很多經典的處理器采用了并行的總線架構。比如大家熟知的51單片機就采用了8根并行數據線和16根地址線;CPU的鼻祖——Intel公司的8086微處理器——**初推出時具有16根并行數據線和16根地址線;
現在很多嵌入式系統中多使用的ARM處理器則大部分使用32根數據線以及若干根地址線。并行總線的比較大好處是總線的邏輯時序比較簡單,電路實現起來比較容易;但是缺點也是非常明顯的,比如并行總線的信號線數量非常多,會占用大量的引腳和布線空間,因此芯片和PCB的尺寸很難實現小型化,特別是如果要用電纜進行遠距離傳輸時,由于信號線的數量非常多,使得電纜變得非常昂貴和笨重。 數字信號是指用一組特殊的狀態來描述信號;廣西數字信號測試信號完整性測試
由于真正的預加重電路在實現時需要有相應的放大電路來增加跳變比特的幅度,電路 比較復雜而且增加系統功耗,所以在實際應用時更多采用去加重的方式。去加重技術不是 增大跳變比特的幅度,而是減小非跳變比特的幅度,從而得到和預加重類似的信號波形。 圖 1.29是對一個10Gbps的信號進行-3.5dB的去加重后對頻譜的影響。可以看到,去加 重主要是通過壓縮信號的直流和低頻分量(長0 或者長 1 的比特流),從而改善其在傳輸過 程中可 能造成的對短0或者短1 比特的影響。天津數字信號測試服務熱線數字信號的波形分析(Waveform Analysis);
為了保證接收端在時鐘有效沿時采集到正確的數據,通常都有建立/保持時間的要求,以避免采到數據線上跳變時不穩定的狀態,因此這種總線對于時鐘和數據線間走線長度的差異都有嚴格要求。這種并行總線在使用中比較大的挑戰是當總線時鐘速率超過幾百MHz后就很難再提高了,因為其很多根并行線很難滿圖1.15并行總線的時鐘傳輸足此時苛刻的走線等長的要求,特別是當總線上同時掛有多個設備時。為了解決并行總線工作時鐘頻率很難提高的問題,一些系統和芯片的設計廠商提出了嵌入式時鐘的概念。其思路首先是把原來很多根的并行線用一對或多對高速差分線來代替,節省了布線空間;然后把系統的時鐘信息通過數據編碼的方式嵌在數據流里,省去了專門的時鐘走線。信號到了接收端,接收端采用相應的CDR(clock-datarecovery)電路把數據流中內嵌的時鐘信息提取出來再對數據采樣。圖1.16是一個采用嵌入式時鐘的總線例子。
抖動的頻率范圍。抖動實際上是時間上的噪聲,其時間偏差的變化頻率可能比較 快也可能比較慢。通常把變化頻率超過10Hz以上的抖動成分稱為jitter,而變化頻率低于 10Hz的抖動成分稱為wander(漂移)。wander主要反映的是時鐘源隨著時間、溫度等的緩 慢變化,影響的是時鐘或定時信號的***精度。在通信或者信號傳輸中,由于收發雙方都會 采用一定的時鐘架構來進行時鐘的分配和同步,緩慢的時鐘漂移很容易被跟蹤上或補償掉, 因此wander對于數字電路傳輸的誤碼率影響不大,高速數字電路測量中關心的主要是高 頻的jitter。幅度測量是數字信號常用的測量,也是很多其他參數側魯昂的基礎。
數字信號基礎單端信號與差分信號(Single-end and Differential Signals)
數字總線大部分使用單端信號做信號傳輸,如TTL/CMOS信號都是單端信號。所謂單端信號,是指用一根信號線的高低電平的變化來進行0、1信息的傳輸,這個電平的高低變化是相對于其公共的參考地平面的。單端信號由于結構簡單,可以用簡單的晶體管電路實現,而且集成度高、功耗低,因此在數字電路中得到的應用。是一個單端信號的傳輸模型。
當信號傳輸速率更高時,為了減小信號的跳變時間和功耗,信號的幅度一般都會相應減小。比如以前大量使用的5V的TTL信號現在使用越來越少,更多使用的是3.3V/2.5V/1.8V/1.5V/1.2V的LVTTL電平,但是信號幅度減小帶來的問題是對噪聲的容忍能力會變差一些。進一步,很多數字總線現在需要傳輸更長的距離,從原來芯片間的互連變成板卡間的互連甚至設備間的互連,信號穿過不同的設備時會受到更多噪聲的干擾。更極端的情況是收發端的參考地平面可能也不是等電位的。因此,當信號速率變高、傳輸距離變長后仍然使用單端的方式進行信號傳輸會帶來很大的問題。圖1.12是一個受到嚴重共模噪聲干擾的單端信號,對于這種信號,無論接收端的電平判決閾值設置在哪里都可能造成信號的誤判。
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數字信號處理系統設計流程;廣西數字信號測試信號完整性測試
數字信號的建立/保持時間(Setup/HoldTime)
不論數字信號的上升沿是陡還是緩,在信號跳變時總會有一段過渡時間處于邏輯判決閾值的上限和下限之間,從而造成邏輯的不確定狀態。更糟糕的是,通常的數字信號都不只一路,可能是多路信號一起傳輸來一些邏輯和功能狀態。這些多路信號之間由于電氣特性的不完全一致以及PCB走線路徑長短的不同,在到達其接收端時會存在不同的時延,時延的不同會進一步增加邏輯狀態的不確定性。
由于我們感興趣的邏輯狀態通常是信號電平穩定以后的狀態而不是跳變時所的狀態,所以現在大部分數字電路采用同步電路,即系統中有一個統一的工作時鐘對信號進行采樣。如圖1.5所示,雖然信號在跳變過程中可能會有不確定的邏輯狀態,但是若我們只在時鐘CLK的上升沿對信號進行判決采樣,則得到的就是穩定的邏輯狀態。 廣西數字信號測試信號完整性測試
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