1、重建長距離傳輸退化信號的完整性簡介抱負狀況下，當在航空公司柜臺托運小包時，我們從行李提取處拿到的小包應當和托運時毫無二致。但不幸的是，實際上很少有這種狀況。與之類似，抱負狀況下，當向電纜、走線或發出信號時，重新獲得的接收信號應當和發送時徹低一樣，但實際上也很少有這種狀況。值得欣慰的是，對信號來講，我們有能力將信號復原成與原始信號一樣，甚至某些狀況下更好。比如托運一包臟衣服，當我們領取時它變成了整潔且經過熨燙的衣服。對電子信號來講，我們事先已經知道該信號將是什么外形，然后可以利用這一點對于大多數數字信號，我們知道幅度、升高/下降時光和時鐘頻率。因此，為了獲得較好的接收信號，所要做的就是把這種模板

2、施加到信號上，并對信號舉行清理。我們將在本文中探究信號在電纜或pcb走線中退化的方式，以及如何對這些退化信號舉行重建。在整篇文章中，我將把用于單電纜傳輸高清楚、未壓縮視頻數據的信號作為例子。規定該信號的標準是smpte （電影與電視工程師學會）292m容易來講它描述了一個具有800mv p-p電平并通過75w同軸電纜以大約1.5gbps速率傳輸的信號。盡管大多數圖像和實例都基于這 個特定應用，但是對于任何利用金屬介質傳輸的高速信號來講，其基本原理都大同小異。對互連信號的影響當ac電流流過導體時，它傾向于在導體的表面（表層）流淌。這就是我們所熟知的趨膚效應。更精確來講，趨膚深度為其中是趨膚深度，

3、表示當場強衰減了一個 e 因子時的導體深度，是該導體的傳導率，是ac場的變幻頻率，0是自由空間的磁導率。趨膚效應意味著信號的頻率越高，電纜的有效截面越小。所帶來的影響是，當信號通過電纜或者pcb走線時，將被濾波成一個低通響應。該響應的外形都是一樣的：衰減與f成正比。隨著電纜（或pcb走線）的長度增強或削減，衰減的幅度也會發生變幻，但是基本外形保持不變。廠商（比如國家）提供的有源均衡器可以自動調節均衡器的增益，從而使均衡器的輸出與原始信號全都。通用視頻電纜的插入損耗1所示實際的損耗與電纜長度成正比，因此，對于200米的電纜來講，可以把該曲線提供的損耗加倍。圖 1 100米同軸電纜的插入損耗 在傳

4、輸介質已知且固定的系統中例如底板環境，可以用法固定均衡器和/或預加重的結合計劃。ds15br400是一種采納該計劃的產品，它提供了預加重和均衡器，兩者都具有固定的數量（由用戶設定），從而與相應的傳輸環境舉行匹配。采納預加重來擴展驅動器的到達范圍當采納預加重時，傳輸緩沖器發送給傳輸線的信號首先舉行預失真，從而加速高頻元件，因此當信號被底板衰減時，終于得到的結果好似沒有經過底板的任何衰減。還是以托運行李為例，這類似于在托運之前對手提箱舉行泡沫包裝大家知道航空公司會把這些泡沫包裝切碎，當領取行李不會看到這些包裝，但是通過這樣做，托運過程中手提箱受損的可能性大大降低。圖2 預加重對底板銜接的作用。均衡

5、使信號傳輸得更遠預加重有其局限。工藝的長進導致采納更小的電源，預加重的數量受到電源電壓與信號擺幅比值的限制。還有另一種把信號從源傳輸到接收端的方式，即利用均衡器在接收端對信號舉行重建。均衡器采納一個高通（與底板傳輸函數相反），這種方式可以復原具有很小眼圖張開度的信號，甚至在衰減大于vdd/vsignal 比值的狀況下也可以用法。實現這種功能的一個例子是ds20br100，圖3中就是以該器件為范例。圖3 配備和未配備均衡器的底板接收器對于無數系統來講，信號傳輸介質并非底板，而是電纜，而且電纜的長度是未知的。這種狀況下，預加重將無法工作，此時重建信號的唯一辦法就是利用那些能夠動態調節增益的均衡器。

6、這可以通過自適應電纜均衡器（例如國家半導體的lmh0044）完成。該部件具有編程f 頻率響應輸入，可以通過反饋環對調節的增益舉行控制，從而使其能夠自動調節增益，因此在1.5gbps輸入信號的條件下，該均衡器可以對0到200米范圍內的任何電纜長度舉行均衡。電纜傳輸之前、電纜傳輸之后以及均衡后得到的信號分離4、圖5和圖6所示。圖4 電纜驅動器發出的1.5gbps的信號 圖5 經過200米同軸電纜傳輸后得到的1.5gbps的信號(belden 1694a) 圖6 經過200米電纜傳輸，然后通過lmh0044自適應電纜均衡器舉行自動均衡得到的1.5gbps的信號假如將圖4中的波形與圖5中的波形舉行比較

7、，你將發覺盡管圖4中的眼圖張開度已經很大，但圖5中的信號還是具有更多顫動。假如這樣的信號再經過電纜傳輸，然后再被均衡，顫動將會加劇，終于信號的完整性將會走失。重計時使我們回來開頭階段在重計時技術中，我們依靠這樣一個事實，即接收器“知道”初始信號的數據率，然后生成一個穩定的具有相同頻率的本地時鐘，利用這個時鐘對均衡器輸出的信號舉行重計時因此降低了顫動積聚。關鍵在于使本地時鐘和發送時鐘同步，由于在發送超過1 gbps的數據時，頻率的偏差（即使1ppm的偏差）也將快速導致災害。這里的同步將通過鎖相環（pll）實現。圖7 重新計時器的結構圖 數據首先進入重新計時器，然后把數據跳變的相位與時鐘的相位舉行

8、比較。大多數pll都具有一個恒定的時鐘作為輸入參考信號相位僅比較輸入信號和vco輸出信號的相對相位。在重新計時器中，輸入信號是數據，它并沒有在每個時鐘跳變沿舉行跳變，而且輸入數據的極性也不相關（僅有跳變的位置對vco時鐘升高沿的位置）。因此，重新計時器的相位比較器需要按照重計時函數特地舉行設計。假如輸入數據沿先于時鐘升高沿到來，相位比較器將產生一個正脈沖。假如輸入數據沿晚于時鐘升高沿到來，相位比較器將產生一個負脈沖假如輸入數據具有噪聲，而且噪聲的帶寬大于積分器的時光常數，那么全部的噪聲都將被濾除，vco時鐘將會在輸入數據的平均頻率處保持穩定。假如輸入數據率的變幻速率低于積分器的時光常數，積分器

9、就能夠使vco跟蹤這些變幻。重新計時器的核心部件是一個壓控振蕩器(vco)，該生成一個規章的時鐘，頻率可以通過控制電壓舉行調整。為了獲得高質量的重計時輸出，vco必需具有很低的顫動，并且易于控制無數分立的重新計時器通過壓控晶振 (vcxo)來實現上述功能，但是這些元件價格昂貴，而且難于操作。在單片ic上設計出一個高質量vco（作為集成元件）是可能的，但是比較困難。一旦從輸入信號中再生出一個高質量而且規章的穩定時鐘，最后一步就是利用該時鐘對輸入數據舉行重計時用再生時鐘對跳變舉行定位，從而產生一個低顫動信號。重新計時器有兩個主要指標，一個是它的顫動容限（允許輸入信號有多大的顫動），另一個是剩余顫動

10、的大小即到達輸出端顫動的大小。在設計重新計時器的過程中，設計師需要在設計指標之間舉行權衡通過降低積分器的時光常數，并且使vco具備更大的調諧范圍，可以維持大顫動信號的鎖定狀態，然而代價是輸出數據中將會含有較多顫動。圖8 lmh0046 重新計時器的輸入和輸出小結盡管航空旅行時行李難免會受到一定的傷害，但是還是有可能把信號發送到一定距離，經過電纜或者底板接口，然后把它復原成高質量的信號甚至比以前的信號更好！答案就是利用均衡器消退傳輸介質的低通濾波效應，然后用法重新計時器重建信號的時序完整性。雖然均衡和重計時所支持的電纜長度有限，但是只要信號能夠被正確地接收，鏈路的數量將不受限制。工具條：關于顫動

11、的10個最常見問題什么是顫動？顫動是時域上信號跳變與其抱負位置的偏移。假如對上的眼圖舉行觀看，顫動使眼圖垂直部分變得粗而含糊。如何向信號中添加顫動以便對接收器舉行測試？最常用的辦法是用法具有外部時鐘源的圖形發生器，而且該時鐘源能夠舉行相位或者頻率調制。調制源既可以是正弦波，此時可以在一定范圍內掃描顫動頻率；也可以是白噪聲，以臨近隨機顫動；或者是方波以仿照確定顫動。什么是顫動容限？顫動容限是指在系統可以承受并且能夠無差錯地重建輸入信號的狀況下，所允許的輸入顫動量。有時它被指定為頻率的函數，通常這些指標或者要求被劃分成不同的頻率區域例如，系統可能要求在顫動頻率為10khz的狀況下，允許2ui的顫動

12、量，但是當顫動頻率超過1mhz時，系統可能只允許0.5ui的顫動量。什么是顫動傳輸函數，以及為什么要對它舉行考慮？顫動傳輸函數是指輸入顫動對輸出顫動的比值，通常表示成頻率的函數。明顯我們希翼重新計時器的輸出顫動小于輸入顫動。假如存在一個頻率范圍使該比值小于1（意味著輸出顫動比輸入顫動大），那么用法該設計的級聯鏈路將會很快崩潰。什么是剩余顫動？剩余顫動是指電路輸出端所具有的顫動量（不管是重新計時器還是串行器，抑或其它功能模塊）。通常它被劃分成確定顫動和隨機顫動。什么是固有顫動？固有顫動是指當輸入沒有顫動時設備輸出端所浮現的顫動。這是我們對特定設備所能期望的最好狀況。什么是隨機顫動？假如觀看顫動譜

13、，無數時候它像白噪聲徹低隨機。假如把信號發送給一條長電纜，在到達均衡器之前信號的沿速率很慢。此時進入系統的隨機噪聲將被均衡濾波器放大，然后轉化成隨機顫動。什么是確定顫動？還有一些不同的方式可以讓那些并非隨機的顫動進入信號。假如與信號的升高/下降時光相比，位單元較短，那么信號的高度將會發生變幻，這打算于最后的位單元中是否有跳變。這可以參見“xxx”。這時正在發送的位圖形將使眼圖開度的高度和寬度同時發生退化。圖9 不同的波形如何舉行組合以產生確定顫動確定顫動還可以通過串行器產生，該串行器生成一個內部發送時鐘（并不勻稱），對于一個10:1的串行器來講，第5個時鐘周期會比其它時鐘周期略微長一點，這將產

14、生一個特定節奏，看起來類似于串行器輸出端的顫動。什么是定位顫動和定時顫動？除了指定隨機顫動和確定顫動之外，視頻產業還通過電影與電視工程師學會(smpte) 規定了定位顫動和定時顫動。定位顫動是指相對于再生時鐘，數據跳變的偏差，而定時顫動是指相對于穩定時鐘，再生時鐘沿的跳變偏差。請注重通過這種定義方式，定位顫動和定時顫動都依靠于用于時鐘再生的pll的帶寬。假如想了解視頻系統測量顫動的更多方式，請閱讀rp192 規格解釋，網址是 。那些用來測量視頻信號顫動的視頻測試設備（比如tektronix wfm-700 ）允許用戶轉變pll的帶寬，因此可以得到任何顫動的頻譜。如何測量剩余顫動？有若干種辦法可以測量顫動。最常用辦法是利用低顫動pll（通常基于vcxo）從信號中再生出時鐘，然后利用該時鐘觸發示波器（接收到的信號已經連到了它的輸入端）。示波器會顯示一個眼圖，而