什么是數(shù)字信號(DigitalSignal)

典型的數(shù)字設(shè)備是由很多電路組成來實現(xiàn)一定的功能的，系統(tǒng)中的各個部分主要通過數(shù)字信號的傳輸來進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)的交互。

數(shù)字信號通過其0、1的邏輯狀態(tài)的變化來一定的含義，典型的數(shù)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(tài)(有些更復(fù)雜的數(shù)字電路會采用多個信號電平實現(xiàn)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(tài)，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(yīng)的邏輯狀態(tài)。比如圖1.1中，當(dāng)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(tài)，當(dāng)信號的電壓高于判決閾值的上限時邏輯1狀態(tài)。 示波器進(jìn)行數(shù)字信號的幅度測試；中國臺灣通信數(shù)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(nèi)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(shù)字信號假設(shè)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(yīng)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(luò)線， 可以看到它有兩個轉(zhuǎn)折頻率分別對應(yīng)1/材和1/”（刁是半周期，。是邊沿時間）

從1/叫轉(zhuǎn)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）?？梢钥吹较鄬τ诶硐敕讲?，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(shù)字信號測試數(shù)字信號電平范圍象征的邏輯狀態(tài)；

時域數(shù)字信號轉(zhuǎn)換得到的頻域信號如果起來，則可以復(fù)現(xiàn)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(shù)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(dāng)然，如果 時域數(shù)字信號轉(zhuǎn)變岀的一個個頻率點的正弦波都疊加起來，則可以完全復(fù)現(xiàn)原來的時域 數(shù)字信號。其中復(fù)原信號的不連續(xù)點的震蕩被稱為吉布斯震蕩現(xiàn)象。

簡單的預(yù)加重對信號的頻譜改善并不是完美的，比如其頻率響應(yīng)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(shù)更高、更復(fù)雜的預(yù)加重技術(shù)。 圖1.28所示是一個3階的預(yù)加重，其除了對跳變沿后面的第1個比特進(jìn)行預(yù)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(jìn)行調(diào)整，叫作Pre Cursor1,有時也稱為PreShoot。 數(shù)字信號處理系統(tǒng)經(jīng)歷了單片DSP處理器、多片DSP處理器并行工作的架構(gòu)模式。

由于真正的預(yù)加重電路在實現(xiàn)時需要有相應(yīng)的放大電路來增加跳變比特的幅度，電路  比較復(fù)雜而且增加系統(tǒng)功耗，所以在實際應(yīng)用時更多采用去加重的方式。去加重技術(shù)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(yù)加重類似的信號波形。 圖 1.29是對一個10Gbps的信號進(jìn)行-3.5dB的去加重后對頻譜的影響?？梢钥吹剑ゼ? 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(shù)字接口原理與測試；中國臺灣通信數(shù)字信號測試

數(shù)字設(shè)備是由很多電路組成來實現(xiàn)一定的功能，系統(tǒng)中的各個部分通過數(shù)字信號的傳輸來進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)的交互。中國臺灣通信數(shù)字信號測試

為了提高串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，現(xiàn)在很多更高速率的數(shù)字接口采用對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼后再做并/串轉(zhuǎn)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(dāng)下流行的ANSI8b/10b編碼為例進(jìn)行介紹。

在ANSI8b/10b編碼方式中，8bit的數(shù)據(jù)先通過相應(yīng)的編碼規(guī)則轉(zhuǎn)換成10bit的數(shù)據(jù)，再進(jìn)行并/串轉(zhuǎn)換；接收端收到信號后先把串行數(shù)據(jù)進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換得到10bit的數(shù)據(jù)，再通過10bit到8bit的解碼得到原始傳輸?shù)?bit數(shù)據(jù)。因此，如果發(fā)送端并行側(cè)的數(shù)據(jù)速率是8bit×100Mbps,通過8b/10b編碼和并/串轉(zhuǎn)換后的串行側(cè)的數(shù)據(jù)速率就是1bit×1Gbps。8b/10b編碼方法早由IBM發(fā)明，后來成為ANSI標(biāo)準(zhǔn)的一部分(ANSIX3.230-1994,clause11),并在通信和計算機(jī)總線上廣泛應(yīng)用。表1.1是ANSI8b/10b編碼表的一部分，以數(shù)據(jù)0x00為例， 中國臺灣通信數(shù)字信號測試

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