数字信号并行总线与串行总线(Parallel and Serial Bus)

虽然随着技术的发展，现代的数字芯片已经集成了越来越多的功能，但是对于稍微复杂  一点的系统来说，很多时候单独一个芯片很难完成所有的工作，这就需要和其他芯片配合起  来工作。比如现在的CPU的处理能力越来越强，很多CPU内部甚至集成了显示处理的功  能，但是仍然需要配合外部的内存芯片来存储临时的数据，需要配合桥接芯片扩展硬盘、 USB等接口；现代的FPGA内部也可以集成CPU、DSP、RAM、高速收发器等，但有些  场合可能还需要配合用的DSP来进一步提高浮点处理效率，配合额外的内存芯片来扩展  存储空间，配合用的物理层芯片来扩展网口、USB等，或者需要多片FPGA互连来提高处  理能力。所有这一切，都需要用到相应的总线来实现多个数字芯片间的互连。如果我们把  各个功能芯片想象成人体的各个功能，总线就是血脉和经络，通过这些路径，各个功能  模块间才能进行有效的数据交换和协同工作。 传输线对数字信号的影响；测量数字信号测试维修电话

反映的是一个5Gbps的信号经过35英寸的FR-4板材传输后的眼图，以及经过CTLE均衡后对眼图的改善。

FFE均衡的作用基本上类似于FIR(有限脉冲响应)滤波器，其方法是根据相邻比特的电压幅度的加权值进行当前比特幅度的修正，每个相邻比特的加权系数直接和通道的冲激响应有关。下面是一个三阶FFE的数学描述：

e(t)=cor(t-(0Tp))+cir(t-(1Tp))+czr(t-(2Tp))

式中，e(t)为时间t时的电压波形，是经校正(或均衡)后的电压波形；Tp为时间延迟(抽头的时间延迟);r(t-nTp)为距离当前时间n个抽头延迟之前的波形，是未经校正(或均衡)的波形；c,为校正系数(抽头系数)。 中国香港校准数字信号测试数字此案好的上升时间（Rising Time）;

基本上可以看到数字信号的频域分量大部分集中在1/7U,这个频率以下，我们可以将这个频率称之为信号的带宽，工程上可以近似为0.35/0,当对设计要求严格的时候，也可近似为0.5/rro

也就是说，叠加信号带宽（0.35/。）以下的频率分量基本上可以复现边沿时间是tr的数字时;域波形信号。这个频率通常也叫作转折频率或截止频率（Fknee或cutofffrequency）

*信号的能量大部分集中在信号带宽以下，意味着我们在考虑这个信号的传输效应时，主要关注比较高频率可以到信号的带宽。

所以，假如在数字信号的传输过程中可以保证在信号的带宽（0.35亿）以下的频率分量（模拟信号）经过互连路径的质量，则我们可以保证接收到比较完整的数字信号。

然而，我们会在下面看到在考虑信号完整性问题时由于传输路径阻抗不连续对信号的反射，损耗随频率的增加而增加的特性等因素，这些频率分量在传输时会有畸变，从而造成接收到的各个频率的分量叠加在时并不能完全保证复现原有的时域的数字信号。

时间偏差的衡量方法。由于信号边沿的时间偏差可能是由于各种因素造成的，有随机的噪声，还有确定性的干扰。所以这个时间偏差通常不是一个恒定值，而是有一定的统计分布，在不同的应用场合这个测量的结果可能是用有效值(RMS)衡量，也可能是用峰-峰值(peak-peak)衡量，更复杂的场合还会对这个时间偏差的各个成分进行分解和估计。因此抖动的精确测量需要大量的样本以及复杂的算法。对抖动进行衡量和测量时，需要特别注意的是，即使对于同一个信号，如果用不同的方法进行衡量，得到的抖动测量结果也可能不一样，下面是几种常用的抖动测量项目。数字设备是由很多电路组成来实现一定的功能，系统中的各个部分通过数字信号的传输来进行信息和数据的交互。

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。 传统的数字信号带宽计算；中国澳门HDMI测试数字信号测试

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采用并行总线的另外一个问题在于总线的吞吐量很难持续提升。对于并行总线来说， 其总线吞吐量=数据线位数×数据速率。我们可以通过提升数据线的位数来提高总线吞吐  量，也可以通过提升数据速率来提高总线吞吐量。以个人计算机中曾经非常流行的PCI总  线为例，其**早推出时总线是32位的数据线，工作时钟频率是33MHz,其总线吞吐量=  32bit×33MHz;后来为了提升其总线吞吐量推出的PCI-X总线，把总线宽度扩展到64位， 工作时钟频率比较高提升到133MHz,其总线吞吐量=64bit×133MHz。是PCI插槽  和PCI-X插槽的一个对比，可以看到PCI-X由于使用了更多的数据线，其插槽更长。

但是随着人们对于总线吞吐量要求的不断提高，这种提升总线带宽的方式遇到了瓶颈。首先由于芯片尺寸和布线空间的限制，64位数据宽度已经几乎是极限了。另外，这64根数据线共用一个采样时钟，为了保证所有的信号都满足其建立保持时间的要求，在PCB上布线、换层、拐弯时需要保证精确等长。而总线工作速率越高，对于各条线的等长要求就越高，对于这么多根信号要实现等长的布线是很难做到的。

用逻辑分析仪采集到的一个实际的8位总线的工作时序，可以看到在数据从0x00跳变到0xFF状态过程中，这8根线实际并不是精确一起跳变的。 测量数字信号测试维修电话

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