模电工程师:差分信号、时钟数据恢复、信道均衡

嵌入式ARM 2021-10-18 16:24

差分信号
差分传输是一种信号传输的技术,区别于传统的一根信号线一根地线的做法,差分传输在这两根线上都传输信号,这两个信号的振幅相等,相位相反。在这两根线上传输的信号就是差分信号。差分信号又称差模信号,是相对共模信号而言的。
 
我们用一个方法对差分信号做一下比喻,差分信号就好比是跷跷板上的两个人,当一个人被跷上去的时候,另一个人被跷下来了 - 但是他们的平均位置是不变的。继续跷跷板的类推,正值可以表示左边的人比右边的人高,而负值表示右边的人比左边的人高。0 表示两个人都是同一水平。应用到电学上,这两个跷跷板用一对标识为V+和V-的导线来表示。

特点

从严格意义上来讲,所有电压信号都是差分的,因为一个电压只能是相对于另一个电压而言的。在某些系统里,"系统地"被用作电压基准点。当'地'当作电压测量基准时,这种信号规划被称之为单端的。我们使用该术语是因为信号是用单个导体上的电压来表示的。 另一方面,一个差分信号作用在两个导体上。信号值是两个导体间的电压差。尽管不是非常必要,这两个电压的平均值还是会经常保持一致。

 
可以想象,这两个导体上被同时加入的一个相等的电压,也就是所谓共模信号,对一个差分放大系统来说是没有作用的,也就是说,尽管一个差分放大器的输入有效信号幅度只需要几毫伏,但它却可以对一个高达几伏特的共模信号无动于衷。这个指标叫做差分放大器的共模抑制比(CMRR),一般的运算放大器可以达到90db以上,高精度运放甚至达到120db。因为干扰信号一般是以共模信号的形式存在,所以差分信号的应用极大地提高了放大器系统的信噪比。
 
优点

1、抗干扰能力强。干扰噪声一般会等值、同时的被加载到两根信号线上,而其差值为0,即,噪声对信号的逻辑意义不产生影响。

2、能有效抑制电磁干扰(EMI)。由于两根线靠得很近且信号幅值相等,这两根线与地线之间的耦合电磁场的幅值也相等,同时他们的信号极性相反,其电磁场将相互抵消。因此对外界的电磁干扰也小。
3、时序定位准确。差分信号的接受端是两根线上的信号幅值之差发生正负跳变的点,作为判断逻辑0/1跳变的点的。而普通单端信号以阈值电压作为信号逻辑0/1的跳变点,受阈值电压与信号幅值电压之比的影响较大,不适合低幅度的信号。
 
缺点

若电路板的面积非常紧张,单端信号可以只有一根信号线,地线走地平面,而差分信号一定要走两根等长、等宽、紧密靠近、且在同一层面的线。这样的情况常常发生在芯片的管脚间距很小,以至于只能穿过一根走线的情况下。


时钟数据恢复( CDR: clock data recovery)

时钟恢复作为高速串行通信必须具有的核心功能得到越来越广泛的应用,在以太网、PCI-Express、Aurora中都有时钟恢复模块。相对的,传统的时钟与数据同时传输的并行传输方式无法达到1Gb/s以上带宽。


简单的来说,所谓时钟恢复就是:根据参考时钟,从数据信号把时钟信号提取出来。相对应的,在信道上只传输串行数据,在信道上并没有时钟信号。数据接收端接收串行数据并进行时钟恢复。

SERDES中,时钟数据恢复的基础

通常CDR协议运行在较高的数据速率和较长的传送距离,因此带来很大的设计挑战。
 
在SERDES(Serializer-Deserializer)应用中,顾名思义,CDR接收器必须从数据中恢复嵌入的时钟。更准确地说,是从数据信号的交换中获取时钟。
 
CDR发送器首先串行发送数据,然后将数据转换成8b/10b编码方案。编码处理获得8位数据并将其转换成10位符号。8b/10b编码方式可以在数据线上传送相等数目的0和1,从而减少码间干扰,并提供足够多的数据边沿,以便接收器在收到的数据流上锁定相位。发送器将系统时钟倍频至传送比特率,并以该速率在TX差分对上发送8b/10b数据。
 
CDR接收器的任务首先是在RX差分位流上锁定相位,然后接收器按照恢复的时钟进行数据位对齐,接着用接收器的参考时钟进行字对齐。最后,将数据进行8b/10b解码,供系统使用。
 
在CDR系统中,发送和接收系统通常拥有完全独立的系统时钟。这两个时钟在一个特定的变化范围内非常关键,这个范围大约是数百个PPM。

CDR电路与抖动

CDR接口的主要设计挑战是抖动,即实际数据传送位置相对于所期望位置的偏移。总抖动(TJ)由确定性抖动和随机抖动组成。大多数抖动是确定的,其分量包括码间干扰、串扰、占空失真和周期抖动(例如来自开关电源的干扰)。而通常随机抖动是半导体发热问题的副产品,且很难预测。
 
传送参考时钟、传送PLL、串化器和高速输出缓冲器都对会传送抖动造成影响。对于给定的比特周期或者数据眼,传送抖动通常用单位间隔的百分比或UI(单位间隔)来说明。例如,.2 UI的传送抖动表示抖动由比特周期的20%组成。对于传送抖动而言,UI数值越低越好,因为它们代表较少的抖动。
 
同样地,CDR接收器将指定在给定比特率时所能容忍的最大抖动量。典型的比特误码率(BET)标准是1e-12。接收抖动仍然用UI来指定。较大的UI表明接收器可以容忍更多的抖动。典型的接收器规格是.8 UI,这意味着80%的比特周期可以是噪声,此时接收器将仍然能够可靠地接收数据。抖动通常用统计钟形分布来量化,该分布在其定点处有理想的边沿位置。

信道均衡(Channel equalization)

信道均衡(Channel equalization)是指为了提高衰落信道中的通信系统的传输性能而采取的一种抗衰落措施。它主要是为了消除或者是减弱宽带通信时的多径时延带来的码间串扰(ISI)问题。

其机理是对信道或整个传输系统特性进行补偿,针对信道恒参或变参特性,数据速率大小不同,均衡有多种结构方式。大体上分为两大类:线性与非线性均衡。线性均衡器和非线性均衡器的主要差别在于自适应均衡器的输出被用于反馈控制的方法。对于带通信道的均衡较为困难,一般都是待接收端解调后在基带进行均衡,因此基带均衡技术有广泛应用。
 
在实际中一般是加入自适应滤波器来实现信道均衡。使用滤波器来补偿失真的脉冲,判决器得到的解调输出样本,是经过均衡器修正过的或者清除了码间干扰之后的样本。自适应均衡器直接从传输的实际数字信号中根据某种算法不断调整增益,因而能适应信道的随机变化,使均衡器总是保持最佳的状态,从而有更好的失真补偿性能。


END

来源:网络

版权归原作者所有,如有侵权,请联系删除。

推荐阅读
缺货涨价潮下,使用GD32替代STM32的体验
HC32F460开发板之点亮板载的0.91寸OLED
国产替代环境下,测试了下GD32E230C8T6最小系统板

→点关注,不迷路←
嵌入式ARM 关注这个时代最火的嵌入式ARM,你想知道的都在这里。
评论
  • 车身域是指负责管理和控制汽车车身相关功能的一个功能域,在汽车域控系统中起着至关重要的作用。它涵盖了车门、车窗、车灯、雨刮器等各种与车身相关的功能模块。与汽车电子电气架构升级相一致,车身域发展亦可以划分为三个阶段,功能集成愈加丰富:第一阶段为分布式架构:对应BCM车身控制模块,包含灯光、雨刮、门窗等传统车身控制功能。第二阶段为域集中架构:对应BDC/CEM域控制器,在BCM基础上集成网关、PEPS等。第三阶段为SOA理念下的中央集中架构:VIU/ZCU区域控制器,在BDC/CEM基础上集成VCU、
    北汇信息 2025-01-03 16:01 173浏览
  • 前言近年来,随着汽车工业的快速发展,尤其是新能源汽车与智能汽车领域的崛起,汽车安全标准和认证要求日益严格,应用范围愈加广泛。ISO 26262和ISO 21448作为两个重要的汽车安全标准,它们在“系统安全”中扮演的角色各自不同,但又有一定交集。在智能网联汽车的高级辅助驾驶系统(ADAS)应用中,理解这两个标准的区别及其相互关系,对于保障车辆的安全性至关重要。ISO 26262:汽车功能安全的基石如图2.1所示,ISO 26262对“功能安全”的定义解释为:不存在由于电子/电气系统失效引起的危害
    广电计量 2025-01-02 17:18 218浏览
  • 光耦合器,也称为光隔离器,是一种利用光在两个隔离电路之间传输电信号的组件。在医疗领域,确保患者安全和设备可靠性至关重要。在众多有助于医疗设备安全性和效率的组件中,光耦合器起着至关重要的作用。这些紧凑型设备经常被忽视,但对于隔离高压和防止敏感医疗设备中的电气危害却是必不可少的。本文深入探讨了光耦合器的功能、其在医疗应用中的重要性以及其实际使用示例。什么是光耦合器?它通常由以下部分组成:LED(发光二极管):将电信号转换为光。光电探测器(例如光电晶体管):检测光并将其转换回电信号。这种布置确保输入和
    腾恩科技-彭工 2025-01-03 16:27 155浏览
  • 在快速发展的能源领域,发电厂是发电的支柱,效率和安全性至关重要。在这种背景下,国产数字隔离器已成为现代化和优化发电厂运营的重要组成部分。本文探讨了这些设备在提高性能方面的重要性,同时展示了中国在生产可靠且具有成本效益的数字隔离器方面的进步。什么是数字隔离器?数字隔离器充当屏障,在电气上将系统的不同部分隔离开来,同时允许无缝数据传输。在发电厂中,它们保护敏感的控制电路免受高压尖峰的影响,确保准确的信号处理,并在恶劣条件下保持系统完整性。中国国产数字隔离器经历了重大创新,在许多方面达到甚至超过了全球
    克里雅半导体科技 2025-01-03 16:10 119浏览
  • 物联网(IoT)的快速发展彻底改变了从智能家居到工业自动化等各个行业。由于物联网系统需要高效、可靠且紧凑的组件来处理众多传感器、执行器和通信设备,国产固态继电器(SSR)已成为满足中国这些需求的关键解决方案。本文探讨了国产SSR如何满足物联网应用的需求,重点介绍了它们的优势、技术能力以及在现实场景中的应用。了解物联网中的固态继电器固态继电器是一种电子开关设备,它使用半导体而不是机械触点来控制负载。与传统的机械继电器不同,固态继电器具有以下优势:快速切换:确保精确快速的响应,这对于实时物联网系统至
    克里雅半导体科技 2025-01-03 16:11 164浏览
  • 影像质量应用于多个不同领域,无论是在娱乐、医疗或工业应用中,高质量的影像都是决策的关键基础。清晰的影像不仅能提升观看体验,还能保证关键细节的准确传达,例如:在医学影像中,它对诊断结果有着直接的影响!不仅如此,影像质量还影响了:▶ 压缩技术▶ 存储需求▶ 传输效率随着技术进步,影像质量的标准不断提高,对于研究与开发领域,理解并提升影像质量已成为不可忽视的重要课题。在图像处理的过程中,硬件与软件除了各自扮演着不可或缺的基础角色,有效地协作能够确保图像处理过程既高效又具有优异的质量。软硬件各扮演了什么
    百佳泰测试实验室 2025-01-03 10:39 137浏览
  • Matter加持:新世代串流装置如何改变智能家居体验?随着现在智能家庭快速成长,串流装置(Streaming Device,以下简称Streaming Device)除了提供更卓越的影音体验,越来越多厂商开始推出支持Matter标准的串流产品,使其能作为智能家庭中枢,连结多种智能家电。消费者可以透过Matter的功能执行多样化功能,例如:开关灯、控制窗帘、对讲机开门,以及操作所有支持Matter的智能家电。此外,再搭配语音遥控器与语音助理,打造出一个更加智能、便捷的居家生活。支持Matter协议
    百佳泰测试实验室 2025-01-03 10:29 143浏览
  • 【工程师故事】+半年的经历依然忧伤,带着焦虑和绝望  对于一个企业来说,赚钱才是第一位的,对于一个人来说,赚钱也是第一位的。因为企业要活下去,因为个人也要活下去。企业打不了倒闭。个人还是要吃饭的。企业倒闭了,打不了从头再来。个人失业了,面对的不仅是房贷车贷和教育,还有找工作的焦虑。企业说,一个公司倒闭了,说明不了什么,这是正常的一个现象。个人说,一个中年男人失业了,面对的压力太大了,焦虑会摧毁你的一切。企业说,是个公司倒闭了,也不是什么大的问题,只不过是这些公司经营有问题吧。
    curton 2025-01-02 23:08 290浏览
  • 在测试XTS时会遇到修改产品属性、SElinux权限、等一些内容,修改源码再编译很费时。今天为大家介绍一个便捷的方法,让OpenHarmony通过挂载镜像来修改镜像内容!触觉智能Purple Pi OH鸿蒙开发板演示。搭载了瑞芯微RK3566四核处理器,树莓派卡片电脑设计,支持开源鸿蒙OpenHarmony3.2-5.0系统,适合鸿蒙开发入门学习。挂载镜像首先,将要修改内容的镜像传入虚拟机当中,并创建一个要挂载镜像的文件夹,如下图:之后通过挂载命令将system.img镜像挂载到sys
    Industio_触觉智能 2025-01-03 11:39 113浏览
  • 自动化已成为现代制造业的基石,而驱动隔离器作为关键组件,在提升效率、精度和可靠性方面起到了不可或缺的作用。随着工业技术不断革新,驱动隔离器正助力自动化生产设备适应新兴趋势,并推动行业未来的发展。本文将探讨自动化的核心趋势及驱动隔离器在其中的重要角色。自动化领域的新兴趋势智能工厂的崛起智能工厂已成为自动化生产的新标杆。通过结合物联网(IoT)、人工智能(AI)和机器学习(ML),智能工厂实现了实时监控和动态决策。驱动隔离器在其中至关重要,它确保了传感器、执行器和控制单元之间的信号完整性,同时提供高
    腾恩科技-彭工 2025-01-03 16:28 159浏览
  • 本文继续介绍Linux系统查看硬件配置及常用调试命令,方便开发者快速了解开发板硬件信息及进行相关调试。触觉智能RK3562开发板演示,搭载4核A53处理器,主频高达2.0GHz;内置独立1Tops算力NPU,可应用于物联网网关、平板电脑、智能家居、教育电子、工业显示与控制等行业。查看系统版本信息查看操作系统版本信息root@ido:/# cat /etc/*releaseDISTRIB_ID=UbuntuDISTRIB_RELEASE=20.04DISTRIB_CODENAME=focalDIS
    Industio_触觉智能 2025-01-03 11:37 137浏览
  • 国际标准IPC 标准:IPC-A-600:规定了印刷电路板制造过程中的质量要求和验收标准,涵盖材料、外观、尺寸、焊接、表面处理等方面。IPC-2221/2222:IPC-2221 提供了用于设计印刷电路板的一般原则和要求,IPC-2222 则针对高可靠性电子产品的设计提供了进一步的指导。IPC-6012:详细定义了刚性基板和柔性基板的要求,包括材料、工艺、尺寸、层次结构、特征等。IPC-4101:定义了印刷电路板的基板材料的物理和电气特性。IPC-7351:提供了元件封装的设计规范,包括封装尺寸
    Jeffreyzhang123 2025-01-02 16:50 198浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦