如何快速解決高速係統的信號完整性問題
發布時間:2008-09-28 來源:電子方案網
中心論題:
- 解決信號完整性問題要從係統設計著手
- 係統中影響信號完整性的因素
- 如何解決功率失配問題
解決方案:
- 解決信號完整性問題主要是解決係統的功率失配問題
- 使用均衡補償功率電平失配
- 去加重技術補償功率電平失配
suizheshujusulvdebuduantigao,xinhaowanzhengxingwentiyijingchengweishejigongchengshiyaokaolvdezuiguanjianyinsu。zhezhongchengzhishushideshujusulvshangshengkeyicongshouchiyidongshebeihexiaofeileixianshichanpindaogaodaikuanluyouqi/交換機等應用中看到。抖動(噪聲)是降低設計中信號完整性水平的首要原因。除了利用布板、zukangpipeihegengangguidecailiaoshixianxinhaowanzhengxingzengqiangjishuzhiwai,shejishihaikeyijiandandizaishejizhongzengjiazhurujunhengqizheyangdedoudongxiaochuqilaijiejuedoudongwenti。zheyangshejishijiubuyongzhuanzhuyuxinhaowanzhengxingwenti,erbazhuyaojinglifangzaixitongdehexinshejishang。
信號布線在以前通常被看作是一種簡單的概念,從布線角度看,視頻信號、yuyinxinhaohuoshujuxinhaozhijianmeiyoushenmequbie。yinciguoquhenshaoyourenguanxinxinhaobuxianwenti。raner,xianzaiqingkuangyoulewanquandegaibian。shipinxinhaochuanshusudumuqianyijingdadaomeigetongdao3.3Gbps,數據信號更是遠超過每通道5Gbps。高速串行標準類似PCI Express、XAUI、SATA、TMDS和Display Port等,要求設計團隊和工程師不僅要考慮信號完整性問題,而且要對它將如何影響係統的性能和可靠性有深刻的理解。
為wei了le掌zhang握wo這zhe方fang麵mian的de知zhi識shi,工gong程cheng師shi首shou先xian必bi須xu懂dong得de在zai係xi統tong中zhong影ying響xiang信xin號hao完wan整zheng性xing的de因yin素su是shi什shen麼me。通tong過guo增zeng加jia信xin號hao抖dou動dong可ke以yi觀guan察cha到dao係xi統tong中zhong出chu現xian的de信xin號hao完wan整zheng性xing損sun失shi。係xi統tong的de總zong抖dou動dong主zhu要yao由you兩liang類lei抖dou動dong組zu成cheng,分fen別bie是shi隨sui機ji性xing抖dou動dong和he確que定ding性xing抖dou動dong。隨sui機ji性xing抖dou動dong是shi無wu限xian並bing在zai本ben質zhi上shang服fu從cong高gao斯si分fen布bu的de,而er確que定ding性xing抖dou動dong是shi有you限xian並bing可ke預yu測ce的de。在zai90%的係統中,確定性抖動是設計工程師必須解決的主要的信號完整性問題。
確定性抖動包含碼間幹擾(ISI)、占空比失真和周期性抖動,它們分別是由帶寬限製問題、時鍾周期的不對稱以及交叉耦合或EMI問題引起的。諸如連接器等無源器件、PCB走線、長線纜以及沿著走線布放的其它無源器件是引起確定性抖動的最主要來源。
信號頻率越高,衰減越大,因此會造成指定數據流中的功率電平失配,而這種功率電平失配又會導致信號中發生ISI。ISI將降低信號完整性,這足以阻止接收器在接收端從信號中正確提取任何真實的數據。
功率電平失配的原因是沒有設計工程師可以保證數據在設計中的傳輸。數據可能會是不斷地變化(0-1-0-1-0-1等),也可能恒定不變(1-1-1-1-1-1等)。明顯地,上述6個變化比特的占空比要比6個“1”恒定數據流的占空比小6倍。由於占空比小6倍,信號頻率就要高6倍。如果數據流同時包含上述兩種類型,那麼接收端信號就會帶有差異很大的功率電平,因為頻率越高衰減越大。
解決功率失配問題
大多數高速信號的標準規定要盡量減少無變化的連續比特數量,比如8B/10B編碼。這種編碼方案可以確保數據流不會有超過4個連續不變的比特。然而,接收端信號中仍有可能出現4倍高功率的部分。
為了補償功率電平失配以減少ISI,設she計ji師shi可ke以yi使shi用yong均jun衡heng或huo去qu加jia重zhong技ji術shu。均jun衡heng技ji術shu將jiang對dui所suo有you高gao速su比bi特te進jin行xing功gong率lv提ti升sheng,使shi接jie收shou信xin號hao中zhong高gao速su比bi特te與yu低di速su比bi特te具ju有you相xiang同tong的de功gong率lv電dian平ping,從cong而er達da到dao減jian少shao功gong率lv電dian平ping失shi配pei的de目mu的de。
去加重與均衡恰恰相反,但抱有同樣的目標:盡(jin)量(liang)減(jian)少(shao)功(gong)率(lv)電(dian)平(ping)失(shi)配(pei)。它(ta)是(shi)通(tong)過(guo)降(jiang)低(di)低(di)速(su)比(bi)特(te)的(de)功(gong)率(lv)完(wan)成(cheng)的(de),而(er)均(jun)衡(heng)是(shi)增(zeng)加(jia)高(gao)速(su)比(bi)特(te)的(de)功(gong)率(lv)。因(yin)此(ci),去(qu)加(jia)重(zhong)隻(zhi)能(neng)作(zuo)用(yong)於(yu)發(fa)送(song)比(bi)特(te),而(er)均(jun)衡(heng)隻(zhi)能(neng)作(zuo)用(yong)於(yu)接(jie)收(shou)比(bi)特(te)。
這zhe並bing不bu是shi消xiao除chu確que定ding性xing抖dou動dong的de唯wei一yi方fang法fa,但dan用yong戶hu最zui有you可ke能neng需xu求qiu某mou種zhong類lei型xing的de發fa送song器qi抖dou動dong消xiao除chu器qi,比bi如ru上shang述shu的de去qu加jia重zhong。而er真zhen正zheng的de抖dou動dong消xiao除chu方fang案an同tong時shi需xu要yao上shang述shu兩liang種zhong電dian路lu。
不要讓抖動壞了你的設計,因為低成本的信號調理解決方案已經麵市。采用均衡和去加重電路可以消除由於長FR走線、連接器和長電纜引起的抖動,並且你不必擔心要去理解信號完整性增強技術的細節,讓抖動終結器去對付吧!
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