互连中的信号畸变（信号完整性揭秘）-电子发烧友网

预加重和均衡是高速串行互连中改善信号质量，减小误码率的一项重要措施。在GHz以上长距离高速串行互连中，仅仅做好通道的优化远远不够，还需要调整预加重和均衡参数才能实现数据的可靠传输。在工程设计中，有两种普遍存在的认识误区：

1)认为通道设计中的不理想因素都能通过均衡进行有效弥补。

2)片面强调均衡增益的dB值，认为通道衰减了多少dB 就要通过均衡补偿多少dB，而不考虑不同均衡方式的特性。这些认识误区可能导致通道设计的不完善，造成均衡参数调整起来困难，或导致调整均衡参数时方向性的错误，长时间找不到合适的均衡参数。正确配置和优化均衡参数，需要对均衡原理有深入的理解。了解不同均衡方式的特点，才能有针对性地对参数进行调整。

10.1互连中的信号畸变

典型的高速串行互连系统如图10-1所示，包括发送器TX、互连通道、接收器RX。高速互连的发送器TX和接收器RX中往往包含非常复杂的功能电路，发送器内可能包含复杂的锁相环电路、预加重(或去加重)电路等，接收器可能内置可变增益放大器(VGA)、CDR时钟恢复电路、线性均衡电路(CTLE)、反馈判决均衡电路(DFE)等。互连通道可能会包含传输线、过孔、连接器、AC 耦合电容等。整个互连系统中任何一部分不理想的因素都可能会影响信号的传输，芯片制造商对高速互连的TX和RX都会进行仔细的优化设计以适应数据的高速传输，而互连通道的优化设计需要在PCB设计阶段实现。

信号通过互连通道的过程中，反射、串扰、介质损耗、导体损耗、辐射等都会引起信号能量损失。通常辐射损耗对信号本身的影响可以忽略不计。反射和串扰可以通过阻抗的连续性优化以及层叠结构布局布线等方式进行有效的抑制，本章不讨论相关内容。介质损耗和导体损耗对高速串行互连影响极大，尤其在通道较长的情况下，两种损耗是数据传输的主要瓶颈。图10-2显示了摆幅为1V的10.3125 Gbps差分信号通过一条30英寸长的互连通道前后信号波形的变化，能量的损耗使信号通过互连通道后产生了严重的畸变。最明显的两个特征是信号边沿变缓，摆幅减小。

从时域波形上看，互连通道损耗对信号的影响和码型有关。对于“1”、“0”交替的类似时钟信号，损耗主要使信号的摆幅减小，如图10-3中左侧椭圆标志部分所示。对于随机码信号，高电平或低电平幅度能到达多大，和该bit位前面的数据有关，图10-3中显示了两个从“0”跳变到“1”,但高电平幅度不一致的情况。第一种数据组合为“0001”,第二种数据组合为“1101”,尽管都是从“0”跳变到“1”,但是由于前面两个bit位数据不同，跳变后能达到的高电平幅度不一样，这是一种典型的码间干扰(ISI)现象。码间干扰导致的高低电平幅度的不确定性，必然影响接收信号的眼图高度，使眼高变小，严重情况下甚至完全闭合。

码间干扰不仅影响信号的幅度，还影响信号的边沿位置。图10-4中同时显示了3种数据组合情况下的信号波形，a图为完整码型的波形，b图为局部放大图。无论是上升沿还是下降沿，码型不同，边沿出现的位置也不同，由于传输数据的随机性，信号边沿出现的时刻在时间轴上会占一定的宽度，这就是衰减引起的抖动，抖动导致接收信号眼图宽度减小。当通道损耗非常大时，信号被严重衰减，眼图可能会完全闭合，图10-5显示了摆幅为1V 的10.3125 Gbps差分信号通过30英寸长的互连通道后的眼图，由于衰减过大，眼图已完全闭合。