數(shù)字信號(hào)基礎(chǔ)單端信號(hào)與差分信號(hào)(Single-end and Differential Signals)

數(shù)字總線大部分使用單端信號(hào)做信號(hào)傳輸，如TTL/CMOS信號(hào)都是單端信號(hào)。所謂單端信號(hào)，是指用一根信號(hào)線的高低電平的變化來(lái)進(jìn)行0、1信息的傳輸，這個(gè)電平的高低變化是相對(duì)于其公共的參考地平面的。單端信號(hào)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以用簡(jiǎn)單的晶體管電路實(shí)現(xiàn)，而且集成度高、功耗低，因此在數(shù)字電路中得到的應(yīng)用。是一個(gè)單端信號(hào)的傳輸模型。

當(dāng)信號(hào)傳輸速率更高時(shí)，為了減小信號(hào)的跳變時(shí)間和功耗，信號(hào)的幅度一般都會(huì)相應(yīng)減小。比如以前大量使用的5V的TTL信號(hào)現(xiàn)在使用越來(lái)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(hào)幅度減小帶來(lái)的問(wèn)題是對(duì)噪聲的容忍能力會(huì)變差一些。進(jìn)一步，很多數(shù)字總線現(xiàn)在需要傳輸更長(zhǎng)的距離，從原來(lái)芯片間的互連變成板卡間的互連甚至設(shè)備間的互連，信號(hào)穿過(guò)不同的設(shè)備時(shí)會(huì)受到更多噪聲的干擾。更極端的情況是收發(fā)端的參考地平面可能也不是等電位的。因此，當(dāng)信號(hào)速率變高、傳輸距離變長(zhǎng)后仍然使用單端的方式進(jìn)行信號(hào)傳輸會(huì)帶來(lái)很大的問(wèn)題。圖1.12是一個(gè)受到嚴(yán)重共模噪聲干擾的單端信號(hào)，對(duì)于這種信號(hào)，無(wú)論接收端的電平判決閾值設(shè)置在哪里都可能造成信號(hào)的誤判。
數(shù)字信號(hào)的時(shí)鐘分配（Clock Distribution）;吉林?jǐn)?shù)字信號(hào)測(cè)試檢修

偽隨機(jī)碼型(PRBS)

在進(jìn)行數(shù)字接口的測(cè)試時(shí)，有時(shí)會(huì)用到一些特定的測(cè)試碼型。比如我們?cè)谶M(jìn)行信號(hào)質(zhì)量測(cè)試時(shí)，如果被測(cè)件發(fā)送的只是一些規(guī)律跳變的碼型，可能不了真實(shí)通信時(shí)的惡劣情況，所以測(cè)試時(shí)我們會(huì)希望被測(cè)件發(fā)出的數(shù)據(jù)盡可能地隨機(jī)以惡劣的情況。同時(shí)，因?yàn)檫@種數(shù)據(jù)流很多時(shí)候只是為了測(cè)試使用的，用戶的被測(cè)件在正常工作時(shí)還是要根據(jù)特定的協(xié)議發(fā)送真實(shí)的數(shù)據(jù)流，因此產(chǎn)生這種隨機(jī)數(shù)據(jù)碼流的電路比較好盡可能簡(jiǎn)單，不要額外占用太多的硬件資源。那么怎么用簡(jiǎn)單的方法產(chǎn)生盡可能隨機(jī)一些的數(shù)據(jù)流輸出呢?首先，因?yàn)檎嬲S機(jī)的碼流是很難用簡(jiǎn)單的電路實(shí)現(xiàn)的，所以我們只需要生成盡可能隨機(jī)的碼流就可以了，其中常用的一種數(shù)據(jù)碼流是PRBS(PseudoRandomBinarySequence,偽隨機(jī)碼)碼流。PRBS碼的產(chǎn)生非常簡(jiǎn)單，圖1.21是PRBS7的產(chǎn)生原理，只需要用到7個(gè)移位寄存器和簡(jiǎn)單的異或門就可以實(shí)現(xiàn)。 通信數(shù)字信號(hào)測(cè)試價(jià)格優(yōu)惠上升時(shí)間是數(shù)字信號(hào)另一個(gè)非常關(guān)鍵的參數(shù)，它反映了一個(gè)數(shù)字信號(hào)在電平切換時(shí)邊沿變化的快慢。

這種方法由于不需要單獨(dú)的時(shí)鐘走線，各對(duì)差分線可以采用各自的CDR電路，所以對(duì)各對(duì)線的等長(zhǎng)要求不太嚴(yán)格(即使要求嚴(yán)格也很容易實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樽呔€數(shù)量減少，而且信號(hào)都是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸)。為了把時(shí)鐘信息嵌在數(shù)據(jù)流里，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，比較常用的編碼方式有ANSI的8b/10b編碼、64b/66b編碼、曼徹斯特編碼、特殊的數(shù)據(jù)編碼以及對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加擾等。

嵌入式時(shí)鐘結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵在于CDR電路，CDR的工作原理如圖1.17所示。CDR通常用一個(gè)PLL電路實(shí)現(xiàn)，可以從數(shù)據(jù)中提取時(shí)鐘。PLL電路通過(guò)鑒相器(PhaseDetector)比較輸入信號(hào)和本地VCO(壓控振蕩器)間的相差，并把相差信息通過(guò)環(huán)路濾波器(Filter)濾波后轉(zhuǎn)換成低頻的對(duì)VCO的控制電壓信號(hào)，通過(guò)不斷的比較和調(diào)整終實(shí)現(xiàn)本地VCO對(duì)輸入信號(hào)的時(shí)鐘鎖定。

數(shù)字信號(hào)的預(yù)加重(Pre-emphasis)

如前所述，很多常用的電路板材料或者電纜在高頻時(shí)都會(huì)呈現(xiàn)出高損耗的特性。目前的高速串行總線速度不斷提升，使得流行的電路板材料達(dá)到極限從而對(duì)信號(hào)有較大的損耗，這可能導(dǎo)致接收端的信號(hào)極其惡劣以至于無(wú)法正確還原和解碼信號(hào)，從而出現(xiàn)傳輸誤碼。如果我們觀察高速的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)的傳輸通道傳輸后到達(dá)接收端的眼圖，它可能是閉合的或者接近閉合的。因此工程師可以有兩種選擇：一種是在設(shè)計(jì)中使用較為昂貴的電路板材料；另一種是仍然沿用現(xiàn)有材料，但采用某種技術(shù)來(lái)補(bǔ)償傳輸通道的損耗影響?？紤]到在高速率的情況下低損耗的電路板材料和電纜的成本過(guò)高，我們通常會(huì)優(yōu)先嘗試相應(yīng)的信號(hào)補(bǔ)償技術(shù)，預(yù)加重(Pre-emphasis)和均衡就是高速數(shù)字電路中常用的兩種信號(hào)補(bǔ)償技術(shù)。
數(shù)字信號(hào)的眼圖分析（Eye Diagram Analysis）;

數(shù)字信號(hào)的時(shí)域和頻域

數(shù)字信號(hào)的頻率分量可以通過(guò)從時(shí)域到頻域的轉(zhuǎn)換中得到。首先我們要知道時(shí)域是真實(shí)世界，頻域是更好的用于做信號(hào)分析的一種數(shù)學(xué)手段，時(shí)域的數(shù)字信號(hào)可以通過(guò)傅里葉變換轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)個(gè)頻率點(diǎn)的正弦波的。這些正弦波就是對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)的頻率分量。假如定義理想方波的邊沿時(shí)間為0,占空比50%的周期信號(hào)，其在傅里葉變換后各頻率分量振幅。

可見對(duì)于理想方波，其振幅頻譜對(duì)應(yīng)的正弦波頻率是基頻的奇數(shù)倍頻(在50%的占空比下)。奇次諧波的幅度是按1"下降的(/是頻率)，也就是-20dB/dec(-20分貝每十倍頻)。 傳統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)帶寬計(jì)算；吉林?jǐn)?shù)字信號(hào)測(cè)試檢修

數(shù)字信號(hào)是由“0”和“1”。吉林?jǐn)?shù)字信號(hào)測(cè)試檢修

數(shù)字信號(hào)的時(shí)鐘分配(ClockDistribution)

前面講過(guò)，對(duì)于數(shù)字電路來(lái)說(shuō)，目前絕大部分的場(chǎng)合都是采用同步邏輯電路，而同步邏輯電路中必不可少的就是時(shí)鐘。數(shù)字信號(hào)的可靠傳輸依賴于準(zhǔn)確的時(shí)鐘采樣，一般情況下發(fā)送端和接收端都需要使用相同頻率的工作時(shí)鐘才可以保證數(shù)據(jù)不會(huì)丟失(有些特殊的應(yīng)用中收發(fā)端可以采用大致相同頻率工作時(shí)鐘，但需要在數(shù)據(jù)格式或協(xié)議層面做些特殊處理)。為了把發(fā)送端的時(shí)鐘信息傳遞到接收端以進(jìn)行正確的信號(hào)采樣，數(shù)字總線采用的時(shí)鐘分配方式大體上可以分為3類，即并行時(shí)鐘、嵌入式時(shí)鐘、前向時(shí)鐘，各有各的應(yīng)用領(lǐng)域。 吉林?jǐn)?shù)字信號(hào)測(cè)試檢修

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