,特别是高速数字信号重要的一个概念,越是高速的信号,其比特周期越短对于抖动要求就严格;USB测试数字信号测试联系方式
简单的预加重对信号的频谱改善并不是完美的,比如其频率响应曲线并不一定与实际 的传输通道的损耗曲线相匹配,所以高速率总线会采用阶数更高、更复杂的预加重技术。 图1.28所示是一个3阶的预加重,其除了对跳变沿后面的第1个比特进行预加重处理外,跳变沿 之后的第2个比特的幅度也有变化。跳变沿后第1个比特的幅度变化有时也叫Post Cursorl,
跳变沿后的第2个比特的幅度变化有时也叫Post Cursor2。有些总线如PCIe3.0,会对跳变 沿前面的1个比特的幅度也进行调整,叫作Pre Cursor1,有时也称为PreShoot。 USB测试数字信号测试联系方式