差分隊(duì)是啥？均衡器如何能解決插入損耗所帶來(lái)的問(wèn)題

1、差分隊(duì)是啥？均衡器如何能解決插入損耗所帶來(lái)的問(wèn)題對(duì)于速度的渴求始終在增長(zhǎng)，傳輸速率每隔幾年就會(huì)加倍。這一趨勢(shì)在諸如計(jì)算、sas和sata存儲(chǔ)方面的pcie以及云計(jì)算中的千兆以太網(wǎng)等無(wú)數(shù)現(xiàn)代通信系統(tǒng)中很普遍。信息革命對(duì)通過(guò)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(hào)速率可以達(dá)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(jì)用法差分信號(hào)的方式，通過(guò)被稱為差分對(duì)的一對(duì)銅線來(lái)傳送數(shù)據(jù)。a線路和b線路內(nèi)的信號(hào)是等振幅、反相位高速脈沖。差分信號(hào)在無(wú)數(shù)上有用法，比如lvds，cml和pecl等等。傳送一個(gè)抱負(fù)的串行比特流串行比特流是通過(guò)一個(gè)差分

2、對(duì)傳揚(yáng)的差分信號(hào)。1所示，差分信號(hào)的預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)光是一樣的，這樣的話，它們?cè)诮邮斩松媳３植罘中盘?hào)的屬性（等振幅、反相位）。一個(gè)接收器被用來(lái)復(fù)原信號(hào)，然后正確地采樣和復(fù)原數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)誤差數(shù)據(jù)傳輸。圖1：抱負(fù)差分對(duì)的電氣屬性對(duì)于差分對(duì)的要求一個(gè)良好設(shè)計(jì)差分對(duì)是勝利舉行高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵因素。按照應(yīng)用的不同，差分對(duì)可以是一對(duì)印刷電路板 () 走線，一對(duì)雙絞線或一對(duì)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(duì)的特點(diǎn)，以及針對(duì)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)問(wèn)題和解決計(jì)劃。讓我們討論一下差分對(duì)的主要要求：a線路和b線路都需要保持相當(dāng)恒定和相等的特性阻抗，通常稱為奇模阻抗，

3、此時(shí)兩條線路均差分激勵(lì)。差分信號(hào)應(yīng)當(dāng)在到達(dá)目的端時(shí)保持差分信號(hào)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(yīng)當(dāng)大致相等。每條線路的傳揚(yáng)延遲應(yīng)當(dāng)大致相等。總之，我們應(yīng)當(dāng)尋求相等并且相當(dāng)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(duì)長(zhǎng)度上的阻抗波動(dòng)。我們也應(yīng)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(huì)太多，這樣的話，接收器能夠正確地復(fù)原數(shù)據(jù)。為了滿足上述要求，a線路和b線路應(yīng)當(dāng)在它們的物理布局布線中保持高對(duì)稱。放射器和接收器也應(yīng)當(dāng)在它們的a和b線路電路中保持高對(duì)稱，這樣的話，它們?cè)赼線路和b線路上的電氣負(fù)載相等。在抱負(fù)狀況下，差分對(duì)是徹低對(duì)稱

4、的，此時(shí)具有無(wú)限帶寬并且鄰近信號(hào)之間徹低隔離。在現(xiàn)實(shí)狀況下，差分信號(hào)通過(guò) (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(yáng)。實(shí)現(xiàn)徹低對(duì)稱的差分對(duì)是件不太簡(jiǎn)單的事情。前文議論了對(duì)于差分對(duì)的要求。在現(xiàn)實(shí)應(yīng)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(dǎo)線來(lái)實(shí)現(xiàn)差分對(duì)。較長(zhǎng)的pcb走線或線纜會(huì)浮現(xiàn)較高的傳輸損耗，該損耗會(huì)劣化信號(hào)質(zhì)量。下面將解釋插入損耗如何能影響差分對(duì)的信號(hào)質(zhì)量，并說(shuō)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(yīng)損耗（skin loss）和高頻率下的介電損耗。趨膚效應(yīng)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(dǎo)線直徑。當(dāng)頻率在幾百兆赫以下時(shí)，趨膚效應(yīng)損耗是主要傳輸損耗，并與頻率的平方根成比例。當(dāng)頻率較高時(shí)，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(gè)常見(jiàn)術(shù)語(yǔ)，用來(lái)描述互連部分的傳輸損耗。它是惟獨(dú)和沒(méi)有互連部分的兩種狀況下負(fù)載處的比值。網(wǎng)絡(luò)分析儀能按振幅和相位測(cè)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(zhǎng)5英寸（藍(lán)色），另一條走線長(zhǎng)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(dāng)頻率增強(qiáng)時(shí)信號(hào)衰減量增大。損耗隨著pcb走線的

6、長(zhǎng)度呈線性增強(qiáng)。圖2：fr4 pcb走線的插入損耗為什么插入損耗會(huì)使信號(hào)劣化數(shù)據(jù)傳輸串行比特流中包含不同持續(xù)時(shí)光的規(guī)律1和0。在圖3中，您可看到放射器波形由較長(zhǎng)持續(xù)時(shí)光（較低頻率脈沖）和較短持續(xù)時(shí)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(kāi)的數(shù)據(jù)眼。當(dāng)信號(hào)通過(guò)pcb走線傳送時(shí)，效應(yīng)會(huì)減慢脈沖的翻轉(zhuǎn)時(shí)光，持續(xù)時(shí)光短的脈沖沒(méi)有足夠的時(shí)光達(dá)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(dāng)?shù)竭_(dá)目的端時(shí)，它們的振幅有很大的不同。由于持續(xù)時(shí)光較長(zhǎng)的脈沖和持續(xù)時(shí)光較短的脈沖具有不同的振幅，所以翻轉(zhuǎn)路徑會(huì)發(fā)生變幻，并產(chǎn)生時(shí)域顫動(dòng)。這類顫動(dòng)詳細(xì)取決

7、于數(shù)據(jù)碼型，通常被稱為碼間串?dāng)_（isi）。圖3展示了接收器波形和相應(yīng)眼圖，差分對(duì)的插入損耗引起的顫動(dòng)十分顯著。圖3：由插入損耗引起的信號(hào)劣化如何能解決這種信號(hào)劣化問(wèn)題上述信號(hào)劣化的根本問(wèn)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(dǎo)致的。該問(wèn)題的解決計(jì)劃是對(duì)信號(hào)衰減舉行抵消，其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)相等的脈沖振幅。均衡器是一種經(jīng)過(guò)特地設(shè)計(jì)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(shí)施計(jì)劃。您可用法高增益的延續(xù)時(shí)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?，您也可用法在低頻率下產(chǎn)生衰減的高通濾波器，這種濾波器在許多去加重驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)中通常用作放射端均衡器。另外，還有無(wú)數(shù)數(shù)字實(shí)現(xiàn)計(jì)劃，如重定時(shí)器中用法的有限脈沖響應(yīng)濾波器（fir）或判決反饋均衡器（dfe）。圖4展示了具有ctle的ds125br800a，可