高速系统设计 抖动、噪声与信号完整性PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 抖动、噪声和通信系统基础 1

1.1.1 什么是抖动、噪声和信号完整性 1

1.1.2 抖动和噪声如何影响通信系统的性能 2

1.1.2.1 误码机理 2

1.1.2.2 误码率 3

1.2 时序抖动、幅度噪声和信号完整性的根源 3

1.2.1 固有噪声和抖动 4

1.2.1.1 热噪声 4

1.2.1.2 散弹噪声 4

1.2.1.3 闪烁噪声 4

1.2.2 噪声转化为时序抖动 4

1.2.3 非固有噪声和抖动 5

1.2.3.1 周期性噪声和抖动 5

1.2.3.2 占空失真（DCD） 6

1.2.3.3 符号间干扰（ISI） 6

1.2.3.4 串扰 7

1.3 抖动、噪声的统计信号描述 9

1.3.1 峰-峰值和均方根RMS描述 9

1.3.2 抖动或噪声的概率密度函数及分量描述 10

1.4 抖动、噪声和BER的系统描述 11

1.4.1 参考基准选取的重要性 11

1.4.2 串行数据通信中的抖动传递函数 11

1.5 抖动、噪声、BER和信号完整性研究述评 13

1.6 全书概要 14

参考文献 16

第2章 抖动、噪声及信号完整性的统计信号与线性理论 17

A部分：概率，统计量和随机信号 17

2.1 随机变量及其概率分布 17

2.1.1 随机变量和概率 17

2.1.1.1 基本定义 17

2.1.1.2 联合概率 18

2.1.1.3 条件概率 18

2.1.1.4 统计独立性 18

2.1.2 概率分布函数 19

2.1.2.1 概率密度函数（PDF） 19

2.1.2.2 累积分布函数（CDF） 19

2.1.2.3 PDF和CDF之间的关系 20

2.1.2.4 多个相关变量的PDF 20

2.1.2.5 多维随机变量的PDF和CDF 21

2.1.2.6 独立变量的PDF和CDF 21

2.1.2.7 两个随机变量之和的PDF 21

2.2 统计估计 23

2.2.1 数学期望或均值 23

2.2.2 方差 24

2.2.3 矩 24

2.2.3.1 二阶中心矩与方差 25

2.2.3.2 三阶中心矩及偏度 25

2.2.3.3 四阶中心矩及峰度 25

2.2.4 切比雪夫不等式 25

2.2.5 相关性 26

2.3 采样与估计 27

2.3.1 采样估计与收敛 27

2.3.1.1 均值、均方差和峰-峰值估计 27

2.3.1.2 大数定理 28

2.3.1.3 估计量的收敛性 29

2.3.2 中心极限定理 29

2.4 随机过程与谱分析 30

2.4.1 随机过程的PDF和CDF 30

2.4.2 随机过程的统计估计量 30

2.4.3 几种随机过程形式 32

2.4.3.1 广义平稳随机过程（WSS） 32

2.4.3.2 狭义平稳随机过程 32

2.4.3.3 各态历经随机过程 32

2.4.3.4 不同随机过程之间的关系 33

2.4.4 信号功率和功率谱密度（PSD） 34

2.4.4.1 PSD的定义 34

2.4.4.2 PSD和维纳-辛钦定理 35

B部分：线性系统理论 36

2.5 线性时不变系统 36

2.5.1 时域分析 36

2.5.2 频域分析 37

2.5.3 LTI系统的性质 39

2.5.3.1 交换律 39

2.5.3.2 分配律 39

2.5.3.3 结合律 39

2.5.3.4 级联性 39

2.6 LTI系统的统计估计量 40

2.6.1 均值 40

2.6.2 自相关函数 40

2.6.3 均方值 40

2.7 LTI系统的功率谱密度 41

2.7.1 输出的功率谱密度 42

2.7.2 输出自相关函数 42

2.8 小结 43

参考文献 43

第3章 抖动及噪声的根源、机理与数学模型 44

3.1 确定性抖动（DJ） 44

3.1.1 数据相关性抖动（DDJ） 44

3.1.1.1 基本理论 44

3.1.1.2 RC LTI系统的DDJ估计 45

3.1.1.3 仿真 46

3.1.1.4 与空失真 49

3.1.1.5 符号间干扰（ISI） 50

3.1.1.6 DDJ的通用模型 50

3.1.2 周期性抖动（PJ） 50

3.1.2.1 单PJ的PDF 51

3.1.2.2 单PJ的频谱 52

3.1.2.3 双PJ的PDF 52

3.1.2.4 双PJ的频谱 54

3.1.2.5 多PJ（N＞2）的PDF 55

3.1.2.6 多PJ（N＞2）的频谱 55

3.1.3 有界不相关抖动BUJ 56

3.1.3.1 BUJ的PDF 56

3.1.3.2 BUJ的频谱 57

3.2 随机抖动 58

3.2.1 高斯抖动 58

3.2.1.1 高斯分布的PDF 58

3.2.1.2 高斯抖动的PSD 59

3.2.2 高阶f-α抖动 60

3.2.2.1 f-α抖动的PDF 60

3.2.2.2 f-α的PSD 62

3.3 总抖动PDF与PSD 62

3.3.1 总抖动的PDF 62

3.3.2 总抖动的PSD 63

3.4 小结 63

参考文献 64

第4章 抖动、噪声、误码率及相互关系 65

4.1 眼图和BER要点 65

4.2 总抖动PDF与各分量PDF的关系 65

4.2.1 总抖动的PDF 66

4.2.2 抖动PDF的卷积 66

4.2.3 眼图结构对应的抖动PDF 67

4.3 总噪声PDF与各分量PDF的关系 68

4.3.1 总幅度噪声的PDF 68

4.3.2 噪声PDF的卷积 68

4.3.3 眼图结构对应的噪声PDF 69

4.4 时序抖动和幅度噪声的联合PDF 70

4.4.1 通用二维PDF 70

4.4.2 二维高斯分布 70

4.5 BER与抖动／噪声的关系 71

4.5.1 时序抖动和BER 71

4.5.2 幅度噪声和BER 72

4.5.3 抖动和噪声共同作用下的BER 74

4.6 小结 77

参考文献 77

第5章 统计域抖动及噪声的分离与分析 78

5.1 抖动分离的原因和目的 78

5.1.1 实际抖动分析及测试中的直接观测量 78

5.1.2 表征、诊断和调试中的需求 78

5.1.3 统计域中抖动分离方法概述 79

5.2 基于PDF的抖动分离 79

5.2.1 针对PDF的尾部拟合法 79

5.2.1.1 总抖动的PDF及其与DJ PDF和RJ PDF的关系 79

5.2.1.2 算法实现 80

5.2.1.3 蒙特卡罗仿真 82

5.2.2 通过反卷积确定DJ的PDF 84

5.2.2.1 反卷积原理 84

5.2.2.2 反卷积仿真 85

5.3 基于BER CDF的抖动分离 86

5.3.1 针对BER CDF的尾部拟合法 87

5.3.2 “变换的”BER CDF的尾部拟合法 88

5.3.3 从BER CDF或Q因子中估计DJ PDF 90

5.3.4 从BER CDF中估计总抖动TJ 90

5.4 直接型双狄拉克抖动分离法 91

5.4.1 总抖动PDF 92

5.4.2 总BER CDF 92

5.4.3 直接型“双δ”DJ模型的精度 94

5.4.3.1 对应DJ PDF变化范围的BER CDF误差 94

5.4.3.2 对应BER CDF值变化范围的DJ误差 96

5.5 小结 97

参考文献 98

第6章 时域、频域抖动及噪声分离与分析 99

6.1 抖动的时域及频域表征 99

6.1.1 抖动的时域表示 99

6.1.2 抖动的频域表示 99

6.1.2.1 直接傅里叶变换频谱 99

6.1.2.2 抖动PSD 101

6.2 DDJ分离 101

6.2.1 基于抖动时间函数的分离法 101

6.2.2 基于傅里叶频谱或PSD的分离法 103

6.2.3 从DDJ中分离DCD和ISI 103

6.3 PJ,RJ及BUJ分离 105

6.3.1 基于傅里叶频谱 105

6.3.2 基于PSD 106

6.3.3 基于时域方差函数 106

6.4 脉宽拉缩 108

6.4.1 PWS的定义 108

6.4.2 PWS的平均和DDJ 109

6.4.3 PWS估计 109

6.5 时域、频域抖动分离法对比 110

6.6 小结 111

参考文献 111

第7章 时钟抖动 112

7.1 时钟抖动 112

7.1.1 时钟抖动的定义 112

7.1.2 时钟抖动的影响 113

7.1.2.1 同步系统 113

7.1.2.2 异步系统 115

7.2 几种抖动的定义和数学模型 116

7.2.1 相位抖动 116

7.2.2 周期抖动 117

7.2.3 周期间抖动 117

7.2.4 相互关系 118

7.2.4.1 时域 118

7.2.4.2 频域 120

7.3 时钟抖动与相位噪声 121

7.3.1 相位噪声 121

7.3.2 相位抖动到相位噪声的转换 123

7.3.3 相位噪声到相位抖动的转换 123

7.4 小结 125

参考文献 126

第8章 锁相环抖动及传递函数分析 127

8.1 锁相环简介 127

8.2 PLL时域及频域行为 128

8.2.1 时域建模与分析 128

8.2.2 频域建模与分析 129

8.3 PLL功能及参数分析 130

8.3.1 功能分析 130

8.3.1.1 相位响应与幅度响应 130

8.3.1.2 PLL冲激／阶跃响应 130

8.3.1.3 伯德图 131

8.3.1.4 极点和零点 132

8.3.2 参数分析 132

8.4 PLL抖动及噪声分析 134

8.4.1 相位抖动功率谱密度（PSD） 134

8.4.2 方差及PSD 136

8.5 二阶PLL分析 136

8.5.1 系统传递函数 136

8.5.2 特性参数 138

8.5.3 抖动及传递函数分析 139

8.5.3.1 基于时域方差函数的方法 140

8.5.3.2 实验结果 140

8.6 三阶PLL分析 144

8.6.1 系统传递函数 144

8.6.2 特性参数 146

8.6.3 抖动和传递函数分析 147

8.6.3.1 基于频域PSD的方法 147

8.6.3.2 实验结果 148

8.7 与PLL传统分析方法的对比 151

8.8 小结 152

参考文献 153

第9章 高速链路抖动及信号完整性机理 154

9.1 链路系统的体系结构与部件 154

9.2 发送器 155

9.2.1 发送器子系统体系结构 155

9.2.2 性能的决定性因素 156

9.3 接收器 157

9.3.1 接收器子系统体系结构 157

9.3.2 接收器性能的决定性因素 157

9.4 信道或媒质 158

9.4.1 信道材料和特性 158

9.4.1.1 铜质信道 159

9.4.1.2 光纤信道 161

9.4.2 信道中的其他损耗 161

9.4.2.1 串扰 162

9.4.2.2 反射 163

9.5 参考时钟 166

9.6 总链路抖动预算 168

9.7 小结 170

参考文献 170

第10章 高速链路抖动及信令完整性的建模与分析 172

10.1 线性时不变近似 172

10.2 发送器建模与分析 172

10.2.1 发送器数据位流 173

10.2.2 发送器均衡 173

10.2.3 发送器抖动相位调制 175

10.2.4 发送器噪声幅度调制 175

10.2.5 发送器损耗 175

10.2.6 发送器驱动器 175

10.3 信道建模与分析 176

10.3.1 信道线性时不变LTI建模 176

10.3.2 信道传递函数 177

10.3.2.1 信道冲激响应 177

10.3.2.2 信道单位阶跃响应 178

10.3.2.3 信道S参数 178

10.3.2.4 S参数、传递函数和反射系数 179

10.3.3 通用信道模型 180

10.3.3.1 一阶分析模型 180

10.3.3.2 二阶分析模型 181

10.4 接收器建模与分析 183

10.4.1 接收器损耗 185

10.4.2 接收器时钟恢复 185

10.4.3 接收器均衡 186

10.4.4 接收器参考电压噪声的幅度调制表示 187

10.4.5 接收器驱动电压噪声的幅度调制表示 187

10.4.6 接收器驱动器 188

10.5 小结 188

参考文献 189

第11章 高速链路抖动及信令完整性的测试与分析 190

11.1 链路信令及其对测试的影响 190

11.1.1 常态链路信令测试的含义 190

11.1.1.1 时钟恢复和抖动传递函数 190

11.1.1.2 抖动传递函数与链路测试 192

11.1.2 高级链路信令测试 193

11.1.2.1 发送器均衡与测试 194

11.1.2.2 接收器均衡与测试 195

11.2 发送器输出测试 196

11.2.1 常态串行链路信令的发送器测试 197

11.2.2 高级串行链路信令的发送器测试 197

11.2.2.1 发送器均衡的链路信令 198

11.2.2.2 接收器均衡的链路信令 199

11.3 信道及信道输出测试 199

11.3.1 基于S参数的信道测试 200

11.3.2 带有参考发送器的信道测试 201

11.4 接收器测试 202

11.4.1 常态链路信令的接收器测试 202

11.4.2 高级链路信令的接收器测试 203

11.4.3 接收器内部抖动测试 204

11.5 参考时钟测试 205

11.6 锁相环测试 209

11.6.1 无激励的测试方法 209

11.6.2 基于激励的测试方法 209

11.7 环回测试 210

11.8 小结 211

参考文献 213

第12章 总结与展望 215

12.1 总结 215

12.2 展望 218

参考文献 219

索引 220