高速信号抖动测试解决方案
概述
在高速传输的数字系统或是通讯系统当中，将信号完整无缺地从传送到目的地为其首要目标。信号在传输的过程当中因为传输线的损失、系统的噪声，以及不可避免的人为因素，常使得信号失真，而传输抖动之现象，乃是今日研究之重要课题。在大都会之骨干网络当中，为了提升传输系统误码率之质量，通常会以低噪声的前置放大器作为降低噪声以及抖动的方法之一。通常随着抖动量之增加，系统误码率便会提升。所以如何从正确地分析抖动之特性以及对传输系统所造成之影响为本文所讨论之重点。安捷伦提供了一系列之抖动测试解决方案，使得用户能在准确而快速的状况下取得适合的数据，亦能提供详细之报表以作分析之用。本文将以眼图作为抖动量测之开端，从抖动之基本定义来分析抖动对于整体传输系统之影响。图一为大都会网络传输概念图。
图一大都会网络传输系统
定义
任何数字传输系统必定存在两种构成要素，一是本质数字信号( Deterministic Digital Signal)，另一则是时钟信号( Clock Signal)。时钟信号又分为标准时钟信号(Standard Clock)及依附时钟信号(Embedded C lock)。所谓的抖动现象，乃是指本质数字信号与时钟信号所产生的一种相位差，亦可看做是一种相位调变信号。而在这时候，时钟信号所扮演的是一种标准之参考信号。这种时间差的相位变化，经过了一段时间可能形成一种周期性的正弦调变现象，而将其称之为时域抖动现象，如图二所示：
图二抖动形成示意图
抖动的形成通常我们会使用取样示波器(Sampling Scope)来撷取其眼图(Eye Diagram)，根据眼图之基本特性，来观察其系统是否超过应有遵循之规范由图三可知，从交叉点(Crossing Poin)的宽度，即可得知抖动的大小。一般来说，在传输系统中发射端能产生多少抖动，以及接收端能承受多大范围之抖动，都必须要有明确的规范与定义。
图3-1 取样示波器下之眼图
图3-2 规范眼图之屏蔽
所以通常通讯规范组织会定义出一种屏蔽(Mask)来判定此通讯系统是否通过该传输协议下之规范。另外，解析抖动之精准度也和仪器以及系统之带宽有极大之关系，首先要定义出抖动传函(Jitter Transfer)之关系图如图四所示：
图四抖动传函示意图
抖动传函之定义就好比放大器之频率响应一般，即是输出之抖动大小和输入之抖动大小之比值对应抖动频率之关系示意图。若一传输系统或是量测仪表之抖动传函带宽越大，则解析抖动之能力越佳。
图5-1 图5-2
图五解析抖动能力之比较图
由图5-1 可看出若此系统之带宽越大，所解析出来之抖动现象越差，会呈现较粗之眼图以及不易辨识之本质抖动(Deterministic Jitter)。图5-2 乃是带宽较大之系统，其可解析出更为精密细致之抖动现象，由此便可反推抖动形成之原因及电路设计须要改进之地方。
附带要提起的是，抖动又可分为本质抖动( Deterministic Jitter)和随机抖动(Random Jitter)两种：
本质抖动乃是系统端固有之抖动，形成之原因可能是本地震荡之误差，或是震动晶体所造成之误差，它是可以预期的，也是可以被规范的。其又可分为周期性抖动( Periodic Jitter)、周期比例失真(Duty Cycle Distortion)以及交越干扰失真( Inter-Symbol Interference)三种。而随机抖动则是没有边界的，通常形成的原因可能为系统之热噪声(Thermal Noise)，通常以随机统计分布表来定义其大小。如图六所示：
图六随机统计分布示意图
安捷伦抖动量测解决方案
安捷伦在抖动测试技术上已有长达十余年之经验，主要可分为光通讯之抖动量测以及数字信号抖动测试。在光通讯方面最基本的便是误码测试仪( BERT)搭配取样示波器来完成普通抖动之量测，最通常之仪表则是86130A BitAlyzer 或是N4906A SmartBERT 搭配86100B DCA 来完成。如图七所示：
图7-1 N4906A
图7-2 86130A
图7-3 86100B
以图7-3来说，DCA 量测普通之抖动最小可达到800fs，如果使用86107A Precis ion Time Base之模块可达到200fs 之精准度，可说是目前世界上精准度最高之取样示波器。若搭配误码测试仪来使用的话，可利用应用软件将本质抖动以及随机抖动利用浴缸法则(Bathtub Method)将其分离以及计算
其大小。如图八所示：它是利用误码率之临界值(Threshold Value)以及眼图之时域分布关系反算抖动之大小。
图八浴缸法则应用软件
图九压缩眼图测试法
另外在做Gigabit Ethernet 时，我们也常会利用压缩眼图测试法来量测接收器之灵敏度。通常会在发射端加入许多种类的抖动来压缩传输眼图，藉此来得知接收端的灵敏度。
另外在量测数字信号传输系统时，最常量测的则是实时抖动量测(Re al Time Jitter Test)，其中包含了时域区间误差(TIE; Time Interval Error)以及抖动频谱(Jitter Spectrum)，时钟信号的部分则包含了周期性抖动测试、Cycle to Cycle 测试以及N-Cycle 测试如图十所示：
图十实时抖动量测示意图
上图是使用安捷伦54855A 数字示波器所量测得知的数
据，黄色信号代表的是原始信号，紫色代表的是抖动量之大小，蓝色的部分则是统计量之分布，红色则是抖动之频谱。所以实时量测所带来之效率以及便利性是可想而知的。
结论：
抖动量测乃是数字通讯不可或缺一环，在今日信号传输速度日益增进以及信号质量的提升，误码率的测试亦是重要的一环，安捷伦提供了完整之测试设备以及完整的测试解决方案提供业界快捷而迅速之报表，可提升研发的速度以及产线的良率。
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)
测控1005班齐伟0121004931725 （18号）实验一差分方程、卷积、z变换 一、实验目的 通过该实验熟悉 matlab软件的基本操作指令，掌握matlab软件的使用方法，掌握数字信号处理中的基本原理、方法以及matlab函数的调用。 二、实验设备 1、微型计算机1台； 2、matlab软件1套 三、实验原理 Matlab 软件是由mathworks公司于1984年推出的一套科学计算软件，分为总包和若干个工具箱，其中包含用于信号分析与处理的sptool工具箱和用于滤波器设计的fdatool工具箱。它具有强大的矩阵计算和数据可视化能力，是广泛应用于信号分析与处理中的功能强大且使用简单方便的成熟软件。Matlab软件中已有大量的关于数字信号处理的运算函数可供调用，本实验主要是针对数字信号处理中的差分方程、卷积、z变换等基本运算的matlab函数的熟悉和应用。 差分方程（difference equation)可用来描述线性时不变、因果数字滤波器。用x表示滤波器的输入，用y表示滤波器的输出。 a0y[n]+a1y[n-1]+…+a N y[n-N]=b0x[n]+b1x[n-1]+…+b M x[n-M] (1) ak,bk 为权系数，称为滤波器系数。 N为所需过去输出的个数，M 为所需输入的个数卷积是滤波器另一种实现方法。 y[n]= ∑x[k] h[n-k] = x[n]*h[n] (2) 等式定义了数字卷积，*是卷积运算符。输出y[n] 取决于输入x[n] 和系统的脉冲响应h[n]。 传输函数H(z)是滤波器的第三种实现方法。 H(z)=输出/输入= Y(z)/X(z) （3）即分别对滤波器的输入和输出信号求z变换，二者的比值就是数字滤波器的传输函数。 序列x[n]的z变换定义为 X (z)=∑x[n]z-n (4) 把序列x[n] 的z 变换记为Z{x[n]} = X(z)。
《信号与系统》实验教学大纲 （适用专业：电子信息工程） 开课对象：电子信息工程、通信工程二年级 先修课程：高等数学、电路分析 一、实验教学内容 实验一、仪器设备使用（验证性，4学时） 目的：熟悉掌握实验箱功能模块的操作及示波器。 内容：熟悉函数信号发生器、数字式交流毫伏表、频率计、扫频源及实验箱各功能模块的使用。 实验二、信号的分解与合成及零输入响应与零状态响应（验证性，4学时）目的：理解信号的分解与合成，学会零输入响应与零状态响应的观察方法。 内容：观察信号分解的过程及信号中包含的各次谐波；观察零输入响应和零状态响应的过程。 实验三、信号的采样与恢复及无失真系统（验证性，4学时） 目的：了解电信号的采样方法和过程及恢复方法；了解无失真传输的条件。 内容：观察抽样过程的各种信号，观察信号混叠情况；观察信号在无失真系统中的波形。 实验四、系统极点对系统频响的影响（综合性，4学时） 目的：了解极点分布对系统频响的影响，学会改变系统极点而改变系统频响的方法。 内容：用正弦信号测试两个系统的幅频特性，比较传输函数，看特殊点的变化；观察当系统的极点在不同位置时系统的输出波形。 实验五、模拟滤波器的设计（设计性，4学时） 目的：熟悉并掌握不同阶数巴特沃斯滤波器的设计过程。 内容：根据要求设计出相应的模拟滤波器，并用正弦信号测试其幅频特性。 注：实验四、实验五可任选一个，实验一不写实验报告。 二、实验目的 本课程是《信号与系统》课程的实验环节。通过本实验，使学生达到： 1、掌握《信号与系统》课程的重要原理，掌握系统测量方法，熟练正确使用 常用仪器、处理实验数据和产生实验报告。 2、加强实际操作能力，提高对实际应用系统的理解，培养工程实践能力。 3、能够独立设计简单系统。 4、获得研究信号分析和系统分析的概念和方法，同时具备进一步学习、研究 有关网络理论、通信理论、控制理论、信号处理和信号检测理论等课程
测试技术与信号处理实验报告 机械转子底座的振动测量和分析 一、实验目的 1．掌握磁电式速度传感器的工作原理、特点和应用。
2．掌握振动的测量和数据分析。 二、实验内容和要求 先利用光电式转速传感器测量出电机的转速；然后利用磁电式速度传感器测量机械转子底座在该电机转速下的振动速度；对测量出的振动速度信号进行频谱分析；找出振动信号的主频与电机转速之间的关系。 三、实验步骤 1．启动实验程序“机械转子系统的振动测量.exe”; 输入个人信息，也可以启动之后通过单击“修改”按钮修改个人信息。 2．单击“采样设置”按钮，输入采集卡连接磁电速度传感器的采样通道号，批量采样频率（建议设为10KHz）、批量采样点数（建议设为10000）。 3．打开转子电机的电源，单击“单点采样”。 4．旋转调节旋钮改变转子的转速,观察图形区显示的磁电速度传感器采集到的转子底座振动信号；如果振动信号比较小，可适当提高转子的转速。 5．转子转速的测量： (1) 单击“采样设置”按钮，输入采集卡连接光电转速传感器的 采样通道号、批量采样频率（建议值为10KHz）、批量采样点 数（建议值为10000）。 (2) 单击“批量采样”按钮，开始采样；采样完成之后，采集到 的波形信号会显示在图形窗口，系统会自动计算出转子的速度
并显示出来。记录下此时的转子的转速（单位：r/s）。 (3) 再重复步骤(2)测量2次。以三次测量的平均值作为此时转子 的转速。 转速的测量结果 单点采样采集通道6,测量3组数据 6．振动信号的测量和频谱分析： (1) 单击“采样设置”按钮，输入采集卡连接磁电速度传感器的 采样通道号、批量采样频率（建议设为10KHz）、批量采样点 数（建议设为10000）。 (2) 单击“批量采样”按钮，开始采样；采样完成之后，采集到 的波形信号会显示在图形窗口。如果信号不正常，重复点击“批 量采样”按钮 (3) 单击“保存”按钮，将采集到的磁电传感器的信号数据保存 为文本文件。文件必须保存到“C:\ExperiData\”目录下。可单 击“保存设置”更改文件名。 (4) 打开刚保存的文本文件，文件前面几行保存了个人信息、采 样频率、采样通道、保存的数据个数等信息。文件中共有四列 数据，第一列为数据的序号，第二列为磁电传感器检测到的数 据。
高速信号常见问题分析（一） ----一个25MHZ时钟信号的单调性问题测试分析 美国力科公司上海代表处胡为东 【摘要】 本文结合实际测试中遇到的时钟信号回沟问题介绍了高速信号的概念，进一步阐述了高速信号与高频信号的区别，分析了25MHZ时钟信号沿上的回沟等细节的测试准确度问题，并给出了高速信号测试时合理选择示波器的一些建议。 【关键词】 高速信号示波器时钟回沟带宽采样率 一、问题的提出 下图1为一个25MHZ 时钟信号的测试结果截图： 图1 使用一个1G带宽、10GS/S的示波器测试一个25M的时钟信号的频率、上升时间等测试结果 测得上升时间为485ps，时钟频率为25MHZ左右。从这个测试结果图上我们并不能看出什么问题来，时钟频率的偏差也很小。对于时钟信号，我们通常
是使用其上升沿或者下降沿的中间电平位置来采样数据，因此时钟信号上升沿或者下降沿的单调性就显得非常重要。下图2为该时钟上升沿的细节，从该图上我们可以清楚的看到示波器对该信号的采样点位置及采样点个数。 图2 使用一个1G带宽、10GS/S的示波器测试一个25M的时钟上升沿的测试结果 从图2上我们可以看到波形上升沿比较平滑，单调性很好。 那么如果我们用一个更高带宽、更高采样率的示波器来测这个时钟会有什么样的变化呢？下图3为用一个6G带宽的示波器，20GS/s采样率去测量该时钟信号，我们发现在该时钟信号的上升沿的中点位置处明显有一个回沟，说明事实上该时钟信号的上升沿是非完全单调的！
图3使用一个6G带宽、20GS/S的示波器测试一个25M的时钟上升沿的测试结果 那么到底是由于示波器带宽的原因还是由于示波器采样率的原因导致 该时钟信号在1G带宽的示波器上和6G带宽的示波器上测试结果的差异呢？下图4为用一个6G带宽的示波器，10GS/s采样率去测量该时钟信号的测试结果图：
实验二 常用信号分类与观察 一、实验目的 1、观察常用信号的波形特点及产生方法。 2、学会使用示波器对常用波形参数的测量。 二、实验内容 1、信号的种类相当的多，这里列出了几种典型的信号，便于观察。 2、这些信号可以应用到后面的“基本运算单元”和“无失真传输系统分析”中。 三、实验仪器 1、信号与系统实验箱一台（主板）。 2、20MHz 双踪示波器一台。 四、实验原理 对于一个系统特性的研究，其中重要的一个方面是研究它的输入输出关系，即在一特定的输入信号下，系统对应的输出响应信号。因而对信号的研究是对系统研究的出发点，是对系统特性观察的基本手段与方法。在本实验中，将对常用信号和特性进行分析、研究。 信号可以表示为一个或多个变量的函数，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、抽样信号、钟形信号、脉冲信号等。 1、正弦信号：其表达式为)sin()(θω+=t K t f ，其信号的参数：振幅K 、角频率ω、与初始相位θ。其波形如下图所示： 图 1-5-1 正弦信号 2、指数信号：指数信号可表示为at Ke t f =)(。对于不同的a 取值，其波形表现为不同的形式，如下图所示：
图 1-5-2 指数信号 3、指数衰减正弦信号：其表达式为 ?? ???><=-)0()sin()0(0)(t t Ke t t f at ω 其波形如下图： 图 1-5-3 指数衰减正弦信号 4、抽样信号：其表达式为： sin ()t Sa t t = 。)(t Sa 是一个偶函数，t = ±π,±2π,…,±n π时，函数值为零。该函数在很多应用场合具有独特的运用。其信号如下图所示：
第二章 信号的描述与分析 补充题2-1-1 求正弦信号0()sin()x t x ωt φ=+的均值x μ、均方值2 x ψ和概率密度函数 p (x )。 解答： (1)0 00 11lim ()d sin()d 0T T x T μx t t x ωt φt T T →∞== +=? ? ，式中02π T ω = —正弦信号周期 (2) 2 222 2 2 0000 1 1 1cos 2() lim ()d sin ()d d 22 T T T x T x x ωt φψx t t x ωt φt t T T T →∞-+== += = ? ? ? (3)在一个周期内 012ΔΔ2Δx T t t t =+= 000 2Δ[()Δ]lim x x T T T t P x x t x x T T T →∞<≤+=== Δ0Δ000 [()Δ]2Δ2d ()lim lim ΔΔd x x P x x t x x t t p x x T x T x →→<≤+==== 正弦信号 x
2-8 求余弦信号0()sin x t x ωt 的绝对均值x μ和均方根值rms x 。 2-1 求图示2.36所示锯齿波信号的傅里叶级数展开。
2-4周期性三角波信号如图2.37所示，求信号的直流分量、基波有效值、信号有效值及信号的平均功率。
2-1 求图示2.36所示锯齿波信号的傅里叶级数展开。 补充题2-1-2 求周期方波（见图1-4）的傅里叶级数（复指数函数形式），划出|c n|–ω和φn–ω
图，并与表1-1对比。 解答：在一个周期的表达式为 00 (0)2 () (0) 2 T A t x t T A t ? --≤
《测试信号分析与处理》 实验一差分方程、卷积、z变换 一、实验目的 通过该实验熟悉 matlab软件的基本操作指令，掌握matlab软件的使用方法，掌握数字信号处理中的基本原理、方法以及matlab函数的调用。 二、实验设备 1、微型计算机1台； 2、matlab软件1套 三、实验原理 Matlab 软件是由mathworks公司于1984年推出的一套科学计算软件，分为总包和若干个工具箱，其中包含用于信号分析与处理的sptool工具箱和用于滤波器设计的fdatool工具箱。它具有强大的矩阵计算和数据可视化能力，是广泛应用于信号分析与处理中的功能强大且使用简单方便的成熟软件。Matlab软件中已有大量的关于数字信号处理的运算函数可供调用，本实验主要是针对数字信号处理中的差分方程、卷积、z变换等基本运算的matlab函数的熟悉和应用。 差分方程（difference equation)可用来描述线性时不变、因果数字滤波器。用x表示滤波器的输入，用y表示滤波器的输出。 a0y[n]+a1y[n-1]+…+a N y[n-N]=b0x[n]+b1x[n-1]+…+b M x[n-M] (1) ak,bk 为权系数，称为滤波器系数。
N为所需过去输出的个数，M 为所需输入的个数卷积是滤波器另一种实现方法。 y[n]= ∑x[k] h[n-k] = x[n]*h[n] (2)等式定义了数字卷积，*是卷积运算符。输出y[n] 取决于输入x[n] 和系统的脉冲响应h[n]。 传输函数H(z)是滤波器的第三种实现方法。 H(z)=输出/输入= Y(z)/X(z) （3） 即分别对滤波器的输入和输出信号求z变换，二者的比值就是数字滤波器的传输函数。 序列x[n]的z变换定义为 X (z)=∑x[n]z-n (4)把序列x[n] 的z 变换记为Z{x[n]} = X(z)。 由X(z) 计算x[n] 进行z 的逆变换x[n] = Z-1{X(z)}。 Z 变换是Z-1的幂级数，只有当此级数收敛，Z 变换才有意义，而且同一个Z 变换等式，收敛域不同，可以代表不同序列的Z 变换函数。 这三种数字滤波器的表示方法之间可以进行相互转换。 四、实验步骤 1、熟悉matlab软件基本操作指令。读懂下列matlab程序指令，键入程序并 运行，观察运行结果。 Conv.m% 计算两个序列的线性卷积； %-----------------------------------------------------------------
胡为东系列文章之二 高速信号的SSC扩频时钟测试分析 美国力科公司胡为东摘要：由于FCC、IEC等规定电子产品的EMI辐射不能超出一定的标准。因此电路设计者需要从多个角度来思考如何降低系统的EMI辐射，如进行合理的PCB布线、滤波、屏蔽等。由于信号的辐射主要是由于信号的能量过于集中在其载波频率位置，导致信号的能量在某一频点位置处的产生过大的辐射发射。因此为了进一步有效的降低EMI辐射，芯片厂家在设计芯片时也给容易产生EMI的信号增加了SSC（Spread Spectrum Clocking）即扩频时钟的功能，采用SSC的功能可以有效的降低信号所产生的EMI。当前PCIE、SATA、SAS、USB3.0等几乎所有的高速芯片都支持SSC的功能。本文就将SSC的基本概念、SSC的测试测量方法做一介绍。 关键词：力科SSC 扩频时钟EMI 眼图 一、SSC（扩频时钟）的概念 如下图1所示为一信号在是否具有SSC前后的频谱对比。图中蓝色曲线为没有SSC时候的频谱，浅色的为具有SSC时的频谱。从图中可见，未加SSC时，信号的能量非常集中，且幅度很大；而加了SSC后，信号能量被分散到一个频带范围以内，信号能量的整体幅度也有明显降低，这样信号的EMI辐射发射就将会得到非常有效的抑制。这就是通过使用SSC 扩频时钟的方法抑制EMI辐射的基本原理。 使用SSC的方法能在多大程度上抑制EMI辐射和调制后信号能量在多宽频率范围内变化有关，频率变化范围越大，EMI抑制量越大。但这两者需要一个权衡，因为频率变化范围太大会使系统的时序设计带来困难。在Intel的Pentium4处理器中建议此频率变化范围要小于时钟频率的0.8%，如对于100MHZ的时钟，如果按照+/-8%来调制的话，频率的变化范围就是99.2MHZ-100.8MHZ。而对于100MHZ参考时钟的系统工作到100.8MHZ，可能会 图1 SSC扩频时钟的图示 导致处理器超出额定工作频率，带来其它系统工作问题。因此在实际系统工作中一般都采用
《信号与系统》实验指导书 张静亚周学礼 常熟理工学院物理与电子工程学院 2009年2月
实验一常用信号的产生及一阶系统的阶跃响应 一、实验目的 1. 了解常用信号的波形和特点。 2. 了解相应信号的参数。 3. 熟悉一阶系统的无源和有源模拟电路； 4．研究一阶系统时间常数T的变化对系统性能的影响； 5．研究一阶系统的零点对系统的响应及频率特性的影响。 二、实验设备 1．TKSX-1E型信号与系统实验平台 2. 计算机1台 3. TKUSB-1型多功能USB数据采集卡 三、实验内容 1．学习使用实验系统的函数信号发生器模块，并产生如下信号： (1) 正弦信号f1(t)，频率为100Hz，幅度为1；正弦信号f2(t)，频率为10kHz，幅度 为2； (2) 方波信号f3(t)，周期为1ms，幅度为1； (3) 锯齿波信号f4(t)，周期为0.1ms，幅度为2.5； 2．学会使用虚拟示波器，通过虚拟示波器观察以上四个波形，读取信号的幅度和频率，并用坐标纸上记录信号的波形。 3.采用实验系统的数字频率计对以上周期信号进行频率测试，并将测试结果与虚拟示波器的读取值进行比较。 4．构建无零点一阶系统（无源、有源），测量系统单位阶跃响应, 并用坐标纸上记录信号的波形。 5．构建有零点一阶系统（无源、有源），测量系统单位阶跃响应, 并用坐标纸上记录信号的波形。
四、实验原理 1．描述信号的方法有多种，可以是数学表达式（时间的函数），也可以是函数图形（即为信号的波形）。对于各种信号可以分为周期信号和非周期信号；连续信号和离散信号等。 2.无零点的一阶系统 无零点一阶系统的有源和无源模拟电路图如图1－1的(a)和(b)所示。它们的传递函数均为+1G(S)＝ 0.2S 1 (a) (b) 图1－1 无零点一阶系统有源、无源电路图 3．有零点的一阶系统(|Z|<|P|) 图1－2的(a)和(b)分别为有零点一阶系统的有源和无源模拟电路图，他们的传递函数为：2++0.(S 1)G(S)＝ 0.2S 1 (a) (b) 图1－2 有零点(|Z|<|P|)一阶系统有源、无源电路图 4．有零点的一阶系统(|Z|>|P|) 图1－3的(a)和(b)分别为有零点一阶系统的有源和无源模拟电路图，他们的传递函数为：++0.1S 1G （S ）＝ S 1
《测试技术与信号处理》习题答案 第二章 信号分析基础 1、请判断下列信号是功率信号还是能量信号： （1）)()(10cos 2 ∞<<-∞=t e t x t π （2）)()(||10∞<<-∞=-t e t x t 【解】（1）该信号为周期信号，其能量无穷大，但一个周期内的平均功率有限，属功率信号。 （2）信号能量：? ∞ ∞ -= =10 1 )(2dt t x E ，属于能量信号。 2、请判断下列序列是否具有周期性，若是周期性的，请求其周期。)8 ()(π-=n j e n x 【解】设周期为N ，则有：8 )8 8()()(N j N n j e n x e N n x ?==+-+π 若满足)()(n x N n x =+，则有1)8/sin()8/cos(8/=-=-N j N e jN 即：k N π28/=，k N π16=，k = 0，1，2，3，… N 不是有理数，故序列不是周期性的。 3、已知矩形单脉冲信号x 0(t)的频谱为X 0(ω)=A τsinc(ωτ/2) ，试求图示三脉冲信号的频谱。 【解】三脉冲信号的时域表达式为：)()()()(000T t x t x T t x t x -+++= 根据Fourier 变换的时移特性和叠加特性，可得其频谱： )]cos(21)[2 ( sin )()()()(000T c A e X X e X X T j T j ωωτ τωωωωωω+=++=- 4、请求周期性三角波（周期为T ，幅值为0—A ）的概率分布函数F(x)与概率密度函数p(x) 。 【解】在一个周期T 内，变量x (t )小于某一特定值x 的时间间隔平均值为：T A x t i = ? 取n 个周期计算平均值，当∞→n 时，可有概率分布函数：A x nT t n x F i n =?=∞→lim )( 概率密度函数：A dx x dF x p 1 )()(== t -τ/2 0 τ/2 -T T
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：
信号与系统实验总结及心得体会 2011211204 刘梦颉2011210960 信号与系统是电子信息类专业的一门重要的专业核心基础课程，该课程核心的基本概念、基本理论和分析方法都非常重要，而且系统性、理论性很强，是将学生从电路分析领域引入信号处理与传输领域的关键性课程，为此开设必要的实验对我们加强理解深入掌握基本理论和分析方法，以及对抽象的概念具体化有极大的好处，而且为后续专业课程的学习提供了理论和大量实验知识储备，对以后的学术科研和创新工作都是十分重要的。下面我将从实验总结、心得体会、意见与建议等三方面作以总结。 一．实验总结 本学期我们一共做了四次实验，分别为：信号的分类与观察、非正弦周期信号的频谱分析、信号的抽样与恢复（PAM）和模拟滤波器实验。 1.信号的分类与观察 主要目的是：观察常用信号的波形特点以及产生方法，学会用示波器对常用波形参数进行测量。主要内容是：利用实验箱中的S8模块分别产生正弦信号、指数信号和指数衰减正弦信号，并用示波器观察输出信号的波形，测量信号的各项参数，根据测量值计算信号的表达式，并且与理论值进行比较。 2.非正弦信号的频谱分析 主要目的是：掌握频谱仪的基本工作原理和正确使用方法，掌握非正弦周期信好的测试方法，理解非正弦周期信号频谱的离散性、谐波性欲收敛性。主要内
容是：通过频谱仪观察占空比为50%的方波脉冲的频谱，和占空比为20%的矩形波的频谱，并用坐标纸画图。 3.信号的抽样与恢复 主要目的是：验证抽样定理，观察了解PAM信号的形成过程。主要内容是：通过矩形脉冲对正弦信号进行抽样，再把它恢复还原过来，最后用还原后的图形与原图形进行对比，分析实验并总结。 4.模拟滤波器实验 主要目的是：了解RC无源和有源滤波器的种类、基本结构及其特性，比较无源和有源滤波器的滤波特性，比较不同阶数的滤波器的滤波效果。主要内容：利用点频法通过测试无源低通、高通、带通和有源带阻，以及有源带通滤波器的幅频特性，通过描点画图形象地把它们的特点表现出来。 通过对信号与实验课程的学习，我掌握了一些基本仪器的使用方法，DDS 信号源、实验箱、示波器、频谱仪等四种实验仪器。初步了解了对信号的测试与分析方法对以前在书本上看到的常见信号有了更加具体的认识，使得书本上的知识不再那么抽象。 DDS信号源，也就是函数发生器，可以产生固定波形，如正弦波、方波或三角波，频率和幅度可以调节。实验箱是很多个信号实验装置的集合，可谓集多种功能于一身，其中包括函数发生器、模拟滤波器、函数信号的产生与测量、信号的抽样与恢复等模块。示波器能把抽象的电信号转换成具体的图像，便于人们研究各种电现象的变化过程。利用示波器能观察各种不同的信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、
机械工程测试技术基础(第三版)试卷集. 一、填空题 １、周期信号的频谱是离散的，而非周期信号的频谱是的。 ２、均方值Ψx2表示的是信号的强度，它与均值μx、方差σx2的关系是。 ３、测试信号调理电路主要有、、。 ４、测试系统的静态特性指标有、、。 ５、灵敏度表示系统输出与输入之间的比值，是定度曲线的。 ６、传感器按信号变换特性可分为、。 ７、当时，可变磁阻式电感传感器的输出和输入成近似线性关系，其灵敏度S趋于。 ８、和差特性的主要内容是相临、相反两臂间阻值的变化量符合、的变化，才能使输出有最大值。 ９、信号分析的过程主要包括：、。 10、系统动态特性在时域可用来描述，在复数域可用来描述，在频域可用来描述。 11、高输入阻抗测量放大电路具有高的共模抑制比，即对共模信号有抑制作用，对信号有放大作用。 12、动态应变仪上同时设有电阻和电容平衡旋钮，原因是导线间存在。 13、压控振荡器的输出电压是方波信号，其与输入的控制电压成线性关系。 14、调频波的解调又称，其解调电路称为。 15、滤波器的通频带宽和响应时间成关系。 16、滤波器的频率分辨力主要由其决定。 17、对于理想滤波器，滤波器因数λ＝。 18、带通滤波器可由低通滤波器（f c2）和高通滤波器（f c1）而成（f c2> f c1）。 19、测试系统的线性度和滞后度是由误差引起的；而重复性误差是 由误差引起的。 二、问答题（共30分） １、什么是测试？说明测试系统的构成及各组成部分的作用。（10分） ２、说明电阻丝应变片和半导体应变片的异同点，各有何优点？（10分） ３、选用传感器的原则是什么？（10分） 三、计算题（共55分） １、已知信号x(t)=e-t (t≥0)， (1) 求x(t)的频谱函数X(f)，并绘制幅频谱、相频谱。 (2) 求x(t)的自相关函数R x (τ) 。（15分） ２、二阶系统的阻尼比ξ=0.2，求ω=ωn时的幅值误差和相位误差，如果使幅值误差不大于10％，应取多大阻尼比？。（10分）３、一电容传感器，其圆形极板r = 4mm，工作初始间隙δ0 =0.3mm， （1）工作时如果传感器的工作间隙变化Δδ=±2μm，求电容的变化量。 （2）如果测量电路灵敏度S1=100mv/pF，读数仪表灵敏度S2=5格/mv，在 Δδ=±2μm时，读数仪表的指示值变化多少格？ （ε0 = 8.85×10-12 F/m）(8分) ４、已知RC低通滤波器的R=1KΩ，C=1MF，当输入信号μx= 100sin1000t时， 求输出信号μy 。（7分） ５、（1）在下图中写出动态应变仪所包含的各个电路环节。 （2）如被测量x(t) = sinωt，载波y(t)=sin6ωt，画出各环节信号的波形图。(15分 一、填空题： 1、连续 2、￠x2=H x2+óx2 3、电桥、放大、调制解调电路 4、非线性度、灵敏度、回程误差 5、斜率 6、组合型、一体化型 7、Δó〈〈ó0定位8、相邻相反相对相同9、信号分析、信号处理 10、传递函数、频率函数、脉冲响应函数11、差模12、分布电容13、频率14、鉴频、鉴频器15、反比16、带宽B 17、1 18、串联19、
信号分析与处理 第一章绪论：测试信号分析与处理的主要内容、应用；信号的分类，信号分析与信号处理、测试信号的描述，信号与系统。 测试技术的目的是信息获取、处理和利用。 测试过程是针对被测对象的特点，利用相应传感器，将被测物理量转变为电信号，然后，按一定的目的对信号进行分析和处理，从而探明被测对象内在规律的过程。 信号分析与处理是测试技术的重要研究内容。 信号分析与处理技术可以分成模拟信号分析与处理和数字信号分析与处理技术。 一切物体运动和状态的变化，都是一种信号，传递不同的信息。 信号常常表示为时间的函数，函数表示和图形表示信号。 信号是信息的载体，但信号不是信息，只有对信号进行分析和处理后，才能从信号中提取信息。 信号可以分为确定信号与随机信号；周期信号与非周期信号；连续时间信号与离散时间信号；能量信号与功率信号；奇异信号； 周期信号无穷的含义，连续信号、模拟信号、量化信号，抽样信号、数字信号 在频域里进行信号的频谱分析是信号分析中一种最基本的方法：将频率作为信号的自变量，在频域里进行信号的频谱分析； 信号分析是研究信号本身的特征，信号处理是对信号进行某种运算。 信号处理包括时域处理和频域处理。时域处理中最典型的是波形分析，滤波是信号分析中的重要研究内容； 测试信号是指被测对象的运动或状态信息，表示测试信号可以用数学表达式、图形、图表等进行描述。 常用基本信号（函数）复指数信号、抽样函数、单位阶跃函数单位、冲激函数（抽样特性和偶函数）离散序列用图形、数列表示，常见序列单位抽样序列、单位阶跃序列、斜变序列、正弦序列、复指数序列。 系统是指由一些相互联系、相互制约的事物组成的具有某种功能的整体。被测系统和测试系统统称为系统。输入信号和输出信号统称为测试信号。系统分为连续时间系统和离散时间系统。
信号与系统实验 实验1 阶跃响应与冲激响应 一、实验目的 1、观察和测量RLC串联电路的阶跃响应与冲激响应的波形和有关参数，并 研究其电路元件参数变化对响应状态的影响； 2、掌握有关信号时域的测量方法。 二、实验原理说明 实验如图1－1所示RLC串联电路的阶跃响应与冲激响应的电路连接图，图1
用周期方波通过微分电路后得到的尖顶脉冲代替冲激信号。 三、实验内容 1、阶跃响应波形观察与参数测量 设激励信号为方波，其幅度为1.5V 峰峰值，频率为500Hz 。 实验电路连接图如图1-1（a ）所示。 ① 连接如图1-1所示 ② 调整激励源信号为方波，调节频率旋钮，使f=500Hz ，调节幅度旋钮， 使信号幅度为1.5V 。（注意：实验中，在调整信号源的输出信号的参数时，需连接上负载后调节） ③ 示波器CH1接于TP909，调节滑动变阻器，使电路分别工作于欠阻尼、 临界和过阻尼三种状态，并将实验数据填入表格1-1中。 ④ TP908为输入信号波形的测量点，可把示波器的CH ·接于TP908上，便 于波形比较。 表1-1 注:描绘波形要使三状态的X 轴坐标(扫描时间)一致。 2、冲激响应的波形观察 冲激信号是由阶跃信号经过微分电路而得到。 实验电路如图1—1（b ）所示。 参数测量 波形观察 欠阻尼状态 临界状态 过阻尼状态 状态 参数测量 R< Tr= Ts= δ= R= Tr= R>
①将信号输入接于P905。（频率与幅度不变）； ②将示波器的CH1接于TP906，观察经微分后响应波形（等效为冲激激 励信号）； ③连接如图1-1（b）所示 ④将示波器的CH2接于TP909，调整滑动变阻器，使电路分别工作于欠 阻尼、临界和过阻尼三种状态 ④观察TP909端三种状态波形，并填于表1-2中。 表1-2 表中的激励波形为在测量点TP906观察到的波形（冲激激励信号）。 四、实验报告要求 1、描绘同样时间轴阶跃响应与冲激响应的输入、输出电压波形时， 要标明信号幅度A、周期T、方波脉宽T1以及微分电路的τ值。 2、分析实验结果，说明电路参数变化对状态的影响。 五、实验设备 双踪示波器 1 台 信号系统实验箱 1台 上升时间t r :y(t)从0.1到第一次达到0.9所需时间。 峰值时间t p :y(t)从0上升y max 所需的时间。 调节时间t s :y(t)的振荡包络线进入到稳态值的% 5 误差范围所需的时间。 激励波形 响应波形 欠阻尼状态临界状态过阻尼状态
2013—2014学年第二学期 《测试信号处理与分析》 实训报告 学院：机械与汽车工程学院 专业：测控技术与仪器 班级：11级测控二班 姓名： 学号： 指导教师
【摘要】：现代信号分析处理技术发展的非常迅速，各种信号专业处理软件也出现在了人们的视野中，这些软件给人们带来了极大方便。本次实训，我们主要学习了INV1612型软件以及DASP信号分析处理系统，切实的感受到了方便。本次实训为期两周，包括在实验室做简支梁的振动信号测试及柔性转子的共振试验，在创新实验室测铣床的振动信号，和在圆楼三楼的AutoCAD机房对铣床的振动信号进行分析等等。在此过程中要基本掌握简支梁的震动信号的测试方法和数据分析，INV1612型多功能柔性转子测试系统、INV1601型振动与控制教学实验系统及MATLAB软件对信号的采集和处理的方法，同时在试验中遇到的问题及我们一起解决的过程。在本次实训中，充分要求了动手能力，实训中的每一项数据都要求自己动手去采集处理，从中我学会了很多知识与方法。 【关键词】：测试信号实训软件知识方法 一、简支梁 1、简支梁的概念 一种简易的支架，包括两个在一平面上可交叉扣合的条形支架，所述每个条形支架的两端为一端高一端低的结构，所述低的一端为钩状结构，钩状体与条形支架主体之间可伸缩的连接，使得每个支架针对不同大小的支撑物在长度方向上可调，且本支架结构简单，节省材料。简支梁就是承载两端竖向荷载，而不提供扭矩的支撑结构。只有两端支撑在柱子上的梁，主要承受正弯矩，一般为静定结构。体系温变、混凝土收缩徐变、张拉预应力、支座移动等都不会在梁中产生附加内力，受力简单，简支梁为力学简化模型。对于简支梁来说，梁的两端搭在两个支撑物上，两端铰接，现实看是只有两端支撑在柱子上的梁，主要承受弯距的单跨结构.一般为静定结构。 2、用“双踪示波比较法”测量简谐振动的频率 用“双踪示波比较法”测量简谐振动的频率，实验仪器有：INV1601B 型振动教学实验仪、INV1601T 型振动教学实验台、速度传感器、调速电机及调压器。
实验一、非正弦周期信号的分解与合成 一、实验目的 1、用同时分析法观测50Hz 非正弦周期信号的频谱，并与其傅里叶级数各项的频率与系数作比较。 2、观测基波和其谐波的合成。 二、实验设备 1、信号与系统实验箱（参考型号：TKSS —B 型） 2、双踪示波器 三、实验原理 1、一个非正弦周期函数可以用一系列频率成整数倍的正弦函数来表示，其中与非正弦函数具有相同频率的成分称为基波或一次谐波，其它成分则根据其频率为基波频率的 2、 3、 4、┅、n 等倍数分别称二次、三次、四次、┅、n 次谐波，其幅度将随谐波次数的增加而减小，直至无穷小。 2、不同频率的谐波可以合成一个非正弦周期波，反过来，一个非正弦周期波也可以分解为无限个不同频率的谐波成分。 3、一个非正弦周期函数可用傅里叶级数来表示，级数各项系数之间的关系可用一个频谱来表示，不同的非正弦周期函数具有不同的频谱图。例如，方波的频谱图如图1-2所示。 图1-1 方波 图1-2 方波频谱图 方波信号的傅里叶表达式： )9sin 9 1 7sin 715sin 513sin 31(sin 4)( +++++= t t t t t U t u m ωωωωωπ 周期信号频谱的特点：离散性、谐波性、收敛性； 奇函数只含正弦项，偶函数只含直流量和余弦项； 奇谐函数只含奇次谐波分量，偶谐函数只含偶次谐波分量、直流量； 四、实验重难点 1、本实验以方波和三角波为重点进行实验数据的观测。 2、进行本实验前应熟悉信号与系统实验箱（参考型号：TKSS －B 型）、双踪示波器等有关仪器设
备的操作。 五、实验步骤 实验装置的结构如图1-3所示。 图1-3 信号分解合成实验装置结构框图 1、打开电源总开关，检查50Hz方波信号输出；观察方波的周期和幅值。 2、将50Hz方波信号接到信号分解实验模块BPF输入端15脚（注意输入、输出地接在一起）； 将1、2短接，观察直流分量的幅值； 将3，4短接，观察基波分量的频率和幅值，并记录之。 将5，6短接，观察二次谐波分量的频率和幅值，并记录之。 将7，8短接，观察三次谐波分量的频率和幅值，并记录之。 将9，10短接，观察四次谐波分量的频率和幅值，并记录之。 将11，12短接，观察五次谐波分量的频率和幅值，并记录之。 将13，14短接，观察六次谐波分量的频率和幅值，并记录之。 3、将方波分解所得的基波和三次谐波分量接至加法器的相应输入端，观测加法器的输出波形，并记录之。 4、在3的基础上，再将五次谐波分量加到加法器的输入端，观测相加后的波形，记录之。 5、分别将50Hz单相正弦半波、全波；矩形波和三角波的输出信号接至50Hz电信号分解与合成模块输入端，观测基波及各次谐波的频率和幅度，记录之。 6、将50Hz单相正弦半波、全波、矩形波、三角波的基波和谐波分量分别接至加法器的相应的输入端，观测求和器的输出波形，并记录之。