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数字信号基础单端信号与差分信号(Single-end and Differential Signals)

数字总线大部分使用单端信号做信号传输，如TTL/CMOS信号都是单端信号。所谓单端信号，是指用一根信号线的高低电平的变化来进行0、1信息的传输，这个电平的高低变化是相对于其公共的参考地平面的。单端信号由于结构简单，可以用简单的晶体管电路实现，而且集成度高、功耗低，因此在数字电路中得到的应用。是一个单端信号的传输模型。

当信号传输速率更高时，为了减小信号的跳变时间和功耗，信号的幅度一般都会相应减小。比如以前大量使用的5V的TTL信号现在使用越来越少，更多使用的是3.3V/2.5V/1.8V/1.5V/1.2V的LVTTL电平，但是信号幅度减小带来的问题是对噪声的容忍能力会变差一些。进一步，很多数字总线现在需要传输更长的距离，从原来芯片间的互连变成板卡间的互连甚至设备间的互连，信号穿过不同的设备时会受到更多噪声的干扰。更极端的情况是收发端的参考地平面可能也不是等电位的。因此，当信号速率变高、传输距离变长后仍然使用单端的方式进行信号传输会带来很大的问题。图1.12是一个受到严重共模噪声干扰的单端信号，对于这种信号，无论接收端的电平判决阈值设置在哪里都可能造成信号的误判。
数字信号是一种信号与自变量和因变量的分散。变量通常用整数表示的，而因变量的数量有限的数字表示。新疆数字信号测试信号完整性测试

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。 新疆数字信号测试信号完整性测试数字设备是由很多电路组成来实现一定的功能，系统中的各个部分通过数字信号的传输来进行信息和数据的交互。

需要注意的是，采用8b/10b编码方式也是有缺点的，比较大的缺点就是8bit到10bit的编码会造成额外的20%的编码开销，所以很多10Gbps左右或更高速率的总线不再使用8b/10b编码方式。比如PCIe1.0和PCIe2.0的总线速率分别为2.5Gbps和5Gbps,都是采用8b/10b编码，而PCle3.0、PCle4.0、PCle5.0的总线速率分别达到8Gbps、16Gbps和32Gbps,并通过效率更高的128b/130b的编码结合扰码的方法来实现直流平衡和嵌入式时钟。另一个例子是FibreChannel总线，1xFC、2xFC、4xFC、8xFC的数据速率分别为1.0625Gbps、2 . 125Gbps,4 . 25Gbps 、8 . 5Gbps,都是采用8b/10b编码，而16xFC 、32xFC 的数据速率分别  为14.025Gbps和28.05Gbps,采用的是效率更高的64b/66b编码方式。64b/66b编码在 10G和100G以太网中也有广泛应用。

 采用AC耦合方式的另一个好处是收发端在做互连时不用太考虑直流偏置点的互相影响， 互连变得非常简单，对于热插拔的支持能力也更好。

(3)有利于信号校验。很多高速信号在进行传输时为了保证传输的可靠性，要对接收 到的信号进行检查以确认收到的信号是否正确。在8b/10bit编码表中，原始的8bit数据总 共有256个组合，即使考虑到每个Byte有正负两个10bit编码，也只需要用到512个10bit 的组合。而10bit的数据总共可以有1024个组合，因此有大约一半的10bit组合是无效的 数据，接收端一旦收到这样的无效组合就可以判决数据无效。另外，前面介绍过数据在传输 过程中要保证直流平衡， 一旦接收端收到的数据中发现违反直流平衡的规则，也可以判决数 据无效。因此采用8b/10b编码以后数据本身就可以提供一定的信号校验功能。需要注意的是，这种校验不是足够可靠，因为理论上还是可能会有几个bit在传输中发生了错误，但 是结果仍然符合8b/10b编码规则和直流平衡原则。因此，很多使用8b/10b编码的总线还 会在上层协议上再做相应的CRC校验(循环冗余校验)。 数字信号处理的解决方案；

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。传统的数字信号带宽计算；新疆数字信号测试信号完整性测试

模拟信号和数字信号的差异；新疆数字信号测试信号完整性测试

数字信号的均衡(Equalization)

前面介绍了预加重或者去加重技术对于克服传输通道损耗、改善高速数字信号接收端信号质量的作用，但是当信号速率进一步提高或者传输距离更长时，**在发送端已不能充分补偿传输通道带来的损耗，这时就需要在接收端同时使用均衡技术来进一步改善信号质量。所谓均衡，是在数字信号的接收端进行的一种补偿高频损耗的技术。常见的信号均衡技术有3种：CTLE(ContinuousTimeLinearEqualization)、FFE(FeedForwardEqualization)和DFE(DecisionFeedbackEqualization).CTLE是在接收端提供一个高通滤波器，这个高通滤波器可以对信号中的主要高频分量进行放大，这一点和发送端的预加重技术带来的效果是类似的。有些速率比较高的总线，为了适应不同链路长度损耗的影响，还支持多挡不同增益的CTLE均衡器。图1.35是PCle5.0总线在接收端使用的CTLE均衡器的频响曲线的例子。 新疆数字信号测试信号完整性测试