引言

隨著視頻應(yīng)用的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)傳輸流量正以指數(shù)級迅猛增長，迫切需要更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。因此，低成本雙絞線（TP）也逐漸受到人們的特別關(guān)注。而TP電纜的高頻衰減是限制其應(yīng)用性能的主要因素，高頻衰減造成接收信號出現(xiàn)明顯的碼間干擾（ISI），進(jìn)而難以恢復(fù)時鐘和數(shù)據(jù)，導(dǎo)致誤碼率（BER）升高。從圖1可以看出發(fā)送信號在到達(dá)接收器之前被電纜衰減的結(jié)果。發(fā)送器和接收器采取一定形式的線路均衡，可大幅降低ISI并恢復(fù)嚴(yán)重劣化的數(shù)據(jù)，確保可靠工作。

Maxim GMSL產(chǎn)品中的3.125Gbps高速收發(fā)器允許系統(tǒng)設(shè)計人員動態(tài)調(diào)整實際電纜的均衡電平，提供可靠的通信鏈路。發(fā)送器和接收器均具有均衡調(diào)節(jié)，可獨立或配合設(shè)置，以延長數(shù)據(jù)傳輸距離。靈活的均衡調(diào)節(jié)允許使用各種低成本有損電纜。

本應(yīng)用筆記介紹如何利用Maxim GMSL產(chǎn)品和有損電纜構(gòu)建可靠的通信鏈路。本文簡要介紹了線路均衡技術(shù)。

GMSL發(fā)送預(yù)加重和接收均衡

GMSL鏈路采用發(fā)送預(yù)加重和接收均衡補償傳輸損耗。

發(fā)送預(yù)加重

如果在接收器端沒有采用均衡，數(shù)據(jù)線在連續(xù)出現(xiàn)一串“1”后，發(fā)送高頻“0”脈沖時可能無法恢復(fù)到信號擺幅的中間位置，如圖2所示。圖中解釋了如何通過加重跳變沿、去加重“非跳變沿”，最終克服高頻衰減問題。

導(dǎo)體和介電損耗使得電纜的傳遞函數(shù)表現(xiàn)為低通濾波，如圖3所示。利用均衡（高通傳函曲線），可在相應(yīng)頻帶獲得平坦（均勻衰減）的系統(tǒng)頻響特性。

合理使用均衡技術(shù)，可以在下列三個方面改善系統(tǒng)設(shè)計：電纜長度；電纜類型；最大系統(tǒng)數(shù)據(jù)速率。

例如，采用6dB預(yù)加重后，可以打開在10m電纜末端完全關(guān)閉的眼圖。

根據(jù)MAX9259數(shù)據(jù)資料，可由寄存器0x05中的D[3:0]設(shè)置預(yù)加重電平，用戶可按照表1設(shè)置預(yù)加重電平。預(yù)加重負(fù)電平表示不加重高頻，而只是去加重低頻的情況。注意，增益過大時可能造成抖動增大。

以下討論如何使用發(fā)送器和接收器均衡，并以表格形式給出測試數(shù)據(jù)。

接收均衡

接收均衡的基本思路如圖5所示，有損鏈路以近似一階的傳函特性衰減正向通道數(shù)據(jù)，鏈路傳輸特性的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于數(shù)據(jù)頻率（數(shù)據(jù)頻率f等于碼率的一半）。碼間干擾會引起確定性抖動；此外，經(jīng)過遠(yuǎn)距離長線傳輸后，到達(dá)有損電纜末端的信號眼圖可能完全閉合。為了補償這種損耗，數(shù)據(jù)首先通過一個傳遞函數(shù)進(jìn)行處理，理想情況下，該傳遞函數(shù)應(yīng)該是與電纜傳輸特性相反的傳輸函數(shù)。這樣，當(dāng)鏈路和均衡器級聯(lián)后，可以獲得足夠的帶寬。GMSL解串器中采用12級可編程增益，防止不同電纜長度下出現(xiàn)下沖（增益過小）或過沖（增益過大）。增益可設(shè)置為在2dB至13dB之間12個不同放大倍數(shù)。

圖6所示為不同增益設(shè)置下的接收器傳輸函數(shù)（交流特性）；圖7所示為10m STP電纜通道和均衡接收器共同作用下的傳輸函數(shù)。圖中不同增益電平的響應(yīng)特性有所重疊。增益設(shè)置為8倍（9.4dB）時，總體等效傳輸特性在工作頻段非常平坦。圖8給出了經(jīng)過10m STP電纜傳輸后，接收器的輸入、輸出眼圖。從圖中可以看出，均衡器打開了完全閉合的眼圖。

總體傳函不平坦時，會發(fā)生什么？就ISI抖動而言，過沖造成的危害通常低于下沖。如圖9所示，增益下降到最佳值以下時，輸出抖動迅速增大。相反，增益增大到最佳值以上時，抖動增大得比較緩慢。

選擇最佳的預(yù)加重和均衡器設(shè)置

您可能不想用頻譜分析儀測量電纜損耗。這種情況下，為了選擇最佳的預(yù)加重/均衡器設(shè)置，最簡單的方法是觀察一定頻率下的系統(tǒng)誤碼率。以下提供了兩個實際實例，供設(shè)計人員參考。

表2中，我們匯總了SerDes對（MAX9259/MAX9260或MAX9249/ MAX9268等）通過10m電纜傳輸視頻數(shù)據(jù)時所能支持的最大像素時鐘。表格中的每一欄列出了不同Rx均衡器的增益，每一行對應(yīng)于不同的Tx預(yù)加重值。當(dāng)傳輸介質(zhì)得到適當(dāng)均衡后，SerDes能夠支持124MHz的傳輸速率。增益最小值為14.1dB（1.1dB預(yù)加重、13dB Rx均衡）的情況下，即可工作在124MHz的速率。總增益超過18.2dB（14dB預(yù)加重、4.2dB Rx均衡）時，ISI則開始增大，從而限制了工作頻率。因此，選擇14.1dB至18.2dB的總增益比較合理。由于Rx均衡器具有固定的低頻增益，而Tx通過衰減低頻實現(xiàn)預(yù)加重，我們建議選擇 Rx增益較大的部分。衰減低頻意味著整個鏈路的信號電平較低，使得接收器工作更困難。因此，我們傾向于選擇3.3dB預(yù)加重、13dB Rx增益。上述分析對于15m電纜上的數(shù)據(jù)傳輸同樣適用。不同增益下的最大工作頻率如表3所示。最小、最大增益設(shè)置分別為19.7dB（8dB預(yù)加重和11.7dB Rx均衡）和23.4dB（14dB預(yù)加重和9.4dB Rx均衡），所以8dB預(yù)加重和13dB Rx增益為最佳選擇。

鏈路有效信號檢測

GMSL解串器帶有信號檢測器，當(dāng)鏈路上沒有有效信號時，可以禁止接收器工作。當(dāng)信號電平經(jīng)過長電纜傳輸或者在較高預(yù)加重電平的作用下變得非常低時，解串器可能檢測不到有效的鏈路信號。因此，當(dāng)傳輸電纜較長時（>10m），建議禁止有效信號檢測器，并搜索最佳預(yù)加重和均衡器設(shè)置。向解串器的第11字節(jié)寫入“0x80”，禁用檢測器工作。選擇最佳值后，在相同字節(jié)寫入“0x20”，則再次使能信號檢測功能。根據(jù)實驗室測量結(jié)果，電纜長度為15m、最大PCLK頻率為104.16MHz時，有效信號檢測器可以工作在高達(dá)8dB的預(yù)加重配置。有效信號檢測器還具有下限選項，在第11字節(jié)寫入“0x00”進(jìn)行設(shè)置。根據(jù)我們的實驗室測量結(jié)果，選擇下限時，如果電纜長度為15m，有效信號檢測器可以工作在高達(dá)14dB的預(yù)加重。如果電纜長度超出15m，預(yù)加重為14dB，建議禁止有效信號檢測器。這些測量中，所使用的電纜為標(biāo)準(zhǔn)的汽車STP電纜。