示波器中的均衡测量分析技术
1均衡需求背景
因为电路板材料在高频时呈现高损耗,目前的高速串行总线速度不断演进,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。因此工程师可以有两种选择,一是在设计中使用较为昂贵的电路板材料,另外是仍然沿用现有材料,但采用某种技术补偿其损耗误差。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 SATA 6G、SAS 6G、光纤通道、PCI Express第二代、USB3.0等。当然,任何额外的设计工作(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。安捷伦科技公司在其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,可以提供优化的抽头系数(tap values)供工程师参考,示波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,Infiniium示波器可帮助您计算出优化的抽头系数(tap values)。均衡技术不仅用在示波器中,在高速协议分析仪,如PCI-E 3.0中也得到了应用,因为如果不用均衡技术,协议分析仪实际看到的信号质量很差,因此和示波器一样,协议分析仪也要具有和被测对象接收端类似的均衡处理功能,才能准确得判断信号的逻辑1和逻辑0状态。2 均衡简介
![](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/fetch/20161101/336263_1_0.jpg)
![](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/fetch/20161101/336263_1_1.jpg)
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e(t) = c0r(t – (0TD)) + c1r(t – (1TD)) + c2r(t – (2TD))
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下面是两抽头 DFE 算法的数学模型:
V(k) = c1s(k – 1) + c2(k – 2)
其中:
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6 连续时间线性均衡(CTLE)
H(s) = [Adc
其中:
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7 总结
Infiniium 90000和9000示波器提供了可以对 DFE ,FFE和CTLE 技术进行全面建模的均衡软件。拥有一台能够快速地对均衡技术进行建模的示波器,可以缩短设计周期和芯片的上市时间,从而增加设计厂商的收入。使用示波器进行均衡建模的最大优势也许就在于示波器是使用实际信号来进行均衡建模。除了基于实际信号进行建模之外,Infiniium 90000和9000系列示波器使用硬件加速对均衡变量的实时运算和更新。使用Infiniium 90000和9000示波器软件,您可以快速改变抽头系数(校正系数),以查看可变抽头系数如何影响眼图。必须注意,均衡可以消除通道中的码间干扰(ISI),但不能消除系统中的任何噪声,包括示波器自身的噪声。因此,设计人员使用的示波器除了要能够进行均衡建模之外,还必须具有极低的本底噪声,以避免示波器噪声经过放大后对均衡信号产生不必要的影响,目前Infiniium 90000系列示波器在本底噪声方面是最优秀的产品,因此配合均衡软件使用能得到更精确的结果。
协议分析仪,比如PCI-E 3.0 协议分析仪的探头也采用了均衡技术,以U4301A为例子,它内部使用了专用芯片(ASIC)实现均衡处理,允许用户调整设置均衡参数,用可编程器件(FPGA)跟踪每个方向的传输,恢复时钟也是每个方向独立的。
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