一、差分信號

 

差分傳輸是一種信號傳輸?shù)募夹g(shù)，區(qū)別于傳統(tǒng)的一根信號線一根地線的做法，差分傳輸在這兩根線上都傳輸信號，這兩個(gè)信號的振幅相等，相位相反。在這兩根線上傳輸?shù)男盘柧褪遣罘中盘枴２罘中盘栍址Q差模信號，是相對共模信號而言的。 我們用一個(gè)方法對差分信號做一下比喻，差分信號就好比是蹺蹺板上的兩個(gè)人，當(dāng)一個(gè)人被蹺上去的時(shí)候，另一個(gè)人被蹺下來了 - 但是他們的平均位置是不變的。繼續(xù)蹺蹺板的類推，正值可以表示左邊的人比右邊的人高，而負(fù)值表示右邊的人比左邊的人高。0 表示兩個(gè)人都是同一水平。應(yīng)用到電學(xué)上，這兩個(gè)蹺蹺板用一對標(biāo)識為V+和V-的導(dǎo)線來表示。

 

 

1、特點(diǎn)

 

從嚴(yán)格意義上來講，所有電壓信號都是差分的，因?yàn)橐粋€(gè)電壓只能是相對于另一個(gè)電壓而言的。在某些系統(tǒng)里，"系統(tǒng)地"被用作電壓基準(zhǔn)點(diǎn)。當(dāng)''地''當(dāng)作電壓測量基準(zhǔn)時(shí)，這種信號規(guī)劃被稱之為單端的。我們使用該術(shù)語是因?yàn)樾盘柺怯脝蝹€(gè)導(dǎo)體上的電壓來表示的。 另一方面，一個(gè)差分信號作用在兩個(gè)導(dǎo)體上。信號值是兩個(gè)導(dǎo)體間的電壓差。盡管不是非常必要，這兩個(gè)電壓的平均值還是會經(jīng)常保持一致。

 

可以想象，這兩個(gè)導(dǎo)體上被同時(shí)加入的一個(gè)相等的電壓，也就是所謂共模信號，對一個(gè)差分放大系統(tǒng)來說是沒有作用的，也就是說，盡管一個(gè)差分放大器的輸入有效信號幅度只需要幾毫伏，但它卻可以對一個(gè)高達(dá)幾伏特的共模信號無動于衷。這個(gè)指標(biāo)叫做差分放大器的共模抑制比(CMRR)，一般的運(yùn)算放大器可以達(dá)到90db以上，高精度運(yùn)放甚至達(dá)到120db。因?yàn)楦蓴_信號一般是以共模信號的形式存在，所以差分信號的應(yīng)用極大地提高了放大器系統(tǒng)的信噪比。

 

2、優(yōu)點(diǎn)

 

抗干擾能力強(qiáng)。干擾噪聲一般會等值、同時(shí)的被加載到兩根信號線上，而其差值為0，即，噪聲對信號的邏輯意義不產(chǎn)生影響。

能有效抑制電磁干擾(EMI)。由于兩根線靠得很近且信號幅值相等，這兩根線與地線之間的耦合電磁場的幅值也相等，同時(shí)他們的信號極性相反，其電磁場將相互抵消。因此對外界的電磁干擾也小。

時(shí)序定位準(zhǔn)確。差分信號的接受端是兩根線上的信號幅值之差發(fā)生正負(fù)跳變的點(diǎn)，作為判斷邏輯0/1跳變的點(diǎn)的。而普通單端信號以閾值電壓作為信號邏輯0/1的跳變點(diǎn)，受閾值電壓與信號幅值電壓之比的影響較大，不適合低幅度的信號。

 

2、缺點(diǎn)

 

若電路板的面積非常緊張，單端信號可以只有一根信號線，地線走地平面，而差分信號一定要走兩根等長、等寬、緊密靠近、且在同一層面的線。這樣的情況常常發(fā)生在芯片的管腳間距很小，以至于只能穿過一根走線的情況下。

 

二、”時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)( CDR: clock data recovery)

 

時(shí)鐘恢復(fù)作為高速串行通信必須具有的核心功能得到越來越廣泛的應(yīng)用，在以太網(wǎng)、PCI-Express、Aurora中都有時(shí)鐘恢復(fù)模塊。相對的，傳統(tǒng)的時(shí)鐘與數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸?shù)牟⑿袀鬏敺绞綗o法達(dá)到1Gb/s以上帶寬。

 

簡單的來說，所謂時(shí)鐘恢復(fù)就是：根據(jù)參考時(shí)鐘，從數(shù)據(jù)信號把時(shí)鐘信號提取出來。相對應(yīng)的，在信道上只傳輸串行數(shù)據(jù)，在信道上并沒有時(shí)鐘信號。數(shù)據(jù)接收端接收串行數(shù)據(jù)并進(jìn)行時(shí)鐘恢復(fù)。

 

1、SERDES中，時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)的基礎(chǔ)

 

通常CDR協(xié)議運(yùn)行在較高的數(shù)據(jù)速率和較長的傳送距離，因此帶來很大的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。 在SERDES(Serializer-Deserializer)應(yīng)用中，顧名思義，CDR接收器必須從數(shù)據(jù)中恢復(fù)嵌入的時(shí)鐘。更準(zhǔn)確地說，是從數(shù)據(jù)信號的交換中獲取時(shí)鐘。 CDR發(fā)送器首先串行發(fā)送數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成8b/10b編碼方案。編碼處理獲得8位數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換成10位符號。8b/10b編碼方式可以在數(shù)據(jù)線上傳送相等數(shù)目的0和1，從而減少碼間干擾，并提供足夠多的數(shù)據(jù)邊沿，以便接收器在收到的數(shù)據(jù)流上鎖定相位。發(fā)送器將系統(tǒng)時(shí)鐘倍頻至傳送比特率，并以該速率在TX差分對上發(fā)送8b/10b數(shù)據(jù)。 CDR接收器的任務(wù)首先是在RX差分位流上鎖定相位，然后接收器按照恢復(fù)的時(shí)鐘進(jìn)行數(shù)據(jù)位對齊，接著用接收器的參考時(shí)鐘進(jìn)行字對齊。最后，將數(shù)據(jù)進(jìn)行8b/10b解碼，供系統(tǒng)使用。 在CDR系統(tǒng)中，發(fā)送和接收系統(tǒng)通常擁有完全獨(dú)立的系統(tǒng)時(shí)鐘。這兩個(gè)時(shí)鐘在一個(gè)特定的變化范圍內(nèi)非常關(guān)鍵，這個(gè)范圍大約是數(shù)百個(gè)PPM。

 

2、CDR電路與抖動

 

CDR接口的主要設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)是抖動，即實(shí)際數(shù)據(jù)傳送位置相對于所期望位置的偏移?？偠秳?TJ)由確定性抖動和隨機(jī)抖動組成。大多數(shù)抖動是確定的，其分量包括碼間干擾、串?dāng)_、占空失真和周期抖動(例如來自開關(guān)電源的干擾)。而通常隨機(jī)抖動是半導(dǎo)體發(fā)熱問題的副產(chǎn)品，且很難預(yù)測。 傳送參考時(shí)鐘、傳送PLL、串化器和高速輸出緩沖器都對會傳送抖動造成影響。對于給定的比特周期或者數(shù)據(jù)眼，傳送抖動通常用單位間隔的百分比或UI(單位間隔)來說明。例如，.2 UI的傳送抖動表示抖動由比特周期的20%組成。對于傳送抖動而言，UI數(shù)值越低越好，因?yàn)樗鼈兇磔^少的抖動。 同樣地，CDR接收器將指定在給定比特率時(shí)所能容忍的最大抖動量。典型的比特誤碼率(BET)標(biāo)準(zhǔn)是1e-12。接收抖動仍然用UI來指定。較大的UI表明接收器可以容忍更多的抖動。典型的接收器規(guī)格是.8 UI，這意味著80%的比特周期可以是噪聲，此時(shí)接收器將仍然能夠可靠地接收數(shù)據(jù)。抖動通常用統(tǒng)計(jì)鐘形分布來量化，該分布在其定點(diǎn)處有理想的邊沿位置。

 

三、信道均衡

 

(Channel equalization)信道均衡(Channel equalization)是指為了提高衰落信道中的通信系統(tǒng)的傳輸性能而采取的一種抗衰落措施。它主要是為了消除或者是減弱寬帶通信時(shí)的多徑時(shí)延帶來的碼間串?dāng)_(ISI)問題。

 

其機(jī)理是對信道或整個(gè)傳輸系統(tǒng)特性進(jìn)行補(bǔ)償，針對信道恒參或變參特性，數(shù)據(jù)速率大小不同，均衡有多種結(jié)構(gòu)方式。大體上分為兩大類：線性與非線性均衡。線性均衡器和非線性均衡器的主要差別在于自適應(yīng)均衡器的輸出被用于反饋控制的方法。對于帶通信道的均衡較為困難，一般都是待接收端解調(diào)后在基帶進(jìn)行均衡，因此基帶均衡技術(shù)有廣泛應(yīng)用。 在實(shí)際中一般是加入自適應(yīng)濾波器來實(shí)現(xiàn)信道均衡。使用濾波器來補(bǔ)償失真的脈沖，判決器得到的解調(diào)輸出樣本，是經(jīng)過均衡器修正過的或者清除了碼間干擾之后的樣本。自適應(yīng)均衡器直接從傳輸?shù)膶?shí)際數(shù)字信號中根據(jù)某種算法不斷調(diào)整增益，因而能適應(yīng)信道的隨機(jī)變化，使均衡器總是保持最佳的狀態(tài)，從而有更好的失真補(bǔ)償性能。

 

 

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