克勞德高速數(shù)字信號(hào)測(cè)試實(shí)驗(yàn)室

  數(shù)字信號(hào)測(cè)試方法：

需要特別注意，當(dāng)數(shù)字信號(hào)的電壓介于判決閾值的上限和下限之間時(shí)，其邏輯狀態(tài)是不 確定的狀態(tài)。所謂的“不確定”是指如果數(shù)字信號(hào)的電壓介于判決閾值的上限和下限之間， 接收端的判決電路有可能把這個(gè)狀態(tài)判決為邏輯0,也有可能判決為邏輯1。這種不確定是  我們不期望的，因此很多數(shù)字電路會(huì)盡量避免用這種不確定狀態(tài)進(jìn)行信號(hào)傳輸，比如會(huì)用一  個(gè)同步時(shí)鐘只在信號(hào)電平穩(wěn)定以后再進(jìn)行采樣。

對(duì)于一個(gè)數(shù)字信號(hào)，要進(jìn)行可靠的0、1信號(hào)傳輸，就必須滿足一定的電平、幅度、時(shí)序等標(biāo)準(zhǔn)的要求。山東數(shù)字信號(hào)測(cè)試安裝

數(shù)字信號(hào)的上升時(shí)間(Rising Time)

任何一個(gè)真實(shí)的數(shù)字信號(hào)在由一個(gè)邏輯電平狀態(tài)跳轉(zhuǎn)到另一個(gè)邏輯電平狀態(tài)時(shí),其中間的過(guò)渡時(shí)間都不會(huì)是無(wú)限短的。信號(hào)電平跳變的過(guò)渡時(shí)間越短，說(shuō)明信號(hào)邊沿越陡。我們通常使用上升時(shí)間(RisingTime)這個(gè)參數(shù)來(lái)衡量信號(hào)邊沿的陡緩程度，通常上升時(shí)間是指數(shù)字信號(hào)由幅度的10%增加到幅度的90%所花的時(shí)間(也有些場(chǎng)合會(huì)使用20%～80%的上升時(shí)間或其他標(biāo)準(zhǔn))。上升時(shí)間越短，說(shuō)明信號(hào)越陡峭。大部分?jǐn)?shù)字信號(hào)的下降時(shí)間(信號(hào)從幅度的90%下降到幅度的10%所花的時(shí)間)和上升時(shí)間差不多(也有例外)。圖1.2比較了兩種不同上升時(shí)間的數(shù)字信號(hào)。上升時(shí)間可以客觀反映信號(hào)邊沿的陡緩程度，而且由于計(jì)算和測(cè)量簡(jiǎn)單，所以得到的應(yīng)用。對(duì)有些非常高速的串行數(shù)字信號(hào)，如PCIe、USB3.0、100G以太網(wǎng)等信號(hào)，由于信號(hào)速率很高，傳輸線對(duì)信號(hào)的損耗很大，信號(hào)波形中很難找到穩(wěn)定的幅度10%和90%的位置，所以有時(shí)也會(huì)用幅度20%～80%的上升時(shí)間來(lái)衡量信號(hào)的陡緩程度。通常速率越高的信號(hào)其上升時(shí)間也會(huì)更陡一些(但不一定速率低的信號(hào)上升時(shí)間一定就緩),上升時(shí)間是數(shù)字信號(hào)分析中的一個(gè)非常重要的概念，后面我們會(huì)反復(fù)提及和用到這個(gè)概念。 山東數(shù)字信號(hào)測(cè)試安裝上升時(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。

對(duì)于一個(gè)理想的方波信號(hào)，其上升沿是無(wú)限陡的，從頻域上看 它是由無(wú)限多的奇數(shù)次諧波構(gòu)成的，因此一個(gè)理想方波可以認(rèn)為是無(wú)限多奇次正弦諧波 的疊加。

但是對(duì)于真實(shí)的數(shù)字信號(hào)來(lái)說(shuō)，其上升沿不是無(wú)限陡的，因此其高次諧波的能量會(huì)受到 限制。比如圖1.3是用同一個(gè)時(shí)鐘芯片分別產(chǎn)生的50MHz和250MHz的時(shí)鐘信號(hào)的頻 譜，我們可以看到雖然兩種情況下輸出時(shí)鐘頻率不一樣，但是信號(hào)的主要頻譜能量都集中在 5GHz以內(nèi)，并不見(jiàn)得250MHz時(shí)鐘的頻譜分布就一定比50MHz時(shí)鐘的大5倍。

為了保證接收端在時(shí)鐘有效沿時(shí)采集到正確的數(shù)據(jù)，通常都有建立/保持時(shí)間的要求，以避免采到數(shù)據(jù)線上跳變時(shí)不穩(wěn)定的狀態(tài)，因此這種總線對(duì)于時(shí)鐘和數(shù)據(jù)線間走線長(zhǎng)度的差異都有嚴(yán)格要求。這種并行總線在使用中比較大的挑戰(zhàn)是當(dāng)總線時(shí)鐘速率超過(guò)幾百M(fèi)Hz后就很難再提高了，因?yàn)槠浜芏喔⑿芯€很難滿圖1.15并行總線的時(shí)鐘傳輸足此時(shí)苛刻的走線等長(zhǎng)的要求，特別是當(dāng)總線上同時(shí)掛有多個(gè)設(shè)備時(shí)。為了解決并行總線工作時(shí)鐘頻率很難提高的問(wèn)題，一些系統(tǒng)和芯片的設(shè)計(jì)廠商提出了嵌入式時(shí)鐘的概念。其思路首先是把原來(lái)很多根的并行線用一對(duì)或多對(duì)高速差分線來(lái)代替，節(jié)省了布線空間；然后把系統(tǒng)的時(shí)鐘信息通過(guò)數(shù)據(jù)編碼的方式嵌在數(shù)據(jù)流里，省去了專門的時(shí)鐘走線。信號(hào)到了接收端，接收端采用相應(yīng)的CDR(clock-datarecovery)電路把數(shù)據(jù)流中內(nèi)嵌的時(shí)鐘信息提取出來(lái)再對(duì)數(shù)據(jù)采樣。圖1.16是一個(gè)采用嵌入式時(shí)鐘的總線例子。數(shù)字信號(hào)的抖動(dòng)（Jitter）;

采用串行總線以后，就單根線來(lái)說(shuō)，由于上面要傳輸原來(lái)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(jì)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(gè)好處是在提高數(shù)據(jù)傳輸速率的同時(shí)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(shí)，使用串行總線的越來(lái)越多。

數(shù)據(jù)速率提高以后，對(duì)于阻抗匹配、線路損耗和抖動(dòng)的要求就更高，稍不注意就很容易產(chǎn)生信號(hào)質(zhì)量的問(wèn)題。圖1.10是一個(gè)典型的1Gbps的信號(hào)從發(fā)送端經(jīng)過(guò)芯片封裝、PCB、連接器、背板傳輸?shù)浇邮斩说男盘?hào)路徑，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(hào)到達(dá)接收端后由于高頻損耗、反射等的影響，信號(hào)波形已經(jīng)變得非常惡劣，所以串行總線的設(shè)計(jì)對(duì)于數(shù)字電路工程師來(lái)說(shuō)是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。 數(shù)字信號(hào)上升時(shí)間是示波器中進(jìn)行上升時(shí)間測(cè)量例子，光標(biāo)交叉點(diǎn)指示出上升時(shí)間測(cè)量的起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)的位置；遼寧PCI-E測(cè)試數(shù)字信號(hào)測(cè)試

數(shù)字信號(hào)的預(yù)加重（Pre-emphasis）;山東數(shù)字信號(hào)測(cè)試安裝

(2)理想的跳變位置。抖動(dòng)是個(gè)相對(duì)的時(shí)間量，怎么確定信號(hào)的理想的跳變位置對(duì)于 抖動(dòng)的測(cè)量結(jié)果有很關(guān)鍵的影響。對(duì)于時(shí)鐘信號(hào)的測(cè)量，我們通常關(guān)心的是時(shí)鐘信號(hào)是否 精確地等間隔，因此這個(gè)理想位置通常是從被測(cè)信號(hào)中提取的一個(gè)等周期分布時(shí)鐘的跳變 沿；而對(duì)于數(shù)據(jù)信號(hào)的測(cè)量，我們關(guān)心的是這個(gè)信號(hào)相對(duì)于其時(shí)鐘的位置跳變，因此這個(gè)理 想跳變位置就是其時(shí)鐘有效沿的跳變位置。對(duì)于很多采用嵌入式時(shí)鐘的高速數(shù)字電路來(lái) 說(shuō)，由于沒(méi)有專門的時(shí)鐘傳輸通道，情況要更復(fù)雜一些，這時(shí)的理想跳變位置通常是指用一 個(gè)特定的時(shí)鐘恢復(fù)電路(可能是硬件的也可能是軟件的)從數(shù)據(jù)中恢復(fù)出的時(shí)鐘的有效跳 變沿。山東數(shù)字信號(hào)測(cè)試安裝

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