天津测量数字信号测试

数字信号测试串行总线的8b/10b编码(8b/10bEncoding)

前面我们介绍过，使用串行比并行总线可以节省更多的布线空间，芯片、电缆等的尺寸可以做得更小，同时传输速率更高。但是我们知道，在很多数字系统如CPU、DSP、FPGA等内部，进行数据处理的小单位都是Byte,即8bit,把一个或多个Byte的数据通过串行总线可靠地传输出去是需要对数据做些特殊处理的。将并行数据转换成串行信号传输的简单的方法如图1.19所示。比如发送端的数据宽度是8bit,时钟速率是100MHz,我们可以通过Mux(复用器)芯片把8bit的数据时分复用到1bit的数据线上，相应的数据速率提高到800Mbps(在有些LVDS的视频信号传输中比较常用的是把并行的7bit数据时分复用到1bit数据线上)。信号到达接收端以后，再通过Demux(解复用器)芯片把串行的信号分成8路低速的数据。 上升时间是数字信号另一个非常关键的参数，它反映了一个数字信号在电平切换时边沿变化的快慢。天津测量数字信号测试

这种并/串转换方法由于不涉及信号的编解码，结构简单，效率较高，但是需要收发端进行精确的时钟同步以控制信号的复用和解复用操作，因此需要专门的时钟传输通道，而且串行信号上一旦出现比较大的抖动就会造成串/并转换的错误。

因此，这种简单的并/串转换方式一般用于比较关注传输效率的芯片间的短距离互连或者一些光端机信号的传输中。另外，由于信号没有经过任何编码，信号中可能会出现比较长的连续的0或者连续的1,因此信号必须采用直流耦合方式，收发端一旦存在比较大的共模或地噪声，会严重影响信号质量，因此这种并/串转换方式用于电信号传输时或者传输速率不太高(通常<1Gbps),或者传输距离不太远(通常<50cm)的场合。 天津测量数字信号测试数字信号的带宽（Bandwidth）;

数字信号的建立/保持时间(Setup/HoldTime)

不论数字信号的上升沿是陡还是缓，在信号跳变时总会有一段过渡时间处于逻辑判决阈值的上限和下限之间，从而造成逻辑的不确定状态。更糟糕的是，通常的数字信号都不只一路，可能是多路信号一起传输来一些逻辑和功能状态。这些多路信号之间由于电气特性的不完全一致以及PCB走线路径长短的不同，在到达其接收端时会存在不同的时延，时延的不同会进一步增加逻辑状态的不确定性。

由于我们感兴趣的逻辑状态通常是信号电平稳定以后的状态而不是跳变时所的状态，所以现在大部分数字电路采用同步电路，即系统中有一个统一的工作时钟对信号进行采样。如图1.5所示，虽然信号在跳变过程中可能会有不确定的逻辑状态，但是若我们只在时钟CLK的上升沿对信号进行判决采样，则得到的就是稳定的逻辑状态。

数字信号的上升时间(Rising Time)

任何一个真实的数字信号在由一个逻辑电平状态跳转到另一个逻辑电平状态时,其中间的过渡时间都不会是无限短的。信号电平跳变的过渡时间越短，说明信号边沿越陡。我们通常使用上升时间(RisingTime)这个参数来衡量信号边沿的陡缓程度，通常上升时间是指数字信号由幅度的10%增加到幅度的90%所花的时间(也有些场合会使用20%～80%的上升时间或其他标准)。上升时间越短，说明信号越陡峭。大部分数字信号的下降时间(信号从幅度的90%下降到幅度的10%所花的时间)和上升时间差不多(也有例外)。图1.2比较了两种不同上升时间的数字信号。上升时间可以客观反映信号边沿的陡缓程度，而且由于计算和测量简单，所以得到的应用。对有些非常高速的串行数字信号，如PCIe、USB3.0、100G以太网等信号，由于信号速率很高，传输线对信号的损耗很大，信号波形中很难找到稳定的幅度10%和90%的位置，所以有时也会用幅度20%～80%的上升时间来衡量信号的陡缓程度。通常速率越高的信号其上升时间也会更陡一些(但不一定速率低的信号上升时间一定就缓),上升时间是数字信号分析中的一个非常重要的概念，后面我们会反复提及和用到这个概念。 数字信号的时钟分配（Clock Distribution）;

对于并行总线来说，更致命的是这种总线上通常挂有多个设备，且读写共用，各种信号分叉造成的反射问题使得信号质量进一步恶化。

为了解决并行总线占用尺寸过大且对布线等长要求过于苛刻的问题，随着芯片技术的发展和速度的提升，越来越多的数字接口开始采用串行总线。所谓串行总线，就是并行的数据在总线上不再是并行地传输，而是时分复用在一根或几根线上传输。比如在并行总线上 传输1Byte的数据宽度需要8根线，而如果把这8根线上的信号时分复用在一根线上就可 以减少需要的走线数量，同时也不需要再考虑8根线之间的等长关系。 数字信号带宽、信道带宽、信息速率、基带、频带的带宽；天津测量数字信号测试

数字信号的抖动（Jitter）;天津测量数字信号测试

数字信号的预加重(Pre-emphasis)

如前所述，很多常用的电路板材料或者电缆在高频时都会呈现出高损耗的特性。目前的高速串行总线速度不断提升，使得流行的电路板材料达到极限从而对信号有较大的损耗，这可能导致接收端的信号极其恶劣以至于无法正确还原和解码信号，从而出现传输误码。如果我们观察高速的数字信号经过长的传输通道传输后到达接收端的眼图，它可能是闭合的或者接近闭合的。因此工程师可以有两种选择：一种是在设计中使用较为昂贵的电路板材料；另一种是仍然沿用现有材料，但采用某种技术来补偿传输通道的损耗影响。考虑到在高速率的情况下低损耗的电路板材料和电缆的成本过高，我们通常会优先尝试相应的信号补偿技术，预加重(Pre-emphasis)和均衡就是高速数字电路中常用的两种信号补偿技术。
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