數(shù)字信號的建立/保持時間(Setup/HoldTime)

不論數(shù)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(tài)。更糟糕的是，通常的數(shù)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(tài)。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(dá)其接收端時會存在不同的時延，時延的不同會進(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)通常是信號電平穩(wěn)定以后的狀態(tài)而不是跳變時所的狀態(tài)，所以現(xiàn)在大部分?jǐn)?shù)字電路采用同步電路，即系統(tǒng)中有一個統(tǒng)一的工作時鐘對信號進(jìn)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(tài)，但是若我們只在時鐘CLK的上升沿對信號進(jìn)行判決采樣，則得到的就是穩(wěn)定的邏輯狀態(tài)。 數(shù)字信號帶寬用每bit占用的時間間隔的倒數(shù)來近似表示，傳輸速率的單位是bit/s，傳輸速率=傳輸信號的帶寬。中國香港校準(zhǔn)數(shù)字信號測試

采用同步時鐘的電路減少了出現(xiàn)邏輯不確定狀態(tài)的可能性，而且可以減小電路和信號布線時延的累積效應(yīng)，所以在現(xiàn)代的數(shù)字系統(tǒng)和設(shè)備中***采用。采用同步電路以后，數(shù)字電路就以一定的時鐘節(jié)拍工作，我們把數(shù)字信號每秒鐘跳變的比較大速率稱為信號的數(shù)據(jù)速率(BitRate),單位通常是bps(bitspersecond)或者bit/s。大部分并行總線的數(shù)據(jù)速率和系統(tǒng)中時鐘的工作頻率一致，比如某51系列單片機(jī)工作在11.0592MHz時鐘下，其數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)速率就是11.0592Mbps;也有些特殊的場合采用DDR方式(DoubleDataRate)采樣，數(shù)據(jù)速率是其時鐘工作頻率的2倍，比如某DDR4內(nèi)存芯片，其工作時鐘是1333MHz,其數(shù)據(jù)速率是2666Mbps。還有些高速傳輸?shù)那闆r，比如PCle、USB3.0、SATA、RapidIO、100G以太網(wǎng)等總線，時鐘信息是通過編碼嵌入在數(shù)據(jù)流中，這種情況下雖然在外部看不到有專門的時鐘傳輸通道，但是其工作起來仍然有特定的數(shù)據(jù)速率。智能化多端口矩陣測試數(shù)字信號測試系列數(shù)字信號是離散的。它的幅度被限制在一個確定的值。

數(shù)字信號的帶寬(Bandwidth)

在進(jìn)行數(shù)字信號的分析和測試時，了解我們要分析的數(shù)字信號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)時對PCB走線和傳輸介質(zhì)傳輸帶寬的要求，也決定了測試對儀表的要求。

數(shù)字信號的帶寬可以大概理解為數(shù)字信號的能量在頻域的一個分布范圍，由于數(shù)字信號不是正弦波，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)信號的5次諧波來估算帶寬，比如如果信號的數(shù)據(jù)速率是100Mbps,其快的0101的跳變波形相當(dāng)于50MHz的方波時鐘，這個方波時鐘的5次諧波成分是250MHz,因此信號的帶寬大概就在250MHz以內(nèi)。這種方法看起來很合理，因?yàn)?次諧波對于重建信號的基本波形形狀是非常重要的，但這種方法對于需要進(jìn)行精確波形參數(shù)測量的場合來說就不太準(zhǔn)確了。比如同樣是50MHz 的信號，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。

采用前向時鐘的總線因?yàn)橛袑ｉT的時鐘通路，不需要再對數(shù)據(jù)進(jìn)行編解碼，所以總線效率一般都比較高。還有一個優(yōu)點(diǎn)是線路噪聲和抖動對于時鐘和數(shù)據(jù)線的影響基本是一樣的(因?yàn)樽呔€通常都在一起),所以對系統(tǒng)的影響可以消除到小。

嵌入式時鐘的電路對于線路上的高頻抖動非常敏感，而采用前向時鐘的電路對高頻抖動的敏感度就相對小得多。前向時鐘總線典型的數(shù)據(jù)速率在500Mbps～12Gbps.

在前向時鐘的拓?fù)淇偩€中，時鐘速率通常是數(shù)據(jù)速率的一半(也有采用1/4速率、1/10或其他速率的),數(shù)據(jù)在上下邊沿都采樣，也就是通常所說的DDR方式。使用DDR采樣的好處是時鐘線和數(shù)據(jù)線在設(shè)計(jì)上需要的帶寬是一樣的，任何設(shè)計(jì)上的局限性(比如傳輸線的衰減特性)對于時鐘和數(shù)據(jù)線的影響是一樣的。

前向時鐘在一些關(guān)注效率、實(shí)時性，同時需要高吞吐量的總線上應(yīng)用比較，比如DDR總線、GDDR總線、HDMI總線、Intel公司CPU互連的QPI/UPI總線等。 模擬信號和數(shù)字信號的相互轉(zhuǎn)換；

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

但是對于真實(shí)的數(shù)字信號來說，其上升沿不是無限陡的，因此其高次諧波的能量會受到 限制。比如圖1.3是用同一個時鐘芯片分別產(chǎn)生的50MHz和250MHz的時鐘信號的頻 譜，我們可以看到雖然兩種情況下輸出時鐘頻率不一樣，但是信號的主要頻譜能量都集中在 5GHz以內(nèi)，并不見得250MHz時鐘的頻譜分布就一定比50MHz時鐘的大5倍。 高速數(shù)字接口原理與測試；海南數(shù)字信號測試工廠直銷

真實(shí)的數(shù)字信號頻譜；中國香港校準(zhǔn)數(shù)字信號測試

數(shù)字信號的時域和頻域

數(shù)字信號的頻率分量可以通過從時域到頻域的轉(zhuǎn)換中得到。首先我們要知道時域是真實(shí)世界，頻域是更好的用于做信號分析的一種數(shù)學(xué)手段，時域的數(shù)字信號可以通過傅里葉變換轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€個頻率點(diǎn)的正弦波的。這些正弦波就是對應(yīng)的數(shù)字信號的頻率分量。假如定義理想方波的邊沿時間為0,占空比50%的周期信號，其在傅里葉變換后各頻率分量振幅。

可見對于理想方波，其振幅頻譜對應(yīng)的正弦波頻率是基頻的奇數(shù)倍頻(在50%的占空比下)。奇次諧波的幅度是按1"下降的(/是頻率)，也就是-20dB/dec(-20分貝每十倍頻)。 中國香港校準(zhǔn)數(shù)字信號測試

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