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通用测试
eneral Test
使用示波器实现均衡
孙灯亮(安捷伦科技(中国)有限公司)
引言
干冲的信号引入S间千花
校正图校正后的信号+不可被
相声
校正的声
发墙s
0「图
因为电路板材料在高频时呈现髙损耗,目前的高速串行
传轴介质成
り均
总线速度不断演进,使得流行的电路板材料达到极限,信号速
0=
-e(n
度高到一定程度后,信号到达接收机端之后,已经有较大的损
耗,因此可能导致接收端无法正确还原和解码信号,从而出现
误码;如果你直接观察这个时候接收端的眼图,它可能是闭合
的。因此〖程师可以有两种选择,一是在设计中使用较为昂贵
图1本图显示了信号经过传输通道后眼图闭合,通过
的电路板材料,另外是仍然沿用现有材料,采用某种技术补
均衡处理后眼图得以部分张开的过程
偿其损耗误差。考虑到低损耗电路板材料和线路的成本太高,
我们通常都会优先选择补偿技术的做法。均衡就是这样一种
技术,有了这一技术,FR4等传统电路板材料不至于很快被淘
汰。使用均衡技术意味着在接收机上要使用均衡芯片或均衡
算法。目前采用均衡技术的实例包括SATA6C、SAS6G、光纤
通道、 PCI Express 3第二代、USB.O等。当然,任何额外的设计「.
作(包括设计均衡算法)都会影响新芯片的上市时间。工程师
遇到的挑战是在最短的时间内精确设计均衡器芯片或算法。
安捷伦科技公同在其 Infiniium系列示波器上,提供均衡软件,
一方面可以帮助工程师验证其均衡设计算法,另一方面,可以
均衡处理之前的6Chn信号眼图
提供优化的抽头系数( tap values)供工程师参考, Infiniium示波
注意眼图是完全闭合的
器根据采集到内存中的波形数据,作为原始数据,进行均衡处
理,如果您已经知道抽头系数( (tap values),直接输入示波器即
可,如果您不知道, nfiniium示波器叮帮助您计算出优化的抽
头系数( tap values
2均衡简介
串行信号由发射端通过传输介质或通道(如:背板、电缆、
电路板)向接收端发送。当信号速率增加时,信号所经过的通
道或传输介质产生衰减,使信号在接收端出现失真,从而导致
眼图部分或完全闭合,使接收端无法正确提取或恢复时钟/数
均衡处理之后的6ChP信号跟图
据。为了使眼图重新张开,必须正确提取或恢复时钟和数据,(注意经均衡处理后,眼图张开,但因为均衡只能补偿SI部分,不
均衡技术就是为解决这一问题而存在的。
能消除噪声部分,此要尽可能选用底嗓声最低的示波器来测量
图1中您可以看到,一个张开、清晰的眼图由发射端出
图2屏幕快照显示未经均街和经过均的6Gb/s眼图
发,经过通道进行传送时,通道带来的随机噪声、串扰和符码
间干扰(ISI)使信号发生失真,导致眼图闭合。随后,使用均衡以及组成电路的媒介(导体或介质)导致的一一所有这些因素
技术校正补偿ISI带来的误差,使眼图得以部分张开。
都可以在信号传输前确定。
ISI是由于通道的频率响应不平坦(高频比低频旱现更多
正如您所看到的那样,均衡的主要目的是要纠正传输通
的损耗)而产生的,它会导致信号的脉冲波形出现失真。使用
道所导致的问题。当信号在接收机端出现失真时,均衡技术仍
均衡可以消除ISI,因为SI是由电路(线路设计)的几何形状然能够分辦出原本的信号来。换句话说,均衡能够校正高频分
10两为数据
试测量技术
量的电压电平,从而校正这些分量在对应眼图中的眼角轨迹
V(k)=cs(K-1)+Cdk-2)
(张开眼图)。
其中:
本文将讨论两种均衡方法:前馈均衡(FE)和判决反馈均
VGk)是校正后的电压國值,用于判决比特位置K的逻辑
衡(DFE)。
状态是1还是0
s(k-m)是位于比特位置k之前n个比特处的逻辑值(逻
3前均(FFE)
辑状态)。
前馈均衡(FFE)是指利用波形本身来校正接收到的信号,
c,是位于感兴趣比特位置之前n个比特处的校正系数
而不是用波形的阈值(判决逻特1或0进行校正。FE的作用
(抽头系数)。
基本上类似于FIR(有限脉冲响应)滤波器,它在校正当前比特
因此、为了使DE获得当前比特位置处的阈值电平的校
电压时,使用的是前一个比特和当前比特的电压电平,加上校正电压偏差,首先需要获得前几个比特的校正值才能进行。假
正因子(抽头系数)来校正当前比特的电压电平。必须要记住设前几个比特的逻辑判决(阈值)是正确的,那么算法可以根据
的一点是,当使用FFE时,是对实际采集到的波形执行均衡算
它们演算确定当前比特的逻辑状态值。对于两抽头DFE来
法。FE算法绝不是逻辑判决(判决这个比特是逻辑1还是逻说,需要先确定当前比特位置之前的两个比特的逻辑状态值。
辑0),FFE只涉及到校正波形中每一个比特的电压电平。
随后,算法将用比特逻偵乘以相应的抽头系数,最后累加起
为了便于讨论,我们假设您正在使用的FE算法有三个
来,即得出应有的判决國值偏移量,许多DE算法将该偏移
抽头系数。抽头是用于校正电压电平的校正系数。我们可从这
量直接应用到与之电压上,但是 Infiniium90009000系列示
样一个角度来看待这些校正系数一把它们看成是接收端应
波器正好相反,它不是改变阈值电压,而是保持阈值电压不
该看到的电压与接收端实际看到的电压之比。
变,将对应的电压电平向相反方向偏移相同数量。
下面是三抽头FE的数学描述
随后,该算法将会向前偏移一个指针( index),到达下一个
et)=corft-(T)+cart-(1TD))+cart-21d)
感兴趣的比特位置。这个过程会重复执行,直到整个信号经过
其中
校正。
e()是时间t时的电压波形,是经校正(或均衡)后的电压
波形。
5FFE与DFE的比较
TD是时间延迟(抽头的时间延迟)。
FE是目前串行总线中最常用的均衡算法。如上所述,
t-nT是距离当前时间n个抽头延迟之前波形,是未经E通过移除ISI的影响来校正电压电平,所以均衡器芯片
校正(或均衡的波形
(或算法)不像使用DFE的芯片(或算法那样复杂,比DFE芯片
c,是校正系数(抽头系数),用于距离当前时间n个抽头需要的电路更少。在大多数情况下,设计人员都会选择FFE
延迟之前波形,二者相乘,然后累加,最后得到校正(或均衡)后因为它更便宜、更容易实施,而且通常也是有效的。
的电压波形
现在考虑这样一种设计,其通道ISI超过FE能够处理
在上面的三抽头FE例子中,FE对当前比特位置和其的程度,这时候,通常需使用DFE来张开信号中的眼图。因为
前面两个抽头延迟位置的电压进行加权校正,然后累加,获得DFE使用当前比特作为其抽头系数定义的一部分,所以它能
了波形中当前比特位置(时间t)处的校正(或均衡)电压电平。够极大地张开闭合的眼图,而且DFE可以随不同的芯片或器
当前比特位置处的电压电平经过校正,算法会进入下一件而改变,FFE则是同一套抽头系数用于所有接收端和所有
个感兴趣的比特位置并重复上述过程。这种情况将一直持续比特位置。
到整个