什么是數字信號(DigitalSignal)

典型的數字設備是由很多電路組成來實現一定的功能的，系統中的各個部分主要通過數字信號的傳輸來進行信息和數據的交互。

數字信號通過其0、1的邏輯狀態的變化來一定的含義，典型的數字信號用兩個不同的信號電平來分別邏輯0和邏輯1的狀態(有些更復雜的數字電路會采用多個信號電平實現更多信息的傳輸)。真實的世界中并不存在理想的邏輯0、1狀態，所以真實情況下只是用一定的信號電平的電壓范圍來相應的邏輯狀態。比如圖1.1中，當信號的電壓低于判決閾值(中間的虛線部分)的下限時邏輯0狀態，當信號的電壓高于判決閾值的上限時邏輯1狀態。 示波器進行數字信號的幅度測試；中國臺灣通信數字信號測試

要想得到零邊沿時間的理想方波，理論上是需要無窮大頻率的頻率分量。如果比較高只考慮到某個頻率點處的頻率分量，則來出的時域波形邊沿時間會蛻化，會使得邊沿時間增大。例如，一個頻率為500MHz的理想方波，其5次諧波分量是2500M,如果把5次諧波以內所有分量成時域信號，貝U其邊沿時間大概是0.35/2500M=0.14ns,即140ps。

我們可以把數字信號假設為一個時間軸上無窮的梯形波的周期信號，它的傅里葉變換

對應于每個頻率點的正弦波的幅度，我們可以勾勒出虛線所示的頻譜包絡線， 可以看到它有兩個轉折頻率分別對應1/材和1/”（刁是半周期，。是邊沿時間）

從1/叫轉折頻率開始，頻譜的諧波分量是按I/?下降的，也就是-40dB/dec （-40分貝每 十倍頻，即每增大十倍頻率，諧波分量減小100倍）。可以看到相對于理想方波，從這個頻 率開始，信號的諧波分量大大減小。 中國臺灣通信數字信號測試數字信號電平范圍象征的邏輯狀態；

時域數字信號轉換得到的頻域信號如果起來，則可以復現原來的時域信號。

描繪了直流頻率分量加上基頻頻率分量與直流頻域分量加上基頻和3倍頻頻率分量，以及5倍頻率分量成的時域信號之間的差別，我們可以看到不同頻域分量的所造成的時域信號邊沿的差別。頻域里包含的頻域分量越多，這些頻域分量成的時域信號越接近 真實的數字信號，高頻諧波分量主要影響信號邊沿時間，低頻的分量影響幅度。當然，如果 時域數字信號轉變岀的一個個頻率點的正弦波都疊加起來，則可以完全復現原來的時域 數字信號。其中復原信號的不連續點的震蕩被稱為吉布斯震蕩現象。

簡單的預加重對信號的頻譜改善并不是完美的，比如其頻率響應曲線并不一定與實際 的傳輸通道的損耗曲線相匹配，所以高速率總線會采用階數更高、更復雜的預加重技術。 圖1.28所示是一個3階的預加重，其除了對跳變沿后面的第1個比特進行預加重處理外，跳變沿 之后的第2個比特的幅度也有變化。跳變沿后第1個比特的幅度變化有時也叫Post Cursorl,

跳變沿后的第2個比特的幅度變化有時也叫Post Cursor2。有些總線如PCIe3.0,會對跳變 沿前面的1個比特的幅度也進行調整，叫作Pre Cursor1,有時也稱為PreShoot。 數字信號處理系統經歷了單片DSP處理器、多片DSP處理器并行工作的架構模式。

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。高速數字接口原理與測試；中國臺灣通信數字信號測試

數字設備是由很多電路組成來實現一定的功能，系統中的各個部分通過數字信號的傳輸來進行信息和數據的交互。中國臺灣通信數字信號測試

為了提高串行數據傳輸的可靠性，現在很多更高速率的數字接口采用對數據進行編碼后再做并/串轉換的方式。編碼的方式有很多，如8b/9b編碼、8b/10b編碼、64b/66b編碼、128b/130b編碼等，下面以當下流行的ANSI8b/10b編碼為例進行介紹。

在ANSI8b/10b編碼方式中，8bit的數據先通過相應的編碼規則轉換成10bit的數據，再進行并/串轉換；接收端收到信號后先把串行數據進行串/并轉換得到10bit的數據，再通過10bit到8bit的解碼得到原始傳輸的8bit數據。因此，如果發送端并行側的數據速率是8bit×100Mbps,通過8b/10b編碼和并/串轉換后的串行側的數據速率就是1bit×1Gbps。8b/10b編碼方法早由IBM發明，后來成為ANSI標準的一部分(ANSIX3.230-1994,clause11),并在通信和計算機總線上廣泛應用。表1.1是ANSI8b/10b編碼表的一部分，以數據0x00為例， 中國臺灣通信數字信號測試

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