多端口矩阵测试数字信号测试高速信号传输

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。
数字信号的眼图分析（Eye Diagram Analysis）;多端口矩阵测试数字信号测试高速信号传输

对于一个理想的方波信号，其上升沿是无限陡的，从频域上看 它是由无限多的奇数次谐波构成的，因此一个理想方波可以认为是无限多奇次正弦谐波 的叠加。

但是对于真实的数字信号来说，其上升沿不是无限陡的，因此其高次谐波的能量会受到 限制。比如图1.3是用同一个时钟芯片分别产生的50MHz和250MHz的时钟信号的频 谱，我们可以看到虽然两种情况下输出时钟频率不一样，但是信号的主要频谱能量都集中在 5GHz以内，并不见得250MHz时钟的频谱分布就一定比50MHz时钟的大5倍。 PCI-E测试数字信号测试配件数字信号处理系统设计流程；

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。采用了这些技术后，FR-4等传统廉价的电路板材料也可以应用 于高速的数字信号传输中，从而节约了系统实现的成本。

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。
数字信号抖动的成因（Root Cause of Jitter）;

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。
数字信号处理系统的性能取决于3个因素：采样频率、架构、字长。中国澳门数字信号测试眼图测试

模拟信号和数字信号的相互转换；多端口矩阵测试数字信号测试高速信号传输

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。 多端口矩阵测试数字信号测试高速信号传输

深圳市力恩科技有限公司是一家一般经营项目是：仪器仪表的研发、租赁、销售、上门维修；物联网产品的研发及销售；无源射频产品的研发及销售；电子产品及电子元器件的销售；仪器仪表、物联网、无源射频产品的相关技术咨询；软件的研发以及销售，软件技术咨询服务等。的公司，是一家集研发、设计、生产和销售为一体的专业化公司。公司自创立以来，投身于实验室配套，误码仪/示波器，矢量网络分析仪，协议分析仪，是仪器仪表的主力军。力恩科技致力于把技术上的创新展现成对用户产品上的贴心，为用户带来良好体验。力恩科技始终关注仪器仪表市场，以敏锐的市场洞察力，实现与客户的成长共赢。