高速系統(tǒng)設計

前言

　　2001年7月間，電子工業(yè)出版社的領導同志邀請各高校十幾位通信領域方面的老師，商量引進國外教材問題。與會同志對出版社提出的計劃十分贊同，大家認為，這對我國通信事業(yè)、特別是對高等院校通信學科的教學工作會很有好處。教材建設是高校教學建設的主要內(nèi)容之一。編寫、出版一本好的教材，意味著開設了一門好的課程，甚至可能預示著一個嶄新學科的誕生。20世紀40年代MIT林肯實驗室出版的一套28本雷達叢書，對近代電子學科、特別是對雷達技術(shù)的推動作用，就是一個很好的例子。我國領導部門對教材建設一直非常重視。20世紀80年代，在原教委教材編審委員會的領導下，匯集了高等院校幾百位富有教學經(jīng)驗的專家，編寫、出版了一大批教材；很多院校還根據(jù)學校的特點和需要，陸續(xù)編寫了大量的講義和參考書。這些教材對高校的教學工作發(fā)揮了極好的作用。近年來，隨著教學改革不斷深人和科學技術(shù)的飛速進步，有的教材內(nèi)容已比較陳舊落后，難以適應教學的要求，特別是在電子學和通信技術(shù)發(fā)展神速、可以講是日新月異的今天，如何適應這種情況，更是一個必須認真考慮的問題。解決這個問題，除了依靠高校的老師和專家撰寫新的符合要求的教科書外，引進和出版一些國外優(yōu)秀電子與通信教材，尤其是有選擇地引進一批英文原版教材，是會有好處的。一年多來，電子工業(yè)出版社為此做了很多工作。他們成立了一個“國外電子與通信教材系列”項目組，選派了富有經(jīng)驗的業(yè)務骨干負責有關(guān)工作，收集了230余種通信教材和參考書的詳細資料，調(diào)來了100余種原版教材樣書，依靠由20余位專家組成的出版委員會，從中精選了40多種，內(nèi)容豐富，覆蓋了電路理論與應用、信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、微電子、通信系統(tǒng)、電磁場與微波等方面，既可作為通信專業(yè)本科生和研究生的教學用書，也可作為有關(guān)專業(yè)人員的參考材料。此外，這批教材，有的翻譯為中文，還有部分教材直接影印出版，以供教師用英語直接授課。希望這些教材的引進和出版對高校通信教學和教材改革能起一定作用。在這里，我還要感謝參加工作的各位教授、專家、老師與參加翻譯、編輯和出版的同志們。各位專家認真負責、嚴謹細致、不辭辛勞、不怕瑣碎和精益求精的態(tài)度，充分體現(xiàn)了中國教育工作者和出版工作者的良好美德。隨著我國經(jīng)濟建設的發(fā)展和科學技術(shù)的不斷進步，對高校教學工作會不斷提出新的要求和希望。我想，無論如何，要做好引進國外教材的工作，一定要聯(lián)系我國的實際。教材和學術(shù)專著不同，既要注意科學性、學術(shù)性，也要重視可讀性，要深入淺出，便于讀者自學；引進的教材要適應高校教學改革的需要，針對目前一些教材內(nèi)容較為陳舊的問題，有目的地引進一些先進的和正在發(fā)展中的交叉學科的參考書；要與國內(nèi)出版的教材相配套，安排好出版英文原版教材和翻譯教材的比例。我們努力使這套教材能盡量滿足上述要求，希望它們能放在學生們的課桌上，發(fā)揮一定的作用。最后，預祝“國外電子與通信教材系列”項目取得成功，為我國電子與通信教學和通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展培土施肥。也懇切希望讀者能對這些書籍的不足之處、特別是翻譯中存在的問題，提出意見和建議，以便再版時更正。

內(nèi)容概要

本書著重介紹了最新的抖動、噪聲、誤碼(JNB)和信號完整性(SI)問題的解決方案，內(nèi)容涉及理論、分析、方法和應用。本書討論了鏈路部件和整個系統(tǒng)中的JNB及SI難題；論述了與JNB及SI有關(guān)的術(shù)語、定義、基本概念和產(chǎn)生根源；給出了最新的理論、分析、方法和實際對象，引導讀者從最基本的數(shù)學、統(tǒng)計學、電路與系統(tǒng)模型出發(fā)直到最終應用。本書的重點在于研究時鐘及串行數(shù)據(jù)通信中的應用問題，涵蓋JNB及SI的仿真、建模、診斷、調(diào)試及一致性測試等。

作者簡介

　　李鵬，博士（Dr.Mike Peng Li）曾是Wavecrest公司的技術(shù)總監(jiān)，現(xiàn)為Altera公司的首席架構(gòu)師/杰出工程師。李博士是抖動分離算法方面一位有聲望的開拓者和抖動、噪聲與信號完整性的標準制定的主要貢獻者。他是PCI ExpreSs抖動標準化委員會的共同主席，是IEEE和IEC贊助的學術(shù)

書籍目錄

第1章  緒論　1.1  抖動、噪聲和通信系統(tǒng)基礎　　1.1.1  什么是抖動、噪聲和信號完整性　　1.1.2  抖動和噪聲如何影響通信系統(tǒng)的性能　　　1.1.2.1  誤碼機理　　　1.1.2.2  誤碼率　1.2  時序抖動、幅度噪聲和信號完整性的根源　　1.2.1  固有噪聲和抖動　　　1.2.1.1  熱噪聲　　　1.2.1.2  散彈噪聲　　　1.2.1.3  閃爍噪聲　　1.2.2  噪聲轉(zhuǎn)化為時序抖動　　1.2.3  非固有噪聲和抖動　　　1.2.3.1  周期性噪聲和抖動　　　1.2.3.2  占空失真（DCD）　　　1.2.3.3  符號間干擾（ISI）　　　1.2.3.4  串擾　1.3  抖動、噪聲的統(tǒng)計信號描述　　1.3.1  峰-峰值和均方根RMS描述　　1.3.2  抖動或噪聲的概率密度函數(shù)及分量描述 　1.4  抖動、噪聲和BER的系統(tǒng)描述　　1.4.1  參考基準選取的重要性　　1.4.2  串行數(shù)據(jù)通信中的抖動傳遞函數(shù)　1.5  抖動、噪聲、BER和信號完整性研究述評　1.6  全書概要第2章  抖動、噪聲及信號完整性的統(tǒng)計信號與線性理論A部分： 概率，統(tǒng)計量和隨機信號　2.1  隨機變量及其概率分布　　2.1.1  隨機變量和概率　　　2.1.1.1  基本定義　　　2.1.1.2  聯(lián)合概率　　　2.1.1.3  條件概率　　　2.1.1.4  統(tǒng)計獨立性　　2.1.2  概率分布函數(shù)　　　2.1.2.1  概率密度函數(shù)（PDF）　　　2.1.2.2  累積分布函數(shù)（CDF）　　　2.1.2.3  PDF和CDF之間的關(guān)系　　　2.1.2.4  多個相關(guān)變量的PDF 　　　2.1.2.5  多維隨機變量的PDF和CDF　　　2.1.2.6  獨立變量的PDF和CDF　　　2.1.2.7  兩個隨機變量之和的PDF　2.2  統(tǒng)計估計　　2.2.1  數(shù)學期望或均值　　2.2.2  方差　　2.2.3  矩　　　2.2.3.1  二階中心矩與方差　　　2.2.3.2  三階中心矩及偏度　　　2.2.3.3  四階中心矩及峰度　　2.2.4  切比雪夫不等式 　　2.2.5  相關(guān)性　2.3  采樣與估計　　2.3.1  采樣估計與收斂　　　2.3.1.1  均值、均方差和峰-峰值估計　　　2.3.1.2  大數(shù)定理　　　2.3.1.3  估計量的收斂性　　2.3.2  中心極限定理　2.4  隨機過程與譜分析　　2.4.1  隨機過程的PDF和CDF　　2.4.2  隨機過程的統(tǒng)計估計量　　2.4.3  幾種隨機過程形式　　　2.4.3.1  廣義平穩(wěn)隨機過程（WSS）　　　2.4.3.2  狹義平穩(wěn)隨機過程　　　2.4.3.3  各態(tài)歷經(jīng)隨機過程　　　2.4.3.4  不同隨機過程之間的關(guān)系　　2.4.4  信號功率和功率譜密度（PSD）　　　2.4.4.1  PSD的定義　　　2.4.4.2  PSD和維納-辛欽定理B部分：線性系統(tǒng)理論　2.5  線性時不變系統(tǒng)　　2.5.1  時域分析　　2.5.2  頻域分析　　2.5.3  LTI系統(tǒng)的性質(zhì)　　　2.5.3.1  交換律　　　2.5.3.2  分配律　　　2.5.3.3  結(jié)合律　　　2.5.3.4  級聯(lián)性　2.6  LTI系統(tǒng)的統(tǒng)計估計量　　2.6.1  均值　　2.6.2  自相關(guān)函數(shù)　　2.6.3  均方值　2.7  LTI系統(tǒng)的功率譜密度　　2.7.1  輸出的功率譜密度　　2.7.2  輸出自相關(guān)函數(shù)　2.8  小結(jié)　參考文獻第3章  抖動及噪聲的根源、機理與數(shù)學模型　……第4章  抖動、噪聲、誤碼率及相互關(guān)系第5章  統(tǒng)計域抖動及噪聲的分離與分析第6章  時域、頻域抖動及噪聲分離與分析第7章  時鐘抖動第8章  鎖相環(huán)抖動及傳遞函數(shù)分析第9章  高速鏈路抖動及信號完整性機理第10章  高速鏈路抖動及信令完整性的建模與分析第11章  高速鏈路抖動及信令完整性的測試與分析第12章  總結(jié)與展望索引

章節(jié)摘錄

　　多數(shù)時鐘信號的標稱占空比為50％，因此脈沖寬度變短或變長都會造成DcD。脈沖寬度的偏差、周期偏移等都會引起DcD。此外，參考信號電平的偏移也會造成脈沖寬度變化。如果時鐘的上升邊和下降邊是由兩個半速率的子時鐘所構(gòu)成的，一旦這兩個半速率子時鐘的傳播時延不同，那么不同的延時也是引起DcD的一個原因。此時，這類時鐘的周期不固定，必須在考慮多次采樣的情況下從統(tǒng)計分布的觀點人手分析DcD，用平均周期去估計整體的DCD。1.2.3.3符號間干擾（ISI）數(shù)據(jù)信號會引起ISI。根據(jù)定義，時鐘信號并不會帶來IsI。不同于時鐘信號，數(shù)據(jù)信號泛指不需要在信號的每個單元區(qū)間（uI）或比特周期上都必須發(fā)生邊沿跳變的數(shù)字信號。數(shù)據(jù)信號可以在多個單元區(qū)間內(nèi)始終保持相同的信號幅度，不發(fā)生信號邊沿跳變。時鐘信號則不同。數(shù)字通信中的數(shù)據(jù)模式取決于通信系統(tǒng)的編碼方式。游程是數(shù)字模式中一個重要的參數(shù)，它指的是信號模式中連l或連0的最大長度。游程決定數(shù)據(jù)模式頻譜的最低頻率，因此也決定了測試需要覆蓋的頻率范圍。長距離光纖通信系統(tǒng)標準SONEll采用擾碼方式，具有較長的游程（例如游程長度為23，31），因此它具有較低的頻率成分。短距離數(shù)據(jù)通信標準，例如光纖信道、千兆位以太網(wǎng)都采用分組碼（例如8b／10b編碼），因此游程較短（游程可以為5），具有相對較高的頻率成分。在有損媒質(zhì)中，前述的比特流可能會造成跳變時序和信號幅度偏離理想值。在銅線系統(tǒng)中這是由于比特流在“1”和“0”之間切換時，電子元件的“記憶”特性造成的。“記憶”特性的其中一個例子就是容性效應。由于容性效應，每次電平跳變都要有一定的電荷充放電時間。如果前次跳變的電平在達到預定電平之前，緊接著發(fā)生又一次跳變，那么當前比特就可能產(chǎn)生時問和電平量級的偏差，這種效應會級聯(lián)累積。圖1.7顯示了IsI的結(jié)果。任何的脈沖展寬或擴展都會造成IsI，色散是已知的會引起傳輸脈沖展寬或擴展的一種物理現(xiàn)象。同樣地，IsI也會發(fā)生在光纖通信系統(tǒng)中對于多模光纖，擴展機理被稱為模色散（MD），在多模光纖波導中存在多種電磁波，這些波模的個數(shù)取決于多模光纖的折射率、幾何形

編輯推薦

　　通信中的數(shù)據(jù)速率在不斷升高，工程師們遭遇到愈加復雜的JNB及SI難題。本書提供了快速、有效而可靠的解決這些難題的有力工具。JNB和SI已經(jīng)成為當今高速數(shù)字設計中的最大挑戰(zhàn)。本書作者是PCI Express抖動標準化委員會的共同主席，也是本領域權(quán)威的專家之一。本書給出了最新的系統(tǒng)性的全面指南，用于克服這些挑戰(zhàn)。書中著重介紹了最新的抖動、噪聲、誤碼和信號完整性問題的解決方案，內(nèi)容涉及理論、分析、方法和應用。本書的主要內(nèi)容包括：JNB分量的分類、相互關(guān)系、測量依據(jù)和傳遞函數(shù)JNB及各分量定量解析和建模中的統(tǒng)計及信號處理理論抖動、噪聲和BER：物理/數(shù)學基礎及統(tǒng)計信號處理的觀點統(tǒng)計分布域、時域和頻域的抖動分離技術(shù)相位、周期性及周期間抖動及其關(guān)鍵相互關(guān)系時鐘產(chǎn)生及時鐘恢復中的PLL抖動高速鏈路系統(tǒng)中的抖動、噪聲及Sl機理抖動、噪聲及SI的定量建模與分析鏈路和系統(tǒng)的測試需求與技術(shù)高速JNB及SI的發(fā)展趨勢

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