我们经常使用到的总线根据数据传输方式的不同,可以分为并行总线和串行总线。
并行总线是数字电路中早也是普遍采用的总线结构。在这种总线上,数据线、地址线、控制线等都是并行传输,比如要传输8位的数据宽度,就需要8根数据信号线同时传输;如果要传输32位的数据宽度,就需要32根数据信号线同时传输。除了数据线以外,如果要寻址比较大的地址空间,还需要很多根地址线的组合来不同的地址空间。图1.7是一个典型的微处理器的并行总线的工作时序,其中包含了1根时钟线、16根数据线、16根地址线以及一些读写控制信号。 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。中国澳门数字信号测试调试
数字信号的抖动(Jitter)
抖动的概念
抖动(Jitter)是数字信号,尤其是高速数字信号的一个非常关键的概念。如图1.40所 示,抖动反映的是数字信号偏离其理想位置的时间偏差。
高频数字信号的比特周期都非常短,一般为几百ps甚至几十ps,很小的抖动都会造成信号采样位置的变化从而造成数据误判,所以高频数字信号对于抖动都有严格的要求。抖动这个概念说起来简单,但实际上仔细研究起来是非常复杂的,关于其概念的理解有以下几个需要注意的方面:
中国澳门数字信号测试调试数字信号上升时间是示波器中进行上升时间测量例子,光标交叉点指示出上升时间测量的起始点和结束点的位置;
为了提高信号在高速率、长距离情况下传输的可靠性,大部分高速的数字串行总线都会采用差分信号进行信号传输。差分信号是用一对反相的差分线进行信号传输,发送端采用差分的发送器,接收端相应采用差分的接收器。图1.13是一个差分线的传输模型及真实的差分PCB走线。
采用差分传输方式后,由于差分线对中正负信号的走线是紧密耦合在一起的,所以外界噪声对于两根信号线的影响是一样的。而在接收端,由于其接收器是把正负信号相减的结果作为逻辑判决的依据,因此即使信号线上有严重的共模噪声或者地电平的波动,对于的逻辑电平判决影响很小。相对于单端传输方式,差分传输方式的抗干扰、抗共模噪声能力 提高。
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。 数字信号的预加重(Pre-emphasis);
抖动的频率范围。抖动实际上是时间上的噪声,其时间偏差的变化频率可能比较 快也可能比较慢。通常把变化频率超过10Hz以上的抖动成分称为jitter,而变化频率低于 10Hz的抖动成分称为wander(漂移)。wander主要反映的是时钟源随着时间、温度等的缓 慢变化,影响的是时钟或定时信号的***精度。在通信或者信号传输中,由于收发双方都会 采用一定的时钟架构来进行时钟的分配和同步,缓慢的时钟漂移很容易被跟踪上或补偿掉, 因此wander对于数字电路传输的误码率影响不大,高速数字电路测量中关心的主要是高 频的jitter。数字 信号处理系统的基本组成;中国澳门数字信号测试调试
波形参数测试室数字信号测试常用的测量方法,随着数字信号速率的提高,波形参数的测量方法越来越不适用了。中国澳门数字信号测试调试
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, 中国澳门数字信号测试调试
通常情况下预加重技术使用在信号的发送端,通过预先对信号的高频分量进行增强来 补偿传输通道的损耗。预加重技术由于实现起来相对简单,所以在很多数据速率超过 1Gbps 的总线中使用,比如PCle,SATA 、USB3 .0 、Displayport等总线中都有使用。当 信号速率进一步提高以后,传输通道的高频损耗更加严重,靠发送端的预加重已经不太 够用,所以很多高速总线除了对预加重的阶数进一步提高以外,还会在接收端采用复杂的均 衡技术,比如PCle3.0 、SATA Gen3 、USB3.0 、Displayport HBR2 、10GBase-KR等总线中都 在接收端采用了均衡技术。采用了这些技术...