中心論題：
- 解決信號完整性問(wèn)題要從系統設計著(zhù)手
- 系統中影響信號完整性的因素
- 如何解決功率失配問(wèn)題
解決方案：
- 解決信號完整性問(wèn)題主要是解決系統的功率失配問(wèn)題
- 使用均衡補償功率電平失配
- 去加重技術(shù)補償功率電平失配
隨著(zhù)數據速率的不斷提高，信號完整性問(wèn)題已經(jīng)成為設計工程師要考慮的最關(guān)鍵因素。這種呈指數式的數據速率上升可以從手持移動(dòng)設備和消費類(lèi)顯示產(chǎn)品到高帶寬路由器/交換機等應用中看到。抖動(dòng)(噪聲)是降低設計中信號完整性水平的首要原因。除了利用布板、阻抗匹配和更昂貴的材料實(shí)現信號完整性增強技術(shù)之外，設計師還可以簡(jiǎn)單地在設計中增加諸如均衡器這樣的抖動(dòng)消除器來(lái)解決抖動(dòng)問(wèn)題。這樣設計師就不用專(zhuān)注于信號完整性問(wèn)題，而把主要精力放在系統的核心設計上。
信號布線(xiàn)在以前通常被看作是一種簡(jiǎn)單的概念，從布線(xiàn)角度看，視頻信號、語(yǔ)音信號或數據信號之間沒(méi)有什么區別。因此過(guò)去很少有人關(guān)心信號布線(xiàn)問(wèn)題。然而，現在情況有了完全的改變。視頻信號傳輸速度目前已經(jīng)達到每個(gè)通道3.3Gbps，數據信號更是遠超過(guò)每通道5Gbps。高速串行標準類(lèi)似PCI Express、XAUI、SATA、TMDS和Display Port等，要求設計團隊和工程師不僅要考慮信號完整性問(wèn)題，而且要對它將如何影響系統的性能和可靠性有深刻的理解。
為了掌握這方面的知識，工程師首先必須懂得在系統中影響信號完整性的因素是什么。通過(guò)增加信號抖動(dòng)可以觀(guān)察到系統中出現的信號完整性損失。系統的總抖動(dòng)主要由兩類(lèi)抖動(dòng)組成，分別是隨機性抖動(dòng)和確定性抖動(dòng)。隨機性抖動(dòng)是無(wú)限并在本質(zhì)上服從高斯分布的，而確定性抖動(dòng)是有限并可預測的。在90%的系統中，確定性抖動(dòng)是設計工程師必須解決的主要的信號完整性問(wèn)題。
確定性抖動(dòng)包含碼間干擾(ISI)、占空比失真和周期性抖動(dòng)，它們分別是由帶寬限制問(wèn)題、時(shí)鐘周期的不對稱(chēng)以及交叉耦合或EMI問(wèn)題引起的。諸如連接器等無(wú)源器件、PCB走線(xiàn)、長(cháng)線(xiàn)纜以及沿著(zhù)走線(xiàn)布放的其它無(wú)源器件是引起確定性抖動(dòng)的最主要來(lái)源。
信號頻率越高，衰減越大，因此會(huì )造成指定數據流中的功率電平失配，而這種功率電平失配又會(huì )導致信號中發(fā)生ISI。ISI將降低信號完整性，這足以阻止接收器在接收端從信號中正確提取任何真實(shí)的數據。
功率電平失配的原因是沒(méi)有設計工程師可以保證數據在設計中的傳輸。數據可能會(huì )是不斷地變化(0-1-0-1-0-1等)，也可能恒定不變(1-1-1-1-1-1等)。明顯地，上述6個(gè)變化比特的占空比要比6個(gè)“1”恒定數據流的占空比小6倍。由于占空比小6倍，信號頻率就要高6倍。如果數據流同時(shí)包含上述兩種類(lèi)型，那么接收端信號就會(huì )帶有差異很大的功率電平，因為頻率越高衰減越大。
解決功率失配問(wèn)題
大多數高速信號的標準規定要盡量減少無(wú)變化的連續比特數量，比如8B/10B編碼。這種編碼方案可以確保數據流不會(huì )有超過(guò)4個(gè)連續不變的比特。然而，接收端信號中仍有可能出現4倍高功率的部分。
為了補償功率電平失配以減少I(mǎi)SI，設計師可以使用均衡或去加重技術(shù)。均衡技術(shù)將對所有高速比特進(jìn)行功率提升，使接收信號中高速比特與低速比特具有相同的功率電平，從而達到減少功率電平失配的目的。
去加重與均衡恰恰相反，但抱有同樣的目標：盡量減少功率電平失配。它是通過(guò)降低低速比特的功率完成的，而均衡是增加高速比特的功率。因此，去加重只能作用于發(fā)送比特，而均衡只能作用于接收比特。
這并不是消除確定性抖動(dòng)的唯一方法，但用戶(hù)最有可能需求某種類(lèi)型的發(fā)送器抖動(dòng)消除器，比如上述的去加重。而真正的抖動(dòng)消除方案同時(shí)需要上述兩種電路。
不要讓抖動(dòng)壞了你的設計，因為低成本的信號調理解決方案已經(jīng)面市。采用均衡和去加重電路可以消除由于長(cháng)FR走線(xiàn)、連接器和長(cháng)電纜引起的抖動(dòng)，并且你不必擔心要去理解信號完整性增強技術(shù)的細節，讓抖動(dòng)終結器去對付吧!
