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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
; {, Z# V% s2 C) X" N) B: _! \5 {, y
; N* y7 C* U6 E0 F
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。
/ j3 v. F$ M8 u: V( g9 [
3 X, [) o$ J0 u4 [4 v8 l3 y) f- ~. V4 t1 ^
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。2 X( g! S- F9 f+ w9 d  E7 t

* L1 B- j' U7 n1 N# Y; _
" E! g+ v4 {) }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。
+ Z7 {0 m9 _) z1 d
7 j' D* a" p' r+ b0 x2 s' `3 i/ @. A$ z( b( m/ ~
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。8 e# Y! c: M4 Q; W  J
9 b# m, _8 Z+ X4 ?! e

/ B" y% z, B% D% z1 U$ H$ w) b  }0 X% }, v* ~$ }& I
# Q8 b/ e) |; f+ z0 T! E; N
  [* o! s$ e* w/ U, r8 ^
2 P* B3 Q" s( k$ C! ]3 K9 V8 |
去加重(De-emphasis)
/ J6 a$ q( o! k$ _" m5 K, I8 ]0 d9 d* q2 q7 P

/ I( u& v. N7 C) M$ G; W" _& b$ ^2 Z. l" J1 i: [( u% ~9 J' V! b; Y
# w& @& s/ o' u; [; \) C7 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。! b, k  a" E% j

0 r# C! i3 r; C$ K5 @) j
. r, r, ]! F; x, @" k3 ^' ^8 l- y6 t
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。
/ O3 X; N; n9 H/ P$ J$ R. \
0 u" j- H5 @7 v/ ~
! r( l5 t9 `9 O1 G均衡器. L$ W" Y, x: H6 v0 h: P$ A
* L4 h, M' Q2 |0 E9 H6 S
- M$ O2 |/ n! x: _4 }( w
8 [' i+ \! F0 {0 Y
3 m  [0 j1 B) I9 P* m
     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。
" G$ M  g7 K5 U/ X" I
, y- i( Z0 x/ M4 m# V1 ]( 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:6 A; [) z- l, y( y/ V0 F
1 y% B9 p4 }  }7 @; ^2 U
5 t4 ?7 J7 B. {: ^* _+ I% M
# F) x$ p8 E% K

  _8 K1 [* V* h, V* g+ i
* o$ V5 t; ]8 H% K8 e- K& y0 g: K5 _6 o
3 ^. A( m6 }  k/ C' q1 X
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