01

引言

為了滿足人們對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)尤其是視頻業(yè)務(wù)的爆炸式增長的需求，應(yīng)用也從人人通信轉(zhuǎn)向人機(jī)通信、機(jī)機(jī)通信，這就是5G通信網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)大驅(qū)動(dòng)力，5G相比4G有了全面性的提示，主要體現(xiàn)在高傳輸帶寬、低時(shí)延、海量機(jī)器互聯(lián)，分別有其代表性的應(yīng)用如 eMBB的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和超高清晰視頻分享、uRLLC的目標(biāo)是自動(dòng)駕駛和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用、mMTC即機(jī)器通信，即萬物互聯(lián)。5G網(wǎng)絡(luò)從無線接入網(wǎng)、承載網(wǎng)到核心網(wǎng)，所有的傳輸速率都逐步提高，1G升到10G，10G升到25G/50G，40G/100G升到200G/400G，還有未來的800G。

對(duì)應(yīng)的各種智能終端如手機(jī)、電腦、家庭網(wǎng)關(guān)等以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如交換機(jī)、路由器、服務(wù)器等內(nèi)部總線速率、串行接口速率也都有很大程度的提升，PCIe4.0 16GT/s和PCIe5.0 32GT/s已經(jīng)完成標(biāo)準(zhǔn)化，PCIe6.0 64GT/s也在積極推進(jìn)中，預(yù)計(jì)今年發(fā)布。USB接口速率也發(fā)展到了USB4.0的2x20Gb/s。其他的串口如Thunderbolt 3, DP1.4和2.0，SAS-3/-4等等，速率也是逐級(jí)提升。光纖互聯(lián)得到廣泛應(yīng)用，對(duì)光模塊的大量需求也提升了其重要性，光模塊內(nèi)部串行線路的速率也從2.5Gb/s、10Gb/s提高到53Gb/s。其他串行標(biāo)準(zhǔn)如CEI-25G/28G/56G/112G, InfiniBand EDR/HDR, Fibre Channel 16/32等也使得串行信號(hào)的速率越來越高。

綜上所述，無論是光模塊內(nèi)部還是數(shù)據(jù)通信設(shè)備內(nèi)部，高速互聯(lián)的串行信號(hào)的設(shè)計(jì)、測(cè)試難度越來越大，從事這些工作的工程師也感到了前所未有的壓力。本文試圖從信號(hào)完整性分析所用到的測(cè)試碼型入手，厘清一些基本概念，以期給從事信號(hào)完整性分析的工程師們些許幫助，使他們少一些迷茫并提高工作效率。

02

信號(hào)完整性概述

1、什么是信號(hào)完整性？

信號(hào)完整性（Signal Integrity）是指一個(gè)信號(hào)在電路中產(chǎn)生正確響應(yīng)的能力。信號(hào)具有良好的信號(hào)完整性（Signal Integrity）是指當(dāng)在需要的時(shí)候，具有所必須達(dá)到的電壓電平數(shù)值。主要的信號(hào)完整性問題包括反射、振蕩、地彈、串?dāng)_等。常見信號(hào)完整性問題及解決方法：

2、信號(hào)完整性的測(cè)試手段

信號(hào)完整性的測(cè)試手段很多，涉及的儀器也很多，因此熟悉各種測(cè)試手段的特點(diǎn)，以及根據(jù)測(cè)試對(duì)象的特性和要求，選用適當(dāng)?shù)臏y(cè)試手段，對(duì)于選擇方案、驗(yàn)證效果、解決問題等硬件開發(fā)活動(dòng)，都能夠大大提高效率，起到事半功倍的作用。

• 波形測(cè)試：波形測(cè)試是信號(hào)完整性測(cè)試中最常用的手段，一般是使用示波器進(jìn)行，主要測(cè)試波形幅度、邊沿和毛刺等。
• 眼圖測(cè)試：眼圖測(cè)試是常用的測(cè)試手段，特別是對(duì)于有規(guī)范要求的接口，比如PCIe、USB、Ethernet、SATA、HDMI，還有光接口等。這些標(biāo)準(zhǔn)接口信號(hào)的眼圖測(cè)試，主要是用帶MASK(模板)的示波器，包括通用示波器，采樣示波器或者信號(hào)分析儀。
• 抖動(dòng)測(cè)試：因?yàn)閷Ｓ玫亩秳?dòng)測(cè)試儀器，價(jià)格非常昂貴，使用得比較少。使用最多的是示波器加上抖動(dòng)分析軟件。
• TDR測(cè)試：TDR測(cè)試目前主要使用于PCB(印制電路板)信號(hào)線、器件阻抗的測(cè)試，比如單端信號(hào)線，差分信號(hào)線，連接器線纜等，一般用VNA+TDR選件測(cè)試。
• 時(shí)序測(cè)試：測(cè)試時(shí)序通常需要多通道的示波器和多個(gè)探頭，在要求不高的情況下，也可以用邏輯分析儀測(cè)試。邏輯分析儀的優(yōu)勢(shì)是通道數(shù)多，劣勢(shì)是探頭連接困難。
• 頻譜測(cè)試：對(duì)于產(chǎn)品的開發(fā)前期，頻譜測(cè)試應(yīng)用相對(duì)比較少，但是對(duì)于后期的系統(tǒng)測(cè)試，比如EMC測(cè)試，很多產(chǎn)品都需要測(cè)試。一般使用近場(chǎng)掃描儀或頻譜儀測(cè)試。
• 頻域阻抗測(cè)試：阻抗測(cè)試通常使用網(wǎng)絡(luò)分析儀，也就是VNA。
• 傳輸線損耗測(cè)試：傳輸線損耗測(cè)試一般使用網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA）進(jìn)行。
• 誤碼測(cè)試：誤碼測(cè)試實(shí)際上是系統(tǒng)測(cè)試，一般使用誤碼儀進(jìn)行誤碼測(cè)試和分析。

３、綜述：

從上述分析來看，完整性分析所用儀表基本上包括實(shí)時(shí)示波器（波形測(cè)試、時(shí)序測(cè)試）、采樣示波器（眼圖測(cè)試、抖動(dòng)測(cè)試）、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（TDR測(cè)試、頻域阻抗測(cè)試、傳輸線損耗測(cè)試）、頻譜儀（頻譜測(cè)試）、誤碼儀（誤碼測(cè)試）這幾種儀表，安立通訊科技除了實(shí)時(shí)示波器外其他都能提供，并且性價(jià)比高。本文重點(diǎn)討論與誤碼儀有關(guān)的測(cè)試碼型。

03

誤碼儀及其碼型發(fā)生器

1、誤碼儀的構(gòu)成

傳統(tǒng)誤碼儀由2大部分構(gòu)成：

1）碼型發(fā)生器。

包括：時(shí)鐘源（可以采用內(nèi)時(shí)鐘或外時(shí)鐘），碼型產(chǎn)生組件（產(chǎn)生需要的碼型：PRBS或自定義等），信號(hào)調(diào)理前端（輸出電平控制等），時(shí)鐘信號(hào)前端（輸出時(shí)鐘電平控制等）。

2）誤碼檢測(cè)器：

包括：時(shí)鐘恢復(fù)電路（有的誤碼儀沒有，此時(shí)需要外時(shí)鐘輸入），碼型判決電路（從信號(hào)中判斷出碼型數(shù)據(jù)），錯(cuò)誤碼型檢測(cè)電路（判斷碼型數(shù)據(jù)是否正確），碼型產(chǎn)生組件（產(chǎn)生與發(fā)送端相同的碼型，作為參考），誤碼計(jì)數(shù)器等。

以下是最簡(jiǎn)單的誤碼儀構(gòu)成示意圖：

圖1：誤碼儀構(gòu)成示意圖

現(xiàn)代的誤碼儀比傳統(tǒng)的誤碼儀要復(fù)雜的多，應(yīng)用更加廣泛，增加了抖動(dòng)注入、加重、均衡、差模/共模干擾插入、噪聲加入、格雷碼產(chǎn)生等功能，以滿足各種標(biāo)準(zhǔn)的要求，產(chǎn)生壓力信號(hào)，模擬惡劣的傳輸環(huán)境，評(píng)估被測(cè)設(shè)備或系統(tǒng)的性能。

２、碼型發(fā)生器

實(shí)踐中，無論是設(shè)備內(nèi)部和外部串行接口還是光模塊內(nèi)部串行數(shù)據(jù)鏈路，傳統(tǒng)上應(yīng)用最廣泛的就是NRZ（非歸零）編碼的數(shù)字基帶信號(hào)，如下圖所示。

圖2 ：NRZ信號(hào)波形示意圖

在這樣的二進(jìn)制碼流中，正電平表示“1”，負(fù)電平表示“0”，每個(gè)時(shí)鐘周期傳輸1個(gè)bit的信息，上圖中的每個(gè)1和0就是一個(gè)bit。理想的測(cè)試信號(hào)是無限長的一串由1和0組成的隨機(jī)產(chǎn)生的方波脈沖信號(hào)。但在實(shí)際應(yīng)用中，這樣的信號(hào)是無法進(jìn)行誤碼檢測(cè)的，因?yàn)檎`碼檢測(cè)的前提是接收碼流與參考碼流的對(duì)比，與發(fā)送端碼流有關(guān)聯(lián)的完全隨機(jī)且無限長的參考碼流在接收端難于產(chǎn)生。所以實(shí)際上都是采用有限長度的隨機(jī)信號(hào)作為變通辦法，同時(shí)通過各種編碼規(guī)則的完善，使其接近于實(shí)際的完全隨機(jī)信號(hào)。由于傳輸線、接頭等的帶寬限制，實(shí)際波形也達(dá)不到跳變沿是垂直的信號(hào)波形。實(shí)際波形如下圖，上升沿和下降沿有一定坡度，是有一定時(shí)域?qū)挾鹊摹?/p>

圖3：實(shí)際NRZ信號(hào)波形

隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，流量需求的急劇增長，光器件帶寬提升越來越困難，光電轉(zhuǎn)換帶寬在60 Gbit/s以上出現(xiàn)了技術(shù)瓶頸，或許要采用新的材料及技術(shù)才能不斷突破這個(gè)瓶頸，從時(shí)間與成本考慮，4級(jí)脈幅調(diào)制（PAM4）是最被看好的高階調(diào)制方式，它將支持光互聯(lián)在低成本條件下向更高速率邁進(jìn)。所以在OIF-CEI-56G和IEEE新的200G/400G/800G速率光互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)中都建議采用PAM4的信號(hào)編碼制式，高速串行接口中PCIe 6.0計(jì)劃采用PAM4的編碼使傳輸速率比PCIe 5.0提升一倍。

PAM4調(diào)制方式采用4個(gè)不同的信號(hào)電平來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，每個(gè)符號(hào)周期（0，1，2，3）可以表示2 bit的邏輯信息，因此要實(shí)現(xiàn)同樣的信號(hào)傳輸能力，PAM4信號(hào)的符號(hào)速率只有NRZ信號(hào)的一半。

圖4：PAM4信號(hào)波形示意圖

誤碼儀中的碼型發(fā)生器就是要產(chǎn)生測(cè)試需要的由1和0組成的數(shù)字基帶信號(hào)串，為了能有效地測(cè)試誤碼，通常采用有限長度的PRBS（偽隨機(jī)二進(jìn)制碼）和人工自定義的編碼制式，需要既支持NRZ碼型，也支持PAM4碼型。

04

豐富的測(cè)試碼型

1、準(zhǔn)確理解數(shù)字方波信號(hào)

前面提到了碼型發(fā)生器產(chǎn)生的都是0和1組成的數(shù)字基帶信號(hào)，實(shí)際理想狀態(tài)就是圖2顯示的方波信號(hào)，這樣的一個(gè)方波信號(hào)，實(shí)際上是由無數(shù)個(gè)不同頻率、不同幅度、不同相位的正弦波疊加而成的。其分解公式可由傅里葉變換得到，如下所示：

在上述公式中：

（1）w 0 、3w 0 、5w 0 .....nw 0 ：是角頻率的大小，代表不同頻率的正弦波，通常稱為基波頻率、三次諧波頻率、五次諧波頻率.....n次諧波頻率。

下圖中，紅色的正弦波就是w0，其頻率與方波頻率一致，是二進(jìn)制比特率的1/2.

圖5：方波信號(hào)分解

（2）1、1/3、1/5....1/n：是各頻率分量的幅度權(quán)重，頻率越高，對(duì)最終波形的影響越小。

（3）所有頻率波形的起始相位都相同。

從上圖中，我們可以看出，不同頻率分量的正弦波信號(hào)越多，最終合成出來的波形越接近最終的方波信號(hào)。但由于7次諧波以后的頻率分量對(duì)方波的合成影響很小，也由于電纜、器件、材料等帶寬的影響，更高頻率的信號(hào)衰減也很大，所以實(shí)際應(yīng)用中，一般以五次諧波頻率為其最高合成頻率考量測(cè)試設(shè)備和配件的帶寬。例如，要測(cè)試10Gb/s的信號(hào)，其基頻是5GHz,三次諧波是15GHz,五次諧波是25GHz,所以要想讓信號(hào)失真小，最好是能使用26.5GHz的同軸電纜和接頭等，18GHz的電纜和接頭勉強(qiáng)可以接受。當(dāng)然，選用示波器時(shí)，也要考慮示波器的模擬帶寬最好是大于25GHz。

2、NRZ信號(hào)常用碼型

2.1 生成方式

對(duì)于NRZ信號(hào)，測(cè)試中常見的測(cè)試碼型就是偽隨機(jī)序列Pseudo-Random Binary Sequence，碼型序列越長，越接近于隨機(jī)狀態(tài)。為什么叫偽隨機(jī)，因?yàn)槠鋵?duì)于信道來說，碼型看上去像是隨機(jī)的，沒有規(guī)律的出現(xiàn)，但實(shí)際上的碼型是由生成多項(xiàng)式確定了的，并且有重復(fù)周期，就是以碼型長度為周期重復(fù)發(fā)送。

PRBS碼型長度為 2^n^-1，最常用的n 值有：7, 9, 11, 15, 20, 23, 31，通常稱為PRBS7，PRBS9，PRBS11，PRBS15，PRBS20，PRBS23，PRBS31，PRBS碼型由LFSR(Linear-FeedbackShift Register)線性反饋移位寄存器和異或門（XOR）產(chǎn)生，其中包含最長n個(gè)連1和n-1 個(gè)連0。各種標(biāo)準(zhǔn)組織共同定義了PRBS的生成多項(xiàng)式，使誤碼測(cè)試有了統(tǒng)一的測(cè)試信號(hào)做依據(jù)，測(cè)試結(jié)果有了可比性，也可重復(fù)測(cè)試。

2^7^-1，長127 比特,生成多項(xiàng)式是: 1 + x^6^ +x^7^

2^9^-1，長511 比特,生成多項(xiàng)式為: 1 + x^5^ + x^9^

2^11^-1，長2047 比特,生成多項(xiàng)式為: 1 + x^9^ + x^11^

2^15^-1，長32,767 比特,生成多項(xiàng)式為: 1 + x^14^+ x^15^

2^20^-1，長1,048,575 比特,生成多項(xiàng)式為: 1 + x^3^ + x^20^

2^23^-1，長 8,388,607 比特,生成多項(xiàng)式: 1 + x^18^ + x^23^

2^31^-1，長2,147,483,647 比特,生成多項(xiàng)式為: 1 + x^28^ + x^31^

以PRBS31為例，顯示其工作示意圖（其他類推）：

圖6：PRBS碼型發(fā)生器示意圖

2.2 PRBS頻譜成分

PRBS碼型從時(shí)域來看，其重復(fù)周期最終可表示為長度比特?cái)?shù)除以比特率，如10Gb/s的PRBS15碼型，其重復(fù)周期為3.2767ms,即3276.7ns。重復(fù)周期就是305.19kHz。

所以其頻譜應(yīng)該如下圖所示：

圖7：PRBS頻譜成分示意圖

上圖中，頻譜包絡(luò)的底部由比特率決定，譜線的密度由PRBS長度決定。通過圖形更直觀地認(rèn)識(shí)PRBS，幫助我們了解測(cè)試碼型，在實(shí)際工作中選擇更合適帶寬的測(cè)試儀表如誤碼儀、示波器等，也有助于選用合適的測(cè)試配件如線纜、轉(zhuǎn)接頭、衰減器等。

下面來看一下實(shí)測(cè)的圖形：

圖8：10Gb/s PRBS15 NRZ信號(hào)頻譜圖

上圖中，左側(cè)的是其頻譜分量分布，幾個(gè)包絡(luò)的峰值點(diǎn)分別是基頻5GHz、三次諧波15GHz、五次諧波25GHz、七次諧波35GHz等，后面還有很多，但隨著頻率越高，其幅度越小，符合前面的分析。幾個(gè)谷點(diǎn)分別是比特率，2倍比特率，3倍比特率等等，也和圖7相符。圖8中右側(cè)的圖是其頻譜間隔圖，從標(biāo)記值讀出的頻率間隔也是在305kHz左右，符合前面的計(jì)算值。

實(shí)測(cè)裝置如下，上面的是頻譜分析儀，下面的是誤碼儀。

圖9：實(shí)測(cè)裝置

在誤碼儀中，除了PRBS以外，還支持自定義碼型，如K28.5、1010、1100、CJPAT、CRPAT等碼型，在很多串行總線的物理層測(cè)試中都很常用。這些碼型都比較短，在確定碼型內(nèi)容時(shí)都會(huì)兼顧高頻碼型（010，101）和低頻碼型（000，111）。這些碼型的頻譜譜線較少，頻譜成分與PRBS一致，也是基頻及其三次、五次諧波。

在評(píng)估時(shí)鐘恢復(fù)單元的時(shí)鐘恢復(fù)能力時(shí)，有時(shí)也會(huì)用到零替代碼型，就是在原來的PRBS碼型中插入超過PRBS本身最長的長連0或長連1，以找到時(shí)鐘恢復(fù)電路的極限恢復(fù)能力。

3、PAM4信號(hào)常用碼型

NRZ的序列由二進(jìn)制碼組成，即0/1；PAM4的序列是四進(jìn)制碼組成，即0/1/2/3。這樣一來，原來用于NRZ系統(tǒng)測(cè)試的長度為2 ^n^ -1的偽隨機(jī)序列碼型（PRBSn），在PAM4中不適合直接使用。同時(shí)，為保證0/1/2/3電平都同等被遍歷到，還要取其反碼，即3-x，最終改造后的碼型稱為PRBSnQ，“Q”的含義為四進(jìn)制。

PAM4中的一個(gè)符號(hào)位攜帶2個(gè)bit，把PRBSxx中相鄰的2bit，組成一個(gè)符號(hào)位，這樣組成的碼型就叫PRBSxxQ。PRBS13Q是由兩段PRBS13碼型進(jìn)行格雷編碼（0-00，1-01，2-11，3-10）后得到的長度為8191的四電平碼型，PRBS31Q同樣是由兩段PRBS31碼型進(jìn)行格雷編碼（0-00，1-01，2-11，3-10）后得到的長度為231-1 的四電平碼型。但是PRBS31Q碼太長，測(cè)試時(shí)間長；PRBS13Q碼短，隨機(jī)性不夠強(qiáng)；實(shí)際測(cè)試中還有一種SSPRQ（short stress pattern random quaternary）碼型。Stress，壓力，隨機(jī)碼型越長，對(duì)鏈路考量越接近真實(shí)，對(duì)光模塊來說壓力越大，用PRBS31測(cè)試的壓力就比用PRBS13測(cè)試的壓力更大；Q，quaternary，四進(jìn)制的，對(duì)應(yīng)PAM4的4。

SSPRQ完全是人為構(gòu)造的新的碼型，是從傳統(tǒng)的PRBS31碼型里面選取4段對(duì)于發(fā)射機(jī)壓力比較大的碼型進(jìn)行拼接編碼而成，長度是2^16^-1，其好處是既可以對(duì)被測(cè)發(fā)射機(jī)施加足夠的壓力從而更加接近測(cè)試其在真實(shí)業(yè)務(wù)下的性能，又具有短碼型的特征，從而使得采樣示波器可以捕獲整個(gè)碼型進(jìn)行均衡等信號(hào)處理了。SSPRQ是進(jìn)行TDECQ測(cè)試的碼型。

當(dāng)然不是說PRBS13Q和PRBS31Q就沒有用處，PRBS13Q可用來進(jìn)行發(fā)射機(jī)的ER/OMA的測(cè)試，測(cè)試信號(hào)的幅度不需要隨機(jī)性太強(qiáng)；PRBS31Q只用來進(jìn)行PAM4系統(tǒng)靈敏度的測(cè)試。

因?yàn)镾SPRQ是截取了PRBS31Q中的一部分，長度是2^16^-1，所以有些廠家也用PRBS15Q來替代，長度是2^15^-1，當(dāng)然，這個(gè)隨機(jī)序列沒有SSPRQ更有壓力感。

NRZ信號(hào)中，奈奎斯特頻率是比特率的二分之一，而PAM4信號(hào)中，一個(gè)符號(hào)表示2個(gè)比特的信息，所以奈奎斯特頻率是波特率的四分之一。下圖是NRZ和PAM4信號(hào)頻譜示意圖。

圖10：NRZ和PAM4頻譜示意圖

實(shí)測(cè)測(cè)試的PAM4信號(hào)頻譜圖如下：

圖11：10GBaud/s PRBS15 PAM4信號(hào)頻譜圖

圖11中，左側(cè)的圖和圖8中左側(cè)的圖類似，是由于PAM4信號(hào)是由2路NRZ信號(hào)合并而成，分別是NRZ(MSB)和NRZ(LSB)，2路NRZ信號(hào)的幅度不同，造成PAM4信號(hào)中的上升和下降沿更復(fù)雜，共有12種電平切換，所以其頻譜分量總體和NRZ信號(hào)是相同的，頻率間隔也相同，但成分更復(fù)雜，所以圖11中右側(cè)圖的成分高度有差異，體現(xiàn)了PAM4的頻譜成分比NRZ信號(hào)復(fù)雜。實(shí)際上NRZ信號(hào)也可以看作是2路NRZ信號(hào)（MSB+LSB）合成，其幅度相同，相位不同，所以圖8中右側(cè)的圖譜高度一致。

前面提到用到最多的SSPRQ碼型的圖譜間隔更加復(fù)雜，參見下圖所示：

圖12 ：10Gb/s SSPRQ頻譜間隔圖

圖12中的譜線間隔差不多是305kHz的一半，是因?yàn)镾SPRQ碼型長度為216-1，比PRBS15長了一倍，所以其重復(fù)周期是PRBS15碼型的一倍，譜線間隔就是PRBS15碼型的一半了。從譜線幅度的高度可以看出其頻譜成分比NRZ復(fù)雜的多。

再來看一組頻譜間隔圖，加深對(duì)碼型的理解。

左側(cè)是NRZ PRBS13的譜線間隔圖，譜線高度一致；右側(cè)是PAM4 PRBS13Q的譜線間隔圖，譜線高度不同，表面不同成分的強(qiáng)弱有變化，更復(fù)雜，譜線間隔是PRBS碼型的一半，這也符合其碼型特征。

4、數(shù)字信號(hào)編碼

在實(shí)際應(yīng)用中，為了適應(yīng)不同速率不同標(biāo)準(zhǔn)的要求，還會(huì)采用一些編碼規(guī)則對(duì)于初始產(chǎn)生碼型進(jìn)行重新編碼，使其減少碼間干擾，降低誤碼率。

格雷編碼：格雷碼是一個(gè)二進(jìn)制數(shù)系，其中兩個(gè)相鄰數(shù)的二進(jìn)制位只有一位不同。定義格雷編碼序列，必須以0開頭。給定編碼總位數(shù)為n的格雷編碼序列，其長度為2^n^。對(duì)于給定的n，格雷編碼序列并不唯一。

預(yù)編碼：預(yù)編碼器是一個(gè)差分編碼器，其中包含一個(gè)異或門和一個(gè)1比特延遲反饋回路。幅度調(diào)制器的功能是減0.5然后乘以2，將信號(hào)電平從“0”、“1”轉(zhuǎn)換成“-1”、“1”，然后信號(hào)經(jīng)過1比特延遲后產(chǎn)生一個(gè)電平為“-2”、“0”、“2”的三電平信號(hào)，接著再轉(zhuǎn)換成“-1”、“0”、“1”。

Manchester（曼切斯特）編碼：可以保證線路中碼流有充分的跳變，因?yàn)樗怯秒娖綇摹?1”到“+1”的跳變來表示“1”，用電平從“+1”到“-1”的跳變來表示“0”，但是這種編碼方式的效率太低，只有50%，相當(dāng)于用線路的有效帶寬來換取信號(hào)的跳變，早期的10M以太網(wǎng)就是使用Manchester編碼。

線路編碼：100M以太網(wǎng)用的4b/5b編碼；1000M以太網(wǎng)用的是8b/10b編碼；10G以太網(wǎng)用的是64b/66b編碼；PCIE 3.0用的是128b/130b編碼。這些編碼的目的就是讓碼流產(chǎn)生足夠多的跳變。否則碼流中有過多連續(xù)的高電平或低電平，接收端無法提取時(shí)鐘信息。4b/5b編碼其實(shí)就是用5bit的二進(jìn)制碼來代表4bit二進(jìn)制碼，編碼效率是80%。其余編碼效率逐級(jí)提高直到128B/130B的接近98.5%。

其實(shí)這些編碼信號(hào)的頻譜與原始的PRBS或PRBSQ差別不大，長度略有增加，重復(fù)周期長一點(diǎn)而已，要求的模擬帶寬是相同的，這里不再贅述。

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小結(jié)

本文對(duì)信號(hào)完整性分析中用到的部分測(cè)試碼型進(jìn)行了分析和分解，重點(diǎn)是NRZ和PAM4編碼用到的PRBS和PRBSQ 碼型，以期讓相關(guān)測(cè)試和設(shè)計(jì)工程師了解數(shù)字方波信號(hào)及其編碼的特征，方便對(duì)于測(cè)試工具如儀表、線纜、接頭以及所用碼型的選取，不當(dāng)之處請(qǐng)廣大讀者斧正。