高速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

前言

　　2001年7月間，電子工業(yè)出版社的領(lǐng)導(dǎo)同志邀請(qǐng)各高校十幾位通信領(lǐng)域方面的老師，商量引進(jìn)國(guó)外教材問(wèn)題。與會(huì)同志對(duì)出版社提出的計(jì)劃十分贊同，大家認(rèn)為，這對(duì)我國(guó)通信事業(yè)、特別是對(duì)高等院校通信學(xué)科的教學(xué)工作會(huì)很有好處。教材建設(shè)是高校教學(xué)建設(shè)的主要內(nèi)容之一。編寫(xiě)、出版一本好的教材，意味著開(kāi)設(shè)了一門(mén)好的課程，甚至可能預(yù)示著一個(gè)嶄新學(xué)科的誕生。20世紀(jì)40年代MIT林肯實(shí)驗(yàn)室出版的一套28本雷達(dá)叢書(shū)，對(duì)近代電子學(xué)科、特別是對(duì)雷達(dá)技術(shù)的推動(dòng)作用，就是一個(gè)很好的例子。我國(guó)領(lǐng)導(dǎo)部門(mén)對(duì)教材建設(shè)一直非常重視。20世紀(jì)80年代，在原教委教材編審委員會(huì)的領(lǐng)導(dǎo)下，匯集了高等院校幾百位富有教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的專家，編寫(xiě)、出版了一大批教材；很多院校還根據(jù)學(xué)校的特點(diǎn)和需要，陸續(xù)編寫(xiě)了大量的講義和參考書(shū)。這些教材對(duì)高校的教學(xué)工作發(fā)揮了極好的作用。近年來(lái)，隨著教學(xué)改革不斷深人和科學(xué)技術(shù)的飛速進(jìn)步，有的教材內(nèi)容已比較陳舊落后，難以適應(yīng)教學(xué)的要求，特別是在電子學(xué)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(yīng)這種情況，更是一個(gè)必須認(rèn)真考慮的問(wèn)題。解決這個(gè)問(wèn)題，除了依靠高校的老師和專家撰寫(xiě)新的符合要求的教科書(shū)外，引進(jìn)和出版一些國(guó)外優(yōu)秀電子與通信教材，尤其是有選擇地引進(jìn)一批英文原版教材，是會(huì)有好處的。一年多來(lái)，電子工業(yè)出版社為此做了很多工作。他們成立了一個(gè)“國(guó)外電子與通信教材系列”項(xiàng)目組，選派了富有經(jīng)驗(yàn)的業(yè)務(wù)骨干負(fù)責(zé)有關(guān)工作，收集了230余種通信教材和參考書(shū)的詳細(xì)資料，調(diào)來(lái)了100余種原版教材樣書(shū)，依靠由20余位專家組成的出版委員會(huì)，從中精選了40多種，內(nèi)容豐富，覆蓋了電路理論與應(yīng)用、信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、微電子、通信系統(tǒng)、電磁場(chǎng)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(xué)用書(shū)，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(yǔ)直接授課。希望這些教材的引進(jìn)和出版對(duì)高校通信教學(xué)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(rèn)真負(fù)責(zé)、嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)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(guó)教育工作者和出版工作者的良好美德。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)高校教學(xué)工作會(huì)不斷提出新的要求和希望。我想，無(wú)論如何，要做好引進(jìn)國(guó)外教材的工作，一定要聯(lián)系我國(guó)的實(shí)際。教材和學(xué)術(shù)專著不同，既要注意科學(xué)性、學(xué)術(shù)性，也要重視可讀性，要深入淺出，便于讀者自學(xué)；引進(jìn)的教材要適應(yīng)高校教學(xué)改革的需要，針對(duì)目前一些教材內(nèi)容較為陳舊的問(wèn)題，有目的地引進(jìn)一些先進(jìn)的和正在發(fā)展中的交叉學(xué)科的參考書(shū)；要與國(guó)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(xué)生們的課桌上，發(fā)揮一定的作用。最后，預(yù)祝“國(guó)外電子與通信教材系列”項(xiàng)目取得成功，為我國(guó)電子與通信教學(xué)和通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展培土施肥。也懇切希望讀者能對(duì)這些書(shū)籍的不足之處、特別是翻譯中存在的問(wèn)題，提出意見(jiàn)和建議，以便再版時(shí)更正。

內(nèi)容概要

本書(shū)著重介紹了最新的抖動(dòng)、噪聲、誤碼(JNB)和信號(hào)完整性(SI)問(wèn)題的解決方案，內(nèi)容涉及理論、分析、方法和應(yīng)用。本書(shū)討論了鏈路部件和整個(gè)系統(tǒng)中的JNB及SI難題；論述了與JNB及SI有關(guān)的術(shù)語(yǔ)、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(shí)際對(duì)象，引導(dǎo)讀者從最基本的數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、電路與系統(tǒng)模型出發(fā)直到最終應(yīng)用。本書(shū)的重點(diǎn)在于研究時(shí)鐘及串行數(shù)據(jù)通信中的應(yīng)用問(wèn)題，涵蓋JNB及SI的仿真、建模、診斷、調(diào)試及一致性測(cè)試等。

作者簡(jiǎn)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(dòng)分離算法方面一位有聲望的開(kāi)拓者和抖動(dòng)、噪聲與信號(hào)完整性的標(biāo)準(zhǔn)制定的主要貢獻(xiàn)者。他是PCI ExpreSs抖動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)的共同主席，是IEEE和IEC贊助的學(xué)術(shù)

書(shū)籍目錄

第1章  緒論　1.1  抖動(dòng)、噪聲和通信系統(tǒng)基礎(chǔ)　　1.1.1  什么是抖動(dòng)、噪聲和信號(hào)完整性　　1.1.2  抖動(dòng)和噪聲如何影響通信系統(tǒng)的性能　　　1.1.2.1  誤碼機(jī)理　　　1.1.2.2  誤碼率　1.2  時(shí)序抖動(dòng)、幅度噪聲和信號(hào)完整性的根源　　1.2.1  固有噪聲和抖動(dòng)　　　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(shí)序抖動(dòng)　　1.2.3  非固有噪聲和抖動(dòng)　　　1.2.3.1  周期性噪聲和抖動(dòng)　　　1.2.3.2  占空失真（DCD）　　　1.2.3.3  符號(hào)間干擾（ISI）　　　1.2.3.4  串?dāng)_　1.3  抖動(dòng)、噪聲的統(tǒng)計(jì)信號(hào)描述　　1.3.1  峰-峰值和均方根RMS描述　　1.3.2  抖動(dòng)或噪聲的概率密度函數(shù)及分量描述 　1.4  抖動(dòng)、噪聲和BER的系統(tǒng)描述　　1.4.1  參考基準(zhǔn)選取的重要性　　1.4.2  串行數(shù)據(jù)通信中的抖動(dòng)傳遞函數(shù)　1.5  抖動(dòng)、噪聲、BER和信號(hào)完整性研究述評(píng)　1.6  全書(shū)概要第2章  抖動(dòng)、噪聲及信號(hào)完整性的統(tǒng)計(jì)信號(hào)與線性理論A部分： 概率，統(tǒng)計(jì)量和隨機(jī)信號(hào)　2.1  隨機(jī)變量及其概率分布　　2.1.1  隨機(jī)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(jì)獨(dú)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(gè)相關(guān)變量的PDF 　　　2.1.2.5  多維隨機(jī)變量的PDF和CDF　　　2.1.2.6  獨(dú)立變量的PDF和CDF　　　2.1.2.7  兩個(gè)隨機(jī)變量之和的PDF　2.2  統(tǒng)計(jì)估計(jì)　　2.2.1  數(shù)學(xué)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(jì)　　2.3.1  采樣估計(jì)與收斂　　　2.3.1.1  均值、均方差和峰-峰值估計(jì)　　　2.3.1.2  大數(shù)定理　　　2.3.1.3  估計(jì)量的收斂性　　2.3.2  中心極限定理　2.4  隨機(jī)過(guò)程與譜分析　　2.4.1  隨機(jī)過(guò)程的PDF和CDF　　2.4.2  隨機(jī)過(guò)程的統(tǒng)計(jì)估計(jì)量　　2.4.3  幾種隨機(jī)過(guò)程形式　　　2.4.3.1  廣義平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程（WSS）　　　2.4.3.2  狹義平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程　　　2.4.3.3  各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)過(guò)程　　　2.4.3.4  不同隨機(jī)過(guò)程之間的關(guān)系　　2.4.4  信號(hào)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(shí)不變系統(tǒng)　　2.5.1  時(shí)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(jí)聯(lián)性　2.6  LTI系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)估計(jì)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(xiàn)第3章  抖動(dòng)及噪聲的根源、機(jī)理與數(shù)學(xué)模型　……第4章  抖動(dòng)、噪聲、誤碼率及相互關(guān)系第5章  統(tǒng)計(jì)域抖動(dòng)及噪聲的分離與分析第6章  時(shí)域、頻域抖動(dòng)及噪聲分離與分析第7章  時(shí)鐘抖動(dòng)第8章  鎖相環(huán)抖動(dòng)及傳遞函數(shù)分析第9章  高速鏈路抖動(dòng)及信號(hào)完整性機(jī)理第10章  高速鏈路抖動(dòng)及信令完整性的建模與分析第11章  高速鏈路抖動(dòng)及信令完整性的測(cè)試與分析第12章  總結(jié)與展望索引

章節(jié)摘錄

　　多數(shù)時(shí)鐘信號(hào)的標(biāo)稱占空比為50％，因此脈沖寬度變短或變長(zhǎng)都會(huì)造成DcD。脈沖寬度的偏差、周期偏移等都會(huì)引起DcD。此外，參考信號(hào)電平的偏移也會(huì)造成脈沖寬度變化。如果時(shí)鐘的上升邊和下降邊是由兩個(gè)半速率的子時(shí)鐘所構(gòu)成的，一旦這兩個(gè)半速率子時(shí)鐘的傳播時(shí)延不同，那么不同的延時(shí)也是引起DcD的一個(gè)原因。此時(shí)，這類(lèi)時(shí)鐘的周期不固定，必須在考慮多次采樣的情況下從統(tǒng)計(jì)分布的觀點(diǎn)人手分析DcD，用平均周期去估計(jì)整體的DCD。1.2.3.3符號(hào)間干擾（ISI）數(shù)據(jù)信號(hào)會(huì)引起ISI。根據(jù)定義，時(shí)鐘信號(hào)并不會(huì)帶來(lái)IsI。不同于時(shí)鐘信號(hào)，數(shù)據(jù)信號(hào)泛指不需要在信號(hào)的每個(gè)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(hào)。數(shù)據(jù)信號(hào)可以在多個(gè)單元區(qū)間內(nèi)始終保持相同的信號(hào)幅度，不發(fā)生信號(hào)邊沿跳變。時(shí)鐘信號(hào)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(gè)重要的參數(shù)，它指的是信號(hào)模式中連l或連0的最大長(zhǎng)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(cè)試需要覆蓋的頻率范圍。長(zhǎng)距離光纖通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)SONEll采用擾碼方式，具有較長(zhǎng)的游程（例如游程長(zhǎng)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(biāo)準(zhǔn)，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(duì)較高的頻率成分。在有損媒質(zhì)中，前述的比特流可能會(huì)造成跳變時(shí)序和信號(hào)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(shí)，電子元件的“記憶”特性造成的。“記憶”特性的其中一個(gè)例子就是容性效應(yīng)。由于容性效應(yīng)，每次電平跳變都要有一定的電荷充放電時(shí)間。如果前次跳變的電平在達(dá)到預(yù)定電平之前，緊接著發(fā)生又一次跳變，那么當(dāng)前比特就可能產(chǎn)生時(shí)問(wèn)和電平量級(jí)的偏差，這種效應(yīng)會(huì)級(jí)聯(lián)累積。圖1.7顯示了IsI的結(jié)果。任何的脈沖展寬或擴(kuò)展都會(huì)造成IsI，色散是已知的會(huì)引起傳輸脈沖展寬或擴(kuò)展的一種物理現(xiàn)象。同樣地，IsI也會(huì)發(fā)生在光纖通信系統(tǒng)中對(duì)于多模光纖，擴(kuò)展機(jī)理被稱為模色散（MD），在多模光纖波導(dǎo)中存在多種電磁波，這些波模的個(gè)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?cè)庥龅接訌?fù)雜的JNB及SI難題。本書(shū)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(dāng)今高速數(shù)字設(shè)計(jì)中的最大挑戰(zhàn)。本書(shū)作者是PCI Express抖動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)的共同主席，也是本領(lǐng)域權(quán)威的專家之一。本書(shū)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(shū)中著重介紹了最新的抖動(dòng)、噪聲、誤碼和信號(hào)完整性問(wèn)題的解決方案，內(nèi)容涉及理論、分析、方法和應(yīng)用。本書(shū)的主要內(nèi)容包括：JNB分量的分類(lèi)、相互關(guān)系、測(cè)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(jì)及信號(hào)處理理論抖動(dòng)、噪聲和BER：物理/數(shù)學(xué)基礎(chǔ)及統(tǒng)計(jì)信號(hào)處理的觀點(diǎn)統(tǒng)計(jì)分布域、時(shí)域和頻域的抖動(dòng)分離技術(shù)相位、周期性及周期間抖動(dòng)及其關(guān)鍵相互關(guān)系時(shí)鐘產(chǎn)生及時(shí)鐘恢復(fù)中的PLL抖動(dòng)高速鏈路系統(tǒng)中的抖動(dòng)、噪聲及Sl機(jī)理抖動(dòng)、噪聲及SI的定量建模與分析鏈路和系統(tǒng)的測(cè)試需求與技術(shù)高速JNB及SI的發(fā)展趨勢(shì)

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