中国香港数字信号测试执行标准

对于真实的数据信号来说，其频谱会更加复杂一些。比如伪随机序列(PRBS)码流的频谱的包络类似一个sinc函数。图1.4是用同一个发送芯片分别产生的800Mbps和2.5Gbps的PRBS信号的频谱，可以看到虽然输出数据速率不一样，但是信号的主要频谱能量集中在4GHz以内，也并不见得2.5Gbps信号的高频能量就比800Mbps的高很多。

频谱仪是对信号能量的频率分布进行分析的准确的工具，数字工程师可以借助频谱分析仪对被测数字信号的频谱分布进行分析。当没有频谱仪可用时，我们通常根据数字信号的上升时间估算被测信号的频谱能量：

信号的比较高频率成分=0.5/信号上升时间(10%～90%)

或者当使用20%～80%的上升时间标准时，计算公式如下：

信号的比较高频率成分=0.4/信号上升时间(20%～80%) 数字总线采用的时钟 分配方式大体上可以分为3类，即并行时钟、嵌入式时钟、前向时钟，各有各的应用领域。中国香港数字信号测试执行标准

值得注意的是，在同步电路中，如果要得到稳定的逻辑状态，对于采样时钟和信号间的时序关系是有要求的。比如，如果时钟的有效边沿正好对应到数据的跳变区域附近，可能会采样到不可靠的逻辑状态。数字电路要得到稳定的逻辑状态，通常都要求在采样时钟有效边沿到来时被采信号已经提前建立一个新的逻辑状态，这个提前的时间通常称为建立时间(SetupTime);同样，在采样时钟的有效边沿到来后，被采信号还需要保持这个逻辑状态一定时间以保证采样数据的稳定，这个时间通常称为保持时间(HoldTime)。如图1.6所示是一个典型的D触发器对建立和保持时间的要求。Data信号在CLK信号的有效边沿到来t、前必须建立稳定的逻辑状态，在CLK有效边沿到来后还要保持当前逻辑状态至少tn这么久，否则有可能造成数据采样的错误。中国香港数字信号测试执行标准数字信号是离散的。它的幅度被限制在一个确定的值。

数字信号的时钟分配(ClockDistribution)

前面讲过，对于数字电路来说，目前绝大部分的场合都是采用同步逻辑电路，而同步逻辑电路中必不可少的就是时钟。数字信号的可靠传输依赖于准确的时钟采样，一般情况下发送端和接收端都需要使用相同频率的工作时钟才可以保证数据不会丢失(有些特殊的应用中收发端可以采用大致相同频率工作时钟，但需要在数据格式或协议层面做些特殊处理)。为了把发送端的时钟信息传递到接收端以进行正确的信号采样，数字总线采用的时钟分配方式大体上可以分为3类，即并行时钟、嵌入式时钟、前向时钟，各有各的应用领域。

为了提高串行数据传输的可靠性，现在很多更高速率的数字接口采用对数据进行编码后再做并/串转换的方式。编码的方式有很多，如8b/9b编码、8b/10b编码、64b/66b编码、128b/130b编码等，下面以当下流行的ANSI8b/10b编码为例进行介绍。

在ANSI8b/10b编码方式中，8bit的数据先通过相应的编码规则转换成10bit的数据，再进行并/串转换；接收端收到信号后先把串行数据进行串/并转换得到10bit的数据，再通过10bit到8bit的解码得到原始传输的8bit数据。因此，如果发送端并行侧的数据速率是8bit×100Mbps,通过8b/10b编码和并/串转换后的串行侧的数据速率就是1bit×1Gbps。8b/10b编码方法早由IBM发明，后来成为ANSI标准的一部分(ANSIX3.230-1994,clause11),并在通信和计算机总线上广泛应用。表1.1是ANSI8b/10b编码表的一部分，以数据0x00为例， 数字 信号处理系统的基本组成；

采用串行总线以后，就单根线来说，由于上面要传输原来多根线传输的数据，所以其工作速率一般要比相应的并行总线高很多。比如以前计算机上的扩展槽上使用的PCI总线采用并行32位的数据线，每根数据线上的数据传输速率是33Mbps,演变到PCle(PCI-express)的串行版本后每根线上的数据速率至少是2.5Gbps(PCIel.0代标准),现在PCIe的数据速率已经达到了16Gbps(PCIe4.0代标准)或32Gbps(PCIe5.0代标准)。采用串行总线的另一个好处是在提高数据传输速率的同时节省了布线空间，芯片的功耗也降低了，所以在现代的电子设备中，当需要进行高速数据传输时，使用串行总线的越来越多。

数据速率提高以后，对于阻抗匹配、线路损耗和抖动的要求就更高，稍不注意就很容易产生信号质量的问题。图1.10是一个典型的1Gbps的信号从发送端经过芯片封装、PCB、连接器、背板传输到接收端的信号路径，可以看到在发送端的接近理想的0、1跳变的数字信号到达接收端后由于高频损耗、反射等的影响，信号波形已经变得非常恶劣，所以串行总线的设计对于数字电路工程师来说是一个很大的挑战。 数字信号的抖动（Jitter）;中国香港数字信号测试执行标准

数字信号处理的解决方案；中国香港数字信号测试执行标准

要想得到零边沿时间的理想方波，理论上是需要无穷大频率的频率分量。如果比较高只考虑到某个频率点处的频率分量，则来出的时域波形边沿时间会蜕化，会使得边沿时间增大。例如，一个频率为500MHz的理想方波，其5次谐波分量是2500M,如果把5次谐波以内所有分量成时域信号，贝U其边沿时间大概是0.35/2500M=0.14ns,即140ps。

我们可以把数字信号假设为一个时间轴上无穷的梯形波的周期信号，它的傅里叶变换

对应于每个频率点的正弦波的幅度，我们可以勾勒出虚线所示的频谱包络线， 可以看到它有两个转折频率分别对应1/材和1/”（刁是半周期，。是边沿时间）

从1/叫转折频率开始，频谱的谐波分量是按I/?下降的，也就是-40dB/dec （-40分贝每 十倍频，即每增大十倍频率，谐波分量减小100倍）。可以看到相对于理想方波，从这个频 率开始，信号的谐波分量大大减小。 中国香港数字信号测试执行标准