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[硬件] 关于高速信号补偿技术:预加重,去加重及均衡器

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发表于 2019-9-27 15:08 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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随着信号速率的增加,高速信号的趋肤效应和传输线的介质损耗,使信号在传输过程中受损很大,为了在接收终端能得到比较好的波形,就需要对受损的信号进行补偿,常用的补偿技术有:预加重、去加重和均衡 - C' `: Y4 p) t5 N9 C: a1 O
" N/ A  T' ?, }1 ?7 N
/ z* v* w7 U( l: ?1 G- ?
在介绍这三种信号补偿技术之前,先来介绍下趋肤效应和介质损耗。. C2 S, k& p: E! T+ r2 S4 @
9 m: [" K- W$ J# d
7 a2 G( F' Q  X# p) T1 s( E5 K
趋肤效应:交变电流(alternating electric current, AC)通过导体时,由于感应作用引起导体截面上电流分布不均匀,愈近导体表面电流密度越大。这种现象称“趋肤效应”。趋肤效应使导体的有效电阻增加。频率越高,趋肤效应越显著。当频率很高的电流通过导线时,可以认为电流只在导线表面上很薄的一层中流过,这等效于导线的截面减小,电阻增大。5 K( j$ d! \8 v" ~. \3 C" ~

0 @; Q8 P; P3 t) `" P2 K
) \. b+ T. e0 J介质损耗:绝缘材料在电场作用下,由于介质电导和介质极化的滞后效应,在其内部引起的能量损耗叫介质损耗。在交变电场作用下,电介质内流过的电流相量和电压相量之间的夹角叫做介质损耗角,该角的正切值称为介质损耗因素。; v5 |5 A4 h4 L
8 m9 W) ~, G5 \) \0 g; p" ^
5 t- |  W3 R5 h+ y' I, |1 `5 a0 k9 v
在高速信号传输中,信号的高频分量衰减要比低频分量的衰减大很多,传输线路表现出来的特性像一个低通滤波器。如下图所示。
, g/ U  d5 e7 N( J8 D
# ~% U9 K8 y6 n- n$ I5 C% ^  ?* m! x: Z9 J) N5 B3 F+ M

* a% l' g- I1 i$ d1 j* v3 E7 B" j) R+ z1 W" _, m
+ |. g+ L: _9 W4 v1 M4 @7 z
0 E0 {) v# X/ H$ q
去加重(De-emphasis)
/ p  j- z. q% R  L. q3 f$ L# Y- y5 {1 z  U
# `; T* W2 F  y: K4 N( c
2 s8 @, E0 S) G8 ~: F& q3 z& K- I6 u

, W% T4 U6 d5 j    去加重技术的思想跟预加重技术有点类似,只是实现方法有点不同,预加重是增加信号上升沿和下降沿处的幅度,其它地方幅度不变;而去加重是保持信号上升沿和下降沿处的幅度不变,其他地方信号减弱。如下图所示。
/ Y/ z* `/ }! k+ F/ z4 K6 s4 Y
" C! ~9 X0 Q2 \# b* n, Z+ J; E2 h* l+ J
- [; g3 z2 D' e; Z  g
去加重补偿后的信号摆渡比预加重补偿后的信号摆幅小,眼图高度低,功耗小,EMC辐射小。
' i' ^; M3 H+ `: b2 Y' _$ ~0 C) {. P
+ j8 K* @6 L' [3 a. d' ~8 Z. d4 ]2 N6 _  w5 F* S; |7 n% P
均衡器1 Y6 c" N4 k, _; a& f/ |% E; w+ h

( C$ r: W. k3 v  Y5 v  w
$ {5 \- j' b4 x( J. j( ~
0 s, J0 d  ^+ v
6 x# ~( w: G; y) j     前面介绍的预加重和去加重能很好的补偿信号在传输过程中的损耗,改善信号质量,但是预加重和去加重技术也存在一些缺陷,比如当线路上存在串扰时,预加重和去加重会将高频串扰分量放大,增大串扰的危害。为了弥补预加重和去加重技术的缺陷,后来就出现了均衡技术。9 \6 g6 {0 X( ?, }$ B
# J; h4 u3 [* G& }% Q3 v
跟预加重和去加重不同,均衡技术在信号的接收端使用,它的特性相当于一个高通滤波器,高频分量会损耗很大,正好可以滤除高频串扰。其原理如下:* @) B8 c7 J' o6 f/ s: a
& X( Z. `' R' [& L2 j+ e; E. V
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! h9 w. p3 d& H9 I9 [/ r( j( G5 E/ W( |  @8 f) M5 o
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+ T3 A+ P* Y1 l: J
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