測量數(shù)字信號測試維修電話

數(shù)字信號并行總線與串行總線(Parallel and Serial Bus)

雖然隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代的數(shù)字芯片已經(jīng)集成了越來越多的功能，但是對于稍微復(fù)雜  一點(diǎn)的系統(tǒng)來說，很多時候單獨(dú)一個芯片很難完成所有的工作，這就需要和其他芯片配合起  來工作。比如現(xiàn)在的CPU的處理能力越來越強(qiáng)，很多CPU內(nèi)部甚至集成了顯示處理的功  能，但是仍然需要配合外部的內(nèi)存芯片來存儲臨時的數(shù)據(jù)，需要配合橋接芯片擴(kuò)展硬盤、 USB等接口；現(xiàn)代的FPGA內(nèi)部也可以集成CPU、DSP、RAM、高速收發(fā)器等，但有些  場合可能還需要配合用的DSP來進(jìn)一步提高浮點(diǎn)處理效率，配合額外的內(nèi)存芯片來擴(kuò)展  存儲空間，配合用的物理層芯片來擴(kuò)展網(wǎng)口、USB等，或者需要多片F(xiàn)PGA互連來提高處  理能力。所有這一切，都需要用到相應(yīng)的總線來實現(xiàn)多個數(shù)字芯片間的互連。如果我們把  各個功能芯片想象成人體的各個功能，總線就是血脈和經(jīng)絡(luò)，通過這些路徑，各個功能  模塊間才能進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)交換和協(xié)同工作。 傳輸線對數(shù)字信號的影響；測量數(shù)字信號測試維修電話

反映的是一個5Gbps的信號經(jīng)過35英寸的FR-4板材傳輸后的眼圖，以及經(jīng)過CTLE均衡后對眼圖的改善。

FFE均衡的作用基本上類似于FIR(有限脈沖響應(yīng))濾波器，其方法是根據(jù)相鄰比特的電壓幅度的加權(quán)值進(jìn)行當(dāng)前比特幅度的修正，每個相鄰比特的加權(quán)系數(shù)直接和通道的沖激響應(yīng)有關(guān)。下面是一個三階FFE的數(shù)學(xué)描述：

e(t)=cor(t-(0Tp))+cir(t-(1Tp))+czr(t-(2Tp))

式中，e(t)為時間t時的電壓波形，是經(jīng)校正(或均衡)后的電壓波形；Tp為時間延遲(抽頭的時間延遲);r(t-nTp)為距離當(dāng)前時間n個抽頭延遲之前的波形，是未經(jīng)校正(或均衡)的波形；c,為校正系數(shù)(抽頭系數(shù))。 中國香港校準(zhǔn)數(shù)字信號測試數(shù)字此案好的上升時間（Rising Time）;

基本上可以看到數(shù)字信號的頻域分量大部分集中在1/7U,這個頻率以下，我們可以將這個頻率稱之為信號的帶寬，工程上可以近似為0.35/0,當(dāng)對設(shè)計要求嚴(yán)格的時候，也可近似為0.5/rro

也就是說，疊加信號帶寬（0.35/。）以下的頻率分量基本上可以復(fù)現(xiàn)邊沿時間是tr的數(shù)字時;域波形信號。這個頻率通常也叫作轉(zhuǎn)折頻率或截止頻率（Fknee或cutofffrequency）

*信號的能量大部分集中在信號帶寬以下，意味著我們在考慮這個信號的傳輸效應(yīng)時，主要關(guān)注比較高頻率可以到信號的帶寬。

所以，假如在數(shù)字信號的傳輸過程中可以保證在信號的帶寬（0.35億）以下的頻率分量（模擬信號）經(jīng)過互連路徑的質(zhì)量，則我們可以保證接收到比較完整的數(shù)字信號。

然而，我們會在下面看到在考慮信號完整性問題時由于傳輸路徑阻抗不連續(xù)對信號的反射，損耗隨頻率的增加而增加的特性等因素，這些頻率分量在傳輸時會有畸變，從而造成接收到的各個頻率的分量疊加在時并不能完全保證復(fù)現(xiàn)原有的時域的數(shù)字信號。

時間偏差的衡量方法。由于信號邊沿的時間偏差可能是由于各種因素造成的，有隨機(jī)的噪聲，還有確定性的干擾。所以這個時間偏差通常不是一個恒定值，而是有一定的統(tǒng)計分布，在不同的應(yīng)用場合這個測量的結(jié)果可能是用有效值(RMS)衡量，也可能是用峰-峰值(peak-peak)衡量，更復(fù)雜的場合還會對這個時間偏差的各個成分進(jìn)行分解和估計。因此抖動的精確測量需要大量的樣本以及復(fù)雜的算法。對抖動進(jìn)行衡量和測量時，需要特別注意的是，即使對于同一個信號，如果用不同的方法進(jìn)行衡量，得到的抖動測量結(jié)果也可能不一樣，下面是幾種常用的抖動測量項目。數(shù)字設(shè)備是由很多電路組成來實現(xiàn)一定的功能，系統(tǒng)中的各個部分通過數(shù)字信號的傳輸來進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)的交互。

采用串行總線以后，就單根線來說，由于上面要傳輸原來多根線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，所以其工作速率一般要比相應(yīng)的并行總線高很多。比如以前計算機(jī)上的擴(kuò)展槽上使用的PCI總線采用并行32位的數(shù)據(jù)線，每根數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)傳輸速率是33Mbps,演變到PCle(PCI-express)的串行版本后每根線上的數(shù)據(jù)速率至少是2.5Gbps(PCIel.0代標(biāo)準(zhǔn)),現(xiàn)在PCIe的數(shù)據(jù)速率已經(jīng)達(dá)到了16Gbps(PCIe4.0代標(biāo)準(zhǔn))或32Gbps(PCIe5.0代標(biāo)準(zhǔn))。采用串行總線的另一個好處是在提高數(shù)據(jù)傳輸速率的同時節(jié)省了布線空間，芯片的功耗也降低了，所以在現(xiàn)代的電子設(shè)備中，當(dāng)需要進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸時，使用串行總線的越來越多。

數(shù)據(jù)速率提高以后，對于阻抗匹配、線路損耗和抖動的要求就更高，稍不注意就很容易產(chǎn)生信號質(zhì)量的問題。圖1.10是一個典型的1Gbps的信號從發(fā)送端經(jīng)過芯片封裝、PCB、連接器、背板傳輸?shù)浇邮斩说男盘柭窂?，可以看到在發(fā)送端的接近理想的0、1跳變的數(shù)字信號到達(dá)接收端后由于高頻損耗、反射等的影響，信號波形已經(jīng)變得非常惡劣，所以串行總線的設(shè)計對于數(shù)字電路工程師來說是一個很大的挑戰(zhàn)。 傳統(tǒng)的數(shù)字信號帶寬計算；中國澳門HDMI測試數(shù)字信號測試

示波器進(jìn)行數(shù)字信號的幅度測試；測量數(shù)字信號測試維修電話

采用并行總線的另外一個問題在于總線的吞吐量很難持續(xù)提升。對于并行總線來說， 其總線吞吐量=數(shù)據(jù)線位數(shù)×數(shù)據(jù)速率。我們可以通過提升數(shù)據(jù)線的位數(shù)來提高總線吞吐  量，也可以通過提升數(shù)據(jù)速率來提高總線吞吐量。以個人計算機(jī)中曾經(jīng)非常流行的PCI總  線為例，其**早推出時總線是32位的數(shù)據(jù)線，工作時鐘頻率是33MHz,其總線吞吐量=  32bit×33MHz;后來為了提升其總線吞吐量推出的PCI-X總線，把總線寬度擴(kuò)展到64位， 工作時鐘頻率比較高提升到133MHz,其總線吞吐量=64bit×133MHz。是PCI插槽  和PCI-X插槽的一個對比，可以看到PCI-X由于使用了更多的數(shù)據(jù)線，其插槽更長。

但是隨著人們對于總線吞吐量要求的不斷提高，這種提升總線帶寬的方式遇到了瓶頸。首先由于芯片尺寸和布線空間的限制，64位數(shù)據(jù)寬度已經(jīng)幾乎是極限了。另外，這64根數(shù)據(jù)線共用一個采樣時鐘，為了保證所有的信號都滿足其建立保持時間的要求，在PCB上布線、換層、拐彎時需要保證精確等長。而總線工作速率越高，對于各條線的等長要求就越高，對于這么多根信號要實現(xiàn)等長的布線是很難做到的。

用邏輯分析儀采集到的一個實際的8位總線的工作時序，可以看到在數(shù)據(jù)從0x00跳變到0xFF狀態(tài)過程中，這8根線實際并不是精確一起跳變的。 測量數(shù)字信號測試維修電話

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