频率和数据速率
“‘GHz’和‘Gbps’有什么区别？”
我刚进公司的时候，有不少销售人员在这个阶段感到困惑和绊倒。如今，通过内部培训，情况已经好多了，但当时，在某些情况下，我们必须采取额外的步骤来了解客户的需求。
“GHz”和“Gbps”分别是“频率”和“数据速率”的单位。这次我想解释一下，让那些对文字和关系感到困惑的人也能尽可能地理解它。
频率和正弦波
频率就像文字一样，是“周”来“波”的“次数”的意思。即使在海上，波浪也接二连三地做着。谈论频率时，原则上以“1秒钟来多少波”为单位，这被称为“Hz”=赫兹。
那么，一个波浪是什么东西?
所谓的波浪，是山和山谷成组起伏的东西。这座山和波浪的组合被称为“一个波浪” (图1) 。如图1所示形状的波称为“正弦波”，它是最基本的波。我想你听过“正弦、余弦和正切”的声音，其中Sign=Sin在日语中是“正弦”。顺便说一句，余弦=余弦是从这里移动的半山=1/4波，在日语中它被称为“余弦”(正切值=tan是Sin/Cos,但它有点复杂，所以我们省略它)。
频率是这波每秒出现多少次。1秒1个是Hz、1000个是KHz=千赫、100万个是MHz=兆赫。当GHz=千兆赫时，这意味着每秒出现10^9=10亿个波。
数字信号和数据速率
数字信号由0或1组成，例如“0111100011010101 ...”。信号的“波形”图像如图2所示。每秒出现的0或1数量称为“数据速率”，表示为bps=位百分比=位/秒。和频率一样，随着K→M→G的增大，单位会提升。1.0Gbps意味着无论0或1如何，任何一个总计将在1秒内出现10亿次。
信号具有“频率分量”。换句话说，这个数字信号也由几个“波浪重叠”组成。
① 奈奎斯特频率
那么，通过电力发送这个数字信号时，电力“最忙”的状态是什么?
请认识到“忙碌=剧烈运动”。那样的话，0和1每次交换连续出现的状态是最忙的。虽然它有点跳跃，但请认为“最忙的时间”具有“最高频率”(后述的高次谐波的话题，怎么说都是比“形”=“波形”更好的话题，这个想法大体上没有错。)。
正如我在开始时解释的那样，波浪是一组“山脉和山谷”。看看这个繁忙的数字信号，1是山脉，0是山谷，所以你可以通过这种组合掌握“一个浪吗?”。由于它是1和0的2位，我认为你会直观地注意到“数据速率的一半频率 (位的出现频率) 似乎很强・・・・” (图3) 。
该数据速率的一半（2.0Gbps 为 1.0GHz）的频率称为奈奎斯特频率，是数字传输中最强的组成部分，是作为“基本频率”的“最高频率”。顺便说一句，奈奎斯特这个名字取自哈利·奈奎斯特的名字，他发现了数字采样定理*，所以知道这一点也许有一天会派上用场。
※为了对模拟信号进行采样，必须以至少两倍于该频率的频率进行采样，并且“奈奎斯特频率”也被定义为“最大频率”，其可以严格表示为采样频率=数据速率。
好吧，我在上面写了“最高频率”作为“基频”，但它也包含更高的频率分量。与柔和的圆形正弦波波形相比，数字波形是有棱角和尖锐的。为了获得该形状，必须包括称为高频分量“谐波”的分量。它逐渐变得困难，但将在下一节中解释。
② 方波/方波和谐波
许多音乐家可能都知道，正弦波的“声音”就像时间信号的“嘟嘟”声，清脆却略显不足。这种时间信号由多种频率的声音叠加而成，这些声音被称为“泛音”或“谐波”，它们以恰到好处的平衡混合在一起，产生类似乐器的丰富音色。电信号也是如此，要获得方波，“基频”是主要成分，而几个整数倍的正弦波必须以“一定比例”叠加。这被称为傅里叶级数，但由于这里难以解释，我们只关注结果。
要“变成方波”，频率为基频三倍的正弦波的幅值是基频的三分之一，频率为基频五倍的正弦波的幅值是基频的五分之一，频率为基频七倍的正弦波的幅值是基频的七分之一，以此类推。尽管比例很小，但“基频奇数倍”的分量却连续重叠（图4）。这些谐波构成了数字信号的“尖锐”形状。具体来说，它们与信号上升时从0变为1（反之亦然）的敏捷性相关。然而，实际上，随着近年来信号速度的提高，维持谐波似乎已被“放弃”，通过保证高达约奈奎斯特频率+α的传输特性来维持传输质量的趋势正成为主流。
现在我们已经解释了“高于”基频的频率，接下来我们将解释“慢”频率。
③ 0或1持续一段时间的情况和低频成分
到目前为止，我们已经解释了Nyquist频率的“谐波”分量，Nyquist频率是数字信号的基本频率，Nyquist频率是方波/方波的更高频率。那么，比奈奎斯特频率慢的频率怎么样?
你看起来很忙吗?
实际的数字信号不会一直在0和1之间交替，但0和1可能会持续一段时间。换句话说，它并不总是很忙，有时候信号的运动有点放松。作为一个稍微极端的例子，让我们看一下0和1交替出现的情况，其中连续两次和三次变为重复模式 (图5) 。我认为你可以直观地理解，但它们分别基于频率为1/2和1/3的奈奎斯特。如果0或1继续，主要成分是较低频率。此外，由于这些“忙碌减少”信号也是方波/矩形波，因此还包括一定比例的“奈奎斯特1/2、1/3以上的谐波”。虽然它变得有点令人困惑，但数字信号由从低到高的各种分量的频率集合组成，以奈奎斯特频率为中心。最后我想谈谈这方面的问题。
④ 随机信号和频谱
网络上有几个分析随机数字信号频率分量的示例。据他们介绍，功率谱从低频到高频的积分大致如下图所示。观察此图，您可以看到频率分量从接近 DC 的点开始堆叠，并分布到远高于奈奎斯特频率的点。这意味着考虑到这个宽范围，有必要同时考虑对传输质量的贡献和EMC角度。
最后，
我们的产品“连接器”和其他形成传输线的部件对高速传输的要求逐年增加。例如，在通过调制信号的无线系统连接的情况下 (使用同轴连接器等)，在作为载波频率的“非常高的频率”的“窄带”中优异=稳定需要具有性能。简而言之，频率请求是精确的(因为它被用于多个应用程序，它覆盖了更广泛的范围)。
另一方面，用于直接数字信号传输的连接器不需要像同轴连接器那样的高频性能（假设数据速率相同），但因此要求产品具有从低频到高频更稳定的性能。以下表现。IRISO的高速传输兼容产品就是在此背景下真诚努力开发的。在这里您可以找到有关我们针对高速传输连接器的各种举措的信息。
我们还准备了一篇关于“频率失真和编码”的更深入的文章，在本文的第二部分。敬请关注。