數(shù)字信號(hào)的帶寬(Bandwidth)

在進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的分析和測(cè)試時(shí)，了解我們要分析的數(shù)字信號(hào)的帶寬是很重要的一點(diǎn)，它決定了我們進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)PCB走線和傳輸介質(zhì)傳輸帶寬的要求，也決定了測(cè)試對(duì)儀表的要求。

數(shù)字信號(hào)的帶寬可以大概理解為數(shù)字信號(hào)的能量在頻域的一個(gè)分布范圍，由于數(shù)字信號(hào)不是正弦波，有很多高次諧波成分，所以其在頻域的能量分布是一個(gè)比較復(fù)雜的問題。

傳統(tǒng)上做數(shù)字電路設(shè)計(jì)的工程師習(xí)慣根據(jù)信號(hào)的5次諧波來估算帶寬，比如如果信號(hào)的數(shù)據(jù)速率是100Mbps,其快的0101的跳變波形相當(dāng)于50MHz的方波時(shí)鐘，這個(gè)方波時(shí)鐘的5次諧波成分是250MHz,因此信號(hào)的帶寬大概就在250MHz以內(nèi)。這種方法看起來很合理，因?yàn)?次諧波對(duì)于重建信號(hào)的基本波形形狀是非常重要的，但這種方法對(duì)于需要進(jìn)行精確波形參數(shù)測(cè)量的場(chǎng)合來說就不太準(zhǔn)確了。比如同樣是50MHz 的信號(hào)，如果上升沿很陡接近理想方波，其高次諧波能量就比較大；而如果上升沿很緩接近 正弦波，其高次諧波能量就很小。
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。海南數(shù)字信號(hào)測(cè)試修理

數(shù)字信號(hào)的建立/保持時(shí)間(Setup/HoldTime)

不論數(shù)字信號(hào)的上升沿是陡還是緩，在信號(hào)跳變時(shí)總會(huì)有一段過渡時(shí)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(tài)。更糟糕的是，通常的數(shù)字信號(hào)都不只一路，可能是多路信號(hào)一起傳輸來一些邏輯和功能狀態(tài)。這些多路信號(hào)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(dá)其接收端時(shí)會(huì)存在不同的時(shí)延，時(shí)延的不同會(huì)進(jìn)一步增加邏輯狀態(tài)的不確定性。

由于我們感興趣的邏輯狀態(tài)通常是信號(hào)電平穩(wěn)定以后的狀態(tài)而不是跳變時(shí)所的狀態(tài)，所以現(xiàn)在大部分?jǐn)?shù)字電路采用同步電路，即系統(tǒng)中有一個(gè)統(tǒng)一的工作時(shí)鐘對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣。如圖1.5所示，雖然信號(hào)在跳變過程中可能會(huì)有不確定的邏輯狀態(tài)，但是若我們只在時(shí)鐘CLK的上升沿對(duì)信號(hào)進(jìn)行判決采樣，則得到的就是穩(wěn)定的邏輯狀態(tài)。 信號(hào)完整性測(cè)試數(shù)字信號(hào)測(cè)試高速信號(hào)傳輸數(shù)字信號(hào)處理的解決方案；

時(shí)間偏差的衡量方法。由于信號(hào)邊沿的時(shí)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(gè)時(shí)間偏差通常不是一個(gè)恒定值，而是有一定的統(tǒng)計(jì)分布，在不同的應(yīng)用場(chǎng)合這個(gè)測(cè)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(chǎng)合還會(huì)對(duì)這個(gè)時(shí)間偏差的各個(gè)成分進(jìn)行分解和估計(jì)。因此抖動(dòng)的精確測(cè)量需要大量的樣本以及復(fù)雜的算法。對(duì)抖動(dòng)進(jìn)行衡量和測(cè)量時(shí)，需要特別注意的是，即使對(duì)于同一個(gè)信號(hào)，如果用不同的方法進(jìn)行衡量，得到的抖動(dòng)測(cè)量結(jié)果也可能不一樣，下面是幾種常用的抖動(dòng)測(cè)量項(xiàng)目。

采用這種時(shí)鐘恢復(fù)方式后，由于CDR能跟蹤數(shù)據(jù)中的 一 部分低頻抖動(dòng)，所以數(shù)據(jù)傳輸 中增加的低頻抖動(dòng)對(duì)于接收端采樣影響不大，因此更適于長距離傳輸。(不過由于受到環(huán)路 濾波器帶寬的限制，數(shù)據(jù)線上的高頻抖動(dòng)仍然會(huì)對(duì)接收端采樣產(chǎn)生比較大的影響。)

采用嵌入式時(shí)鐘的缺點(diǎn)在于電路的復(fù)雜度增加，而且由于數(shù)據(jù)編碼需要一些額外開銷，降低了總線效率。

隨著技術(shù)的發(fā)展，一些對(duì)總線效率要求更高的應(yīng)用中開始采用另一種時(shí)鐘分配方式，即前向時(shí)鐘(ForwardClocking)。前向時(shí)鐘的實(shí)現(xiàn)得益于DLL(DelayLockedLoop)電路的成熟。DLL電路比較大的好處是可以很方便地用成熟的CMOS工藝大量集成，而且不會(huì)增加抖動(dòng)。

一個(gè)前向時(shí)鐘的典型應(yīng)用，總線仍然有單獨(dú)的時(shí)鐘傳輸通路，而與傳統(tǒng)并行總線所不同的是接收端每條信號(hào)路徑上都有一個(gè)DLL電路。電路開始工作時(shí)可以有一個(gè)訓(xùn)練的過程，接收端的DLL在訓(xùn)練過程中可以根據(jù)每條鏈路的時(shí)延情況調(diào)整時(shí)延，從而保證每條數(shù)據(jù)線都有充足的建立/保持時(shí)間。 數(shù)字信號(hào)是離散的。它的幅度被限制在一個(gè)確定的值。

對(duì)于真實(shí)的數(shù)據(jù)信號(hào)來說，其頻譜會(huì)更加復(fù)雜一些。比如偽隨機(jī)序列(PRBS)碼流的頻譜的包絡(luò)類似一個(gè)sinc函數(shù)。圖1.4是用同一個(gè)發(fā)送芯片分別產(chǎn)生的800Mbps和2.5Gbps的PRBS信號(hào)的頻譜，可以看到雖然輸出數(shù)據(jù)速率不一樣，但是信號(hào)的主要頻譜能量集中在4GHz以內(nèi)，也并不見得2.5Gbps信號(hào)的高頻能量就比800Mbps的高很多。

頻譜儀是對(duì)信號(hào)能量的頻率分布進(jìn)行分析的準(zhǔn)確的工具，數(shù)字工程師可以借助頻譜分析儀對(duì)被測(cè)數(shù)字信號(hào)的頻譜分布進(jìn)行分析。當(dāng)沒有頻譜儀可用時(shí)，我們通常根據(jù)數(shù)字信號(hào)的上升時(shí)間估算被測(cè)信號(hào)的頻譜能量：

信號(hào)的比較高頻率成分=0.5/信號(hào)上升時(shí)間(10%～90%)

或者當(dāng)使用20%～80%的上升時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，計(jì)算公式如下：

信號(hào)的比較高頻率成分=0.4/信號(hào)上升時(shí)間(20%～80%) 數(shù)字信號(hào)上升時(shí)間的定義；重慶數(shù)字信號(hào)測(cè)試

什么是模擬信號(hào)？數(shù)字信號(hào)？海南數(shù)字信號(hào)測(cè)試修理

數(shù)字信號(hào)基礎(chǔ)單端信號(hào)與差分信號(hào)(Single-end and Differential Signals)

數(shù)字總線大部分使用單端信號(hào)做信號(hào)傳輸，如TTL/CMOS信號(hào)都是單端信號(hào)。所謂單端信號(hào)，是指用一根信號(hào)線的高低電平的變化來進(jìn)行0、1信息的傳輸，這個(gè)電平的高低變化是相對(duì)于其公共的參考地平面的。單端信號(hào)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以用簡(jiǎn)單的晶體管電路實(shí)現(xiàn)，而且集成度高、功耗低，因此在數(shù)字電路中得到的應(yīng)用。是一個(gè)單端信號(hào)的傳輸模型。

當(dāng)信號(hào)傳輸速率更高時(shí)，為了減小信號(hào)的跳變時(shí)間和功耗，信號(hào)的幅度一般都會(huì)相應(yīng)減小。比如以前大量使用的5V的TTL信號(hào)現(xiàn)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(hào)幅度減小帶來的問題是對(duì)噪聲的容忍能力會(huì)變差一些。進(jìn)一步，很多數(shù)字總線現(xiàn)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(shè)備間的互連，信號(hào)穿過不同的設(shè)備時(shí)會(huì)受到更多噪聲的干擾。更極端的情況是收發(fā)端的參考地平面可能也不是等電位的。因此，當(dāng)信號(hào)速率變高、傳輸距離變長后仍然使用單端的方式進(jìn)行信號(hào)傳輸會(huì)帶來很大的問題。圖1.12是一個(gè)受到嚴(yán)重共模噪聲干擾的單端信號(hào)，對(duì)于這種信號(hào)，無論接收端的電平判決閾值設(shè)置在哪里都可能造成信號(hào)的誤判。
海南數(shù)字信號(hào)測(cè)試修理

深圳市力恩科技有限公司致力于儀器儀表，是一家服務(wù)型公司。公司自成立以來，以質(zhì)量為發(fā)展，讓匠心彌散在每個(gè)細(xì)節(jié)，公司旗下實(shí)驗(yàn)室配套，誤碼儀/示波器，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，協(xié)議分析儀深受客戶的喜愛。公司注重以質(zhì)量為中心，以服務(wù)為理念，秉持誠信為本的理念，打造儀器儀表良好品牌。力恩科技憑借創(chuàng)新的產(chǎn)品、專業(yè)的服務(wù)、眾多的成功案例積累起來的聲譽(yù)和口碑，讓企業(yè)發(fā)展再上新高。