为了保证接收端在时钟有效沿时采集到正确的数据,通常都有建立/保持时间的要求,以避免采到数据线上跳变时不稳定的状态,因此这种总线对于时钟和数据线间走线长度的差异都有严格要求。这种并行总线在使用中比较大的挑战是当总线时钟速率超过几百MHz后就很难再提高了,因为其很多根并行线很难满图1.15并行总线的时钟传输足此时苛刻的走线等长的要求,特别是当总线上同时挂有多个设备时。为了解决并行总线工作时钟频率很难提高的问题,一些系统和芯片的设计厂商提出了嵌入式时钟的概念。其思路首先是把原来很多根的并行线用一对或多对高速差分线来代替,节省了布线空间;然后把系统的时钟信息通过数据编码的方式嵌在数据流里,省去了专门的时钟走线。信号到了接收端,接收端采用相应的CDR(clock-datarecovery)电路把数据流中内嵌的时钟信息提取出来再对数据采样。图1.16是一个采用嵌入式时钟的总线例子。数字通信的带宽表征为:bit的传输速率;海南数字信号测试维保
数字信号并行总线与串行总线(Parallel and Serial Bus)
虽然随着技术的发展,现代的数字芯片已经集成了越来越多的功能,但是对于稍微复杂 一点的系统来说,很多时候单独一个芯片很难完成所有的工作,这就需要和其他芯片配合起 来工作。比如现在的CPU的处理能力越来越强,很多CPU内部甚至集成了显示处理的功 能,但是仍然需要配合外部的内存芯片来存储临时的数据,需要配合桥接芯片扩展硬盘、 USB等接口;现代的FPGA内部也可以集成CPU、DSP、RAM、高速收发器等,但有些 场合可能还需要配合用的DSP来进一步提高浮点处理效率,配合额外的内存芯片来扩展 存储空间,配合用的物理层芯片来扩展网口、USB等,或者需要多片FPGA互连来提高处 理能力。所有这一切,都需要用到相应的总线来实现多个数字芯片间的互连。如果我们把 各个功能芯片想象成人体的各个功能,总线就是血脉和经络,通过这些路径,各个功能 模块间才能进行有效的数据交换和协同工作。 安徽HDMI测试数字信号测试数字信号幅度测试的定义;
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:
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。 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。
时间偏差的衡量方法。由于信号边沿的时间偏差可能是由于各种因素造成的,有随机的噪声,还有确定性的干扰。所以这个时间偏差通常不是一个恒定值,而是有一定的统计分布,在不同的应用场合这个测量的结果可能是用有效值(RMS)衡量,也可能是用峰-峰值(peak-peak)衡量,更复杂的场合还会对这个时间偏差的各个成分进行分解和估计。因此抖动的精确测量需要大量的样本以及复杂的算法。对抖动进行衡量和测量时,需要特别注意的是,即使对于同一个信号,如果用不同的方法进行衡量,得到的抖动测量结果也可能不一样,下面是几种常用的抖动测量项目。数字信号处理系统经历了单片DSP处理器、多片DSP处理器并行工作的架构模式。安徽HDMI测试数字信号测试
数字总线采用的时钟 分配方式大体上可以分为3类,即并行时钟、嵌入式时钟、前向时钟,各有各的应用领域。海南数字信号测试维保
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。海南数字信号测试维保
这种并/串转换方法由于不涉及信号的编解码,结构简单,效率较高,但是需要收发端进行精确的时钟同步以控制信号的复用和解复用操作,因此需要专门的时钟传输通道,而且串行信号上一旦出现比较大的抖动就会造成串/并转换的错误。 因此,这种简单的并/串转换方式一般用于比较关注传输效率的芯片间的短距离互连或者一些光端机信号的传输中。另外,由于信号没有经过任何编码,信号中可能会出现比较长的连续的0或者连续的1,因此信号必须采用直流耦合方式,收发端一旦存在比较大的共模或地噪声,会严重影响信号质量,因此这种并/串转换方式用于电信号传输时或者传输速率不太高(通常<1Gbps),或者传输距离不太远(通常<50c...