通常情況下預加重技術使用在信號的發送端,通過預先對信號的高頻分量進行增強來 補償傳輸通道的損耗。預加重技術由于實現起來相對簡單,所以在很多數據速率超過 1Gbps 的總線中使用,比如PCle,SATA 、USB3 .0 、Displayport等總線中都有使用。當 信號速率進一步提高以后,傳輸通道的高頻損耗更加嚴重,靠發送端的預加重已經不太 夠用,所以很多高速總線除了對預加重的階數進一步提高以外,還會在接收端采用復雜的均 衡技術,比如PCle3.0 、SATA Gen3 、USB3.0 、Displayport HBR2 、10GBase-KR等總線中都 在接收端采用了均衡技術。采用了這些技術后,FR-4等傳統廉價的電路板材料也可以應用 于高速的數字信號傳輸中,從而節約了系統實現的成本。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。河北通信數字信號測試
數字信號的上升時間(Rising Time)
任何一個真實的數字信號在由一個邏輯電平狀態跳轉到另一個邏輯電平狀態時,其中間的過渡時間都不會是無限短的。信號電平跳變的過渡時間越短,說明信號邊沿越陡。我們通常使用上升時間(RisingTime)這個參數來衡量信號邊沿的陡緩程度,通常上升時間是指數字信號由幅度的10%增加到幅度的90%所花的時間(也有些場合會使用20%~80%的上升時間或其他標準)。上升時間越短,說明信號越陡峭。大部分數字信號的下降時間(信號從幅度的90%下降到幅度的10%所花的時間)和上升時間差不多(也有例外)。圖1.2比較了兩種不同上升時間的數字信號。上升時間可以客觀反映信號邊沿的陡緩程度,而且由于計算和測量簡單,所以得到的應用。對有些非常高速的串行數字信號,如PCIe、USB3.0、100G以太網等信號,由于信號速率很高,傳輸線對信號的損耗很大,信號波形中很難找到穩定的幅度10%和90%的位置,所以有時也會用幅度20%~80%的上升時間來衡量信號的陡緩程度。通常速率越高的信號其上升時間也會更陡一些(但不一定速率低的信號上升時間一定就緩),上升時間是數字信號分析中的一個非常重要的概念,后面我們會反復提及和用到這個概念。 廣東PCI-E測試數字信號測試傳輸線對數字信號的影響;
需要注意的是,采用8b/10b編碼方式也是有缺點的,比較大的缺點就是8bit到10bit的編碼會造成額外的20%的編碼開銷,所以很多10Gbps左右或更高速率的總線不再使用8b/10b編碼方式。比如PCIe1.0和PCIe2.0的總線速率分別為2.5Gbps和5Gbps,都是采用8b/10b編碼,而PCle3.0、PCle4.0、PCle5.0的總線速率分別達到8Gbps、16Gbps和32Gbps,并通過效率更高的128b/130b的編碼結合擾碼的方法來實現直流平衡和嵌入式時鐘。另一個例子是FibreChannel總線,1xFC、2xFC、4xFC、8xFC的數據速率分別為1.0625Gbps、2 . 125Gbps,4 . 25Gbps 、8 . 5Gbps,都是采用8b/10b編碼,而16xFC 、32xFC 的數據速率分別 為14.025Gbps和28.05Gbps,采用的是效率更高的64b/66b編碼方式。64b/66b編碼在 10G和100G以太網中也有廣泛應用。
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。 數字信號可通過分時將大量信號合成為一個信號(稱復用信號),通過某個處理器處理后,再將信號解復用;
數字信號的均衡(Equalization)
前面介紹了預加重或者去加重技術對于克服傳輸通道損耗、改善高速數字信號接收端信號質量的作用,但是當信號速率進一步提高或者傳輸距離更長時,**在發送端已不能充分補償傳輸通道帶來的損耗,這時就需要在接收端同時使用均衡技術來進一步改善信號質量。所謂均衡,是在數字信號的接收端進行的一種補償高頻損耗的技術。常見的信號均衡技術有3種:CTLE(ContinuousTimeLinearEqualization)、FFE(FeedForwardEqualization)和DFE(DecisionFeedbackEqualization).CTLE是在接收端提供一個高通濾波器,這個高通濾波器可以對信號中的主要高頻分量進行放大,這一點和發送端的預加重技術帶來的效果是類似的。有些速率比較高的總線,為了適應不同鏈路長度損耗的影響,還支持多擋不同增益的CTLE均衡器。圖1.35是PCle5.0總線在接收端使用的CTLE均衡器的頻響曲線的例子。 抖動是數字信號,特別是高速數字信號重要的一個概念,越是高速的信號,其比特周期越短對于抖動要求就嚴格;測量數字信號測試銷售
數字信號是離散的。它的幅度被限制在一個確定的值。河北通信數字信號測試
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。 河北通信數字信號測試
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