明慶勇

（上海大學(xué)通信與信息工程學(xué)院,上海 200444）

1 導(dǎo)言

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高,對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨罅恳膊粩嗵嵘?10G接口逐漸走向了消費(fèi)者的面前,例如USB3.1、HDMI2.1,這些高速接口能夠極大得提升用戶的體驗(yàn),可以更快地讀寫(xiě)文件,提供更加高清的視頻傳輸。但用戶的接口情況也更加復(fù)雜,需要較好性能的高速電路才能夠給用戶提供穩(wěn)定的體驗(yàn)。當(dāng)前接收機(jī)性能主要通過(guò)模擬接收端眼圖或誤碼率來(lái)衡量[1],不能夠直觀地反應(yīng)具體模塊的性能,本文提出了一種誤碼分布式表驗(yàn)證判決反饋均衡性能的方法,主要通過(guò)誤碼測(cè)試結(jié)合增益組合來(lái)驗(yàn)證判決反饋均衡器性能,以實(shí)現(xiàn)10G信號(hào)在較長(zhǎng)數(shù)據(jù)線的穩(wěn)定傳輸。

2 信號(hào)傳輸

信號(hào)的傳輸需要從發(fā)射機(jī)出發(fā),經(jīng)過(guò)芯片封裝、主板、連接器、背板或線材、連接器、主板、芯片封裝,最后到達(dá)接收機(jī),如圖1所示。整個(gè)傳輸路徑上會(huì)有通道的插入損耗、阻抗不連續(xù)、通道串?dāng)_、碼間干擾等信號(hào)完整性問(wèn)題,從而使信號(hào)傳輸受到影響,出現(xiàn)誤碼。因此,需要進(jìn)行信號(hào)完整性的處理,除了優(yōu)化傳輸通道的阻抗、插入損耗之外,還需要通過(guò)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理,如預(yù)加重、去加重、均衡,從而實(shí)現(xiàn)高速信號(hào)的傳輸。

圖1 信號(hào)傳輸路徑圖

3 發(fā)射機(jī)

3.1 預(yù)加重

隨在信號(hào)傳輸通道上,高頻分量衰減比低頻分量大,傳輸通道呈現(xiàn)低通特性,預(yù)加重通過(guò)在發(fā)射機(jī)預(yù)先補(bǔ)償傳輸信號(hào)高頻分量,來(lái)增強(qiáng)信號(hào),而信號(hào)高頻分量主要是在信號(hào)的邊沿處,所以預(yù)加重就是補(bǔ)償信號(hào)邊沿處的幅度[2]。如圖2,Vdiff為差分信號(hào)的幅度,Vdiff-pre為預(yù)加重之后的幅度。

圖2 預(yù)加重波形圖

3.2 去加重

去加重和預(yù)加重本質(zhì)上是類(lèi)似的,只是在實(shí)現(xiàn)方法上有所不同,預(yù)加重是增加信號(hào)邊沿處的幅度,而去加重是減弱信號(hào)非邊沿區(qū)域的幅度,從而得到類(lèi)似預(yù)加重的波形。

圖3 USB3.110Gb/s去加重輸出波形示例[3]

4 接收機(jī)

當(dāng)信號(hào)速度提高或傳輸長(zhǎng)度增加后,預(yù)加重或去加重不能充分補(bǔ)償通道損耗,此時(shí)就需要在接收端采用均衡方法,改善信號(hào)質(zhì)量。

4.1 連續(xù)時(shí)間線性均衡

信號(hào)在傳輸過(guò)程中由于傳輸信道的趨膚效應(yīng)、介質(zhì)損耗、回波損耗等,使信號(hào)高頻分量衰減嚴(yán)重,碼間干擾（Intersymbol Interference,ISI）也趨嚴(yán)重。連續(xù)時(shí)間線性均衡（Continuous Time Linear Equalizer,CTLE）屬于高通濾波器,可以放大信號(hào)高頻分量、消減ISI。

CLTE不同的補(bǔ)償曲線能夠適應(yīng)不同的傳輸路徑,滿足不同的傳輸要求。

圖4 HDMI2.1 CTLE補(bǔ)償曲線示例[4]

4.2 判決反饋均衡

CTLE雖然可以放大高頻分量,但同時(shí)也會(huì)放大高頻噪聲和串?dāng)_。判決反饋均衡（Decision Feedback Equalizer,DFE）屬于非線性均衡器,能夠在不放大噪聲的情況下抑制碼間干擾,抗干擾能力強(qiáng)。判決反饋均衡也有它自身的弱點(diǎn),當(dāng)均衡信號(hào)由于衰減過(guò)大或抽頭技術(shù)不當(dāng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)判決器誤判,從而導(dǎo)致誤差傳遞[7]。連續(xù)時(shí)間線性均衡和判決反饋均衡一般會(huì)配合使用,使接收機(jī)具有更好的信號(hào)恢復(fù)能力。

圖5 USB3.110Gb/s判決反饋均衡示例[3]

5 接收端的信號(hào)處理及DFE性能驗(yàn)證

接收端的性能測(cè)試主要通過(guò)示波器的CTLE/DFE來(lái)處理波形,模擬接收機(jī)的均衡參數(shù),最后檢測(cè)眼圖,或通過(guò)誤碼率來(lái)衡量接收機(jī)性能。這兩種方法不能直觀反應(yīng)DFE模塊的性能,為了能夠更好地了解DFE本身的性能,根據(jù)連續(xù)時(shí)間線性均衡器中交流增益(AC Gain)和直流增益(DC Gain)的組合,結(jié)合誤碼測(cè)試結(jié)果,組成誤碼分布式表,從而可以直觀地呈現(xiàn)接收機(jī)信號(hào)DFE補(bǔ)償模塊的性能和可工作區(qū)間,驗(yàn)證流程如下:

圖6 接收機(jī)DFE性能驗(yàn)證流程

5.1 CTLE增益組合

信號(hào)輸入連續(xù)時(shí)間線性均衡器,通過(guò)交流增益和直流增益對(duì)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償。測(cè)試中對(duì)交流增益和直流增益的組合進(jìn)行了遍歷,作為誤碼分布式表的基礎(chǔ)。

5.2 DFE自適應(yīng)

信號(hào)經(jīng)過(guò)CTLE模塊處理之后,進(jìn)入判決反饋均衡器DFE模塊,DFE采用自適應(yīng)算法,通過(guò)比較誤差信號(hào)與延時(shí)單元信號(hào),進(jìn)而控制抽頭系數(shù),實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)參數(shù)的選擇并自動(dòng)配置到DFE模塊[7]。

5.3 誤碼測(cè)試

誤碼測(cè)試采用偽隨機(jī)序列（PRBS7）,數(shù)據(jù)從任意波形發(fā)生器（AWG）發(fā)出,經(jīng)過(guò)傳輸通道,最后到達(dá)接收機(jī)的誤碼檢測(cè)模塊,逐比特位(bit)檢測(cè)數(shù)據(jù)是否正確,并記錄結(jié)果。

5.4 結(jié)果處理及輸出

測(cè)試及數(shù)據(jù)處理輸出均基于python開(kāi)發(fā),最終輸出誤碼分布式結(jié)果,如圖7,F表示誤碼測(cè)試錯(cuò)誤,P表示誤碼測(cè)試通過(guò)區(qū)域,字母P的區(qū)域表示在該種情況下DFE可以讓誤碼測(cè)試正常工作的區(qū)間。

圖7 接收機(jī)DFE性能結(jié)果

6 結(jié)語(yǔ)

本文闡述了信號(hào)的完整傳輸路徑,信號(hào)常用補(bǔ)償處理方法及判決反饋均衡性能的驗(yàn)證,通過(guò)CLTE增益組合和誤碼測(cè)試的結(jié)合,生成誤碼分布式表,從而可以很好地量化接收端DFE模塊的性能,給芯片設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的性能結(jié)果。

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