數(shù)字信號(hào)的預(yù)加重(Pre-emphasis)

如前所述，很多常用的電路板材料或者電纜在高頻時(shí)都會(huì)呈現(xiàn)出高損耗的特性。目前的高速串行總線(xiàn)速度不斷提升，使得流行的電路板材料達(dá)到極限從而對(duì)信號(hào)有較大的損耗，這可能導(dǎo)致接收端的信號(hào)極其惡劣以至于無(wú)法正確還原和解碼信號(hào)，從而出現(xiàn)傳輸誤碼。如果我們觀察高速的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)的傳輸通道傳輸后到達(dá)接收端的眼圖，它可能是閉合的或者接近閉合的。因此工程師可以有兩種選擇：一種是在設(shè)計(jì)中使用較為昂貴的電路板材料；另一種是仍然沿用現(xiàn)有材料，但采用某種技術(shù)來(lái)補(bǔ)償傳輸通道的損耗影響。考慮到在高速率的情況下低損耗的電路板材料和電纜的成本過(guò)高，我們通常會(huì)優(yōu)先嘗試相應(yīng)的信號(hào)補(bǔ)償技術(shù)，預(yù)加重(Pre-emphasis)和均衡就是高速數(shù)字電路中常用的兩種信號(hào)補(bǔ)償技術(shù)。
數(shù)字信號(hào)的時(shí)鐘分配（Clock Distribution）;海南電氣性能測(cè)試數(shù)字信號(hào)測(cè)試

可以插入控制字符。在10bit數(shù)據(jù)可以表示的1024個(gè)組合中，除了512個(gè)組合用 于對(duì)應(yīng)原始的8bit數(shù)據(jù)以及一些不太好的組合(這樣信號(hào)里有太長(zhǎng)的 連續(xù)0或者1,而且明顯0、1的數(shù)量不平衡)以外，還有一些很特殊的組合。這些特殊的組 合可以用來(lái)在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中作為控制字符插入。這些控制字符不對(duì)應(yīng)特定的 8bit數(shù)據(jù)，但是在有些總線(xiàn)應(yīng)用里可以一些特殊的含義。比如K28.5碼型，其特殊的 碼型組合可以幫助接收端更容易判別接收到的連續(xù)的10bit數(shù)據(jù)流的符號(hào)邊界，所以在一 些總線(xiàn)的初始化階段或數(shù)據(jù)包的包頭都會(huì)進(jìn)行發(fā)送。還有一些特殊的符號(hào)用于進(jìn)行鏈路訓(xùn) 練、標(biāo)記不同的數(shù)據(jù)包類(lèi)型、進(jìn)行收發(fā)端的時(shí)鐘速率匹配等。海南電氣性能測(cè)試數(shù)字信號(hào)測(cè)試什么是模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)是什么。

采用這種時(shí)鐘恢復(fù)方式后，由于CDR能跟蹤數(shù)據(jù)中的 一 部分低頻抖動(dòng)，所以數(shù)據(jù)傳輸 中增加的低頻抖動(dòng)對(duì)于接收端采樣影響不大，因此更適于長(zhǎng)距離傳輸。(不過(guò)由于受到環(huán)路 濾波器帶寬的限制，數(shù)據(jù)線(xiàn)上的高頻抖動(dòng)仍然會(huì)對(duì)接收端采樣產(chǎn)生比較大的影響。)

采用嵌入式時(shí)鐘的缺點(diǎn)在于電路的復(fù)雜度增加，而且由于數(shù)據(jù)編碼需要一些額外開(kāi)銷(xiāo)，降低了總線(xiàn)效率。

隨著技術(shù)的發(fā)展，一些對(duì)總線(xiàn)效率要求更高的應(yīng)用中開(kāi)始采用另一種時(shí)鐘分配方式，即前向時(shí)鐘(ForwardClocking)。前向時(shí)鐘的實(shí)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(huì)增加抖動(dòng)。

一個(gè)前向時(shí)鐘的典型應(yīng)用，總線(xiàn)仍然有單獨(dú)的時(shí)鐘傳輸通路，而與傳統(tǒng)并行總線(xiàn)所不同的是接收端每條信號(hào)路徑上都有一個(gè)DLL電路。電路開(kāi)始工作時(shí)可以有一個(gè)訓(xùn)練的過(guò)程，接收端的DLL在訓(xùn)練過(guò)程中可以根據(jù)每條鏈路的時(shí)延情況調(diào)整時(shí)延，從而保證每條數(shù)據(jù)線(xiàn)都有充足的建立/保持時(shí)間。

建立時(shí)間和保持時(shí)間加起來(lái)的時(shí)間稱(chēng)為建立/保持時(shí)間窗口，是接收端對(duì)于信號(hào)保持在 同一個(gè)邏輯狀態(tài)的**小的時(shí)間要求。數(shù)字信號(hào)的比特寬度如果窄于這個(gè)時(shí)間窗口就肯定無(wú) 法同時(shí)滿(mǎn)足建立時(shí)間和保持時(shí)間的要求，所以接收端對(duì)于建立/保持時(shí)間窗口大小的要求實(shí) 際上決定了這個(gè)電路能夠工作的比較高的數(shù)據(jù)速率。通常工 作速率高一些的芯片，很短的建 立時(shí)間、保持時(shí)間就可以保證電路可靠工作，而工作速率低一 些的芯片則會(huì)要求比較長(zhǎng)的建 立時(shí)間和保持時(shí)間。

另外要注意的是， 一個(gè)數(shù)字電路能夠可靠工作的比較高數(shù)據(jù)速率不僅取決于接收端對(duì)于 建立/保持時(shí)間的要求，輸出端的上升時(shí)間過(guò)緩、輸出幅度偏小、信號(hào)和時(shí)鐘中有抖動(dòng)、信號(hào) 有畸變等很多因素都會(huì)消耗信號(hào)建立/保持時(shí)間的裕量。因此一個(gè)數(shù)字電路能夠達(dá)到的比較高數(shù)據(jù)傳輸速率與發(fā)送芯片、接收芯片以及傳輸路徑都有關(guān)系。

建立時(shí)間和保持時(shí)間是數(shù)字電路非常重要的概念，是接收端可靠信號(hào)接收的**基本要 求，也是數(shù)字電路可靠工作的基礎(chǔ)?？梢哉f(shuō)，大部分?jǐn)?shù)字信號(hào)的測(cè)量項(xiàng)目如數(shù)據(jù)速率、信號(hào) 幅度、眼圖、抖動(dòng)等的測(cè)量都是為了間接保證信號(hào)滿(mǎn)足接收端對(duì)建立時(shí)間和保持時(shí)間的要 求，在以后章節(jié)的論述中我們可以慢慢體會(huì)。 波形參數(shù)測(cè)試室數(shù)字信號(hào)測(cè)試常用的測(cè)量方法，隨著數(shù)字信號(hào)速率的提高，波形參數(shù)的測(cè)量方法越來(lái)越不適用了。

為了提高串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕F(xiàn)在很多更高速率的數(shù)字接口采用對(duì)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(guò)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(hào)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(guò)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(guò)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(lái)成為ANSI標(biāo)準(zhǔn)的一部分(ANSIX3.230-1994,clause11),并在通信和計(jì)算機(jī)總線(xiàn)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， 數(shù)字信號(hào)上升時(shí)間是示波器中進(jìn)行上升時(shí)間測(cè)量例子，光標(biāo)交叉點(diǎn)指示出上升時(shí)間測(cè)量的起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)的位置；海南電氣性能測(cè)試數(shù)字信號(hào)測(cè)試

高速數(shù)字接口原理與測(cè)試；海南電氣性能測(cè)試數(shù)字信號(hào)測(cè)試

要想得到零邊沿時(shí)間的理想方波，理論上是需要無(wú)窮大頻率的頻率分量。如果比較高只考慮到某個(gè)頻率點(diǎn)處的頻率分量，則來(lái)出的時(shí)域波形邊沿時(shí)間會(huì)蛻化，會(huì)使得邊沿時(shí)間增大。例如，一個(gè)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?xún)?nèi)所有分量成時(shí)域信號(hào)，貝U其邊沿時(shí)間大概是0.35/2500M=0.14ns,即140ps。

我們可以把數(shù)字信號(hào)假設(shè)為一個(gè)時(shí)間軸上無(wú)窮的梯形波的周期信號(hào)，它的傅里葉變換

對(duì)應(yīng)于每個(gè)頻率點(diǎn)的正弦波的幅度，我們可以勾勒出虛線(xiàn)所示的頻譜包絡(luò)線(xiàn)， 可以看到它有兩個(gè)轉(zhuǎn)折頻率分別對(duì)應(yīng)1/材和1/”（刁是半周期，。是邊沿時(shí)間）

從1/叫轉(zhuǎn)折頻率開(kāi)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?duì)于理想方波，從這個(gè)頻 率開(kāi)始，信號(hào)的諧波分量大大減小。 海南電氣性能測(cè)試數(shù)字信號(hào)測(cè)試