32GHz带宽实时示波器技术揭秘（五）

较大的损耗，因此可能导致接收端无法正确还原和解码信号，从而出现误码；如果直接观察这个时候接收端的眼图，它可能是闭合的。因此工程师可以有两种选择，一是在设计中使用较为昂贵的电路板材料，另外是仍然沿用现有材料，但采用某种技术补偿其损耗误差。考虑到低损耗电路板材料和线路的成本太高，我们通常都会优先选择补偿技术的做法。均衡就是这样一种技术，有了这一技术，FR4等传统电路板材料不至于很快被淘汰。使用均衡技术意味着在接收机上要使用均衡芯片或均衡算法。目前采用均衡技术的实例包括 SATA 6G、SAS 6G、光纤通道、PCI Express Gen2、USB3.0等。

人们在使用新技术的时候往往关注其带来的好处，忽视其负面效应，认识负面效应，对深度理解测量结果和被测对象实际上有非常大的帮助，那么均衡技术有什么负面效应，磷化铟示波器在均衡技术方面贡献的是什么？

理想情况下，被测信号经过被测对象上的布线时，所有的频率成分都会被均等地传递到电路的另一端，但是由于电路板材料的损耗，高频的成分相对于低中频成分往往被衰减得更多，如图5黑色实线所示。均衡技术从频域的角度看，就是对被衰减的高频成分进行放大补偿，从而使得低中高所有频率成分得到同等的放大或缩小待遇。图5显示两种均衡算法，一是FFE（前馈均衡）,另一是DFT（判决反馈均衡）的频域补偿等效图，虚线代表均衡算法如何对信号进行补偿，红线代表补偿后的最后结果，理想的情况下，是一条水平的平坦的线，在术语上，称作频响平坦度，说的是信号经过一段电路，其不同频率成分应该以相同的放大或缩小倍数被传递。

图5 均衡技术的频域补偿等效图

这里面有一个问题，无论是哪一种均衡技术，都是对高频成分进行信号放大，对示波器而言，就是将采集来的数据进行数据处理，对其高频部分放大；这里示波器采集来的数据包含了示波器本身噪声，因此放大高频信号的同时也不可避免地会放大了其本底噪声，示波器本底噪声越大，使用均衡技术的副作用越明显。磷化铟示波器的本底噪声低，虽然在采用均衡技术时，一样有副作用，但副作用已经相对很低了。所以，我说磷化铟示波器对均衡技术而言，最大的贡献是最小化了均衡技术的副作用。

去嵌入或加嵌入技术

随着电路系统的体积越来越小，电路密度越来越高，封装越来越高级，信号速度越来越快，电路材料FR4却因成本原因一直被采用，均衡技术 （和加重、去加重技术）只能解决接收端如何尽可能正确恢复信号的要求。在很多时候，我们需要更多的数学处理技术来完成高质量的测试，比如：

去嵌入：去掉信号路径中所有因素的影响；

去插入损耗：去掉信号路径中插入损耗因素的影响；

加嵌入：考虑增加一段信号路径后带来的影响；

虚拟探头：用虚拟的高阻探头来测电压波形；

参考测量面移动：实际可测点和想测的点位置不同，考虑数学方法实现测量参考面的移动。

以上的数学处理技术，一般用去嵌入或加嵌入来统称，但也有其它不同的表述方式，实现方法或复杂或简单，但基本上是要求提供信号路径的S参数，如图6，一个脉冲码型发生器产生3Gbps的伪随机信号，用一根6米长的电缆来连接到示波器以便测试。长电缆对高频信号是有损耗的，如图6左面波形所示，101010这样的高速序列信号幅度往往被衰减，图6右边采用去嵌入技术对信号进行补偿，你会发现信号幅度被补偿回来。从左图波形到右图波形，中间关键是找到那个传递函数，而在实际工作中，是借助S参数来实现的，长电缆的损耗体现在S参数上，主要是S12。

图6 去嵌入技术的核心是传递函数的确定，实现的方法则是借助仿真或实测的S参数

加嵌入和去嵌入是相反的过程，我们可以考虑直接连接被测对象的测试结果，然后再在被测对象和示波器间加上一段长电缆，如何推算出加一段电缆之后的测试结果？图7给出了一个例子，只要提供这根电缆的S参数即可，图的左边显示的是传递函数，右边则是脉冲响应和阶跃响应，频域工程师可能喜欢看左边的图，时域工程师则可能喜欢右边的图，从右边的图可以直接看出该电缆带来的时间延迟是15.2ns.

图7 加嵌入的核心也是传递函数的确定，实现的方法也是借助仿真或实测的S参数

因为嵌入和去嵌入技术的核心部分是S参数的引入，有两个概念，一个是实际测量到的波形，可能是在要测的被测点测到的，也可能是在距离想测的点一定距离处测得的，另一个是仿真波形或数学处理后的波形，后者是前者引入S参数仿真出的结果。实际测到的信号一定无可避免示波器的本底噪声也在其中，引入S参数后的后续数学处理是对实际测试信号的放大或缩小