差分隊是啥？均衡器如何能解決插入損耗所帶來的問題

1、差分隊是啥？均衡器如何能解決插入損耗所帶來的問題對于速度的渴求始終在增長，傳輸速率每隔幾年就會加倍。這一趨勢在諸如計算、sas和sata存儲方面的pcie以及云計算中的千兆以太網(wǎng)等無數(shù)現(xiàn)代通信系統(tǒng)中很普遍。信息革命對通過傳輸介質(zhì)傳送數(shù)據(jù)提出了巨大挑戰(zhàn)。目前的傳輸介質(zhì)仍然依靠于銅線，數(shù)據(jù)鏈路中的信號速率可以達到大于25gbps，并且端口吞吐量可以大于100gbps。這些串行數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計用法差分信號的方式，通過被稱為差分對的一對銅線來傳送數(shù)據(jù)。a線路和b線路內(nèi)的信號是等振幅、反相位高速脈沖。差分信號在無數(shù)上有用法，比如lvds，cml和pecl等等。傳送一個抱負的串行比特流串行比特流是通過一個差分

2、對傳揚的差分信號。1所示，差分信號的預計到達時光是一樣的，這樣的話，它們在接收端上保持差分信號的屬性（等振幅、反相位）。一個接收器被用來復原信號，然后正確地采樣和復原數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)無誤差數(shù)據(jù)傳輸。圖1：抱負差分對的電氣屬性對于差分對的要求一個良好設(shè)計差分對是勝利舉行高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵因素。按照應用的不同，差分對可以是一對印刷電路板 () 走線，一對雙絞線或一對共用絕緣和屏蔽的并行線（通常稱為twin-axial電纜）。在這一系列中，我將研究差分對的特點，以及針對高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)計問題和解決計劃。讓我們討論一下差分對的主要要求：a線路和b線路都需要保持相當恒定和相等的特性阻抗，通常稱為奇模阻抗，

3、此時兩條線路均差分激勵。差分信號應當在到達目的端時保持差分信號的屬性：幾乎相等的振幅和相反的相位。每條線路的插入損耗應當大致相等。每條線路的傳揚延遲應當大致相等?？傊?，我們應當尋求相等并且相當恒定的奇模阻抗，從而最大限度地削減從源端到目的端整條差分對長度上的阻抗波動。我們也應該使a線路與b線路之間的延遲匹配和插入損耗匹配。此外，我們需要確保插入損耗不會太多，這樣的話，接收器能夠正確地復原數(shù)據(jù)。為了滿足上述要求，a線路和b線路應當在它們的物理布局布線中保持高對稱。放射器和接收器也應當在它們的a和b線路電路中保持高對稱，這樣的話，它們在a線路和b線路上的電氣負載相等。在抱負狀況下，差分對是徹低對稱

4、的，此時具有無限帶寬并且鄰近信號之間徹低隔離。在現(xiàn)實狀況下，差分信號通過 (ic) 封裝、外部器件、不同的pcb結(jié)構(gòu)、和電纜銜接子系統(tǒng)舉行傳揚。實現(xiàn)徹低對稱的差分對是件不太簡單的事情。前文議論了對于差分對的要求。在現(xiàn)實應用中，我們用印刷電路板（pcb）內(nèi)的銅走線或線纜組裝件內(nèi)的銅質(zhì)導線來實現(xiàn)差分對。較長的pcb走線或線纜會浮現(xiàn)較高的傳輸損耗，該損耗會劣化信號質(zhì)量。下面將解釋插入損耗如何能影響差分對的信號質(zhì)量，并說明均衡器如何能消退這種影響。什么是插入損耗？傳輸損耗包含兩部分：低頻率下的趨膚效應損耗（skin loss）和高頻率下的介電損耗。趨膚效應損耗取決于互連部分的截面面積；例如，pcb走線

5、的寬度和金屬厚度，或線纜的導線直徑。當頻率在幾百兆赫以下時，趨膚效應損耗是主要傳輸損耗，并與頻率的平方根成比例。當頻率較高時，介電損耗則成為主要傳輸損耗。介電損耗的量取決于電介質(zhì)的材料屬性，且與頻率成正比。插入損耗是一個常見術(shù)語，用來描述互連部分的傳輸損耗。它是惟獨和沒有互連部分的兩種狀況下負載處的比值。網(wǎng)絡(luò)分析儀能按振幅和相位測量插入損耗。圖2展示了fr4板材上兩條pcb走線的典型插入損耗：一條走線長5英寸（藍色），另一條走線長10英寸（紅色），但兩者具有相等的走線寬度（5 mil）。正如您可從圖2中看到的，插入損耗特性與低通表現(xiàn)出的特性一樣，當頻率增強時信號衰減量增大。損耗隨著pcb走線的

6、長度呈線性增強。圖2：fr4 pcb走線的插入損耗為什么插入損耗會使信號劣化數(shù)據(jù)傳輸串行比特流中包含不同持續(xù)時光的規(guī)律1和0。在圖3中，您可看到放射器波形由較長持續(xù)時光（較低頻率脈沖）和較短持續(xù)時光（較高頻率脈沖）的數(shù)據(jù)位構(gòu)成。它們的振幅大致相等而且翻轉(zhuǎn)路徑幾乎相同，因而能產(chǎn)生整潔而全開的數(shù)據(jù)眼。當信號通過pcb走線傳送時，效應會減慢脈沖的翻轉(zhuǎn)時光，持續(xù)時光短的脈沖沒有足夠的時光達到其滿振幅。此外，高頻率脈沖的衰減量還比低頻率脈沖的衰減量大：當?shù)竭_目的端時，它們的振幅有很大的不同。由于持續(xù)時光較長的脈沖和持續(xù)時光較短的脈沖具有不同的振幅，所以翻轉(zhuǎn)路徑會發(fā)生變幻，并產(chǎn)生時域顫動。這類顫動詳細取決

7、于數(shù)據(jù)碼型，通常被稱為碼間串擾（isi）。圖3展示了接收器波形和相應眼圖，差分對的插入損耗引起的顫動十分顯著。圖3：由插入損耗引起的信號劣化如何能解決這種信號劣化問題上述信號劣化的根本問題是由不等振幅的脈沖（這些脈沖振幅是低通濾波器產(chǎn)生的）導致的。該問題的解決計劃是對信號衰減舉行抵消，其目標是實現(xiàn)相等的脈沖振幅。均衡器是一種經(jīng)過特地設(shè)計的高通濾波器，其傳遞函數(shù)等于互連部分低通濾波器傳遞函數(shù)的倒數(shù)。有許多頻繁的均衡器實施計劃。您可用法高增益的延續(xù)時光線性均衡器（ctle）, 高頻率下可提供的增益較多，在低頻率下可提供的增益較少?；蛘撸部捎梅ㄔ诘皖l率下產(chǎn)生衰減的高通濾波器，這種濾波器在許多去加重驅(qū)動器設(shè)計中通常用作放射端均衡器。另外，還有無數(shù)數(shù)字實現(xiàn)計劃，如重定時器中用法的有限脈沖響應濾波器（fir）或判決反饋均衡器（dfe）。圖4展示了具有ctle的ds125br800a，可