对于并行总线来说,更致命的是这种总线上通常挂有多个设备,且读写共用,各种信号分叉造成的反射问题使得信号质量进一步恶化。
为了解决并行总线占用尺寸过大且对布线等长要求过于苛刻的问题,随着芯片技术的发展和速度的提升,越来越多的数字接口开始采用串行总线。所谓串行总线,就是并行的数据在总线上不再是并行地传输,而是时分复用在一根或几根线上传输。比如在并行总线上 传输1Byte的数据宽度需要8根线,而如果把这8根线上的信号时分复用在一根线上就可 以减少需要的走线数量,同时也不需要再考虑8根线之间的等长关系。 数字信号是离散的。它的幅度被限制在一个确定的值。湖南数字信号测试系列
由于真正的预加重电路在实现时需要有相应的放大电路来增加跳变比特的幅度,电路 比较复杂而且增加系统功耗,所以在实际应用时更多采用去加重的方式。去加重技术不是 增大跳变比特的幅度,而是减小非跳变比特的幅度,从而得到和预加重类似的信号波形。 图 1.29是对一个10Gbps的信号进行-3.5dB的去加重后对频谱的影响。可以看到,去加 重主要是通过压缩信号的直流和低频分量(长0 或者长 1 的比特流),从而改善其在传输过 程中可 能造成的对短0或者短1 比特的影响。HDMI测试数字信号测试销售价格数字信号处理的解决方案;
数字信号的均衡(Equalization)
前面介绍了预加重或者去加重技术对于克服传输通道损耗、改善高速数字信号接收端信号质量的作用,但是当信号速率进一步提高或者传输距离更长时,**在发送端已不能充分补偿传输通道带来的损耗,这时就需要在接收端同时使用均衡技术来进一步改善信号质量。所谓均衡,是在数字信号的接收端进行的一种补偿高频损耗的技术。常见的信号均衡技术有3种:CTLE(ContinuousTimeLinearEqualization)、FFE(FeedForwardEqualization)和DFE(DecisionFeedbackEqualization).CTLE是在接收端提供一个高通滤波器,这个高通滤波器可以对信号中的主要高频分量进行放大,这一点和发送端的预加重技术带来的效果是类似的。有些速率比较高的总线,为了适应不同链路长度损耗的影响,还支持多挡不同增益的CTLE均衡器。图1.35是PCle5.0总线在接收端使用的CTLE均衡器的频响曲线的例子。
数字信号基础单端信号与差分信号(Single-end and Differential Signals)
数字总线大部分使用单端信号做信号传输,如TTL/CMOS信号都是单端信号。所谓单端信号,是指用一根信号线的高低电平的变化来进行0、1信息的传输,这个电平的高低变化是相对于其公共的参考地平面的。单端信号由于结构简单,可以用简单的晶体管电路实现,而且集成度高、功耗低,因此在数字电路中得到的应用。是一个单端信号的传输模型。
当信号传输速率更高时,为了减小信号的跳变时间和功耗,信号的幅度一般都会相应减小。比如以前大量使用的5V的TTL信号现在使用越来越少,更多使用的是3.3V/2.5V/1.8V/1.5V/1.2V的LVTTL电平,但是信号幅度减小带来的问题是对噪声的容忍能力会变差一些。进一步,很多数字总线现在需要传输更长的距离,从原来芯片间的互连变成板卡间的互连甚至设备间的互连,信号穿过不同的设备时会受到更多噪声的干扰。更极端的情况是收发端的参考地平面可能也不是等电位的。因此,当信号速率变高、传输距离变长后仍然使用单端的方式进行信号传输会带来很大的问题。图1.12是一个受到严重共模噪声干扰的单端信号,对于这种信号,无论接收端的电平判决阈值设置在哪里都可能造成信号的误判。
模拟信号和数字信号之间的区别吗?
采用前向时钟的总线因为有专门的时钟通路,不需要再对数据进行编解码,所以总线效率一般都比较高。还有一个优点是线路噪声和抖动对于时钟和数据线的影响基本是一样的(因为走线通常都在一起),所以对系统的影响可以消除到小。
嵌入式时钟的电路对于线路上的高频抖动非常敏感,而采用前向时钟的电路对高频抖动的敏感度就相对小得多。前向时钟总线典型的数据速率在500Mbps~12Gbps.
在前向时钟的拓扑总线中,时钟速率通常是数据速率的一半(也有采用1/4速率、1/10或其他速率的),数据在上下边沿都采样,也就是通常所说的DDR方式。使用DDR采样的好处是时钟线和数据线在设计上需要的带宽是一样的,任何设计上的局限性(比如传输线的衰减特性)对于时钟和数据线的影响是一样的。
前向时钟在一些关注效率、实时性,同时需要高吞吐量的总线上应用比较,比如DDR总线、GDDR总线、HDMI总线、Intel公司CPU互连的QPI/UPI总线等。 数字信号的时钟分配(Clock Distribution);湖南数字信号测试系列
数字信号带宽、信道带宽、信息速率、基带、频带的带宽;湖南数字信号测试系列
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