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Maxim GMSL SerDes器件的预加重和均衡

时间:06-27 来源:电子发烧友 点击:

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。

表1. 预加重和去加重电平
0x05 D[3:0] Preemphasis Level (dB)
1000 1.1
1001 2.2
1010 3.3
1011 4.4
1100 6.0
1101 8.0
1110 10.5
1111 14.0
  Deemphasis Level (dB)
0000 Not used
0001 -1.2
0010 -2.5
0011 -4.1
0100 -6.0
0111 Not used

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。

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