數(shù)字信號的時(shí)鐘分配(ClockDistribution)

前面講過，對于數(shù)字電路來說，目前絕大部分的場合都是采用同步邏輯電路，而同步邏輯電路中必不可少的就是時(shí)鐘。數(shù)字信號的可靠傳輸依賴于準(zhǔn)確的時(shí)鐘采樣，一般情況下發(fā)送端和接收端都需要使用相同頻率的工作時(shí)鐘才可以保證數(shù)據(jù)不會(huì)丟失(有些特殊的應(yīng)用中收發(fā)端可以采用大致相同頻率工作時(shí)鐘，但需要在數(shù)據(jù)格式或協(xié)議層面做些特殊處理)。為了把發(fā)送端的時(shí)鐘信息傳遞到接收端以進(jìn)行正確的信號采樣，數(shù)字總線采用的時(shí)鐘分配方式大體上可以分為3類，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。 對于一個(gè)數(shù)字信號，要進(jìn)行可靠的0、1信號傳輸，就必須滿足一定的電平、幅度、時(shí)序等標(biāo)準(zhǔn)的要求。江蘇數(shù)字信號測試維保

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(shí)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(shí)際測試中更多使用正 弦波進(jìn)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(jìn)行頻域到時(shí)域的轉(zhuǎn)換以 得到時(shí)域響應(yīng)。相比其他信號，正弦波更容易產(chǎn)生，同時(shí)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(dá)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(dòng)態(tài)范圍可以達(dá)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(huì)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(jìn)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(gè)測量結(jié)果分析出的信號眼圖。
江蘇數(shù)字信號測試維保數(shù)字信號的帶寬（Bandwidth）;

值得注意的是，在同步電路中，如果要得到穩(wěn)定的邏輯狀態(tài)，對于采樣時(shí)鐘和信號間的時(shí)序關(guān)系是有要求的。比如，如果時(shí)鐘的有效邊沿正好對應(yīng)到數(shù)據(jù)的跳變區(qū)域附近，可能會(huì)采樣到不可靠的邏輯狀態(tài)。數(shù)字電路要得到穩(wěn)定的邏輯狀態(tài)，通常都要求在采樣時(shí)鐘有效邊沿到來時(shí)被采信號已經(jīng)提前建立一個(gè)新的邏輯狀態(tài)，這個(gè)提前的時(shí)間通常稱為建立時(shí)間(SetupTime);同樣，在采樣時(shí)鐘的有效邊沿到來后，被采信號還需要保持這個(gè)邏輯狀態(tài)一定時(shí)間以保證采樣數(shù)據(jù)的穩(wěn)定，這個(gè)時(shí)間通常稱為保持時(shí)間(HoldTime)。如圖1.6所示是一個(gè)典型的D觸發(fā)器對建立和保持時(shí)間的要求。Data信號在CLK信號的有效邊沿到來t、前必須建立穩(wěn)定的邏輯狀態(tài)，在CLK有效邊沿到來后還要保持當(dāng)前邏輯狀態(tài)至少tn這么久，否則有可能造成數(shù)據(jù)采樣的錯(cuò)誤。

(1)抖動(dòng)的頻率范圍。抖動(dòng)實(shí)際上是時(shí)間上的噪聲，其時(shí)間偏差的變化頻率可能比較  快也可能比較慢。通常把變化頻率超過10Hz以上的抖動(dòng)成分稱為jitter,而變化頻率低于  10Hz的抖動(dòng)成分稱為wander(漂移)。wander主要反映的是時(shí)鐘源隨著時(shí)間、溫度等的緩  慢變化，影響的是時(shí)鐘或定時(shí)信號的***精度。在通信或者信號傳輸中，由于收發(fā)雙方都會(huì)  采用一定的時(shí)鐘架構(gòu)來進(jìn)行時(shí)鐘的分配和同步，緩慢的時(shí)鐘漂移很容易被跟蹤上或補(bǔ)償?shù)簦?因此wander對于數(shù)字電路傳輸?shù)恼`碼率影響不大，高速數(shù)字電路測量中關(guān)心的主要是高  頻的jitter。什么是模擬信號？數(shù)字信號？

數(shù)字信號的上升時(shí)間(Rising Time)

任何一個(gè)真實(shí)的數(shù)字信號在由一個(gè)邏輯電平狀態(tài)跳轉(zhuǎn)到另一個(gè)邏輯電平狀態(tài)時(shí),其中間的過渡時(shí)間都不會(huì)是無限短的。信號電平跳變的過渡時(shí)間越短，說明信號邊沿越陡。我們通常使用上升時(shí)間(RisingTime)這個(gè)參數(shù)來衡量信號邊沿的陡緩程度，通常上升時(shí)間是指數(shù)字信號由幅度的10%增加到幅度的90%所花的時(shí)間(也有些場合會(huì)使用20%～80%的上升時(shí)間或其他標(biāo)準(zhǔn))。上升時(shí)間越短，說明信號越陡峭。大部分?jǐn)?shù)字信號的下降時(shí)間(信號從幅度的90%下降到幅度的10%所花的時(shí)間)和上升時(shí)間差不多(也有例外)。圖1.2比較了兩種不同上升時(shí)間的數(shù)字信號。上升時(shí)間可以客觀反映信號邊沿的陡緩程度，而且由于計(jì)算和測量簡單，所以得到的應(yīng)用。對有些非常高速的串行數(shù)字信號，如PCIe、USB3.0、100G以太網(wǎng)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(wěn)定的幅度10%和90%的位置，所以有時(shí)也會(huì)用幅度20%～80%的上升時(shí)間來衡量信號的陡緩程度。通常速率越高的信號其上升時(shí)間也會(huì)更陡一些(但不一定速率低的信號上升時(shí)間一定就緩),上升時(shí)間是數(shù)字信號分析中的一個(gè)非常重要的概念，后面我們會(huì)反復(fù)提及和用到這個(gè)概念。 數(shù)字信號取值是散的，通過數(shù)學(xué)方法對原有信號處理，編碼成二進(jìn)制信號后，再載波的方式發(fā)送編碼后的數(shù)字流。江蘇數(shù)字信號測試維保

數(shù)字信號電平范圍象征的邏輯狀態(tài)；江蘇數(shù)字信號測試維保

 采用AC耦合方式的另一個(gè)好處是收發(fā)端在做互連時(shí)不用太考慮直流偏置點(diǎn)的互相影響， 互連變得非常簡單，對于熱插拔的支持能力也更好。

(3)有利于信號校驗(yàn)。很多高速信號在進(jìn)行傳輸時(shí)為了保證傳輸?shù)目煽啃裕獙邮?到的信號進(jìn)行檢查以確認(rèn)收到的信號是否正確。在8b/10bit編碼表中，原始的8bit數(shù)據(jù)總 共有256個(gè)組合，即使考慮到每個(gè)Byte有正負(fù)兩個(gè)10bit編碼，也只需要用到512個(gè)10bit 的組合。而10bit的數(shù)據(jù)總共可以有1024個(gè)組合，因此有大約一半的10bit組合是無效的 數(shù)據(jù)，接收端一旦收到這樣的無效組合就可以判決數(shù)據(jù)無效。另外，前面介紹過數(shù)據(jù)在傳輸 過程中要保證直流平衡， 一旦接收端收到的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)違反直流平衡的規(guī)則，也可以判決數(shù) 據(jù)無效。因此采用8b/10b編碼以后數(shù)據(jù)本身就可以提供一定的信號校驗(yàn)功能。需要注意的是，這種校驗(yàn)不是足夠可靠，因?yàn)槔碚撋线€是可能會(huì)有幾個(gè)bit在傳輸中發(fā)生了錯(cuò)誤，但 是結(jié)果仍然符合8b/10b編碼規(guī)則和直流平衡原則。因此，很多使用8b/10b編碼的總線還 會(huì)在上層協(xié)議上再做相應(yīng)的CRC校驗(yàn)(循環(huán)冗余校驗(yàn))。 江蘇數(shù)字信號測試維保

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