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  • 热度 9
    2017-11-24 09:31
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    CTLE是什么 ?上篇文章也提到了,直白的翻译为连续时间线性均衡。它是在接收端芯片上的一种技术。之前也提到了, CTLE的作用 可以在传输损耗较大的链路,有效的改善接收端眼图的性能。   对于有过高速串行信号仿真经验的同行来说,最经常看到它的地方是IBIS-AMI的模型,以XILINX的V7芯片的ibis-ami模型为例,一般有以下对CTLE的描述:   ​ ​ 很多初学的同行在对接收端的模型进行参数调节的时候,是不是一看到了“AUTO”的字眼,就马上选上,然后静静的等着之前闭合的接收端眼图慢慢张开,然后就会在结论中给出“接收端模型采用AUTO的自适应均衡即可满足要求”。的确,软件就是软件,做得越自动化越能提高仿真的效率,软件对CTLE的自动算法,的确能在确定通道频域特性的情况下优化出CTLE的响应,使得RX的接收频域特性达到最优,这样的话,时序和频域的波形就会变好了。 但是,如果真的要问CTLE为什么能使原本闭合的眼图张开,或者上述ibis-ami模型关于CTLE的参数是什么意思,均衡器CTLE的原理是什么,这可能会难倒相当一部分人吧。好吧,我们喜欢从结果出发,那就先来看看加入CTLE后的效果吧。 我们选择PCIE3.0协议的CTLE模型进行探讨,该模型的描述如下所示:   看到它实际上是频率和(幅度)dB值的关系曲线,我们先不管它的作用,先通过数学对下面的公式分析下:   首先我们知道,当s=0时,H(0)=ADC,也就是当频率为0的时候也就是直流的时候,实际上幅度是一个负的增益(常数),当频率在一个比较高(趋向无穷大)时,H为趋向于负无穷大;实际上曲线变化频段的部分是由公式上两个pole点来控制,我们一般称为极点或者peak点。根据该公式的数学运算,在两个pole点之间会出现该曲线的一个最大值。这样我们就通过增益,零点,极点来定义了一个频域响应了。 因此CTLE曲线就是一个在低频时增益衰减为常数,然后随着频率升高慢慢衰减变小,但是过了一个较高频率之后,衰减又开始慢慢变大的效果。其实我们想利用的频段是前两部分:在低频时候常数增益衰减,然后随着频率升高慢慢衰减变小的频段。然后我们能下这么一个结论,实际上,在起作用的频段内,CTLE是一个高通滤波器。 那我们来看看CTLE对于通道的作用吧。 当PCIE3.0的传输通道达到如下损耗时,接收端眼图已经全部闭合。   然后我们加入一个-12db-ADC的CTLE均衡,眼图变成了下面的样子。   这时我们再去关注RX端的频率响应,加入CTLE前后的RX端损耗对比如下:   想不到有均衡之后的接收端损耗曲线竟然全频段都在无CTLE均衡的下面,说明均衡后的损耗总体都比无均衡的要差。
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    2017-6-19 08:57
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    前面我们介绍了预加重或者去加重技术对于克服传输通道损耗、改善高速数字信号接收端信号质量的作用,但是当信号速率进一步提高或者传输距离更长时,仅仅在发送端已不能充分补偿传输通道带来的损耗,这时就需要在接收端同时使用均衡技术来进一步改善信号质量。 均衡技术在通信中有广泛应用,比如在无线通信中可以用于补偿多径效应。 而对于高速数字信号来说,这是在数字信号的接收端进行的一种补偿高频损耗的技术。常见的信号均衡技术有3种:CTLE(continuous time linear equalization),FFE(feed forward equalization)和DFE(decision feedback equalization)。 CTLE是在接收端提供一个高通滤波器,这个高通滤波器可以对信号里的主要高频分量进行放大,这点和发送端的预加重技术带来的效果是类似的。下图是USB3.0总线在接收端使用的CTLE均衡器的频响曲线的例子。 下图反映出的是一个5Gbps的信号经过35英寸的FR4板材传输后的眼图,以及经过CTLE均衡后对眼图的改善。 FFE均衡的作用基本上类似于 FIR(有限脉冲响应)滤波器,其方法是根据相邻比特的电压幅度的加权值来进行当前比特幅度的修正,每个相邻比特的加权系数直接和通道的冲击响应有关。下面是一个三阶FFE 的数学描述: e(t) = c0r(t – (0TD)) + c1r(t – (1TD)) + c2r(t – (2TD)) 其中: • e(t) 是时间 t 时的电压波形,是经校正(或均衡)后的电压波形。 • TD 是时间延迟(抽头的时间延迟)。 • r(t-nTD) 是距离当前时间 n 个抽头延迟之前波形,是未经校正(或均衡)的波形。 • cn 是校正系数(抽头系数),用于距离当前时间 n 个抽头延迟之前波形,二者相乘,然后累加,最后得到校正(或均衡)后的电压波形 在上面的三抽头FFE例子中,FFE 对当前比特位置和其前面两个比特位置的电压进行加权校正,然后累加,获得了波形中当前比特位置处的校正(或均衡)后的电压电平。一旦当前比特位置处的电压电平经过校正,算法会进入下一个感兴趣的比特位置并重复上述过程,这种情况将一直持续到整个波形都经过校正。下图反映出来的是FFE均衡对信号改善的影响。 CTLE和FFE都是线性均衡技术,而DFE则是非线性均衡技术。DFE技术是通过相邻bit的判决电平对当前bit的判决阈值进行修正,设计合理的DFE可以有效补偿ISI对信号造成的影响。为了便于讨论,我们假设使用的 DFE 算法使用两个抽头系数。在查看 DFE 的数学模型之前,我们有必要先了解该算法的目的。通常,DFE计算出一个校正值,然后将其添加到逻辑判决阈值中(超过该阈值的电压被视为逻辑高或逻辑1,低于该阈值的电压被视为逻辑低或逻辑0)。因此,DFE 会改变当前比特的判决阈值(增大或降低) ,并根据这个新的均衡阈值电平对波形重新执行逻辑判断。 下面是两抽头 DFE 算法的数学模型: V(k) = c1s(k – 1) + c2(k – 2) 其中: • V(k) 是校正后的电压阈值,用于判决比特位置K的逻辑状态是1还是0。 • s(k-n) 是位于比特位置 k 之前 n 个比特处的逻辑值(逻辑状态)。 • cn 是位于感兴趣比特位置之前 n 个比特处的校正系数(抽头系数)。 对于两抽头 DFE 来说,需要先确定当前比特位置之前的两个比特的逻辑状态值,随后算法将用其比特逻辑值乘以相应的抽头系数,最后累加起来,得出当前比特的判决阈值偏移量,许多 DFE 算法将该偏移量直接应用到阈值电压上。DFE正确工作的前提是相邻比特的电平判决是正确的,所以对于信号的信噪比有一定要求。 CTLE和FFE 的均衡器芯片(或算法)不像使用DFE的芯片(或算法)那样复杂,比DFE芯片需要的门电路更少,因此在大多数情况下,设计人员都会优先选择CTLE或FFE的均衡方法。而在更复杂和高速的情况下,一般情况下是先用CTLE或FFE来把信号眼图打开,然后再用DFE进一步优化。 在非常高速和长距离的信号传输中,通常是把预加重和均衡技术结合使用。首先在发送端提升高频分量,经过通道的损耗到达接收端后,再通过均衡技术改善信号,从而实现长距离(50cm)、高速( 10Gbps)的信号传输。下图显示的是预加重和均衡技术在高速数字信号传输中的应用环境以及对信号的改善效果。
  • 热度 12
    2017-5-23 18:00
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    CTLE是什么?上篇文章也提到了,直白的翻译为连续时间线性均衡。它是在接收端芯片上的一种技术。之前也提到了,CTLE的作用可以在传输损耗较大的链路,有效的改善接收端眼图的性能。 对于有过高速串行信号仿真经验的同行来说,最经常看到它的地方是IBIS-AMI的模型,以XILINX的V7芯片的ibis-ami模型为例,一般有以下对CTLE的描述: 很多初学的同行在对接收端的模型进行参数调节的时候,是不是一看到了“AUTO”的字眼,就马上选上,然后静静的等着之前闭合的接收端眼图慢慢张开,然后就会在结论中给出“接收端模型采用AUTO的自适应均衡即可满足要求”。的确,软件就是软件,做得越自动化越能提高仿真的效率,软件对CTLE的自动算法,的确能在确定通道频域特性的情况下优化出CTLE的响应,使得RX的接收频域特性达到最优,这样的话,时序和频域的波形就会变好了。 但是,如果真的要问CTLE为什么能使原本闭合的眼图张开,或者上述ibis-ami模型关于CTLE的参数是什么意思,均衡器CTLE的原理是什么,这可能会难倒相当一部分人吧。好吧,我们喜欢从结果出发,那就先来看看加入CTLE后的效果吧。 我们选择PCIE3.0协议的CTLE模型进行探讨,该模型的描述如下所示: 看到它实际上是频率和(幅度)dB值的关系曲线,我们先不管它的作用,先通过数学对下面的公式分析下: 首先我们知道,当s=0时,H(0)=ADC,也就是当频率为0的时候也就是直流的时候,实际上幅度是一个负的增益(常数),当频率在一个比较高(趋向无穷大)时,H为趋向于负无穷大;实际上曲线变化频段的部分是由公式上两个pole点来控制,我们一般称为极点或者peak点。根据该公式的数学运算,在两个pole点之间会出现该曲线的一个最大值。这样我们就通过增益,零点,极点来定义了一个频域响应了。 因此CTLE曲线就是一个在低频时增益衰减为常数,然后随着频率升高慢慢衰减变小,但是过了一个较高频率之后,衰减又开始慢慢变大的效果。其实我们想利用的频段是前两部分:在低频时候常数增益衰减,然后随着频率升高慢慢衰减变小的频段。然后我们能下这么一个结论,实际上,在起作用的频段内,CTLE是一个高通滤波器。 那我们来看看CTLE对于通道的作用吧。 当PCIE3.0的传输通道达到如下损耗时,接收端眼图已经全部闭合。 然后我们加入一个-12db-ADC的CTLE均衡,眼图变成了下面的样子。 这时我们再去关注RX端的频率响应,加入CTLE前后的RX端损耗对比如下: 想不到有均衡之后的接收端损耗曲线竟然全频段都在无CTLE均衡的下面,说明均衡后的损耗总体都比无均衡的要差。
  • 热度 8
    2015-4-7 09:20
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    前面我们介绍了预加重或者去加重技术对于克服传输通道损耗、改善高速数字信号接收端信号质量的作用,但是当信号速率进一步提高或者传输距离更长时,仅仅在发送端已不能充分补偿传输通道带来的损耗,这时就需要在接收端同时使用均衡技术来进一步改善信号质量。 所谓均衡,是在数字信号的接收端进行的一种补偿高频损耗的技术。常见的信号均衡技术有 3 种: CTLE ( continuous time linear equalization ) , FFE ( feed forward equalization )和 DFE ( decision feedback equalization )。 CTLE 是在接收端提供一个高通滤波器,这个高通滤波器可以对信号里的主要高频分量进行放大,这点和发送端的预加重技术带来的效果是类似的。下图 是 USB3.0 总线在接收端使用的 CTLE 均衡器的频响曲线的例子。 下图反映出的是一个 5Gbps 的信号经过 35 英寸的 FR4 板材传输后的眼图,以及经过 CTLE 均衡后对眼图的改善。  
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    时间: 2019-12-30 13:49
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    上传者: 二不过三
    均衡器在高速数字传输系统中扮演着关键的角色。均衡器可以分成两类:发送端的De-emphasis以及放在接收端的CTLE(continuoustimelinearequalization),FFE(Feed-ForwardEqualizer)以及DFE(DecisionFeedbackEqualizer)。本次我们将介绍均衡器的工作原理以及如何正确的设置均衡器,以达到优化高速数字传输系统的目的填写调查问卷(http://www.eepw.com.cn/event/action/keysight_survey20160112/keysight_20170316.html%3Cbr%20/%3E),更有机会中奖噢~……