還記得振鈴嗎？也就是由反射引起的、會(huì )影響信號質(zhì)量的振蕩？想當年我們可以假設信號在芯片之間傳輸是瞬時(shí)完成的，在那時(shí)，這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)阻抗匹配(在MHz頻率時(shí)也不是個(gè)什么大問(wèn)題)，或等待它們穩定下來(lái)來(lái)解決(圖1)。

 

我也不記得那些日子了。毫無(wú)疑問(wèn)，光的速度有限。那時(shí)和現在的區別在于，無(wú)論是非歸零(NRZ)還是四電平脈沖幅度調制(PAM4)信號，它從發(fā)射器傳輸到接收器，然后從接收器反射回發(fā)射器，然后又從發(fā)射器反射到接收器所花的時(shí)間，遠小于碼元的單位時(shí)間間隔(UI)。

 

圖1：反射在上升沿處產(chǎn)生振鈴。

 

在電子工程術(shù)語(yǔ)中，發(fā)射器到接收器的通路是傳輸線(xiàn)，它和電容器、電感器或電阻器一樣，都是基本的網(wǎng)絡(luò )元件。56Gbaud信號的UI小于20ps，即在典型的pcb中相當于約3mm長(cháng)。任何超過(guò)幾厘米長(cháng)的通道都可以作為此信號的傳輸線(xiàn)。

 

可以這樣想：發(fā)射器和接收器引腳上的阻抗不匹配，以及它們之間的連接器、過(guò)孔和其他不連續會(huì )引起反射。如果發(fā)射器和接收器之間的距離是1英寸(即2.54cm)，則對于56Gbaud信號，它們之間的群延遲約為8.5個(gè)UI。碼元會(huì )在接收器處發(fā)生反射，經(jīng)歷8.5個(gè)UI傳回到發(fā)射器，然后又會(huì )經(jīng)歷下一次反射，經(jīng)過(guò)8.5個(gè)UI傳送到接收器。由于往返時(shí)間是17個(gè)UI，因此初始碼元在經(jīng)歷17個(gè)UI傳輸后，會(huì )因反射而發(fā)生衰減。采用17抽頭判決反饋均衡(DFE)，則可以在碼元進(jìn)入解碼器/限幅器之前很好地整理這些反射。

 

由于有插入損耗以及任何反射都不會(huì )完全，因此后續反射的振幅會(huì )越來(lái)越小。

 

RL(f)(回波損耗，與頻率呈函數關(guān)系)和IL(f)(插入損耗)分別由差分散射參數Sdd22和Sdd21所給定。Sdd22用來(lái)衡量總反射信號能量。S參數掩模已使用多年，用來(lái)指定最大允許的RL(f)和IL(f)，但它們沒(méi)有考慮均衡的影響(圖2)。

 

圖2. PAM4 28Gbaud典型應用所用(a)RL(f)和(b)IL(f)掩模。圖片由Ransom的筆記提供。

 

下面來(lái)看有效回波損耗(ERL)，這個(gè)數量是由Samtec公司的杰出工程師Rich Mellitz在802.3cd(50/100/200/400千兆以太網(wǎng))中所提出。ERL以與信道工作裕量(COM)類(lèi)似的方式，將回波損耗與均衡效應(尤其是DFE)，以及發(fā)射器噪聲和接收器頻率響應合并到了與信噪比類(lèi)似的品質(zhì)因數中。

 

與COM類(lèi)似，ERL做了兩件事：(1)它提供了靈活的設計參數空間，工程師可以利用它來(lái)優(yōu)化整體系統設計，因此可以用不同的設計元素適應不同的信號損傷，同時(shí)確保合規元件能夠進(jìn)行互操作；(2)它把簡(jiǎn)單易懂的測量方法和要求轉化成了非常復雜的品質(zhì)因數——要想理解這是什么，就得閱讀本文的第2部分。