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　　隨著高帶寬業(yè)務(wù)需求的快速增加，以及滿(mǎn)足高速度和性能的新系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的增多，在這些互連中的信號(hào)完整性變成了在部署高速通信鏈路和業(yè)務(wù)時(shí)的基本要求，也是工程師面臨的主要挑戰(zhàn)之一。本文介紹兩種簡(jiǎn)單的信號(hào)完整性解決方案，可以有效解決大部分的基本背板互連設(shè)計(jì)問(wèn)題。

 
圖1：背板問(wèn)題-高速信號(hào)隨著速率和距離的增加而快速劣化。圖中顯示的是在背板距離在1英寸到14英寸的條件下5Gbps數(shù)據(jù)傳輸。

不斷部署的高帶寬業(yè)務(wù)逐漸逼近已有網(wǎng)絡(luò)和通信系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的極限，推動(dòng)了新系統(tǒng)的發(fā)展。在升級(jí)現(xiàn)有設(shè)備或設(shè)計(jì)新系統(tǒng)以獲得更高速鏈路時(shí)，背板互連的信號(hào)完整性是需要解決的一個(gè)基本問(wèn)題，較集中的高速鏈路為背板互連、以及任何網(wǎng)絡(luò)或通信系統(tǒng)帶來(lái)了壓力。應(yīng)用密集的高速鏈路引入了噪聲、串?dāng)_和信號(hào)劣化，當(dāng)在跨背板或電纜環(huán)境下采用更長(zhǎng)的鏈路時(shí)這個(gè)問(wèn)題更嚴(yán)重。這樣一來(lái)，在這些互連中的信號(hào)完整性變成了在部署高速通信鏈路和業(yè)務(wù)時(shí)的基本要求。在整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，這個(gè)基本的設(shè)計(jì)問(wèn)題需要特別的關(guān)注。 

高速和寬帶系統(tǒng)的普遍增長(zhǎng)在網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備中引起了獨(dú)特的信號(hào)完整性問(wèn)題，好的信號(hào)完整性是提供可靠通信鏈路的基本要求。這是一個(gè)設(shè)計(jì)問(wèn)題，需要在整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中特別關(guān)注。現(xiàn)在已經(jīng)有簡(jiǎn)單的信號(hào)完整性方案可以用來(lái)解決大部分的基本背板互連設(shè)計(jì)問(wèn)題。 

表1：在FR4材料上，單個(gè)數(shù)據(jù)位的幅度損耗

典型的背板應(yīng)用涉及到在背板上長(zhǎng)達(dá)20英寸(50厘米)的數(shù)據(jù)路徑，以及插在背板上的卡的另外長(zhǎng)達(dá)10英寸(25厘米)長(zhǎng)度。絕大多數(shù)的PCB用FR4電介質(zhì)生產(chǎn)，因?yàn)槌杀竞涂捎眯缘脑颍@種情況將保持很長(zhǎng)的時(shí)間。 

這些決定于頻率的PCB印制線(xiàn)損耗、連接器的濾波效應(yīng)、PCB布局環(huán)繞連接器以及端點(diǎn)組件都使信號(hào)劣化，這影響到以低誤碼率發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的能力。 

方案一：異步EQ技術(shù) 

通過(guò)了解在不同數(shù)據(jù)速率下PCB印制線(xiàn)的典型損耗特性，可以部分地理解信號(hào)完整性問(wèn)題。一個(gè)品質(zhì)因素是在感興趣的數(shù)據(jù)速率下單個(gè)數(shù)據(jù)位的信號(hào)幅度損耗，如表1所示。 

連接器和布局非連續(xù)性效應(yīng)增加了上面的問(wèn)題，這兩個(gè)問(wèn)題趨向于產(chǎn)生在某些頻率處的幅值響應(yīng)下降，經(jīng)常在某些臨界頻率上產(chǎn)生陡的滾降。 

圖2：背板方案-有源均衡可以在低延遲的條件下高質(zhì)量恢復(fù)劣化數(shù)據(jù)。

圖1顯示了最大的數(shù)據(jù)路徑長(zhǎng)度約24英寸的背板上典型信號(hào)劣化情況，24英寸的長(zhǎng)度中，14英寸為背板自身的長(zhǎng)度。圖中顯示的波形來(lái)自于傳統(tǒng)的背板，而不是設(shè)計(jì)用于數(shù)據(jù)運(yùn)行速率高達(dá)2.5Gbps的背板。如上面所顯示，大多數(shù)的信號(hào)完整性問(wèn)題可以采用簡(jiǎn)單的有源均衡方法解決。在一般的應(yīng)用中，有源均衡可以去除高達(dá)80%的抖動(dòng)。 

有源均衡器可以看成是一個(gè)無(wú)源均衡器(濾波器)和一個(gè)放大器的集成。通過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚恚梢缘玫侥軒缀跸袚p線(xiàn)路影響的電路。最終電路的延時(shí)一般非常低，低于一個(gè)納秒，這意味著對(duì)總體的系統(tǒng)延時(shí)產(chǎn)生的影響最小。濾波器和放大器的特性可以做成可調(diào)節(jié)，以使均衡器特性能更好地匹配鏈路特性。 

在這樣一個(gè)異步電路中，片上PLL不會(huì)增加抖動(dòng)，因此不會(huì)影響到鏈路的隨機(jī)抖動(dòng)預(yù)算。而且，因?yàn)榫馓匦圆⒉皇芴囟ǖ臅r(shí)鐘速率約束，因此設(shè)置不需要隨數(shù)據(jù)速率而改變，而僅僅是傳輸路徑的函數(shù)。 

可編程有源均衡器避免了信號(hào)處理的復(fù)雜性和自適應(yīng)均衡器方案的功耗，可以設(shè)計(jì)用來(lái)產(chǎn)生在很寬范圍的抖動(dòng)條件下幾乎平坦的響應(yīng)。在很多情況下，自適應(yīng)均衡器依賴(lài)于一些信號(hào)假設(shè)特性，例如數(shù)據(jù)速率或者編碼，將給定電路的適應(yīng)性限制到某些信號(hào) 類(lèi)型。在一些情況下還需要同步采樣，這意味著需要采用一個(gè)參考時(shí)鐘、一個(gè)時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路以及高速采樣電路。 

同時(shí)具有輸出預(yù)加重和輸入均衡對(duì)于均衡器只能安裝在通信鏈路的一端的情況非常有用。盡管兩個(gè)方法大致上等同，一個(gè)好的均衡電路設(shè)計(jì)可以需要很少的調(diào)整就能得到最佳的結(jié)果。而且，輸出預(yù)加重就是大大增強(qiáng)信號(hào)的高頻部分，這會(huì)增加串繞噪聲。 

圖2顯示了相對(duì)于早先圖中相同的背板而言信號(hào)所產(chǎn)生的變化，圖中在鏈路的接收端增加了一個(gè)有源濾波器(Vitesse VSC7104)。注意到在背板的每個(gè)點(diǎn)上接收的均衡信號(hào)實(shí)質(zhì)上是相同的，這表明了有源均衡器的抖動(dòng)平衡能力。 

對(duì)于信號(hào)劣化主要是由于決定于PCB或者電纜損耗以及連接器的非連續(xù)性問(wèn)題而產(chǎn)生的情況，可編程有源均衡器提供了一種簡(jiǎn)單、低成本、低功率、低延時(shí)，且非常靈活的解決方案。 

由于具有小的形狀因子、低成本、低功率特點(diǎn)，有源均衡器IC可以最佳地放置在信號(hào)通路上。例如，可以用一連串這樣的IC放置在插入到背板上的端口卡上的連接器附近，不僅改善整體信號(hào)，還中斷了信號(hào)路徑以擴(kuò)大最大的覆蓋距離。 

方案二：使用時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù) 

盡管基于銅線(xiàn)互聯(lián)系統(tǒng)信號(hào)的劣化主要是由于字符間干擾(確定性的抖動(dòng))組成，但是串?dāng)_和隨機(jī)抖動(dòng)這兩類(lèi)信號(hào)劣化可能需要進(jìn)一步的解決措施。 
圖3：利用基于CDR的EQ技術(shù)在從未知來(lái)源的光纖傳輸后恢復(fù)信號(hào)。

在隔離較差的設(shè)計(jì)中，來(lái)自臨近信號(hào)的耦合將增加抖動(dòng)，這個(gè)抖動(dòng)與被恢復(fù)信號(hào)是不相關(guān)的。在很多像并行光帶這樣的光電系統(tǒng)中，光電轉(zhuǎn)換增加了與信號(hào)的數(shù)據(jù)內(nèi)容無(wú)關(guān)的隨機(jī)噪聲。去除這些類(lèi)型的抖動(dòng)需要利用恢復(fù)時(shí)鐘來(lái)對(duì)信號(hào)重新采樣，對(duì)于包含時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)的架構(gòu)就是如此。 

在信號(hào)劣化主要是由于隨機(jī)影響引起的情況，清除這種確定性影響并不能為鏈路增加足夠的裕量，需要一種具有時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)的解決方案。這種情況的非常典型的例子是包含了來(lái)自PCB印制線(xiàn)的確定性抖動(dòng)和信號(hào)路徑的光學(xué)部分的隨機(jī)抖動(dòng)分量，如圖3所示。 

像CDR交叉點(diǎn)的VSC32xx系列這樣的技術(shù)，包括了交叉點(diǎn)切換功能以及VSC310x器件的EQ性能，并增加了每通道CDR容量。通過(guò)在片上集成串行解串器、CDR和EQ技術(shù)，為OEM提供構(gòu)建具有最佳系統(tǒng)性能的通信平臺(tái)需要的全面工具。實(shí)際的應(yīng)用結(jié)果顯示，結(jié)合EQ和CDR技術(shù)可以消除背板信道長(zhǎng)達(dá)1米、低成本電纜長(zhǎng)達(dá)10米上的確定性和隨機(jī)性抖動(dòng)。在數(shù)據(jù)速率范圍在155Mbps到4.25Gbps之間，VSC32xx器件產(chǎn)生低于80皮秒的抖動(dòng)。