什么是数字信号(DigitalSignal) 典型的数字设备是由很多电路组成来实现一定的功能的，系统中的各个部分主要通过数字信号的传输来进行信息和数据的交互。 数字信号通过其0、1的逻辑状态的变化来一定的含义，典型的数字信号用两个不同的信号电平来分别逻辑0和逻辑1的状态(有些更复杂的数字电路会采用多个信号电平实现更多信息的传输)。真实的世界中并不存在理想的逻辑0、1状态，所以真实情况下只是用一定的信号电平的电压范围来相应的逻辑状态。比如图1.1中，当信号的电压低于判决阈值(中间的虚线部分)的下限时逻辑0状态，当信号的电压高于判决阈值的上限时逻辑1状态。 数字总线采用的时钟 分...

对于真实的数据信号来说，其频谱会更加复杂一些。比如伪随机序列(PRBS)码流的频谱的包络类似一个sinc函数。图1.4是用同一个发送芯片分别产生的800Mbps和2.5Gbps的PRBS信号的频谱，可以看到虽然输出数据速率不一样，但是信号的主要频谱能量集中在4GHz以内，也并不见得2.5Gbps信号的高频能量就比800Mbps的高很多。 频谱仪是对信号能量的频率分布进行分析的准确的工具，数字工程师可以借助频谱分析仪对被测数字信号的频谱分布进行分析。当没有频谱仪可用时，我们通常根据数字信号的上升时间估算被测信号的频谱能量： 信号的比较高频率成分=0.5/信号上升时间(10%～90...

这种方法由于不需要单独的时钟走线，各对差分线可以采用各自的CDR电路，所以对各对线的等长要求不太严格(即使要求严格也很容易实现，因为走线数量减少，而且信号都是点对点传输)。为了把时钟信息嵌在数据流里，需要对数据进行编码，比较常用的编码方式有ANSI的8b/10b编码、64b/66b编码、曼彻斯特编码、特殊的数据编码以及对数据进行加扰等。 嵌入式时钟结构的关键在于CDR电路，CDR的工作原理如图1.17所示。CDR通常用一个PLL电路实现，可以从数据中提取时钟。PLL电路通过鉴相器(PhaseDetector)比较输入信号和本地VCO(压控振荡器)间的相差，并把相差信息通过环路滤波器(...

很多经典的处理器采用了并行的总线架构。比如大家熟知的51单片机就采用了8根并行数据线和16根地址线；CPU的鼻祖——Intel公司的8086微处理器——**初推出时具有16根并行数据线和16根地址线； 现在很多嵌入式系统中多使用的ARM处理器则大部分使用32根数据线以及若干根地址线。并行总线的比较大好处是总线的逻辑时序比较简单，电路实现起来比较容易；但是缺点也是非常明显的，比如并行总线的信号线数量非常多，会占用大量的引脚和布线空间，因此芯片和PCB的尺寸很难实现小型化，特别是如果要用电缆进行远距离传输时，由于信号线的数量非常多，使得电缆变得非常昂贵和笨重。 数字信号上升时间的定义；辽...

什么是数字信号(DigitalSignal) 典型的数字设备是由很多电路组成来实现一定的功能的，系统中的各个部分主要通过数字信号的传输来进行信息和数据的交互。 数字信号通过其0、1的逻辑状态的变化来一定的含义，典型的数字信号用两个不同的信号电平来分别逻辑0和逻辑1的状态(有些更复杂的数字电路会采用多个信号电平实现更多信息的传输)。真实的世界中并不存在理想的逻辑0、1状态，所以真实情况下只是用一定的信号电平的电压范围来相应的逻辑状态。比如图1.1中，当信号的电压低于判决阈值(中间的虚线部分)的下限时逻辑0状态，当信号的电压高于判决阈值的上限时逻辑1状态。 数字信号常用的编码方式...

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...

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...

我们经常使用到的总线根据数据传输方式的不同，可以分为并行总线和串行总线。 并行总线是数字电路中早也是普遍采用的总线结构。在这种总线上，数据线、地址线、控制线等都是并行传输，比如要传输8位的数据宽度，就需要8根数据信号线同时传输；如果要传输32位的数据宽度，就需要32根数据信号线同时传输。除了数据线以外，如果要寻址比较大的地址空间，还需要很多根地址线的组合来不同的地址空间。图1.7是一个典型的微处理器的并行总线的工作时序，其中包含了1根时钟线、16根数据线、16根地址线以及一些读写控制信号。 示波器进行数字信号的幅度测试；浙江数字信号测试代理商 基本上可以看到数字信号的频域分量大部分...

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1.0625Gbp...

数据经过8b/10b编码后有以下优点： (1)有足够多的跳变沿，可以从数据中进行时钟恢复。正常传输的数据中可能会有比较长的连续的0或者连续的1,而进行完8b/10b编码后，其编码规则保证了编码后的数据流中不会出现超过5个连续的0或1,信号中会出现足够多的跳变沿，因此可以采用嵌入式的时钟方式，即接收端可以从数据流中通过PLL电路直接恢复时钟，不需要专门的时钟传输通道。 (2)直流平衡，可以采用AC耦合方式。经过编码后数据中不会出现连续的0或者1, 但还是有可能在某个时间段内0或者1的数量偏多一些。从上面的编码表中我们可以看 到，同一个Byte对应有正、负两组10bit的编码， 一...

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。 数字信号电平范围...

要把并行的信号通过串行总线传输，一般需要对数据进行并/串转换。为了进一步减少传输线的数量和提高传输距离，很多高速数据总线采用嵌入式时钟和8b/10b的数据编码方式。8b/10b编码由于直流平衡、支持AC耦合、可嵌入时钟信息、抗共模干扰能力强、编解码结构相对简单等优点，在很多高速的数字总线如FiberChannel、PCIe、SATA、USB3.0、DisplayPort、XAUI、RapidIO等接口上得到广泛应用。图1.20是一路串行的2.5Gbps的8b/10b编码后的数据流以及相应的解码结果，从中可以明显看到解出的K28.5等控制码以及相应的数据信息。数字信号的带宽（Bandwidth）...

很多经典的处理器采用了并行的总线架构。比如大家熟知的51单片机就采用了8根并行数据线和16根地址线；CPU的鼻祖——Intel公司的8086微处理器——**初推出时具有16根并行数据线和16根地址线； 现在很多嵌入式系统中多使用的ARM处理器则大部分使用32根数据线以及若干根地址线。并行总线的比较大好处是总线的逻辑时序比较简单，电路实现起来比较容易；但是缺点也是非常明显的，比如并行总线的信号线数量非常多，会占用大量的引脚和布线空间，因此芯片和PCB的尺寸很难实现小型化，特别是如果要用电缆进行远距离传输时，由于信号线的数量非常多，使得电缆变得非常昂贵和笨重。 数字信号幅度测试的定义；北...

什么是数字信号(DigitalSignal) 典型的数字设备是由很多电路组成来实现一定的功能的，系统中的各个部分主要通过数字信号的传输来进行信息和数据的交互。 数字信号通过其0、1的逻辑状态的变化来一定的含义，典型的数字信号用两个不同的信号电平来分别逻辑0和逻辑1的状态(有些更复杂的数字电路会采用多个信号电平实现更多信息的传输)。真实的世界中并不存在理想的逻辑0、1状态，所以真实情况下只是用一定的信号电平的电压范围来相应的逻辑状态。比如图1.1中，当信号的电压低于判决阈值(中间的虚线部分)的下限时逻辑0状态，当信号的电压高于判决阈值的上限时逻辑1状态。 数字 信号处理系统的基...

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。数字通信的带宽表征为：bit的传输速率；电气性能测试数字信号测试...

预加重是一种在发送端事先对发送信号的高频分量进行补偿的方法，这种方法的实现是通过增大信号跳变边沿后个比特(跳变比特)的幅度(预加重)来完成的。比如对于一个00111的比特序列来说，做完预加重后序列里个1的幅度会比第二个和第三个1的幅度大。由于跳变比特了信号里的高频分量，所以这种方法实际上提高了发送信号中高频信号的能量。在实际实现时，有时并不是增加跳变比特的幅度，而是相应减小非跳变比特的幅度，减小非跳变比特幅度的这种方法有时又叫去加重(De-emphasis)。图1.26反映的是预加重后信号波形的变化。 对于预加重技术来说，其对信号改善的效果取决于其预加重的幅度的大小，预加重的幅度是指...

采用这种时钟恢复方式后，由于CDR能跟踪数据中的 一 部分低频抖动，所以数据传输 中增加的低频抖动对于接收端采样影响不大，因此更适于长距离传输。(不过由于受到环路 滤波器带宽的限制，数据线上的高频抖动仍然会对接收端采样产生比较大的影响。) 采用嵌入式时钟的缺点在于电路的复杂度增加，而且由于数据编码需要一些额外开销，降低了总线效率。 随着技术的发展，一些对总线效率要求更高的应用中开始采用另一种时钟分配方式，即前向时钟(ForwardClocking)。前向时钟的实现得益于DLL(DelayLockedLoop)电路的成熟。DLL电路比较大的好处是可以很方便地用成熟的CMOS工艺大...

数据经过8b/10b编码后有以下优点： (1)有足够多的跳变沿，可以从数据中进行时钟恢复。正常传输的数据中可能会有比较长的连续的0或者连续的1,而进行完8b/10b编码后，其编码规则保证了编码后的数据流中不会出现超过5个连续的0或1,信号中会出现足够多的跳变沿，因此可以采用嵌入式的时钟方式，即接收端可以从数据流中通过PLL电路直接恢复时钟，不需要专门的时钟传输通道。 (2)直流平衡，可以采用AC耦合方式。经过编码后数据中不会出现连续的0或者1, 但还是有可能在某个时间段内0或者1的数量偏多一些。从上面的编码表中我们可以看 到，同一个Byte对应有正、负两组10bit的编码， 一...

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。幅度测量是数字信号常用的测量，也是很多其他参数侧鲁昂的基础。甘肃...

为了提高串行数据传输的可靠性，现在很多更高速率的数字接口采用对数据进行编码后再做并/串转换的方式。编码的方式有很多，如8b/9b编码、8b/10b编码、64b/66b编码、128b/130b编码等，下面以当下流行的ANSI8b/10b编码为例进行介绍。 在ANSI8b/10b编码方式中，8bit的数据先通过相应的编码规则转换成10bit的数据，再进行并/串转换；接收端收到信号后先把串行数据进行串/并转换得到10bit的数据，再通过10bit到8bit的解码得到原始传输的8bit数据。因此，如果发送端并行侧的数据速率是8bit×100Mbps,通过8b/10b编码和并/串转换后的串行侧...

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/...

数字信号测试串行总线的8b/10b编码(8b/10bEncoding) 前面我们介绍过，使用串行比并行总线可以节省更多的布线空间，芯片、电缆等的尺寸可以做得更小，同时传输速率更高。但是我们知道，在很多数字系统如CPU、DSP、FPGA等内部，进行数据处理的小单位都是Byte,即8bit,把一个或多个Byte的数据通过串行总线可靠地传输出去是需要对数据做些特殊处理的。将并行数据转换成串行信号传输的简单的方法如图1.19所示。比如发送端的数据宽度是8bit,时钟速率是100MHz,我们可以通过Mux(复用器)芯片把8bit的数据时分复用到1bit的数据线上，相应的数据速率提高到800M...

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1.0625Gbp...

简单的去加重实现方法是把输出信号延时一个或多个比特后乘以一个加权系数并和 原信号相加。一个实现4阶去加重的简单原理图。 去加重方法实际上压缩了信号直流电平的幅度，去加重的比例越大，信号直流电平被压缩得越厉害，因此去加重的幅度在实际应用中一般很少超过-9.5dB。做完预加重或者去加重的信号，如果在信号的发送端(TX)直接观察，并不是理想的眼图。图1.31所示是在发送端看到的一个带-3.5dB预加重的10Gbps的信号眼图，从中可以看到有明显的“双眼皮”现象。 数字信号是指用一组特殊的状态来描述信号；天津自动化数字信号测试 很多经典的处理器采用了并行的总线架构。比如大家熟知的51单片机...

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： 对于一个数字信号，要进行可靠的0、1信号传输，就必须满足一定的电平、幅度、时序等标准的要求。中国澳门数字信号测试维修电话 数字信号...

对于并行总线来说，更致命的是这种总线上通常挂有多个设备，且读写共用，各种信号分叉造成的反射问题使得信号质量进一步恶化。 为了解决并行总线占用尺寸过大且对布线等长要求过于苛刻的问题，随着芯片技术的发展和速度的提升，越来越多的数字接口开始采用串行总线。所谓串行总线，就是并行的数据在总线上不再是并行地传输，而是时分复用在一根或几根线上传输。比如在并行总线上 传输1Byte的数据宽度需要8根线，而如果把这8根线上的信号时分复用在一根线上就可 以减少需要的走线数量，同时也不需要再考虑8根线之间的等长关系。 传输线对数字信号的影响；数字信号数字信号测试推荐货源要把并行的信号通过串行总线传输，一般...

采用同步时钟的电路减少了出现逻辑不确定状态的可能性，而且可以减小电路和信号布线时延的累积效应，所以在现代的数字系统和设备中***采用。采用同步电路以后，数字电路就以一定的时钟节拍工作，我们把数字信号每秒钟跳变的比较大速率称为信号的数据速率(BitRate),单位通常是bps(bitspersecond)或者bit/s。大部分并行总线的数据速率和系统中时钟的工作频率一致，比如某51系列单片机工作在11.0592MHz时钟下，其数据线上的数据速率就是11.0592Mbps;也有些特殊的场合采用DDR方式(DoubleDataRate)采样，数据速率是其时钟工作频率的2倍，比如某DDR4内存芯片，其...

可以插入控制字符。在10bit数据可以表示的1024个组合中，除了512个组合用 于对应原始的8bit数据以及一些不太好的组合(这样信号里有太长的 连续0或者1,而且明显0、1的数量不平衡)以外，还有一些很特殊的组合。这些特殊的组 合可以用来在数据传输过程中作为控制字符插入。这些控制字符不对应特定的 8bit数据，但是在有些总线应用里可以一些特殊的含义。比如K28.5码型，其特殊的 码型组合可以帮助接收端更容易判别接收到的连续的10bit数据流的符号边界，所以在一 些总线的初始化阶段或数据包的包头都会进行发送。还有一些特殊的符号用于进行链路训 练、标记不同的数据包类型、进行收发端的时钟速率匹配...

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...

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1.0625Gbp...