判决反馈均衡在高速数据链接
你具有以太网准备t比特信息能力吗?你需要判决反馈均衡……
当你和大多数PCB设计者谈谈数字信号,用于处理两个信号级别:高和低,,+ 5 V和0 V…任何你所希望的方式来命名,你处理二进制信号在标准逻辑水平。这样做挺好PCB对于大多数应用程序,为低速总线标准以及像DDR接口的单端部分。
然而,作为PCIe 50 5.0和通用电气等先进的信号标准网络、多级信号(MLS)方案、数据编码方案和均衡方法用于提高数据传输速率不增加时钟频率以及确保信号恢复在身体上长数据链接。均衡方案一直是用于电信传输端,以确保足够的信号强度,但他们也在接收端实现提供信号在接收端恢复的一个链接。
信号在高速系统中,在PCB铜或纤维,可以体验显著传输干扰(ISI)和抖动以及一些外部噪音。在受欢迎的均衡方案用于高速数据链接,判决反馈均衡是一个受欢迎的计划估计信号电平的存在各种噪声来源和准确地接收信号中恢复数据。随着世界试图搬到400 Gb / s,判决反馈均衡和相关计划将处理数据链接的关键,利用先进的美国职业足球大联盟计划像PAM4。
美国职业足球大联盟计划用于高速数据链接
跳入判决反馈均衡之前,重要的是要理解美国职业足球大联盟计划的一些重要方面,特别是脉冲幅度调制(PAM)计划,用于快10基地和以太网链接。
下面的图显示了一个示例,介绍了挑战参与MLS信号复苏计划和其他高速数字通信通道。蓝色的曲线显示了一个比特流中使用不归零(NRZ)信号,和红色的曲线展示了带有PAM4比特流传输信号,这是一个美国职业足球大联盟。完整的输出电压范围划分成4水平,PAM4允许在每个单位时间传输2位(UI),有效地增加一倍数据速率相比NRZ或任何其他2级信号标准。然而,每个信号电平之间的利润率较低,使这些信号更容易腐败。
NRZ与PAM-4信号
类似的图表可以得出其他品种的PAM。例如,各种各样的IEEE 802.3标准使用PAM3, PAM5, PAM16,等等,根据数据速率和载波频率的设计实现。PAM相比,NRZ是一行代码的二进制比特流从来没有降到0 V;简单的水平可以用来将一个NRZ比特流转移到另一个没有进一步的编码比特流。数据由NRZ而言,它相当于PAM2和通常足够缓慢,不需要均衡。
为什么使用均衡方案?
PAM信号水平之间的电压差和其他美国职业足球大联盟计划可以足够小,信号恢复变得困难。因为信号完整性问题的可能性,比如ISI,抖动,和衰减信号眼图的水平之间的差异变得更小。均衡方法用于恢复信号的情况下的眼图开始关闭接收器,包括用PAM信号(以太网或作为PCIe),以及其他标准如USB 3.0和DDR5。
下图显示了在传输衰减的影响纤维和随后的转换在接收机数字比特流。如我们所见,PAM4 NRZ相比严重闭上眼睛或通断键控(显得)。
例子比较眼图NRZ或通断键控(显得)PAM4后纤维传输不同的距离
眼图的上面比较应该说明噪声在董事会层面的存在和收发器水平成为问题在PAM和其他美国职业足球大联盟计划。对于一个给定的最大信号电平(例如,5 V),每个信号的噪声容限水平开始变得与信号水平随着越来越多的水平之间的差异。在0.5 V噪声容限可能的罚款标准TTL / CMOS逻辑,这是不可接受的在处理像PAM4联盟计划。再加上抖动/斜和系统中噪声地板,你的系统是方方面面的风险高于与NRZ相同的系统操作。一般来说,美国计划将运行在相同信噪比低于系统操作NRZ或任何其他2级数字比特流。均衡是用来克服这些噪音问题。
先进的信号水平的均衡
均衡方案已经被用来提供抖动数字信号/噪声免疫力运行在高数据率FR4当互联跨度超过推荐的最大长度。一个最近的例子研究了USB 3.0,一个简单的均衡方案是使用标准NRZ倒(NRZI)信号。NRZI信号被发现是健壮的抖动,不需要复杂的自适应均衡方案以确保信号的完整性。更先进的标准将使用不同的均衡方案pre-emphasize信号发射机或接收机恢复信号。
此时,您有两个选择,以确保数字数据可以准确地恢复:
预加重均衡:这有效地传递信号通过放大器和滤波器之前将它注入一个通道。这个想法是为了预测信道失真和噪声的影响,应用适当的信号传输之前修改。
接收机均衡:接收者可以使用一种技术来估计一旦收到的信号水平。这可以使用预加重的传输通道。
预加重的例子应用到一个二进制比特流(标准化的规模)
判决反馈均衡
均衡有多种形式,但在任何均衡方案的目标是信号校正。判决反馈均衡(DFE),连续时间线性均衡(CTLE)和前馈均衡(FFE)占主导地位的均衡方案使用PAM4 400年g以太网。使用教育部正在扩展到DDR5作为PCIe 5,我们可以期待它的使用持续到更新的数字信号标准。
所传输的信号都通过一个通道(铜的痕迹或光纤电缆)是否会经历一些失真(即由于有限的带宽。传递函数)的通道。特别是,信道的响应的上升/下降(即数字信号。一个脉冲)产生瞬变干扰信号电平和可能反映了来自接收者的输入,导致ISI。均衡是为了弥补这种扭曲/ ISI和提取期望信号的噪声。
实现判决反馈均衡要求基于线性反馈均衡(款项),后繁殖传播信号测量瞬态响应和计算拉普拉斯变换。机上娱乐系统的局限性是它可能导致噪声增益,在过滤噪声实际上比过滤噪音更强烈。也只占情报局之间的当前和前一位。然而,添加分布式反馈之间的均衡电路将正确的ISI其余符号。这一方案的框图如下所示,其中R (t)是接收信号和S (t)是原发送信号。
分布式反馈均衡电路框图
纤维变性中的“龙头”和教育部有限脉冲响应(杉木)过滤器。分布式反馈均衡电路的输出e (t)等于电路的瞬态响应两个电压水平之间的突然改变,即。,S (t)。在接收到的信号和(m - 1)之前收到信号,输出是由:
分布式反馈平衡输出
从这里,我们可以看到,S (n)可以很容易地确定与所有其他发送信号和接收信号和水龙头的价值观。实际上,添加分布式反馈均衡器作为M-tap过滤器允许每个冷杉的利用价值在教育部调整到正确的价值提供足够的噪音和ISI删除。注意,延迟等于整数倍数的时期,因此,延迟线应该非常精确设计。
目标设计一个分布式反馈均衡器设置水龙头值,这样使用你想要的参考信号调制方案可以准确地再现。水龙头值可以确定从模拟或测量通过遍历不同的利用价值和比较的输入和输出。
目标是最小化和参考信号之间的差异和判决反馈均衡电路的输出。这里使用的两个标准的优化方法是最小均方误差和最小均方误差。水龙头也可以使用他们自己的动态设置反馈电路,称为自适应均衡。
如果你使用美国的设计复杂的高速数据链接,您将需要包括一个均衡方案。使用正确的PCB设计和分析软件包允许你实现和分析判决反馈均衡电路或者其他均衡方案。快板PCB设计者和节奏的全部分析工具套件使均衡的任务和其他重要的分析简单。
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