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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
* m! C& G8 C0 V4 T% R# I8 }3 R$ B" L1 S

3 H- K! u3 c. T! }6 ]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。
! T: A. R6 i- ]. L- R: g+ Q8 R9 I+ O6 r2 X/ ]" W  b+ w3 O
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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。
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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。
9 S3 ^+ h  M/ G) }
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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。! L3 H$ |* \: C" |8 z
! E3 Z3 V& c( w/ k( H
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1 W9 k5 A7 m) T  B- \  Z! d
7 Q- x* _: G$ R, x+ C6 |
; g/ q2 {# U0 Y) N3 e- [4 }) g去加重(De-emphasis)
8 d3 `6 z5 v' M' D" X
. f. _5 o7 F7 t% K' x
- n) k9 P  X, x0 N+ f6 I0 C: E. k2 b+ V; Q( `

7 |) @, p. E, H    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。/ e0 ~, \# Y# v* R- ?: G8 X
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( M  Y% n; c" r& ~

6 Q) H" i4 |6 e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。
2 k% ^+ F( T  l0 R: G% U
/ V' N6 a$ B& T; I0 S4 ~* s, z) n1 |; [7 E$ C* s7 c: _/ i1 o
均衡器% _! L8 o8 t' _1 D4 Z

! J+ v& K: P3 ^- X: G+ n' K
+ N- S) D* F2 [' @" T1 C, `
4 T6 \2 l! b' A
+ v5 t& ^& t; [! j, R5 s( S; E     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。
0 V6 K, p- E$ P- u$ w
( G9 j3 C- @. w) a7 p6 S: q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:7 N. a$ I& w4 e9 [9 a" j, O9 |

) m- M2 z( T  m) o/ `& p0 o: [0 N- U
0 s: N3 G( u: i$ X& j7 ?1 G' @) R1 J" M0 ?# `

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