高速串行设计－均衡器

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1、高速串行设计－均衡器                          ——高速串行 处  串行数字电路可以分为发送端（TX）、信道（CHANNEL）、接收端（RX）三部分，如下图一所示。眼图医生可以对串行数字链路中三个部分进行分析：1.        发送端的预加重/去加重分析：针对某一信道计算出最佳的预加重/去加重参数。2.        信道仿真：直接测试TX输出的波形，输入信道的S参数模型后，准确计算出RX端的波形。3.        接收端的均衡器设计：对于高于5Gbps的信号，通常在RX端测试

2、时，眼图已闭合，眼图医生可以仿真均衡器，计算出均衡后的信号波形与眼图。图一：高速串行链路示意图什么是信道？ 在通信理论中通常用“信道”来描述连接TX与RX的物理媒质，在某些SI（信号完整性）文献中，又称为互连。信道包括了我们常见的：印刷电路板（PCB）上的微带线、带状线、过孔、连接器、集成电路的封装、光纤、电缆等等。如下图二所示为背板的示意图。通常，信道有一个共同的特点：随着频率的升高，损耗越来越大；信道的物理传输距离越长，损耗越大。 图二：背板的互连示意图接下来为某背板的测试案例。其TX为某2.5Gbp

3、s的高速芯片，信道由两块线卡与背板组成，其PCB上传输线的有10英寸长、20英寸长、30英寸长、40英寸长四组，在接收端测量眼图（如图三所示），使用游标测量眼高（眼图的张开程度），分别为592mV、457mV、295mV、164mV。可见，随着PCB上传输线的长度的增加，信道的损耗越来越大，RX端测量到的眼图的眼高越来越小。 图三：不同背板走线长度的接收端眼图测试结果对比  什么是信道仿真？ 信道仿真是用力科示波器测量TX发送的波形，然后在眼图医生中导入信道的S参数模型文件，计算出通过信道后RX端的信号波

4、形、眼图与抖动。力科信道仿真的处理速度非常快、精度足够高。下图中TX为某3.125Gbps信号，通过同轴电缆连接到示波器的两个通道，即示波器直接在TX端测量，然后使用某20GHz带宽的矢量网络分析仪（VectorNetworkAnalyzer，简称VNA）测量两块走线长度不一样的DEMO板的S参数，在力科的眼图医生中调用S参数来仿真该信道。计算出RX端的波形与眼图，眼图如下图四所示，左边是某厂商的20英寸长DEMO板接收端的眼图，右边为另一厂商的24英寸线长DEMO板计算出的RX的眼图。两者的眼高分别为1

5、68mV与108mV。使用信道仿真，无须连接TX、信道、RX后在RX端实测，只要拥有信道的S参数模型，示波器直接在TX端测量，就可以仿真出通过不同信道后RX端的波形、眼图与抖动。这样，就可以快速验证某高速SERDES芯片驱动不同长度传输线时接收端的性能，在高速背板的预研与设计中非常有用。 图四：某3.125Gbps信号的接收端眼图测试结果对比 怎样得到信道的S参数文件？ 在信道仿真中，信道的S参数模型的精确性决定了RX端计算结果的精确性，所以获得足够精确的信道的S参数模型非常重要。在信号完整性（简称SI）

6、领域，通常有两种方法获取信道的S参数模型。1.        使用VNA或者TDR直接测量信道的S参数；2.        使用HFSS、SIwave、Sigrity等EDA建模软件提取信道的S参数；前者基于实际信道的测量，精度高，不过信道上的端口必需留有SMA射频头，VNA或TDR通过SMA接头的同轴电缆连接到待测试信道；后者通常基于连接器的三维结构、PCB的压板结构（stackup）、介质特性、传输线的几何特性，使用计算电磁学的一些算法提取出信道的S参数模型。图五：夹具去嵌前后眼图对比力科的信道仿真可

7、以调入扩展名为*.sNp（N为端口数）的S参数文件，通常*.sNp文件称为touchstone文件，测试仪器和EDA软件都可以输出这个格式的S参数文件。关于S参数的相关理论，可参考一些射频理论书籍。 什么是夹具去嵌？ 在测量当前流行的很多串行信号（比如PCIe、SATA、SAS、FBDIMM）时，通常需要专门的测试夹具，夹具上把PCB的传输线转换为SMA射频连接头，待测试信号连接到夹具上，夹具通过同轴电缆连接到示波器，如下图五所示，示波器作为接收端进行测量。由于夹具上的连接器、金手指、过孔、微带线、带状线

8、等会使信号发生衰减、色散或者反射，导致示波器测量到的信号有所恶化。使用夹具去嵌功能，只需输入夹具的S参数模型文件，即可计算出没有夹具时测量到的信号的波形与眼图。如图五所示，上半部分是信号去嵌前测量到的眼图，下半部分是信号去嵌后测量到的眼图，相比前者，后者的上升下降沿更陡峭，眼轮廓清晰，眼张得更开。从这个比较图中可以看到力科的去嵌技术可以消除夹具的负面作用。 信道仿真的常见问题 问题1：力科的信道仿真与EDA软件仿真有什么区别？