版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
高速串行设计-均衡器
——高速串行
处
串行数字电路可以分为发送端(TX)、信道(CHANNEL)、接收端(RX)三部分,如下图一所示。眼图医生可以对串行数字链路中三个部分进行分析:1.
发送端的预加重/去加重分析:针对某一信道计算出最佳的预加重/去加重参数。2.
信道仿真:直接测试TX输出的波形,输入信道的S参数模型后,准确计算出RX端的波形。3.
接收端的均衡器设计:对于高于5Gbps的信号,通常在RX端测试时,眼图已闭合,眼图医生可以仿真均衡器,计算出均衡后的信号波形与眼图。图一:高速串行链路示意图什么是信道?
在通信理论中通常用“信道”来描述连接TX与RX的物理媒质,在某些SI(信号完整性)文献中,又称为互连。信道包括了我们常见的:印刷电路板(PCB)上的微带线、带状线、过孔、连接器、集成电路的封装、光纤、电缆等等。如下图二所示为背板的示意图。通常,信道有一个共同的特点:随着频率的升高,损耗越来越大;信道的物理传输距离越长,损耗越大。
图二:背板的互连示意图接下来为某背板的测试案例。其TX为某2.5Gbps的高速芯片,信道由两块线卡与背板组成,其PCB上传输线的有10英寸长、20英寸长、30英寸长、40英寸长四组,在接收端测量眼图(如图三所示),使用游标测量眼高(眼图的张开程度),分别为592mV、457mV、295mV、164mV。可见,随着PCB上传输线的长度的增加,信道的损耗越来越大,RX端测量到的眼图的眼高越来越小。
图三:不同背板走线长度的接收端眼图测试结果对比
什么是信道仿真?
信道仿真是用力科示波器测量TX发送的波形,然后在眼图医生中导入信道的S参数模型文件,计算出通过信道后RX端的信号波形、眼图与抖动。力科信道仿真的处理速度非常快、精度足够高。下图中TX为某3.125Gbps信号,通过同轴电缆连接到示波器的两个通道,即示波器直接在TX端测量,然后使用某20GHz带宽的矢量网络分析仪(VectorNetworkAnalyzer,简称VNA)测量两块走线长度不一样的DEMO板的S参数,在力科的眼图医生中调用S参数来仿真该信道。计算出RX端的波形与眼图,眼图如下图四所示,左边是某厂商的20英寸长DEMO板接收端的眼图,右边为另一厂商的24英寸线长DEMO板计算出的RX的眼图。两者的眼高分别为168mV与108mV。使用信道仿真,无须连接TX、信道、RX后在RX端实测,只要拥有信道的S参数模型,示波器直接在TX端测量,就可以仿真出通过不同信道后RX端的波
如果在TX端测量经过预加重/去加重的信号的眼图,可以看到如下图八的上半部分所示的“双眼皮”的眼图,而下图八的下半部分是做3.5dB的去加重之前信号的眼图。还有,使用去加重后,TX端信号的抖动会大于未采用加重的信号,在下面的眼图中可以清楚的看到去加重后眼图
图八:去加重前后的眼图对比的交叉点比去加重之前的更宽,说明在去加重后测量TX的抖动会更大些。
在当前流行的很多串行数据,比如PCIe、FBDIMM都使用了去加重技术。
高速芯片通常提供了几种预加重/去加重程度和信号幅度可调节,以第二代的PCIExpress为例,其比特率为5Gbps,有3.5dB和6.5dB两者去加重模式。
在接下来的案例中,TX为某3.125Gbps信号源,信道为Lattice的带有24英寸传输线的演示板,RX为示波器的两个通道,即两个标准50欧的负载。图九中左边的眼图为TX端没有预加重时RX端测量到的眼图,右边的眼图为TX采用3.5dB预加重后RX端测量到的眼图,前者眼高为93mV,后者眼高为135mV。可见使用3.5dB预加重后,接收端的眼图得到提升。
图九:使用预加重后接收端眼图质量变好预加重/去加重是广泛应用于高速串行数据芯片的技术。在芯片设计中,芯片厂商通常提供了多种预加重/去加重的程度与信号幅度,在驱动不同信道时可以灵活选择。对于高速背板设计,我们可以测量不同传输线长度、不同背板连接器的等等情况的信道模型,用力科示波器直接在TX测量该芯片输出的信号,使用信道仿真功能,计算出RX端的信号、眼图与抖动。然后不断调节芯片的预加重/去加重程度,直到获得最佳的RX端的信号质量。
什么是预加重/去加重仿真?
力科的预加重/去加重仿真可以在把未加重信号进行预加重/去加重处理,仿真不同程度的预加重/去加重后的信号。与信道仿真配合,可以实现两个功能:一,对于IC设计工程师或高速系统设计工程师,可以预先估算芯片的TX端所需的均衡程度二,对于背板设计工程师,无须修改待测试信号源的预加重或去加重程度,直接测量未作均衡的信号,结合信道仿真功能,计算出多少dB的预加重足以满足该背板设计?或者多少dB的预加重对于某信道可实现最佳的接收端测量结果。
什么是删除“加重”?力科示波器可以把测量到的带有预加重/去加重的信号消除“加重”,得到没有采用“加重”技术的信号。由于采用去加重后的信号的数据相关性抖动DDj会更大些,所以对删除“加重”后的信号来分析其总体抖动、固有抖动更准确。
图十:力科预加重/去加重仿真的用户界面
什么是均衡器仿真?
力科眼图医生支持目前最流行的CTLE、FFE、DFE三种均衡器。关于这几种均衡器的理论介绍,可参考一些通信理论书籍,在这里仅作简要介绍。
CTLE均衡器
ContinuousTimeLinearEqualization均衡器(简称CTLE)即连续时间线性均衡器,是一种常见的线性均衡器。在最新的USB3.0中使用了CTLE均衡器。USB3.0的速度高达5Gbps,在不久的将来会在计算机、消费电子类产品上广泛应用。由于USB3.0的速度很高,当USB电缆较长时,RX端眼图很可能已闭合,这时分析眼图与抖动是没有意义的。使用力科眼图医生的CTLE均衡仿真后,对均衡后信号测量眼图与抖动指标,可以精确的验证其性能。结合力科的信道仿真功能,直接测量USB3.0的TX,可以迅速评估不同的信道是否需要均衡?或者均衡后的性能指标。USB的官方组织规定了USB3.0使用的CTLE均衡器的参数,如下图11左上部分为均衡器的频响,右上方的表格是均衡器的参数,下方是力科示波器中集成了USB3.0的均衡器参数,可方便调用。CTLE均衡器的优点是功耗低、实现起来很简单、不会增大抖动。
图11:USB3.0的CTLE均衡器参数设置
FFE均衡器FeedForwardEqualization均衡器(简称FFE)是一种常见的模拟均衡器,如下图12所示,由延迟电路(Delay)、乘法器、加法器组成,延迟电路的时间延迟正好是1个比特,Tap系数(taplevel)是每一级乘法器(放大器)的增益,输入信号通过每一级处理后相加得到输出波形,即FFE均衡后的波形。
图12:FFE均衡器示意图
如下图13所示为某3阶FFE均衡器(3个tap)的系统简化示意图,输入信号为左上角的红色信号,淡紫色虚线标识的波形是理想的信号波形,由于信道使到达RX的信号恶化,均衡器的输入信号相比理想波形,其幅度较低、上升时间与下降时间较慢。第一、二、三级乘法器的系数分别为C1=-0.3、C2=1.4、C3=-0.5。第二级乘法器的增益为1.4,可以大大提升信号的幅度,其输出波形如下图13粉红色波形;第一级乘法器的系数C1=-0.3,产生一个负向的脉冲信号,用于补偿信号的上升沿;第三级乘法器的系数C3=-0.5,用于补偿信号的下降沿。三级乘法器的输出相加后的信号为图中的黑色波形,其幅度接近理想信号,上升、下降沿都比均衡器的输入信号更快。FFE的均衡器的响应很像一个高通滤波器。在这个3-tap的FFE均衡器中,第二个乘法器是用于补偿幅度的,由于前面还有一级乘法器,所以称为pre-cursortap=1的FFE均衡器。在使用力科FFE均衡器参数优化仿真时,需要输入tap的数量和pre-cursortap的数值,分析软件会自动计算出每个tap的系数。
图13:某3-tap的FFE均衡器的简化示意图
DFE均衡器
DecisionFeedbackEqualization均衡器(简称DFE)即判决反馈均衡器,是一种广泛使用的非线性均衡器。在眼图医生的高级模式下可以设置DFE均衡器的参数,也可以自动优化出DFE均衡器的参数。如下图14所示为某3-tap的DFE均衡器的示意图。DFE均衡器中包括了延时电路、乘法器和加法器,和FFE均衡器有些相似。不过DFE的反馈回的信号是二进制信号,而FFE反馈的是模拟信号。在DFE均衡器仿真时,只需在眼图医生中输入tap的数值,分析软件会自动计算出每个tap的系数。
图14:某3-tap的DFE均衡器的简化示意图
DFE不会放大噪声与串扰,易于实现,在高速收发器芯片中非常流行。比如Altera和Xilinx的某些FPGA的收发器就集成了DFE和CTLE。
均衡器仿真的作用
对于5Gbps以上的串行链路,RX端通常使用了均衡器,如果用示波器在RX端测量,只能得到未均衡的信号,可能其眼图已闭合,无法从物理层的测试手段验证接收端的性能。使用均衡器仿真后,可以计算出均衡后的波形、眼图和抖动,能进一步验证真正的接收端的电气特性。另外,对于高速收发器芯片厂商,使用力科的均衡器仿真,可以预估某信道最适合的均衡器以及相关参数。大大加快了芯片的设计与验证速度。
图15:某8.5Gbps驱动24英寸传输线的均衡器优化在图15中,最上面的眼图是直接测量某8.5Gbps信号的眼图;中间的眼图是TX端做了6.5dB预加重后,通过24英寸微带线的PCB后在
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 传媒公司签约编导合同范本
- 2024年四川信息职业技术学院单招职业适应性测试题库汇编
- 2024-2034年中国硬麻布市场分析预测及战略咨询报告
- 2024-2034年中国皮领带产业运行态势及投资策略报告
- 2024-2034年中国画笔行业市场运营态势及投资前景预测报告
- 2024年重庆信息技术职业学院单招职业适应性测试题库新版
- 2024-2034年中国杜鹃花市场监测及市场运行态势报告
- 2024年濮阳职业技术学院单招职业适应性测试题库各版本
- 2024-2034年中国围嘴市场分析预测及投资策略报告
- 2024年湖南体育职业学院单招职业适应性测试题库及答案1套
- 《基础会计》 课件 第五章 会计凭证
- 镇海中学2024年高考数学三模试卷含解析
- 2024保密知识考试题库附参考答案(b卷)
- 2024届广西北部湾中学等校中考数学全真模拟试题含解析
- 辽宁省鞍山市立山区2023-2024学年八年级下学期期中地理试卷
- 探究新能源下乡潜力三四线城市车市分析-2023-05-市场解读
- 南财公共英语3级第三套试卷
- 2024年铁路货运员(中级工)职业鉴定考试题库大全-上(单选题)
- 2024年中考道德与法治时事政治试题库附答案(综合题)
- (高清版)WST 442-2024 临床实验室生物安全指南
- 服装店之服务规范.doc
评论
0/150
提交评论