ot;display: block;">隨著數(shù)據(jù)速率的不斷提高,信號(hào)完整性問(wèn)題已經(jīng)成為設(shè)計(jì)工程師要考慮的最關(guān)鍵因素。這種呈指數(shù)式的數(shù)據(jù)速率上升可以從手持移動(dòng)設(shè)備和消費(fèi)類(lèi)顯示產(chǎn)品到高帶寬路由器/交換機(jī)等應(yīng)用中看到。抖動(dòng)(噪聲)是降低設(shè)計(jì)中信號(hào)完整性水平的首要原因。除了利用布板、阻抗匹配和更昂貴的材料實(shí)現(xiàn)信號(hào)完整性增強(qiáng)技術(shù)之外,設(shè)計(jì)師還可以簡(jiǎn)單地在設(shè)計(jì)中增加諸如均衡器這樣的抖動(dòng)消除器來(lái)解決抖動(dòng)問(wèn)題。這樣設(shè)計(jì)師就不用專(zhuān)注于信號(hào)完整性問(wèn)題,而把主要精力放在系統(tǒng)的核心設(shè)計(jì)上。

信號(hào)布線在以前通常被看作是一種簡(jiǎn)單的概念,從布線角度看,視頻信號(hào)、語(yǔ)音信號(hào)或數(shù)據(jù)信號(hào)之間沒(méi)有什么區(qū)別。因此過(guò)去很少有人關(guān)心信號(hào)布線問(wèn)題。然而,現(xiàn)在情況有了完全的改變。視頻信號(hào)傳輸速度目前已經(jīng)達(dá)到每個(gè)通道,數(shù)據(jù)信號(hào)更是遠(yuǎn)超過(guò)每通道5Gbps。高速串行標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)似PCI Express、XAUI、SATA、TMDS和Display Port等,要求設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)和工程師不僅要考慮信號(hào)完整性問(wèn)題,而且要對(duì)它將如何影響系統(tǒng)的性能和可靠性有深刻的理解。

為了掌握這方面的知識(shí),工程師首先必須懂得在系統(tǒng)中影響信號(hào)完整性的因素是什么。通過(guò)增加信號(hào)抖動(dòng)可以觀察到系統(tǒng)中出現(xiàn)的信號(hào)完整性損失。系統(tǒng)的總抖動(dòng)主要由兩類(lèi)抖動(dòng)組成,分別是隨機(jī)性抖動(dòng)和確定性抖動(dòng)。隨機(jī)性抖動(dòng)是無(wú)限并在本質(zhì)上服從高斯分布的,而確定性抖動(dòng)是有限并可預(yù)測(cè)的。在90%的系統(tǒng)中,確定性抖動(dòng)是設(shè)計(jì)工程師必須解決的主要的信號(hào)完整性問(wèn)題。

確定性抖動(dòng)包含碼間干擾(ISI)、占空比失真和周期性抖動(dòng),它們分別是由帶寬限制問(wèn)題、時(shí)鐘周期的不對(duì)稱(chēng)以及交叉耦合或EMI問(wèn)題引起的。諸如連接器等無(wú)源器件、PCB走線、長(zhǎng)線纜以及沿著走線布放的其它無(wú)源器件是引起確定性抖動(dòng)的最主要來(lái)源。

信號(hào)頻率越高,衰減越大,因此會(huì)造成指定數(shù)據(jù)流中的功率電平失配,而這種功率電平失配又會(huì)導(dǎo)致信號(hào)中發(fā)生ISI。ISI將降低信號(hào)完整性,這足以阻止接收器在接收端從信號(hào)中正確提取任何真實(shí)的數(shù)據(jù)。

功率電平失配的原因是沒(méi)有設(shè)計(jì)工程師可以保證數(shù)據(jù)在設(shè)計(jì)中的傳輸。數(shù)據(jù)可能會(huì)是不斷地變化(0-1-0-1-0-1等),也可能恒定不變(1-1-1-1-1-1等)。明顯地,上述6個(gè)變化比特的占空比要比6個(gè)“1”恒定數(shù)據(jù)流的占空比小6倍。由于占空比小6倍,信號(hào)頻率就要高6倍。如果數(shù)據(jù)流同時(shí)包含上述兩種類(lèi)型,那么接收端信號(hào)就會(huì)帶有差異很大的功率電平,因?yàn)轭l率越高衰減越大。

圖1:在有均衡(上)和無(wú)均衡(下)條件下測(cè)量經(jīng)過(guò)25米線纜傳輸?shù)男盘?hào)所得的信號(hào)完整性結(jié)果。  

解決功率失配問(wèn)題

大多數(shù)高速信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要盡量減少無(wú)變化的連續(xù)比特?cái)?shù)量,比如8B/10B編碼。這種編碼方案可以確保數(shù)據(jù)流不會(huì)有超過(guò)4個(gè)連續(xù)不變的比特。然而,接收端信號(hào)中仍有可能出現(xiàn)4倍高功率的部分。

為了補(bǔ)償功率電平失配以減少I(mǎi)SI,設(shè)計(jì)師可以使用均衡或去加重技術(shù)。均衡技術(shù)將對(duì)所有高速比特進(jìn)行功率提升,使接收信號(hào)中高速比特與低速比特具有相同的功率電平,從而達(dá)到減少功率電平失配的目的。

去加重與均衡恰恰相反,但抱有同樣的目標(biāo):盡量減少功率電平失配。它是通過(guò)降低低速比特的功率完成的,而均衡是增加高速比特的功率。因此,去加重只能作用于發(fā)送比特,而均衡只能作用于接收比特。

這并不是消除確定性抖動(dòng)的唯一方法,但用戶(hù)最有可能需求某種類(lèi)型的發(fā)送器抖動(dòng)消除器,比如上述的去加重。而真正的抖動(dòng)消除方案同時(shí)需要上述兩種電路。

不要讓抖動(dòng)壞了你的設(shè)計(jì),因?yàn)榈统杀镜男盘?hào)調(diào)理解決方案已經(jīng)面市。采用均衡和去加重電路可以消除由于長(zhǎng)FR走線、連接器和長(zhǎng)電纜引起的抖動(dòng),并且你不必?fù)?dān)心要去理解信號(hào)完整性增強(qiáng)技術(shù)的細(xì)節(jié),讓抖動(dòng)終結(jié)器去對(duì)付吧!

作者:Abdullah Raouf

產(chǎn)品行銷(xiāo)經(jīng)理

Pericom Semiconductor公司

Email: araouf@