隨著視頻應(yīng)用的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)傳輸流量正以指數(shù)級迅猛增長，迫切需要更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。因此，低成本雙絞線(TP)也逐漸受到人們的特別關(guān)注。而TP電纜的高頻衰減是限制其應(yīng)用性能的主要因素，高頻衰減造成接收信號出現(xiàn)明顯的碼間干擾(ISI)，進而難以恢復(fù)時鐘和數(shù)據(jù)，導(dǎo)致誤碼率(BER)升高。從圖1可以看出發(fā)送信號在到達接收器之前被電纜衰減的結(jié)果。發(fā)送器和接收器采取一定形式的線路均衡，可大幅降低ISI并恢復(fù)嚴重劣化的數(shù)據(jù)，確保可靠工作。

圖1. 接收器端的ISI

Maxim GMSL產(chǎn)品中的3.125Gbps高速收發(fā)器允許系統(tǒng)設(shè)計人員動態(tài)調(diào)整實際電纜的均衡電平，提供可靠的通信鏈路。發(fā)送器和接收器均具有均衡調(diào)節(jié)，可獨立或配合設(shè)置，以延長數(shù)據(jù)傳輸距離。靈活的均衡調(diào)節(jié)允許使用各種低成本有損電纜。

本應(yīng)用筆記介紹如何利用Maxim GMSL產(chǎn)品和有損電纜構(gòu)建可靠的通信鏈路。本文簡要介紹了線路均衡技術(shù)。

GMSL發(fā)送預(yù)加重和接收均衡

GMSL鏈路采用發(fā)送預(yù)加重和接收均衡補償傳輸損耗。

發(fā)送預(yù)加重

如果在接收器端沒有采用均衡，數(shù)據(jù)線在連續(xù)出現(xiàn)一串“1”后，發(fā)送高頻“0”脈沖時可能無法恢復(fù)到信號擺幅的中間位置，如圖2所示。圖中解釋了如何通過加重跳變沿、去加重“非跳變沿”，最終克服高頻衰減問題。

圖2. 時域預(yù)加重濾波

導(dǎo)體和介電損耗使得電纜的傳遞函數(shù)表現(xiàn)為低通濾波，如圖3所示。利用均衡(高通傳函曲線)，可在相應(yīng)頻帶獲得平坦(均勻衰減)的系統(tǒng)頻響特性。

圖3. 頻域預(yù)加重濾波

合理使用均衡技術(shù)，可以在下列三個方面改善系統(tǒng)設(shè)計：

電纜長度

電纜類型

最大系統(tǒng)數(shù)據(jù)速率

例如，采用6dB預(yù)加重后，可以打開在10m電纜末端完全關(guān)閉的眼圖(圖4)。

清晰圖像(PDF, 1.3MB)
圖4. 經(jīng)過10m電纜傳輸?shù)?.125Gbps數(shù)據(jù)：(a) 無預(yù)加重；(b) 6dB預(yù)加重。

根據(jù)MAX9259數(shù)據(jù)資料，可由寄存器0x05中的D[3:0]設(shè)置預(yù)加重電平，用戶可按照表1設(shè)置預(yù)加重電平。預(yù)加重負電平表示不加重高頻，而只是去加重低頻的情況。注意，增益過大時可能造成抖動增大。

以下討論如何使用發(fā)送器和接收器均衡，并以表格形式給出測試數(shù)據(jù)。

接收均衡

接收均衡的基本思路如圖5所示，有損鏈路以近似一階的傳函特性衰減正向通道數(shù)據(jù)，鏈路傳輸特性的帶寬遠遠低于數(shù)據(jù)頻率(數(shù)據(jù)頻率fb等于碼率的一半)。碼間干擾會引起確定性抖動；此外，經(jīng)過遠距離長線傳輸后，到達有損電纜末端的信號眼圖可能完全閉合。為了補償這種損耗，數(shù)據(jù)首先通過一個傳遞函數(shù)進行處理，理想情況下，該傳遞函數(shù)應(yīng)該是與電纜傳輸特性相反的傳輸函數(shù)。這樣，當(dāng)鏈路和均衡器級聯(lián)后，可以獲得足夠的帶寬。GMSL解串器中采用12級可編程增益，防止不同電纜長度下出現(xiàn)下沖(增益過小)或過沖(增益過大)。增益可設(shè)置為在2dB至13dB之間12個不同放大倍數(shù)。

圖5. 在接收器內(nèi)增加一個傳輸函數(shù)與電纜傳輸特性相反的電路，對數(shù)據(jù)進行均衡。

圖6所示為不同增益設(shè)置下的接收器傳輸函數(shù)(交流特性)；圖7所示為10m STP電纜通道和均衡接收器共同作用下的傳輸函數(shù)。圖中不同增益電平的響應(yīng)特性有所重疊。增益設(shè)置為8倍(9.4dB)時，總體等效傳輸特性在工作頻段非常平坦。圖8給出了經(jīng)過10m STP電纜傳輸后，接收器的輸入、輸出眼圖。從圖中可以看出，均衡器打開了完全閉合的眼圖。

總體傳函不平坦時，會發(fā)生什么？就ISI抖動而言，過沖造成的危害通常低于下沖。如圖9所示，增益下降到最佳值以下時，輸出抖動迅速增大。相反，增益增大到最佳值以上時，抖動增大得比較緩慢。

圖6. 不同調(diào)諧設(shè)置下的均衡器交流特性和增益

圖7. 在10m STP電纜通道，電纜傳輸特性 + 不同增益均衡器(級聯(lián))的等效交流特性。

圖8. 在10m電纜通道，最佳增益設(shè)置下的接收器輸入、輸出眼圖。

圖9. 在10m電纜通道，ISI抖動峰-峰值與增益設(shè)置的關(guān)系。

選擇最佳的預(yù)加重和均衡器設(shè)置

您可能不想用頻譜分析儀測量電纜損耗。這種情況下，為了選擇最佳的預(yù)加重/均衡器設(shè)置，最簡單的方法是觀察一定頻率下的系統(tǒng)誤碼率。

鏈路有效信號檢測

GMSL解串器帶有信號檢測器，當(dāng)鏈路上沒有有效信號時，可以禁止接收器工作。當(dāng)信號電平經(jīng)過長電纜傳輸或者在較高預(yù)加重電平的作用下變得非常低時，解串器可能檢測不到有效的鏈路信號。因此，當(dāng)傳輸電纜較長時(> 10m)，建議禁止有效信號檢測器，并搜索最佳預(yù)加重和均衡器設(shè)置。向解串器的第11字節(jié)寫入“0x80”，禁用檢測器工作。選擇最佳值后，在相同字節(jié)寫入“0x20”，則再次使能信號檢測功能。根據(jù)實驗室測量結(jié)果，電纜長度為15m、最大PCLK頻率為104.16MHz時，有效信號檢測器可以工作在高達8dB的預(yù)加重配置。有效信號檢測器還具有下限選項，在第11字節(jié)寫入“0x00”進行設(shè)置。根據(jù)我們的實驗室測量結(jié)果，選擇下限時，如果電纜長度為15m，有效信號檢測器可以工作在高達14dB的預(yù)加重。如果電纜長度超出15m，預(yù)加重為14dB，建議禁止有效信號檢測器。這些測量中，所使用的電纜為標準的汽車STP電纜。

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