(四)脉冲信号和时钟信号

目录

• 脉冲电信号
  • 相关概念
    • 脉冲/脉冲波形
    • 脉冲电
    • 脉冲信号
  • 脉冲形状
  • 应用——时钟信号

## 相关概念

脉冲/脉冲波形(一种波形)

在信号处理中，脉冲（pulse）有以下两种意义：
1. 信号幅度的快速暂态变化，由基准值变为较高或较低的值，之后又快速的回到基准值。
2. 信号特性（如相位、频率）的快速暂态变化，由基准值变为较高或较低的值，之后又快速的回到基准值
还有个说法：脉冲就是电压或电流的波形 像心电图上的脉搏跳动(短暂起伏)的波形 或者：如果用水流形容，直流就是把龙头一直开着淌水，脉冲就是不停的开关龙头形成水脉冲

脉冲电

波形是脉冲的电压或电流，通常就把一切既非直流又非正弦交流的电压或电流统称为脉冲电

电脉冲
脉冲电流其中的一个周期过程就可以看成一个电脉冲，可以当成信号的一次发出

脉冲信号

相对于连续信号在整个信号周期内短时间发生的信号，大部分信号周期内没有信号。就象人的脉搏一样。现在一般指数字信号，它已经是一个周期内有一半时间（甚至更长时间）有信号。计算机内的信号就是脉冲信号，又叫数字信号

• 同步脉冲信号
  为确保接收和发送扫描能同步的一种制约信号
• 复合同步脉冲信号
  为了使收、发两端扫描完全同步，发送端要给接收端提供同步脉冲信号。它由行同步脉冲和场同步脉冲组合而成的。

脉冲电路

脉冲电路是专门用来产生电脉冲和对电脉冲进行放大、变换和整形的电路

## 脉冲形状

利用脉冲整形的程序可以产生不同的脉冲形状，根据应用的不同，最佳的脉冲形状也随之不同。

• 方波
  方波脉冲包括方波、Boxcar函数及矩形函数等。在数字信号中，由低准位变到高准位的转态称为上升缘，而由高准位变到低准位的转态称为下降缘。若数字系统中会侦测上升缘或下降缘，或在此情形下才动作，称为 边缘触发。数字时序图就是由许多方波组成的例子。
• Nyquist脉冲
  Nyquist脉冲是符合Nyquist码间干扰标准的脉冲，在资料传输有其重要性
• 高斯脉冲
  高斯脉冲是成形为高斯函数的脉冲，是由高斯滤波器产生，它是在没有过冲及最小群延时条件下，暂态最快的脉冲

## 应用——时钟信号

又称时间脉冲信号(简称时脉?)，计算机科学及相关领域用语，此信号在 同步电路当中，扮演 计时器的角色，并组成电路的电子组件。只有当同步信号到达时，相关的触发器才按输入信号改变输出状态，因此使得相关的电子组件得以同步运作。

在数字电路(计算机)中分别以高电平和低电平表示1状态和0状态。此时电信号的波形是非正弦波，为脉冲信号，又叫数字信号

说法1：在时序逻辑电路中，为了控制各触发器同步协调一致的工作，通常需要一个稳定精确的时钟脉冲信号
说法2：在同步时序电路中，作为时钟信号的矩形脉冲控制和协调着整个系统的工作

要解决的问题？

在内部循环周期小于最坏情况下的内部传播延迟时，大多数足够复杂集成电路使用时钟信号同步电路的不同部分
引用知乎上的一个解释：
CPU里可以粗略的认为是很多很多很多小电容（充满电了算1，没充电算0），每次计算就是这些小电容翻来覆去的充电放电。
很多小电容组成一个个基本的模块，比如输入到输出。输入到输出是有延迟的，因为前面说了，电容要充电放电，这个需要时间。
基本小模块各种连接，组成复杂的功能，也就是前面小模块的输出会被后面模块当成输入。

模块连接行成功能，那么后面的模块要如何知道前面的模块到底是已经完成充电/放电了呢，还是正在充电放电呢？另一方面，路径越长从最开始输入到最终的输出的时间就越长，也就是路径长度不同延迟就不同，所以你很难保证每个针脚上的数据严格的同时到达。

所以就引入了时钟机制：用一个统一的时钟脉冲来同步各个小模块。脉冲没来，小模块抓紧时间充电放电，脉冲来了，模块一起动。可以简单的认为时钟脉冲来一下，CPU就动一下。下个时钟脉冲一直不来，CPU就一直不动
(保证运算时，数据的读-写-计算必须要严格的按照顺序依次进行)

时钟边沿触发

时钟边沿触发信号意味着所有的状态变化都发生在时钟边沿到来时刻。只有当同步信号到达时，相关的触发器才会按输入信号改变输出状态，使得相关的电子组件得以同步运作。控制逻辑单元状态量变化的是时钟信号的上升沿还是下降沿，取决于具体的逻辑设计
时钟不是作用在ALU（逻辑控制单元）上而是寄存器上，这种特殊的寄存器叫：时钟寄存器。只有在时钟信号的上升沿（比如说5V高位）才能往里写入。其他时候，输入只能在外面等着

时钟频率

时钟频率（又译：时脉速度，英语：clock rate），是指同步电路中时钟的基础频率，它以“若干次周期每秒”来度量，量度单位采用SI单位-赫兹（Hz）。它是评定CPU性能的重要指标。
例如，来自晶振的基准频率通常等于一个固定的正弦波形，则时钟频率就是这个基准频率，电子电路会为数字电子设备将它转化成对应的脉冲方波。

时钟信号的产生

时钟信号是矩形脉冲，获取矩形脉冲的途径不外乎两种：

• 一种是利用各种形式的多些振荡电路直接产生所需要的矩形脉波
• 另一种则是通过各种整形电路将已有的周期性变化波形变换为符合要求的矩形脉冲。

当然，在采用整形的方法获取矩形脉冲时，是以能够找到频率和幅度都符合要求的一种已有电压信号为前提的。

• 自行产生矩形脉冲波形的多谐振荡电路有很多，比如
  • 对称式多谐振荡电路
  • 非对称式多谐振荡电路
  • 环形振荡电路
  • 用施密特触发电路够成功的多谐振荡电路
• 整形电路
  • 施密特触发电路
  • 单稳态电路