均衡的秘密之FFE

2020-01-23 19:44栏目:竞技宝app
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数字信号在电线中应该就是高低电平吧?电是光速应该也不存在发送一说吧?所以信号传输的真相是不是就是发送端和接收端同时出现高低电平变化的情况,于是接收端也就记录了发送端的情况?那么100Mb意思是不是发送端或接收端每秒最多变化电平100M次?

说完CTLE之后,大家不用猜都知道会讲FFE。的确,FFE(Feed Forward Equalization前向反馈均衡)和前面CTLE有一些相似之处,它们都是模拟的均衡器,同时也是线性的。当然说模拟,线性什么的比较抽象,实际上我认为它们还有更大的相似之处,先卖个关子,下面会描述到。

 

还是按照上图这个结构分析,FFE的位置在发送端,它是利用波形本身来校正接收到的信号,而不是用波形的阈值(判决逻辑1或0 )进行校正。FFE的作用基本上类似于 FIR(有限脉冲响应)滤波器,它在校正当前比特电压时,使用的是前一个比特和当前比特的电压电平,加上校正因子(抽头系数),来校正当前比特的电压电平。一句话,就是当使用FFE时,是对实际采集到的波形执行均衡算法。

  之前在设计板卡时,只是听过相关的概念,但是未真正去研究关于SI相关的知识。将之前看过的一些资料整理如下:

那这种对发送的波形进行移位的加加减减,对接收端眼图真的会有改善吗?我们还是以仿真来说明下吧,仿真的速率为25Gbps,其中传输通道损耗如下:

(1)信号完整性分析

无FFE均衡时发送波形和接收眼图如下:

  与SI有关的因素:反射,串扰,辐射。反射是由于传输路径上的阻抗不匹配导致;串扰是由于线间距导致;辐射则与高速器件本身以及PCB设计有关。

FFE均衡时发送波形和接收眼图如下:

传输线判断

的确,使用加加减减之后奇怪波形作为发送端时,接收端眼图可以张开,反而采用原来正儿八经的波形发送,眼图却是闭合。

  传输线的判断可以参考之前的博客图片 1

我们来看看接收端的波形,看看两者差异在哪?

  利用之前判断高速信号的公式,所以对于高速和低速的区分,需要考虑信号频率和传输路径长度。

原来眼图闭合的原因和上期的CTLE文章类似,都是由于在长0或长1之后的变化位无法跨过本身的电平门限,也就是说在低频数据之后的高频变换数据由于衰减比较多,因此幅度无法从低频的高电压位拉到相反的正确电平范围内,因此导致“1”不到“1”,“0”不到“0”的情况,眼图自然就闭合了。

  判断步骤: 1)获得信号的有效频率Fknee 和走线长度 L;

为什么文章开头说FFE和CTLE有更大的相似之处?在哪呢?我们把数据波形通过傅里叶变换转到频域上看,大家就知道了。

           2)利用Fknee 计算出信号的有效波长λknee,,即λknee = C /Fknee ;

FFE均衡与否发送端数据和接收端数据的频域幅度分布如下:

           3)判断L与1/6 x λknee之间的关系,若L > 1/6 x λknee,则信号为高速信号,反之为 低速信号;

原来,在发送端进行FFE均衡后,其实也相当于一个低通滤波器的效果,事先就把发送信号的低频部分衰减,这样的话在接收端高频和低频幅度的差异就变小了,因此有效的解决了ISI的问题,就能得到张开的眼图。

  其中λknee  = C / Fknee;其中C是比光速略低的速度,Fknee = 0.5 / Tr(10% ~ 90%),还需注意的是,若是对于百兆频率的信号,若是没有现成的板子,可以对有效频率Fknee进行估算, Fknee 约为 7倍的Fclock(信号的周期)。

  若L > 1/6 x λknee,则视为传输线,传输线必须考虑在传输过程中可能由于阻抗不匹配导致信号的反射问题。

反射公式

  信号的反射ρ = (Z2 -Z1)/(Z2 +Z1);

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