第3章 信号的描述方法
3.1 信号的分类 3.2 信号的时域描述 3.3信号的频域描述 3.4 随机信号的描述
在工程和科学研究中，经常要对许多客观存在的物体 或物理过程进行观测，就是为了获取有关研究对象状态 与运动等特征方面的信息。
被研究对象的信息量往往是非常丰富的，测试工作是按 一定的目的和要求，获取信号中感兴趣的、有限的某些特 定信息，而不是全部信息。
为了达到测试目的，需要研究信号的各种描述方式， 本章介绍信号基本的时域和频域描述方法。
3.1 信号的分类
信号按数学关系、取值特征、能量功率等，可以分为： 确定性信号和非确定性信号 连续信号和离散信号 能量信号和功率信号
3.1.1 分类方法一：确定性信号和随机信号
1.确定性信号：能用明确的数学关系式或图像表达
的信号称为确定性信号。
x(t)
m
A
x(t)
k
0
t
0
x (t ) A cos(
k m
t
0
)
u周期信号：经过一段时间间隔重复出现的信号，无
始无终（时域无穷）。典型的如正（余）弦信号。
数学表达：
x(t) x(t nT0 )
(n 1, 2, )
T0 = 2 / 0 =1/ f0 (0 k / m)
周期：满足上式的最小T 值。
频率：周期的倒数，f = 1/T，单位：（Hz 赫兹）
圆频率/角频率：频率乘以2 f, 即 =2 f =2 /T
实际应用中，n 通常取为正整数。
(a) 周期信号之--------正弦信号：
x(t) A
0
t
0
T
x(t ) Asin(2 ft 0 )
这种频率单一的正弦或余弦信号称为谐波信号。
(b) 周期信号之------复杂周期信号 （如周期方波、周期三角波等）由多个乃至无穷多个频
率成分（频率不同的谐波分量）叠加所组成，叠加后存在公 共周期。
x(t)
0
t
x(t)=Asin0.5 t+ Asin t +Asin2 t
u非周期信号 能用明确的数学关系进行描述，但又
不具有周期重复性的信号，称为非周期信号。它分 为准周期信号和瞬态信号两类。
(a)非周期信号之------准周期信号 也由多个频率成分叠加而成，但不存在公共周期
（本质上不属于周期信号）。
x(t ) A sin 9t A sin 31 t
t
(b)非周期信号之------瞬态信号 是在有限时间段存在，或随着时间的增加而幅值衰减至
零的信号，又称为瞬变非周期信号。 x(t)
x(t) et sin t
t
2.随机性信号：
不能准确预测信号未来瞬时值，也无法用准确数学 关系式来描述的信号，称为随机信号，也称不确定性信 号。
特点：
? 非确定性信号。 ? 具有不重复性（在相同条件下，每次观测的结果都不
一样）、不确定性、不可预估性。 ? 采用概率和统计的方法进行描述。
x(t)
0 t
3.1.2 分类法二：连续信号和离散信号
若信号数学表示式中的独立变量取值是连续的，则称为 连续信号。若独立变量取离散值，则称为离散信号。
模拟信号（信号的幅值与独立变量均连续）
连续信号
一般连续信号（独立变量连续）
离散信号
一般离散信号（独立变量离散） 数字信号（信号的幅值与独立变量均离散）
0
t
0
t
连续信号
离散信号
3.1.3分类法三：能量信号和功率信号
l 信号的瞬时功率： P(t) x2(t)
l 信号能量：
E(t) P(t)dt x2 (t)dt
l 能量（有限）信号： E(t) x2 (t)dt
如各类瞬变信号。
l 功率（有限）信号：
信号在有限区间（t1, t2）上的平均功率：
P (t1 , t2 )
t2
1
t1
t2 x 2 (t )dt
t1
如周期信号、准周期信号、随机信号等。
3.2 信号的时域描述
信号的描述分时域描述与频域描述两大类方法 。
信号的时域描述
? 以时间为独立变量，描述信号随时间的变化特征， 反映信号幅值随时间变化的关系。
? 波形图：时间为横坐标的幅值变化图。 ? 优点：形象、直观。 ? 缺点：不能明显揭示信号的内在结构（频率组成关系）。
信号的频域描述
? 应用傅里叶级数或傅里叶变换，对信号进行变换（分 解），以频率为独立变量建立信号幅值、相位与频率的 函数关系。
? 频谱图：以频率为横坐标的幅值、相位变化图。 l 幅值谱：幅值-频率图 l 相位谱：相位-频率图
? 频域描述抽取信号内在的频率组成及其幅值和相角的大 小，描述更简练、深刻、方便。
信号时域与频域描述的关系
? 时域描述与频域描述是等价的，可以相互转换， 两者蕴涵的信息相同；
? 时域描述与频域描述各有用武之地； ? 将信号从时域转换到频域称为频谱(specrtrum)分析； ? 采用频谱图描述信号，需要同时给出幅值谱(amplitude
spectrun)和相位谱(phase spectrum)。
3.2.1 时域信号的合成与分解
1.稳态分量与交变分量； 2.偶分量与奇分量； 3.实部分量与虚部分量； 4.正交函数分量
3.2.2 信号的统计特征参数
常用统计参数：均值、均方值和方差。
均值(mean)反映信号的静态分量，即常值分量：
x
lim
T
1 T
T
x(t)dt
0
均方值(mean square)反映信号的能量或强度：
2 x
lim
T
1 T
T x2 (t)dt
0
三者关系
方差(Variance)反映信号偏离均值的波动情况：
2 x
lim
T
1 T
T 0
[ x(t )
x ]2 dt
2 x
2 x
2 x
2 x
2 x
3.3 信号的频域描述
3.3.1 周期信号的频域描述
（1）三角函数展开式 （傅里叶级数法）
狄里赫利（Dirichet）条件： p信号（函数）在一个周期内，若存在间断点，则间断点的数 目为有限个。 p信号（函数）在一个周期内，极大值和极小值数目为有限个。 p信号（函数）在一个周期内满足绝对可积条件：
t0 T | x(t) | dt t0
则可以展开为
基础频率， 简称基频
x (t ) a 0 (a n cos n 0t bn sin n 0t ) n 1
其中
a0
1 T0
T0 / 2 T0 / 2
x(t)dt
an
2 T0
T0 / 2 T0 / 2
x(t) cos n0tdt
bn
2 T0
T0 / 2 T0 / 2
x(t) sin n0tdt
傅里叶系数
信号完整性测试指导书 ——Ver 2.0 编写：黄如俭（sam Huang） 钱媛（Tracy Qian） 宋明全（Ivan Song） 康钦山（Scott Kang）
目录 1. CLK Test (3) 1.1 Differential Signal Test (3) 1.2 Single Signal Test (5) 2. LPC Test (7) 2.1 EC Side Test (7) 2.2 Control Sidse Test (8) 3. USB Test (11) 3.1 High Speed Test (11) 3.2 Low Speed Test (12) 3.3 Full Speed Test (12) 3.4 Drop/Droop Test (12) 4. VGA Test (14) 4.1 R、G、B Signal Test (14) 4.2 RGB Channel to Channel Skew Test (14) 4.3 VSYNC and HSYNC Test (15) 4.4 DDC_DA TA and DDC_CKL Test (15) 5. LVDS Test (17) 5.1 Differential data signals swing Test (17) 5.2 Checking Skew at receiver Test (18) 5.3 Checking the offset voltage Test (19) 5.4 Differential Input Voltage Test (20) 5.5 Common Mode Voltage Test (20) 5.6 Slew Rate Test (21) 5.7 Data to Clock Timing Test (23) 6. FSB Test (26) 7. Serial Data（SA TA/ESA TA, PCIE, DMI,FDI）Test (29) 8. HD Audio Test (30) 8.1 Measurement at The Controller (30) 8.2Measurement at The Codec (31) 9. DDR2 Test (34) 9.1 Clock (34) 9.2 Write (35) 9.3 Read (37) 10.Ethernet Test (39) 11.SMbus Signal Test (40) 12. HDMI Test (42) 13. DisplayPort Test (43)
第一章主要讲什么是信号，什么是系统。 首先来了解一下信号，我们平时见到的报道称为消息，消息中有意义的内容称为信息，信号是信息的载体，是信息的物理体现。简而言之，就是通过信号传递信息。我们平时见到的十字路口的红绿灯就是一种光信号，我们常见的广告牌也可以说成文字、图像信号，电视机接收的信号是一种电信号，而我们主要讨论的就是电信号，简称信号。 电信号的基本形式是随时间变化的电压或电流，通常我们用描述信号，也可以用波形来表示。需要注意的是在这门课里，“信号”与“函数”两词常相互通用。 1、信号的分类方法很多，下面是从不同的角度对信号分类： 2、按实际用途分类：电视信号，雷达信号，控制信号，通信信号，广播信号 3、按所具有的时间特性划分：确定信号和随机信号；连续信号和离散信；周期信号和非周 期信号；能量信号与功率信号；因果信号与反因果信号；实信号与复信号等等。 下面从时间角度看一下各种信号的含义： 确定信号与随机信号：顾名思义，确定性信号就是信号可以用一个确定的时间函数表示。有便可推知，而随机信号指信号不能用一个确定的时间函数加以确定，它只能用统计方法进行描述,就像在相同条件下，随机信号不能准确的重现某一数值，只能得到某值得概率。连续信号和离散信号：连续信号就是在连续时间都有定义的信号，至于值域可连续也可不连续，幅值连续为模拟信号（如图一中），否则为量化信号（如图一中）。离散时间信号是仅在一些离散的时间才有定义的信号，需要注意的是其余时间无定义（不是0）。幅值连续是取样信号（如图二），离散是数字信号（如图三）。 图一 图二图三 如图三的仅在一些离散时刻才有定义，间隔，取等间隔，离散信号：，简写为称为序列，k为序号。
函数信号发生器
函数信号发生器 1.概述 1.1 任务说明 1．设计、调试方波、三角波、正弦波发生器 2．输出波形：方波、三角波、正弦波 3．.频率范围三段：10～100Hz，100 Hz～1KHz，1 KHz～10 KHz 4．正弦波U≈3V，三角波U≈5V，方波U≈14V 1.2 信号发生器发展现状 随着信息科技的发展，在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，这就需要能产生高频信号的振荡器。 在电子工程中，常常用到正弦信号，作为信号源的振荡电路，主要的要求是频率准确度高、频率稳定性好、波形失真小和振幅稳定度高等。 在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火，超声波焊接，超声诊断，核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。可见，正弦波振荡电路在各个科学技术部门的应用是十分广泛的。 正弦波振荡电路广泛应用于无线电通讯、广播电视，工业上的高频感应炉、超声波发生器、正弦波信号发生器等。正弦波振荡电路用来产生一定频率和幅值的正弦交流信号。它的频率范围很广，可以从一赫以下到几百兆以上；输出功率可以从几毫瓦到几十千瓦；输出的交流电是从电源的直流电转换而来的。 1.3 信号发生器的分类 信号发生器用途广泛、种类繁多，它分为通用信号发生器和专用信号发生器两大类。专用仪器是为某种专用目的而设计制作的，能够提供特殊的测量信号，如调频立体声信号发生器、电视信号发生器等。通用信号发生器应用面广，灵活性好，可以分为以下几类： 1、按发生器输出信号波形分类 按照输出信号波形的不同，信号发生器大致分为正弦信号发生器、函数信号发生器、脉冲信号发生器和随机信号发生器。应用最广泛的是正弦信号发生器。正弦信号是使用最广泛的测试信号。这是因为产生正弦信号的方法比较简单，而且用正弦信号测量比较方便。函数信号发生器也比较常用，这是因为它不仅可以输出多种波形，而且信号频率范围较宽。脉冲信号发生器主要用来测量脉冲数字电路的工作性能和模拟电路的瞬态响应。随机信号发生器即噪声信号发生器，用来产生实际电路和系统中的模拟噪声信号，借以测量电路的噪声特性。 2、按工作频率分类 按照工作频率的不同，信号发生器分为超低频、低频、视频、高频、甚高频、超高频信号发生器。 3、按调制方式分类 按调制方式的不同，信号发生器分为调幅、调频、调相、脉冲调制等类型。
信号完整性测试规范和工作流程(Ver0.9x) 历史记录： 1．2003-4-22：初稿、起草。 2．2003-5-23： 一．主要目的： 信号完整性测试的思想是信号源输出，经过传输线到达信号末端（负载），信号本身的相对变化情况。主要目的是验证PCB设计是否保证了信号在传输过程中能否保证其完整性，以信号的相对测试为主旨，信号本身8的绝对测试为辅。信号比较的内容主要是信号的本征特性参数。同时也部分验证电路原理设计的合理性。也检验产品的性能符合国家有关标准的要求，比如3C、EMC、ESD等。从定性参数的角度保证PCB设计达到了电路设计的要求，同时也保证产品的可靠性、一致性。 信号完整性测试一般是在线测试，因此很多测试参数在不同的工作模式下会有较大的差别。一般情况下需要测试静态工作模式，但一些参数需要测试满负荷工作模式。另外测试点的选择，特别是接地点的位置会对测试结果有很大的影响。 二．基本要求： 要求测试准确、可靠、完善。并要求有完整的测试报告。这里的要求是一般通用性的要求，针对具体的产品、产品的不同阶段，可以提出不同的参数要求和具体的测试内容。由于测试是在PCB板上（或称“在线”）的测试，因此一些测试条件和测试参数的定义条件可能会出现不一致的情况，因此规定：测试的基本状态在没有任何说明的情况下，认为是静态工作模式或额定正常工作模式。如果在测试方法中有规定或说明的，以测试说明的条件为准。在类型和参数中列出了比较详细全面的参数，但在测试中可能没有要求，因此，具体产品如果需要测试请加以特别说明。一般规定：主要参数是必须测试的项目参数。 + 三．类型和参数： 3.1电源部分： 3.1.1电源类型分为LDO电源、DC/DC电源。 3.1.2主要参数有：幅度、纹波、噪声。 3.1.3状态分为：额定负载、空载、轻载、重载、超载。 3.1.4保护能力：输出电流保护、输出电压保护、输入电压保护、热保护。 3.1.5其它参数：输入电压适应性、静态电流、关机电流（漏电流）。 3.2时钟信号： 3.2.1时钟源分类：晶体时钟（正弦波时钟）、晶振时钟（方波时钟、钟振时钟）。 3.2.2时钟类型：系统时钟（源时钟）、（数据）同步时钟。 3.2.3主要参数：频率、占空比、过冲、上升沿、下降沿。 3.2.4其它参数：相位抖动、频率漂移、波形畸变。 3.3总线类信号： 3.3.1分类：数据类总线、地址类总线、混合类总线。 3.3.2主要参数：幅度、过冲。 3.3.3其它参数：抖动、上升沿、下降沿。 3.4端口信号： 3.4.1分类：数据信号、基带（调制）信号、二次调制信号、 3.4.2主要参数：幅度、过冲、上升沿、下降沿。 3.4.3其它参数：抖动、频谱、功率（谱）密度。 3.4.4使用到的几种埠：串口、网口、USB口、IF、RF。 3.5其它信号、器件、电路： 3.5.1主要的几个：复位信号、JTAG、无线、功耗、温度、音频振荡器。 3.5.2参数：
第一章 信号的分类与基本特性 【内容摘要】 本章主要介绍信号的基本概念、信号的分类、连续时间的基本信号、连续时间奇异信号、及特性、离散时间信号及特点和信号的基本运算。 1．1 信号的基本概念与分类 1．1．1 信号的基本概念 在日常生活和社会活动中，人们会经常谈到信号，比如，交通路口的红绿灯信号，唱歌 和说话的声音信号，无线电发射台的电磁波信号等等。因此，从物理概念上，信号是标志着某种随时间变化的信息。从数学上，信号表示一个或多个自变量的函数。在信号与系统中，我们尤其关心的是电信号。 1．1．2 信号的分类 根据信号的性质可分为：确定信号与随机信号、连续时间信号与离散时间信号、周期信号和非周期信号、能量信号和功率信号。 一、确定信号与随机信号 对应于某一确定时刻，就有某一确定数值与其对应的信号，称为确定信号。如图1-1（a ）为一个线性斜波信号，在1t 时刻,对应的数值为1y ,在2t 时刻，对应的数值为2y 。确定信号往往可以用函数解析式、图表和波形来表示。 如果一个信号事先无法预测它的变化趋势，也无法预先知道其变化规律，则该信号称为随机信号，如图1-1（b ）所示。在实际工作中，系统总会受到各种干扰信号的影响，这些干扰信号不仅在不同时刻的信号值是互不相关的，而且在任一时刻信号的幅值和相位都是在不断变化的。因此，从严格意义上讲，绝大多数信号都是随机信号。只不过我们在研究信号与系统时，常常忽略一些次要的干扰信号，主要研究占统治地位的信号的性质和变化趋势。本教材主要研究确定信号。 y ) (a 1 2 y ) (b 图 1-1
二、连续时间信号与离散时间信号 对任意一个信号，如果在定义域内，除有限个间断点外均有定义，则称此信号为连续时间信号。连续时间信号的自变量是连续可变的，而函数值在值域内可以是连续的，也可以是跳变的。 如图1-1（a ）中所示的斜坡信号，即是一个连续时间信号。 对任意一个信号，如果自变量仅在离散时间点上有定义，称为离散时间信号。离散时间信号相邻离散时间点的间隔可以是相等的，也可以是不相等的，在这些离散时间点之外，信号无定义。 如下例函数表示的信号为一个离散时间信号。其波形图如图1-2所示 ?? ?--===, 2,11 3 ,2,1)(n n n n y 定义在等间隔离散时间点上的离散时间信号，称为序列，序列可以表示成函数形式，也可以直接列出序列值或写成序列值的集合。 在工程应用中，常常将幅值连续可变的信号称为模拟信号，将幅值连续的信号，在固定时间点上取值得到的信号称为取样信号。将幅值只能取某些固定的值，而在时间上等间隔的离散时间信号称为数字信号。 四、能量信号和功率信号 1、 能量信号 将一个电压或电流信号( )f t 加到单位电阻上，则在该电阻上产生的瞬时功率为2()f t ，在一段时间)2 ,2(τ τ-内消耗一定的能量。把该能量对时间区域取平均，即得信号在 此区间内的平均功率。 定义： 若将时间区域无限扩展，信号满足条件 ∞<=?- ∞ →dt t f E 2 2 2 )(lim ττ τ （1-1-1） 称为能量信号。即如果一个信号在无限大时间区域内信号的能量为有限值，则称该信号为能量有限信号或能量信号。 能量信号的平均功率为零。 图 1-2
1.信号参数变化过程分为： 确定性过程，变化过程可以用一个或几个时间t的确定函数来描述，比如sin（t）。 随机过程，信号参数变化过程没有一个确定的变化规律，用数学语言来说，这类事物变化的过程不可能用一个或几个时间t的确定函数来描述。就是说信号输出是随机，无法确定预测的。 2.我们常见的一些信号和噪声大都是平稳随机过程。 3.随机过程的频谱特性是用它的功率谱密度来表示的。 4能量信号：信号能量有限，信号平均功率为0的信号。一般的非周期信号，在有限区间有值的为能量信号。 功率信号：信号平均功率有限，信号总能量无限的信号。比如周期信号，常值信号，一般随机过程中的任一实现都为功率信号。 5．随机过程的任一实现都为确定的功率信号，可以求出这个确定信号的功率谱密度。但是某一实现的功率谱密度不能作为过程的功率谱密度。过程的功率谱密度应看做是任一实现的功率谱的统计平均。但是按照这个方法很难求出过程的功率谱密度。 但是平稳随机过程的功率谱密度P ξ(ω)与其自相关函数R(τ)是一对傅里叶变换关系。 6.对于确定的随机信号，如果不是非周期信号，傅里叶变换可能不收敛，只好研究其功率谱，而不是信号直接傅里叶变换。 功率信号在时间域上是无限的，所以无法直接做傅立叶变换。如果对时间T内的信号做傅立叶变换，T在趋于无穷，其实也就是得到了功率信号的频谱，其模的平方也就是功率谱了。 如果这个信号不是确定信号，而是随机信号，那功率普的计算为其自相关函数的傅立叶变换。 不过在实际实现中，通过一段随机信号的采样来计算出其自相关函数，然后做傅立叶变换得到的功率谱，其实和把它看成一段确知信号，做傅立叶变换再取模平方得到的功率谱是一样的。
第3章 信号的描述方法
3.1 信号的分类 3.2 信号的时域描述 3.3信号的频域描述 3.4 随机信号的描述
在工程和科学研究中，经常要对许多客观存在的物体 或物理过程进行观测，就是为了获取有关研究对象状态 与运动等特征方面的信息。
被研究对象的信息量往往是非常丰富的，测试工作是按 一定的目的和要求，获取信号中感兴趣的、有限的某些特 定信息，而不是全部信息。
为了达到测试目的，需要研究信号的各种描述方式， 本章介绍信号基本的时域和频域描述方法。
3.1 信号的分类
信号按数学关系、取值特征、能量功率等，可以分为： 确定性信号和非确定性信号 连续信号和离散信号 能量信号和功率信号
3.1.1 分类方法一：确定性信号和随机信号
1.确定性信号：能用明确的数学关系式或图像表达
的信号称为确定性信号。
x(t)
m
A
x(t)
k
0
t
0
x (t ) A cos(
k m
t
0
)
u周期信号：经过一段时间间隔重复出现的信号，无
始无终（时域无穷）。典型的如正（余）弦信号。
数学表达：
x(t) x(t nT0 )
(n 1, 2, )
T0 = 2 / 0 =1/ f0 (0 k / m)
周期：满足上式的最小T 值。
频率：周期的倒数，f = 1/T，单位：（Hz 赫兹）
圆频率/角频率：频率乘以2 f, 即 =2 f =2 /T
实际应用中，n 通常取为正整数。
电子电路综合设计 总结报告 设计选题 ——信号发生器的设计实现 姓名：*** 学号：*** 班级：*** 指导老师：*** 2012
摘要 本综合实验利用555芯片、CD4518、MF10和LM324等集成电路来产生各种信号的数据，利用555芯片与电阻、电容组成无稳态多谐振荡电路，其产生脉冲信号由CD4518做分频实现方波信号，再经低通滤波成为正弦信号，再有积分电路变为锯齿波。此所形成的信号发生器，信号产生的种类、频率、幅值均为可调，信号的种类、频率可通过按键来改变，幅度可以通过电位器来调节。信号的最高频率应该达到500Hz以上，可用的频率应三个以上，T,2T,3T或T,2T,4T均可。信号的种类应三种以上，必须产生正弦波、方波，幅度可在1~5V之间调节。在此过程中，综合的运用多科学相关知识进行了初步工程设计。
设计选题： 信号发生器的设计实现 设计任务要求： 信号发生器形成的信号产生的种类、频率、幅值均为可调，信号的种类、频率可通过按键来改变，幅度可以通过电位器来调节。信号的最高频率应该达到500Hz以上，可用的频率应三个以上，T,2T,3T 或T,2T,4T均可。信号的种类应三种以上，必须产生正弦波、方波，幅度可在1~5V之间调节。 正文 方案设计与论证 做本设计时考虑了三种设计方案，具体如下： 方案一 实现首先由单片机通过I/O输出波形的数字信号，之后DA变换器接受数字信号后将其变换为模拟信号，再由运算放大器将DA输出的信号进行放大。利用单片机的I/O接收按键信号，实现波形变换、频率转换功能。
基本设计原理框图（图1） 时钟电路 系统的时钟采用内部时钟产生的方式。单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器。晶振频率为11.0592MHz，两个配合晶振的电容为33pF。 复位电路 复位电路通常采用上电自动复位的方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。 程序下载电路 STC89C51系列单片机支持ISP程序下载，为此，需要为系统设计ISP下载电路。系统采用MAX232来实现单片机的I/O口电平与RS232接口电平之间的转换，从而使系统与计算机串行接口直接通信，实现程序下载。 方案一的特点： 方案一实现系统既涉及到单片机及DA、运放的硬件系统设计，
信号完整性分析与测试 信号完整性问题涉及的知识面比较广，我通过这个短期的学习，对信号完整性有了一个初步的认识，本文只是简单介绍和总结了几种常见现象，并对一些常用的测试手段做了相应总结。本文还有很多不足，欢迎各位帮助补充，谢谢！ 梁全贵 2011年9月16日
目录 第1章什么是信号完整性------------------------------------------------------------------------------ 3第2章轨道塌陷 ----------------------------------------------------------------------------------------- 5第3章信号上升时间与带宽 --------------------------------------------------------------------------- 6第4章地弹----------------------------------------------------------------------------------------------- 8第5章阻抗与特性阻抗--------------------------------------------------------------------------------- 9 5.1 阻抗 ------------------------------------------------------------------------------------------ 9 5.2 特性阻抗------------------------------------------------------------------------------------- 9第6章反射----------------------------------------------------------------------------------------------11 6.1 反射的定义 ---------------------------------------------------------------------------------11 6.2 反射的测试方法--------------------------------------------------------------------------- 12 6.3 TDR曲线映射着传输线的各点 --------------------------------------------------------- 12 6.4 TDR探头选择 ----------------------------------------------------------------------------- 13 第7章振铃--------------------------------------------------------------------------------------------- 14 第8章串扰--------------------------------------------------------------------------------------------- 16 8.1 串扰的定义 -------------------------------------------------------------------------------- 16 8.2 观测串扰 ----------------------------------------------------------------------------------- 16 第9章信号质量 --------------------------------------------------------------------------------------- 18 9.1 常见的信号质量问题 --------------------------------------------------------------------- 18 第10章信号完整性测试 ----------------------------------------------------------------------------- 21 10.1 波形测试---------------------------------------------------------------------------------- 21 10.2 眼图测试---------------------------------------------------------------------------------- 21 10.3 抖动测试---------------------------------------------------------------------------------- 23 10.3.1 抖动的定义 ------------------------------------------------------------------------ 23 10.3.2 抖动的成因 ------------------------------------------------------------------------ 23 10.3.3 抖动测试 --------------------------------------------------------------------------- 23 10.3.4 典型的抖动测试工具： ---------------------------------------------------------- 24 10.4 TDR测试 --------------------------------------------------------------------------------- 24 10.5 频谱测试---------------------------------------------------------------------------------- 25 10.6 频域阻抗测试 ---------------------------------------------------------------------------- 25 10.7 误码测试---------------------------------------------------------------------------------- 25 10.8 示波器选择与使用要求： -------------------------------------------------------------- 26 10.9 探头选择与使用要求-------------------------------------------------------------------- 26 10.10 测试点的选择--------------------------------------------------------------------------- 27 10.11 数据、地址信号质量测试 ------------------------------------------------------------- 27 10.11.1 简述 ------------------------------------------------------------------------------- 27 10.11.2 测试方法-------------------------------------------------------------------------- 27
第三章 信号发生器 思考题与习题 3.1 信号发生器的常用分类方法有哪些？按照输出波形信号发生器可以分为哪些类？ 答：（1）按频率范围分类； （2）按输出波形分类； （3）按信号发生器的性能分类。 其中按照输出波形信号发生器可以分为正弦信号发生器和非正弦信号发生器。非正弦信号发生器又可包括脉冲信号发生器、函数信号发生器、扫频信号发生器、数字序列信号发生器、图形信号发生器、噪声信号发生器等。 3.2 正弦信号发生器的主要技术指标有哪些？简述每个技术指标的含义？ 答：正弦信号发生器的主要技术指标有： （1）频率范围 指信号发生器所产生信号的频率范围； （2）频率准确度 频率准确度是指信号发生器度盘（或数字显示）数值与实际输出信号频率间的偏差； （3）频率稳定度 频率稳定度是指其它外界条件恒定不变的情况下，在规定时间内，信号发生器输出频率相对于预调值变化的大小 （4）失真度与频谱纯度 通常用信号失真度来评价低频信号发生器输出信号波形接近正弦波的程度，对于高频信号发生器的失真度，常用频谱纯度来评价； （5）输出阻抗 （6）输出电平 输出电平指的是输出信号幅度的有效范围； （7）调制特性 是否能产生其他调制信号。 3.3 已知可变频率振荡器频率f 1＝2.4996~ 4.5000MHz ，固定频率振荡器频率f 2=2.5MHz ，若以f 1和f 2构成一差频式信号发生器，试求其频率覆盖系数，若直接以f 1构成一信号发生器，其频率覆盖系数又为多少？ 解：因为差频式信号发生器f 0= f 1－f 2 所以输出频率范围为：400Hz ～2.0000MHz 频率覆盖系数301055000Hz 400MHz 0000.2?= ＝＝k 如果直接以f 1构成一信号发生器，则其频率覆盖系数 8.1.4996MHz 2MHz 5000.40 ≈='k 3.4 简述高频信号发生器主要组成结构，并说明各组成部分的作用？ 答：高频信号发生器主要组成结构图如下图所示：
信号发生器选型方案 2010-05-26 17:33 摘要：本文主要从信号发生器的概念、分类、波形特征、技术指标等方面论述信号发生器的相关知识和选型常识。 信号发生器诞生开始，就在电子测试、电子设计、模拟仿真工作中，扮演着一个很重要的角色，极大加快了电子测试与设计工作中的效率，在电子技术和信号仿真应用中已发挥了巨大的作用。 一、信号发生器的基本概念 信号发生器，顾名思义就是能够产生各种测量信号的来源，也称为信号发生器、信号振荡器等。它主要作为激励信号或仿真信号，广泛应用在航空航天、国防电子、电力电子、电子设计、生物医疗、环保、机械运动、新型材料等各个领域。 二、信号发生器分类 信号发生器发展到今天，它的涵盖范围已非常广。我们可以按照频率范围对它进行分类：超低频（0.1m～1kHz）、音频（20Hz～20kHz）、视频（20kHz～10MHz）、射频及高频（200k～3000MHz）、微波（≥3000MHz）、光波信号发生器等；按工作原理可以分为： LC 源、锁相源、合成源等。 通常分类是按照产生信号产生的波形特征来划分：音频信号发生器（AG）、函数信号发生器（FG）、功率函数发生器（PFG）、脉冲信号发生器（PG）、任意函数发生器（AFG）、任意波形发生器（AWG）、标准高频信号发生器（SG）、射频信号发生器（RG）、电视信号发生器（TVSG）、噪声信号发生器（Noise）、调制信号发生器（MSG）、数字信号发生器 (DG) 等，这种分类几乎覆盖了航空航天、电子、电力等领域的每一个角落。 由于篇幅有限，本文重点讲述以下常用的几种信号发生器，例：PG 、FG 、AFG 等。 三、常见信号波形和特性 信号发生器与示波器一样，它们的技术指标都离不开信号的波形特征，不同的是信号发生器产生波形，而示波器是采集并再现波形。对于常见信号波形有：正弦波、方波、锯齿波、三角波、脉冲波、调制信号波形等。信号的波形特征主要描述在以下几个方面： 3.1 常见信号波形特征 3.2 波形特性（见图1） 幅度（Amplitude):衡量波形电压强度指标，交流信号中幅度随时间连续不断地变化。 频率（Frequency):描述波形的周期在一秒内重复的次数，单位为赫兹（Hz）。 相位(Phase)：指波形的某一个周期起始点相应于参考波形或某一时间点的位置。 3.3 脉冲特性（见图2） 上升/下降时间(Rise/Fall time):即信号边沿转换时间，通常与脉冲波和方波信号有关。 脉宽(Pulse Width): 脉冲信号在高电压的持续时间。一般测量时，以满电压的50%作为测 四、任意波形发生器（AFG）相关技术指标 一般来说，任意波形发生器（AFG）可提供 12 种标准函数波形、脉冲波形、调制波形、扫频和突发信号等，同时可快速编辑任意波形，在中档信号发生器中极具代表性，是一种革命性的数字产品。它的基本技术指标与其他的信号发生器指标相同，但也有特殊的要求。下面就任意波形发生器（AFG）相关性能指标进行了说明： 带宽(Fw)：带宽是所有测量交流仪器必须考虑的技术指标，指仪器输出或能测量的信号幅度衰减 -3dB 处的最高频率。
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产品 最大频率 Minimu m Frequen cy Maximu m Output Power Minimu m Output Power Phase Noise at 1 GHz (20 kHz offset) 开关转换速度 Modulatio n & General Purpose Software Cellular & Wireless Connectivity Software Audio/Video Broadcasting Software Detection, Positioning , Tracking & Navigation Software 表 E8267D PSG 矢量信号发生器，高达44 GHz 典型配置价 格:US$ 109,083 如何购买 促销活动 ? 20 GHz ? 31.8 GHz ? 44 GHz ? External source modules to 500 GHz ? 250 kHz +18 dBm -130 dBm -143 dBc/Hz < 8 ms ? AM, FM, PM ? Analog I/Q Input ? ASK ? Custom I/Q Map ? Digital I/Q Input ? FSK, MSK ? I/Q Waveform ? Jitter Injection ? MATLAB ? Multitone, NPR ? 1xEV-DO ? 802.11 WLAN ? 802.16 WiMAX ? Bluetooth ? cdma2000 ? cdmaOne ? EDGE Evolution ? GPRS/EGPRS ? GSM/EDGE ? HSPA, HSPA+ ? LTE ? NADC, PDC ? PHS, DECT ? TD-SCDMA ? TETRA, APCO ? UWB ? ATSC ? CMMB ? DOCSIS DS ? DTMB ? DVB-C/S/S2 ? DVB-T/T2/H ? ISDB-T/Tsb/Tb/Tmm ? J.83 Annex A/B/C ? GPS ? Radar
关于眼图测量 作者：汪进进美国力科公司深圳代表处 信号完整性分析基础系列之一——关于眼图测量(上) 眼图的历史可以追溯到大约47年前。在力科于2002年发明基于连续比特位的方法来测量眼图之前，1962年-2002的40年间，眼图的测量是基于采样示波器的传统方法。 您相信吗？在长期的培训和技术支持工作中，我们发现很少有工程师能完整地准确地理解眼图的测量原理。很多工程师们往往满足于各种标准权威机构提供的测量向导，Step by Step，满足于用"万能"的Sigtest软件测量出来的眼图给出的Pass or Fail 结论。这种对于Sigtest的迷恋甚至使有些工程师忘记了眼图是可以作为一项重要的调试工具的。 在我2004年来力科面试前，我也从来没有听说过眼图。那天面试时，老板反复强调力科在眼图测量方面的优势，但我不知所云。之后我Google"眼图"，看到网络上有限的几篇文章，但仍不知所云。刚刚我再次Google"眼图"，仍然没有找到哪怕一篇文章讲透了眼图测量。 网络上搜到的关于眼图的文字，出现频率最多的如下，表达得似乎非常地专业，但却在拒绝我们的阅读兴趣。 "在实际数字互连系统中，完全消除码间串扰是十分困难的，而码间串扰对误码率的影响目前尚无法找到数学上便于处理的统计规律，还不能进行准确计算。为了衡量基带传输系统的性能优劣，在实验室中，通常用示波器观察接收信号波形的方法来分析码间串扰和噪声对系统性能的影响，这就是眼图分析法。 如果将输入波形输入示波器的Y轴，并且当示波器的水平扫描周期和码元定时同步时，适当调整相位，使波形的中心对准取样时刻，在示波器上显示的图形很象人的眼睛，因此被称为眼图（Eye Map）。 二进制信号传输时的眼图只有一只"眼睛"，当传输三元码时，会显示两只"眼睛"。眼图是由各段码元波形叠加而成的，眼图中央的垂直线表示最佳抽样时刻，位于两峰值中间的水平线是判决门限电平。 在无码间串扰和噪声的理想情况下，波形无失真，每个码元将重叠在一起，最终在示波器上看到的是迹线又细又清晰的"眼睛"，"眼"开启得最大。当有码间串扰时，波形失真，码元不完全重合，眼图的迹线就会不清晰，引起"眼"部分闭合。若再加上噪声的影响，则使眼图的线条变得模糊，"眼"开启得小了，因此，"眼"张开的大小表示了失真的程度，反映了码间串扰的强弱。由此可知，眼图能直观地表明码间串扰和噪声的影响，
实验一:信号得时域分析 一、实验目得 1.观察常用信号得波形特点及产生方法 2.学会使用示波器对常用波形参数得测量 二、实验仪器 1.信号与系统试验箱一台（型号ＺH５0０4) 2.40MHｚ双踪示波器一台 3.ＤDS信号源一台 三、实验原理 对于一个系统特性得研究,其中重要得一个方面就是研究它得输入输出关系，即在一特定得输入信号下,系统对应得输出响应信号.因而对信号得研究就是对系统研究得出发点,就是对系统特性观察得基本手段与方法.在本实验中,将对常用信号与特性进行分析、研究。 信号可以表示为一个或多个变量得函数，在这里仅对一维信号进行研究,自变量为时间。常用信号有：指数信号、正弦信号、指数衰减正弦信号、复指数信号、Sa(ｔ)信号、钟形信号、脉冲信号等。 1、信号:指数信号可表示为ｆ(t）＝Ke at。对于不同得ａ取值，其波形表现为不同得形式,如下图所示: 图１―1 指数信号 2、信号:其表达式为f(t）=Ｋsin(ωt+θ),其信号得参数:振幅K、角频率ω、与初始相位θ。其波形如下图所示:
图1-2 正弦信号 3、指数衰减正弦信号:其表达式为其波形如下图: 图１-３指数衰减正弦信号 ４、Sａ(t）信号:其表达式为:。Sa（t）就是一个偶函数，t= ±π,±２π,…,±ｎπ时,函数值为零。该函数在很多应用场合具有独特得运用。其信号如下图所示: 图1－4 Ｓa(t)信号 5、钟形信号(高斯函数):其表达式为：其信号如下图所示：
图1-5 钟形信号 6、脉冲信号:其表达式为ｆ(t)=u(t)-ｕ（t—T),其中u（t)为单位阶跃函数。其信号如下图所示: f(ｔ） ? ……??…… 0 t 图1-6脉冲信号 7、方波信号:信号为周期为T,前T/2期间信号为正电平信号,后T/２期间信号为负电平信号，其信号如下图所示 U(t) ………… ?0?t 图1－７方波信号 四、实验内容及主要步骤 下列实验中信号产生器得工作模式为11 1、指数信号观察 通过信号选择键1，设置Ａ组输出为指数信号(此时信号输出指示灯为0００000）。用示波器测量“信号Ａ组”得输出信号。 输出波形为：
? 信号的分类 – 按信号载体的物理特性：电、光、声、磁、机械、热信号。 – 按自变量的数目：一维信号、多维信号（二维信号、三维信号等）。 ? 按信号中自变量和幅度的取值特点：连续时间（continuous time, CT ）信号：自变量 时间在定义域内是连续的。如果连续时间信号的幅度在一定的动态范围内也连续取值，信号就是模拟信号（analog signal ）。自然界中的信号大多数是模拟信号。 ? 离散时间（discrete time, DT ）信号：自变量时间在定义域内是离散的。离散时间信号可以通过对连续时间信号的采样来获得，或信号本身就是离散时间信号。 ? 数字信号（digital signal ）：时间离散，幅度量化为有限字长二进制数的信号。 ? 信号处理的根本目的： ? 从信号中提取尽可能多的有用信息；增强信号的有用分量；估计信号的特征 参数；识别信号的特性；抑制或消除不需要的甚至是有害的信号分量。 ? 为达到上述目的，需要对信号进行分析和变换、扩展和压缩、滤波、参数估计、特 性识别等加工，统称为信号处理。 ? 信号处理 ? 具体正弦序列有以下三种情况： ? (1) 2π/ ω0为整数：k=1，正弦序列是以2π/ ω0为周期的周期序列。 ? (2) 2π/ ω0是有理数：设2π/ ω0 =P/Q ，式中P 、Q 是互为素数的整数，取k=Q,那么 N=P ，则正弦序列是以P 为周期的周期序列 ? (3) 2π/ ω0是无理数：任何整数k 都不能使N 为正整数，因此，此时的正弦序列不是 周期序列。 ? 线性系统y(n) = T ［ax 1(n)+bx 2(n)］=ay 1(n)+by 2(n) ? 线性时不变系统具有因果性的充分必要条件是系统的单位取样响应满 h(n)=0， n<0 ? 系统稳定的充分必要条件是系统的单位脉冲响应绝对可和 ? ? ? ? 序列的离散时间傅里叶变换的定义 ? ? ? ? ? DTFT 的周期性 ? ? 线性 ? ? ? 时移(位移)与频移 ? ? ? 序列乘以n （频域微分） ? ? 共轭序列 ()n h n ∞ =-∞ <∞∑ ) ()()j j n n X e x n e ω ω∞ -=-∞ = ∑ 1()()2j j n x n X e e d π ω ωπ ω π - = ?(2)()(), j j M n n X e x n e ω ωπ∞ -+=-∞ = ∑ 11221212()[()],()[()], [()()]()()j j j j X e DTFT x n X e DTFT x n DTFT ax n bx n aX e bX e ωω ωω ==+=+000 0([()]() [()]()j n j j n j DTFT x n n e X e DTFT e x n X e ωω ωωω---==ωω d e dX j n nx DTFT j ) ()]([=)(*)](*[ωj e X n x DTFT -=) (*)](*[ωj e X n x DTFT =-