數(shù)字信號的帶寬(Bandwidth)

在進行數(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，它決定了我們進行電路設(shè)計時對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雜的問題。

傳統(tǒng)上做數(shù)字電路設(shè)計的工程師習慣根據(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，因為5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行精確波形參數(shù)測量的場合來說就不太準確了。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。
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。安徽數(shù)字信號測試修理

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)，當信號的電壓高于判決閾值的上限時邏輯1狀態(tài)。 中國香港數(shù)字信號測試代理品牌上升時間是數(shù)字信號另一個非常關(guān)鍵的參數(shù)，它反映了一個數(shù)字信號在電平切換時邊沿變化的快慢。

采用這種時鐘恢復方式后，由于CDR能跟蹤數(shù)據(jù)中的 一 部分低頻抖動，所以數(shù)據(jù)傳輸 中增加的低頻抖動對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)線上的高頻抖動仍然會對接收端采樣產(chǎn)生比較大的影響。)

采用嵌入式時鐘的缺點在于電路的復雜度增加，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，一些對總線效率要求更高的應(yīng)用中開始采用另一種時鐘分配方式，即前向時鐘(ForwardClocking)。前向時鐘的實現(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，而且不會增加抖動。

一個前向時鐘的典型應(yīng)用，總線仍然有單獨的時鐘傳輸通路，而與傳統(tǒng)并行總線所不同的是接收端每條信號路徑上都有一個DLL電路。電路開始工作時可以有一個訓練的過程，接收端的DLL在訓練過程中可以根據(jù)每條鏈路的時延情況調(diào)整時延，從而保證每條數(shù)據(jù)線都有充足的建立/保持時間。

基本上可以看到數(shù)字信號的頻域分量大部分集中在1/7U,這個頻率以下，我們可以將這個頻率稱之為信號的帶寬，工程上可以近似為0.35/0,當對設(shè)計要求嚴格的時候，也可近似為0.5/rro

也就是說，疊加信號帶寬（0.35/。）以下的頻率分量基本上可以復現(xiàn)邊沿時間是tr的數(shù)字時;域波形信號。這個頻率通常也叫作轉(zhuǎn)折頻率或截止頻率（Fknee或cutofffrequency）

*信號的能量大部分集中在信號帶寬以下，意味著我們在考慮這個信號的傳輸效應(yīng)時，主要關(guān)注比較高頻率可以到信號的帶寬。

所以，假如在數(shù)字信號的傳輸過程中可以保證在信號的帶寬（0.35億）以下的頻率分量（模擬信號）經(jīng)過互連路徑的質(zhì)量，則我們可以保證接收到比較完整的數(shù)字信號。

然而，我們會在下面看到在考慮信號完整性問題時由于傳輸路徑阻抗不連續(xù)對信號的反射，損耗隨頻率的增加而增加的特性等因素，這些頻率分量在傳輸時會有畸變，從而造成接收到的各個頻率的分量疊加在時并不能完全保證復現(xiàn)原有的時域的數(shù)字信號。 數(shù)字信號的時鐘分配（Clock Distribution）;

高速數(shù)字接口與光電測試

看起來我們好像找到了解決問題的方法，但是，在真實情況下，理想窄的脈沖或者無限 陡的階躍信號是不存在的，不僅難以產(chǎn)生而且精度不好控制，所以在實際測試中更多使用正 弦波進行測試得到頻域響應(yīng)，并通過相應(yīng)的物理層測試系統(tǒng)軟件進行頻域到時域的轉(zhuǎn)換以 得到時域響應(yīng)。相比其他信號，正弦波更容易產(chǎn)生，同時其頻率和幅度精度更容易控制。矢 量網(wǎng)絡(luò)分析儀(Vector Network Analyzer,VNA)可以在高達幾十GHz 的頻率范圍內(nèi)通過  正弦波掃頻的方式精確測量傳輸通道對不同頻率的反射和傳輸特性，動態(tài)范圍可以達到 100dB以上，所以在現(xiàn)代高速數(shù)字信號質(zhì)量的分析中，會借助高性能的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對高 速傳輸通道的特性進行測量。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測到的一段差分傳輸線的通道損 耗及根據(jù)這個測量結(jié)果分析出的信號眼圖。
數(shù)字信號的預(yù)加重（Pre-emphasis）;中國香港數(shù)字信號測試代理品牌

數(shù)字信號處理系統(tǒng)架構(gòu)分析；安徽數(shù)字信號測試修理

預(yù)加重是一種在發(fā)送端事先對發(fā)送信號的高頻分量進行補償?shù)姆椒ǎ@種方法的實現(xiàn)是通過增大信號跳變邊沿后個比特(跳變比特)的幅度(預(yù)加重)來完成的。比如對于一個00111的比特序列來說，做完預(yù)加重后序列里個1的幅度會比第二個和第三個1的幅度大。由于跳變比特了信號里的高頻分量，所以這種方法實際上提高了發(fā)送信號中高頻信號的能量。在實際實現(xiàn)時，有時并不是增加跳變比特的幅度，而是相應(yīng)減小非跳變比特的幅度，減小非跳變比特幅度的這種方法有時又叫去加重(De-emphasis)。圖1.26反映的是預(yù)加重后信號波形的變化。

對于預(yù)加重技術(shù)來說，其對信號改善的效果取決于其預(yù)加重的幅度的大小，預(yù)加重的幅度是指經(jīng)過預(yù)加重后跳變比特相對于非跳變比特幅度的變化。預(yù)加重幅度的計算公式如圖1.27所示。數(shù)字總線中經(jīng)常使用的預(yù)加重有3.5dB、6dB、9.5dB等。對于6dB的預(yù)加重來說，相當于從發(fā)送端看，跳變比特的電壓幅度是非跳變比特電壓幅度的2倍。 安徽數(shù)字信號測試修理

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