通常情況下預加重技術使用在信號的發送端,通過預先對信號的高頻分量進行增強來 補償傳輸通道的損耗。預加重技術由于實現起來相對簡單,所以在很多數據速率超過 1Gbps 的總線中使用,比如PCle,SATA 、USB3 .0 、Displayport等總線中都有使用。當 信號速率進一步提高以后,傳輸通道的高頻損耗更加嚴重,靠發送端的預加重已經不太 夠用,所以很多高速總線除了對預加重的階數進一步提高以外,還會在接收端采用復雜的均 衡技術,比如PCle3.0 、SATA Gen3 、USB3.0 、Displayport HBR2 、10GBase-KR等總線中都 在接收端采用了均衡技術。采用了這些技術后,FR-4等傳統廉價的電路板材料也可以應用 于高速的數字信號傳輸中,從而節約了系統實現的成本。數字信號的波形分析(Waveform Analysis);山西數字信號測試HDMI測試
數字信號并行總線與串行總線(Parallel and Serial Bus)
雖然隨著技術的發展,現代的數字芯片已經集成了越來越多的功能,但是對于稍微復雜 一點的系統來說,很多時候單獨一個芯片很難完成所有的工作,這就需要和其他芯片配合起 來工作。比如現在的CPU的處理能力越來越強,很多CPU內部甚至集成了顯示處理的功 能,但是仍然需要配合外部的內存芯片來存儲臨時的數據,需要配合橋接芯片擴展硬盤、 USB等接口;現代的FPGA內部也可以集成CPU、DSP、RAM、高速收發器等,但有些 場合可能還需要配合用的DSP來進一步提高浮點處理效率,配合額外的內存芯片來擴展 存儲空間,配合用的物理層芯片來擴展網口、USB等,或者需要多片FPGA互連來提高處 理能力。所有這一切,都需要用到相應的總線來實現多個數字芯片間的互連。如果我們把 各個功能芯片想象成人體的各個功能,總線就是血脈和經絡,通過這些路徑,各個功能 模塊間才能進行有效的數據交換和協同工作。 數字信號測試多端口矩陣測試真實的數字信號頻譜;
值得注意的是,在同步電路中,如果要得到穩定的邏輯狀態,對于采樣時鐘和信號間的時序關系是有要求的。比如,如果時鐘的有效邊沿正好對應到數據的跳變區域附近,可能會采樣到不可靠的邏輯狀態。數字電路要得到穩定的邏輯狀態,通常都要求在采樣時鐘有效邊沿到來時被采信號已經提前建立一個新的邏輯狀態,這個提前的時間通常稱為建立時間(SetupTime);同樣,在采樣時鐘的有效邊沿到來后,被采信號還需要保持這個邏輯狀態一定時間以保證采樣數據的穩定,這個時間通常稱為保持時間(HoldTime)。如圖1.6所示是一個典型的D觸發器對建立和保持時間的要求。Data信號在CLK信號的有效邊沿到來t、前必須建立穩定的邏輯狀態,在CLK有效邊沿到來后還要保持當前邏輯狀態至少tn這么久,否則有可能造成數據采樣的錯誤。
對于一個理想的方波信號,其上升沿是無限陡的,從頻域上看 它是由無限多的奇數次諧波構成的,因此一個理想方波可以認為是無限多奇次正弦諧波 的疊加。
但是對于真實的數字信號來說,其上升沿不是無限陡的,因此其高次諧波的能量會受到 限制。比如圖1.3是用同一個時鐘芯片分別產生的50MHz和250MHz的時鐘信號的頻 譜,我們可以看到雖然兩種情況下輸出時鐘頻率不一樣,但是信號的主要頻譜能量都集中在 5GHz以內,并不見得250MHz時鐘的頻譜分布就一定比50MHz時鐘的大5倍。 高速數字接口原理與測試;
簡單的去加重實現方法是把輸出信號延時一個或多個比特后乘以一個加權系數并和 原信號相加。一個實現4階去加重的簡單原理圖。
去加重方法實際上壓縮了信號直流電平的幅度,去加重的比例越大,信號直流電平被壓縮得越厲害,因此去加重的幅度在實際應用中一般很少超過-9.5dB。做完預加重或者去加重的信號,如果在信號的發送端(TX)直接觀察,并不是理想的眼圖。圖1.31所示是在發送端看到的一個帶-3.5dB預加重的10Gbps的信號眼圖,從中可以看到有明顯的“雙眼皮”現象。 數字信號帶寬、信道帶寬、信息速率、基帶、頻帶的帶寬;數字信號測試多端口矩陣測試
數字信號是指用一組特殊的狀態來描述信號;山西數字信號測試HDMI測試
數字信號基礎單端信號與差分信號(Single-end and Differential Signals)
數字總線大部分使用單端信號做信號傳輸,如TTL/CMOS信號都是單端信號。所謂單端信號,是指用一根信號線的高低電平的變化來進行0、1信息的傳輸,這個電平的高低變化是相對于其公共的參考地平面的。單端信號由于結構簡單,可以用簡單的晶體管電路實現,而且集成度高、功耗低,因此在數字電路中得到的應用。是一個單端信號的傳輸模型。
當信號傳輸速率更高時,為了減小信號的跳變時間和功耗,信號的幅度一般都會相應減小。比如以前大量使用的5V的TTL信號現在使用越來越少,更多使用的是3.3V/2.5V/1.8V/1.5V/1.2V的LVTTL電平,但是信號幅度減小帶來的問題是對噪聲的容忍能力會變差一些。進一步,很多數字總線現在需要傳輸更長的距離,從原來芯片間的互連變成板卡間的互連甚至設備間的互連,信號穿過不同的設備時會受到更多噪聲的干擾。更極端的情況是收發端的參考地平面可能也不是等電位的。因此,當信號速率變高、傳輸距離變長后仍然使用單端的方式進行信號傳輸會帶來很大的問題。圖1.12是一個受到嚴重共模噪聲干擾的單端信號,對于這種信號,無論接收端的電平判決閾值設置在哪里都可能造成信號的誤判。
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