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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
5 k- L: x  J+ Q# }8 \( D
% @& A& Z% q, m: @# Q& M
8 |3 T& k- h( d( d  N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。2 P; L/ H; p5 e
  [& g$ H1 Y( u; Y# L

$ c/ w4 S3 ~8 A# ~+ g2 b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。
/ l( O& p3 M7 Q8 s) x
9 D- t2 Y( g# \0 E- z" J6 s: @4 J$ j1 N: c
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。
* e( S4 K" Q, \  ?; L
/ C4 v1 A9 {, B; g
: ~% k+ k' Q4 ^$ h! b4 U9 E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。4 ~' h+ W# g! q" v* R* e% r, b4 h

3 a9 v  R! C" r$ M7 y; g4 B* k2 a7 I+ F+ e. C
4 v7 B# d4 e; A; D( ]

+ C* Z' C7 s  j0 U: q# y4 C: D  b5 G7 d" b8 i/ j7 s
, u( s! @! o5 D& v: E
去加重(De-emphasis)
8 [! y: j1 B- O5 g' y  n0 N" A+ \: m9 I  F; X5 t# p. F
; ?5 u' H7 V& d+ I
- P4 c! }9 d; O. c# q/ \
3 J; d6 X9 G. I4 p9 L3 b
    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。  @) s9 T% l2 e, f
' Z  t/ P: @- |/ h! d6 l4 ~
+ i" I: a* q9 T

/ v! ]/ G/ Q* P% C- |" d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。0 Q+ h+ B: v! K1 x1 l
' t9 B& z. j7 `9 x

- x, a* @! E  j) V均衡器  ~8 `% W& B' R  a$ u- H- A
3 @4 ]  v' ]4 y

1 Y" P7 R4 E' M: o4 Q5 K$ `# {# P- q3 I5 `& a5 D

- ^/ Z+ r/ J: r, k; N     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。
1 p% w% \9 C7 ?2 ?+ p/ b
' t& t) f" C, s+ o' f* V& j5 z& x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:
% _3 ]4 D  y) f/ U  {1 x0 P+ r2 t: _" k3 q# k% v. w

4 _, k/ j% B. O
0 G  [" P; X: w& r- [+ x
# q) o' v5 d, k; L/ }# \4 D0 K0 @1 b' }" W2 Z! p

: R+ l( j: _9 M# O: o" i5 y3 ~4 I* r2 f. h
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