自動(dòng)化數(shù)字信號(hào)測(cè)試高速信號(hào)傳輸

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次諧波以內(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所示的頻譜包絡(luò)線， 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。 什么是模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)是什么。自動(dòng)化數(shù)字信號(hào)測(cè)試高速信號(hào)傳輸

對(duì)于并行總線來(lái)說(shuō)，更致命的是這種總線上通常掛有多個(gè)設(shè)備，且讀寫(xiě)共用，各種信號(hào)分叉造成的反射問(wèn)題使得信號(hào)質(zhì)量進(jìn)一步惡化。

為了解決并行總線占用尺寸過(guò)大且對(duì)布線等長(zhǎng)要求過(guò)于苛刻的問(wèn)題，隨著芯片技術(shù)的發(fā)展和速度的提升，越來(lái)越多的數(shù)字接口開(kāi)始采用串行總線。所謂串行總線，就是并行的數(shù)據(jù)在總線上不再是并行地傳輸，而是時(shí)分復(fù)用在一根或幾根線上傳輸。比如在并行總線上 傳輸1Byte的數(shù)據(jù)寬度需要8根線，而如果把這8根線上的信號(hào)時(shí)分復(fù)用在一根線上就可 以減少需要的走線數(shù)量，同時(shí)也不需要再考慮8根線之間的等長(zhǎng)關(guān)系。 自動(dòng)化數(shù)字信號(hào)測(cè)試高速信號(hào)傳輸數(shù)字總線采用的時(shí)鐘 分配方式大體上可以分為3類(lèi)，即并行時(shí)鐘、嵌入式時(shí)鐘、前向時(shí)鐘，各有各的應(yīng)用領(lǐng)域。

對(duì)于真實(shí)的數(shù)據(jù)信號(hào)來(lái)說(shuō)，其頻譜會(huì)更加復(fù)雜一些。比如偽隨機(jī)序列(PRBS)碼流的頻譜的包絡(luò)類(lèi)似一個(gè)sinc函數(shù)。圖1.4是用同一個(gè)發(fā)送芯片分別產(chǎn)生的800Mbps和2.5Gbps的PRBS信號(hào)的頻譜，可以看到雖然輸出數(shù)據(jù)速率不一樣，但是信號(hào)的主要頻譜能量集中在4GHz以內(nèi)，也并不見(jiàn)得2.5Gbps信號(hào)的高頻能量就比800Mbps的高很多。

頻譜儀是對(duì)信號(hào)能量的頻率分布進(jìn)行分析的準(zhǔn)確的工具，數(shù)字工程師可以借助頻譜分析儀對(duì)被測(cè)數(shù)字信號(hào)的頻譜分布進(jìn)行分析。當(dāng)沒(méi)有頻譜儀可用時(shí)，我們通常根據(jù)數(shù)字信號(hào)的上升時(shí)間估算被測(cè)信號(hào)的頻譜能量：

信號(hào)的比較高頻率成分=0.5/信號(hào)上升時(shí)間(10%～90%)

或者當(dāng)使用20%～80%的上升時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，計(jì)算公式如下：

信號(hào)的比較高頻率成分=0.4/信號(hào)上升時(shí)間(20%～80%)

采用并行總線的另外一個(gè)問(wèn)題在于總線的吞吐量很難持續(xù)提升。對(duì)于并行總線來(lái)說(shuō)， 其總線吞吐量=數(shù)據(jù)線位數(shù)×數(shù)據(jù)速率。我們可以通過(guò)提升數(shù)據(jù)線的位數(shù)來(lái)提高總線吞吐  量，也可以通過(guò)提升數(shù)據(jù)速率來(lái)提高總線吞吐量。以個(gè)人計(jì)算機(jī)中曾經(jīng)非常流行的PCI總  線為例，其**早推出時(shí)總線是32位的數(shù)據(jù)線，工作時(shí)鐘頻率是33MHz,其總線吞吐量=  32bit×33MHz;后來(lái)為了提升其總線吞吐量推出的PCI-X總線，把總線寬度擴(kuò)展到64位， 工作時(shí)鐘頻率比較高提升到133MHz,其總線吞吐量=64bit×133MHz。是PCI插槽  和PCI-X插槽的一個(gè)對(duì)比，可以看到PCI-X由于使用了更多的數(shù)據(jù)線，其插槽更長(zhǎng)。

但是隨著人們對(duì)于總線吞吐量要求的不斷提高，這種提升總線帶寬的方式遇到了瓶頸。首先由于芯片尺寸和布線空間的限制，64位數(shù)據(jù)寬度已經(jīng)幾乎是極限了。另外，這64根數(shù)據(jù)線共用一個(gè)采樣時(shí)鐘，為了保證所有的信號(hào)都滿足其建立保持時(shí)間的要求，在PCB上布線、換層、拐彎時(shí)需要保證精確等長(zhǎng)。而總線工作速率越高，對(duì)于各條線的等長(zhǎng)要求就越高，對(duì)于這么多根信號(hào)要實(shí)現(xiàn)等長(zhǎng)的布線是很難做到的。

用邏輯分析儀采集到的一個(gè)實(shí)際的8位總線的工作時(shí)序，可以看到在數(shù)據(jù)從0x00跳變到0xFF狀態(tài)過(guò)程中，這8根線實(shí)際并不是精確一起跳變的。 抖動(dòng)是數(shù)字信號(hào)，特別是高速數(shù)字信號(hào)重要的一個(gè)概念，越是高速的信號(hào)，其比特周期越短對(duì)于抖動(dòng)要求就嚴(yán)格；

數(shù)字信號(hào)并行總線與串行總線(Parallel and Serial Bus)

雖然隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代的數(shù)字芯片已經(jīng)集成了越來(lái)越多的功能，但是對(duì)于稍微復(fù)雜  一點(diǎn)的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，很多時(shí)候單獨(dú)一個(gè)芯片很難完成所有的工作，這就需要和其他芯片配合起  來(lái)工作。比如現(xiàn)在的CPU的處理能力越來(lái)越強(qiáng)，很多CPU內(nèi)部甚至集成了顯示處理的功  能，但是仍然需要配合外部的內(nèi)存芯片來(lái)存儲(chǔ)臨時(shí)的數(shù)據(jù)，需要配合橋接芯片擴(kuò)展硬盤(pán)、 USB等接口；現(xiàn)代的FPGA內(nèi)部也可以集成CPU、DSP、RAM、高速收發(fā)器等，但有些  場(chǎng)合可能還需要配合用的DSP來(lái)進(jìn)一步提高浮點(diǎn)處理效率，配合額外的內(nèi)存芯片來(lái)擴(kuò)展  存儲(chǔ)空間，配合用的物理層芯片來(lái)擴(kuò)展網(wǎng)口、USB等，或者需要多片F(xiàn)PGA互連來(lái)提高處  理能力。所有這一切，都需要用到相應(yīng)的總線來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)數(shù)字芯片間的互連。如果我們把  各個(gè)功能芯片想象成人體的各個(gè)功能，總線就是血脈和經(jīng)絡(luò)，通過(guò)這些路徑，各個(gè)功能  模塊間才能進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)交換和協(xié)同工作。 數(shù)字信號(hào)的建立/保持時(shí)間（Setup/Hold Time）;中國(guó)香港數(shù)字信號(hào)測(cè)試代理商

數(shù)字信號(hào)是由“0”和“1”。自動(dòng)化數(shù)字信號(hào)測(cè)試高速信號(hào)傳輸

為了保證接收端在時(shí)鐘有效沿時(shí)采集到正確的數(shù)據(jù)，通常都有建立/保持時(shí)間的要求，以避免采到數(shù)據(jù)線上跳變時(shí)不穩(wěn)定的狀態(tài)，因此這種總線對(duì)于時(shí)鐘和數(shù)據(jù)線間走線長(zhǎng)度的差異都有嚴(yán)格要求。這種并行總線在使用中比較大的挑戰(zhàn)是當(dāng)總線時(shí)鐘速率超過(guò)幾百M(fèi)Hz后就很難再提高了，因?yàn)槠浜芏喔⑿芯€很難滿圖1.15并行總線的時(shí)鐘傳輸足此時(shí)苛刻的走線等長(zhǎng)的要求，特別是當(dāng)總線上同時(shí)掛有多個(gè)設(shè)備時(shí)。為了解決并行總線工作時(shí)鐘頻率很難提高的問(wèn)題，一些系統(tǒng)和芯片的設(shè)計(jì)廠商提出了嵌入式時(shí)鐘的概念。其思路首先是把原來(lái)很多根的并行線用一對(duì)或多對(duì)高速差分線來(lái)代替，節(jié)省了布線空間；然后把系統(tǒng)的時(shí)鐘信息通過(guò)數(shù)據(jù)編碼的方式嵌在數(shù)據(jù)流里，省去了專(zhuān)門(mén)的時(shí)鐘走線。信號(hào)到了接收端，接收端采用相應(yīng)的CDR(clock-datarecovery)電路把數(shù)據(jù)流中內(nèi)嵌的時(shí)鐘信息提取出來(lái)再對(duì)數(shù)據(jù)采樣。圖1.16是一個(gè)采用嵌入式時(shí)鐘的總線例子。自動(dòng)化數(shù)字信號(hào)測(cè)試高速信號(hào)傳輸