Maxim GMSL SerDes器件的预加重和均衡

随着视频应用的快速发展，数据传输流量正以指数级迅猛增长，迫切需要更高的数据传输速率。因此，低成本双绞线(TP)也逐渐受到人们的特别关注。而TP电缆的高频衰减是限制其应用性能的主要因素，高频衰减造成接收信号出现明显的码间干扰(ISI)，进而难以恢复时钟和数据，导致误码率(BER)升高。从图1可以看出发送信号在到达接收器之前被电缆衰减的结果。发送器和接收器采取一定形式的线路均衡，可大幅降低ISI并恢复严重劣化的数据，确保可靠工作。

图1. 接收器端的ISI

Maxim GMSL产品中的3.125Gbps高速收发器允许系统设计人员动态调整实际电缆的均衡电平，提供可靠的通信链路。发送器和接收器均具有均衡调节，可独立或配合设置，以延长数据传输距离。灵活的均衡调节允许使用各种低成本有损电缆。

本应用笔记介绍如何利用Maxim GMSL产品和有损电缆构建可靠的通信链路。本文简要介绍了线路均衡技术。

GMSL发送预加重和接收均衡

GMSL链路采用发送预加重和接收均衡补偿传输损耗。

发送预加重

如果在接收器端没有采用均衡，数据线在连续出现一串"1"后，发送高频"0"脉冲时可能无法恢复到信号摆幅的中间位置，如图2所示。图中解释了如何通过加重跳变沿、去加重"非跳变沿"，最终克服高频衰减问题。

图2. 时域预加重滤波

导体和介电损耗使得电缆的传递函数表现为低通滤波，如图3所示。利用均衡(高通传函曲线)，可在相应频带获得平坦(均匀衰减)的系统频响特性。

图3. 频域预加重滤波

合理使用均衡技术，可以在下列三个方面改善系统设计：

电缆长度

电缆类型

最大系统数据速率

例如，采用6dB预加重后，可以打开在10m电缆末端完全关闭的眼图(图4)。

清晰图像(PDF, 1.3MB)
图4. 经过10m电缆传输的3.125Gbps数据：(a) 无预加重；(b) 6dB预加重。

根据MAX9259数据资料，可由寄存器0x05中的D[3:0]设置预加重电平，用户可按照表1设置预加重电平。预加重负电平表示不加重高频，而只是去加重低频的情况。注意，增益过大时可能造成抖动增大。

以下讨论如何使用发送器和接收器均衡，并以表格形式给出测试数据。

接收均衡

接收均衡的基本思路如图5所示，有损链路以近似一阶的传函特性衰减正向通道数据，链路传输特性的带宽远远低于数据频率(数据频率fb等于码率的一半)。码间干扰会引起确定性抖动；此外，经过远距离长线传输后，到达有损电缆末端的信号眼图可能完全闭合。为了补偿这种损耗，数据首先通过一个传递函数进行处理，理想情况下，该传递函数应该是与电缆传输特性相反的传输函数。这样，当链路和均衡器级联后，可以获得足够的带宽。GMSL解串器中采用12级可编程增益，防止不同电缆长度下出现下冲(增益过小)或过冲(增益过大)。增益可设置为在2dB至13dB之间12个不同放大倍数。

图5. 在接收器内增加一个传输函数与电缆传输特性相反的电路，对数据进行均衡。

图6所示为不同增益设置下的接收器传输函数(交流特性)；图7所示为10m STP电缆通道和均衡接收器共同作用下的传输函数。图中不同增益电平的响应特性有所重叠。增益设置为8倍(9.4dB)时，总体等效传输特性在工作频段非常平坦。图8给出了经过10m STP电缆传输后，接收器的输入、输出眼图。从图中可以看出，均衡器打开了完全闭合的眼图。

总体传函不平坦时，会发生什么？就ISI抖动而言，过冲造成的危害通常低于下冲。如图9所示，增益下降到最佳值以下时，输出抖动迅速增大。相反，增益增大到最佳值以上时，抖动增大得比较缓慢。

图6. 不同调谐设置下的均衡器交流特性和增益

图7. 在10m STP电缆通道，电缆传输特性 + 不同增益均衡器(级联)的等效交流特性。

图8. 在10m电缆通道，最佳增益设置下的接收器输入、输出眼图。