T.K. Chin在他的博客文章《差分對：你真正需要了解的內容》里談論了對于差分對的要求。在現實應用中，我們用印刷電路板（PCB）內的銅走線或線纜組裝件內的銅質導線來實現差分對。較長的PCB走線或線纜會出現較高的傳輸損耗，該損耗會劣化信號質量。在本文中，筆者將說明插入損耗如何能影響差分對的信號質量，并解釋均衡器如何能消除這種影響。

什么是插入損耗？                                                               

傳輸損耗包含兩部分：低頻率下的趨膚效應損耗（skin loss）和高頻率下的介電損耗。趨膚效應損耗取決于互連部分的截面面積；例如，PCB走線的寬度和金屬厚度，或線纜的導線直徑。當頻率在幾百兆赫以下時，趨膚效應損耗是主要傳輸損耗，并與頻率的平方根成比例。當頻率較高時，介電損耗則成為主要傳輸損耗。介電損耗的量取決于電介質的材料屬性，且與頻率成正比。

插入損耗是一個常見術語，用來描述互連部分的傳輸損耗。它是只有和沒有互連部分的兩種情況下負載處電壓的比值。網絡分析儀能按振幅和相位測量插入損耗。圖1展示了FR4板材上兩條PCB走線的典型插入損耗：一條走線長5英寸（藍色），另一條走線長10英寸（紅色），但兩者具有相等的走線寬度（5 mil）。正如您可從圖1中看到的，插入損耗特性與低通濾波器表現出的特性一樣，當頻率增加時信號衰減量增大。損耗隨著PCB走線的長度呈線性增加。

圖1：FR4 PCB走線的插入損耗

為什么插入損耗會使信號劣化

數據傳輸串行比特流中包含不同持續時間的邏輯1和0。在圖2中，您可看到發射器波形由較長持續時間（較低頻率脈沖）和較短持續時間（較高頻率脈沖）的數據位構成。它們的振幅大致相等而且翻轉路徑幾乎相同，因而能產生干凈而全開的數據眼。

當信號通過PCB走線傳送時，低通濾波器效應會減慢脈沖的翻轉時間，持續時間短的脈沖沒有足夠的時間達到其滿振幅。此外，高頻率脈沖的衰減量還比低頻率脈沖的衰減量大：當到達目的端時，它們的振幅有很大的不同。因為持續時間較長的脈沖和持續時間較短的脈沖具有不同的振幅，所以翻轉路徑會發生變化，并產生時域抖動。這類抖動具體取決于數據碼型，通常被稱為碼間串擾（ISI）。圖2展示了接收器波形和相應眼圖，差分對的插入損耗引起的抖動非常顯著。

圖2：由插入損耗引起的信號劣化

TI均衡器如何能解決這種信號劣化問題

上述信號劣化的根本問題是由不等振幅的脈沖（這些脈沖振幅是低通濾波器產生的）導致的。該問題的解決方案是對信號衰減進行抵消，其目標是實現相等的脈沖振幅。均衡器是一種經過專門設計的高通濾波器，其傳遞函數等于互連部分低通濾波器傳遞函數的倒數。有許多常見的均衡器實施方案。您可使用高增益的連續時間線性均衡器（CTLE）, 高頻率下可提供的增益較多，在低頻率下可提供的增益較少。或者，您也可使用在低頻率下產生衰減的高通濾波器，這種濾波器在許多去加重驅動器設計中通常用作發射端均衡器。另外，還有很多數字實現方案，如重定時器中使用的有限脈沖響應濾波器（FIR）或判決反饋均衡器（DFE）。

圖3展示了具有CTLE的TI DS125BR800A，可消除由互連部分引起的ISI抖動。通過選擇與互連部分的插入損耗特性相匹配的適當均衡量，該Repeater可清除ISI抖動并在接收信息的目的端提供干凈的數據眼圖。

圖3：CTLE Repeater中繼器可消除ISI

德州儀器（TI）的信號調理器件產品組合豐富多樣，使您能補償插入損耗給差分信號帶來的影響并滿足許多常見通信協議的需要。

其它資源

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