預加重技術(shù)--數(shù)字工程師要掌握的射頻知識連載（四）

時間：2018-06-26 15:40:20

關鍵字：射頻知識數(shù)字工程師預加重技術(shù)

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[導讀] 既然傳輸通道的ISI的影響可以通過事先對傳輸通道的特性進行精確測量而預測出來，那么就有可能對其進行修正。發(fā)送端的預加重和接收端的均衡電路就是兩種最常見的對通道傳輸?shù)挠绊戇M行補償?shù)姆椒?。傳?

既然傳輸通道的ISI的影響可以通過事先對傳輸通道的特性進行精確測量而預測出來，那么就有可能對其進行修正。發(fā)送端的預加重和接收端的均衡電路就是兩種最常見的對通道傳輸?shù)挠绊戇M行補償?shù)姆椒ā鬏斖ǖ雷蠲黠@的影響是其低通的特性，即會對高頻信號進行比較大的衰減。對于一個方波信號來說，其高次諧波對于信號形狀的影響很大，如果所有高次諧波全部被衰減掉了，方波看起來就象個正弦波了。

預加重（Pre-emphasis）是一種在發(fā)送端事先對發(fā)送信號的高頻分量進行補償?shù)姆椒?。這種方法是增大信號跳變邊沿后第一個bit（跳變bit）的幅度（預加重）。比如對于一個00111的序列來說，做完預加重后序列里第一個1的幅度會比第二個和第三個1的幅度大。由于跳變bit代表了信號里的高頻分量，所以這種方法有助于提高發(fā)送信號里的高頻分量。在實際實現(xiàn)時，有時并不是增加跳變bit的幅度，而是相應減小非跳變bit的幅度，這種方法有時又叫去加重（De-emphasis）。

對于預加重技術(shù)來說，其對信號改善的效果取決于其預加重的幅度的大小，預加重的幅度是指經(jīng)過預加重后跳變比特相對于非跳變比特幅度的變化。預加重幅度的計算公式如圖2.30所示。數(shù)字總線中經(jīng)常使用的預加重有3.5dB、6dB、9.5dB等。對于6dB的預加重來說，相當于在發(fā)送端看，跳變比特的電壓幅度是非跳變比特電壓幅度的2倍。

簡單的預加重對信號的頻譜改善并不是完美的，比如其頻率響應曲線并不一定和實際的傳輸通道的損耗曲線相匹配，所以高速率的總線會采用階數(shù)更高、更復雜的預加重技術(shù)。如下圖所示是一個3階的預加重，其除了對跳變沿后面的第1個比特進行預加重處理外，跳變沿之后的第2個比特的幅度也有變化。跳變沿后第1個比特的幅度變化有時也叫Post Cursor1，跳變沿后的第2個比特的幅度變化有時也叫Post Cursor2。有些總線如PCI-E3.0，會對跳變沿前面的1個比特的幅度也進行調(diào)整，叫做Pre Cursor1，有時也稱為PreShoot。

由于真正的預加重電路在實現(xiàn)的時候需要有相應的放大電路來增加跳變比特的幅度，電路比較復雜而且增加系統(tǒng)功耗，所以在實際應用時更多采用的是去加重的方式（De-Emphasis）。去加重技術(shù)不是增大跳變比特的幅度，而是減小非跳變比特的幅度，從而得到和預加重類似的信號波形。下圖是對一個10Gbps的信號進行-3.5dB的去加重后對頻譜的影響。可以看到，去加重主要是通過壓縮信號的直流和低頻分量（長0或者長1的比特流），從而改善其在傳輸過程中可能造成的對短的0或者短1比特的影響。

最簡單的去加重實現(xiàn)方法是把輸出信號延時一個或多個比特后乘以一個加權(quán)系數(shù)并和原信號相加。去加重方法實際上壓縮了信號直流電平的幅度，去加重的比例越大，信號直流電平被壓縮得越厲害，因此去加重的幅度在實際應用中一般很少超過-9.5dB，極端情況下也就用到-12db左右。