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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 * \$ T# ^; K2 H& x, f
5 G' k" ]" i3 F. [
. q) `. W" v+ l
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。
8 ^6 X: x: U: [7 I; f* F% n7 R) w( ~' `2 G) A  j: g' G; W

3 S/ ?+ e4 z; d* t/ z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。
7 G( ]( E7 g, Q6 [: D) {. \) a: k7 Z$ w$ _$ k

/ A2 e5 {0 B) \- B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。4 B0 q2 s& E' _, H, r  K/ d, f( }5 `
! x- n1 n1 A. H8 e! ^! r
" i& f) h  R9 J+ b+ J/ S/ F2 i
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。
1 D  C$ @/ ~% U" P  E- n* K0 ?
1 z+ d) s: p# K
' P9 A$ r" t* |9 O
6 o6 w2 |9 i( p  |' E1 N' G; C4 e% n, q# j: b5 f: ~3 X
% j* ^" u% c( T' p& l
' }  h  z  |5 r
去加重(De-emphasis)6 I: ?( s# r! c8 z1 R
" v9 O. A8 G/ M& N

+ v# w( d* j* M3 i+ l
$ v9 a0 w9 \$ ~- ~0 x
( R# n) c; x8 E$ 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。" f' U  E: v0 [- G$ T' V
$ [/ n- l; _% W- n$ T, l

$ E& `) o) E: D' I  O/ U- s! q2 H1 S* f
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。
+ y$ ^. |1 B0 w4 ^# b3 l2 u0 i% W5 ~$ A
+ o  c6 E2 w. s! L; l/ B& v
均衡器( L, N1 Z" J# [

3 _7 @" |0 g6 J8 V; S' L
! }/ g, V) Q: N% C" n
: K- k4 L  ^- B" N, i: K. o. m0 c
     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。
4 {0 W$ @4 e) d' v: b1 E2 L( z
! {. H8 A/ C8 t; s4 L2 P6 R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:
9 B' r1 D; }- ?: f7 P
2 Z# B8 w- p0 M" d; T+ u$ L
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