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均衡器CTLE的原理、特點及作用

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CTLE是什麽?上篇文章也提到了,直白的翻譯為連續時間線性均衡。它是在接收端芯片上的一種技術。之前也提到了,CTLE的作用可以在傳輸損耗較大的鏈路,有效的改善接收端眼圖的性能。

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對於有過高速串行信號仿真經驗的同行來說,最經常看到它的地方是IBIS-AMI的模型,以XILINX的V7芯片的ibis-ami模型為例,一般有以下對CTLE的描述:

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很多初學的同行在對接收端的模型進行參數調節的時候,是不是一看到了“AUTO”的字眼,就馬上選上,然後靜靜的等著之前閉合的接收端眼圖慢慢張開,然後就會在結論中給出“接收端模型采用AUTO的自適應均衡即可滿足要求”。的確,軟件就是軟件,做得越自動化越能提高仿真的效率,軟件對CTLE的自動算法,的確能在確定通道頻域特性的情況下優化出CTLE的響應,使得RX的接收頻域特性達到最優,這樣的話,時序和頻域的波形就會變好了。

但是,如果真的要問CTLE為什麽能使原本閉合的眼圖張開,或者上述ibis-ami模型關於CTLE的參數是什麽意思,均衡器CTLE的原理是什麽,這可能會難倒相當一部分人吧。好吧,我們喜歡從結果出發,那就先來看看加入CTLE後的效果吧。

我們選擇PCIE3.0協議的CTLE模型進行探討,該模型的描述如下所示:

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看到它實際上是頻率和(幅度)dB值的關系曲線,我們先不管它的作用,先通過數學對下面的公式分析下:

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首先我們知道,當s=0時,H(0)=ADC,也就是當頻率為0的時候也就是直流的時候,實際上幅度是一個負的增益(常數),當頻率在一個比較高(趨向無窮大)時,H為趨向於負無窮大;實際上曲線變化頻段的部分是由公式上兩個pole點來控制,我們一般稱為極點或者peak點。根據該公式的數學運算,在兩個pole點之間會出現該曲線的一個最大值。這樣我們就通過增益,零點,極點來定義了一個頻域響應了。

因此CTLE曲線就是一個在低頻時增益衰減為常數,然後隨著頻率升高慢慢衰減變小,但是過了一個較高頻率之後,衰減又開始慢慢變大的效果。其實我們想利用的頻段是前兩部分:在低頻時候常數增益衰減,然後隨著頻率升高慢慢衰減變小的頻段。然後我們能下這麽一個結論,實際上,在起作用的頻段內,CTLE是一個高通濾波器。

那我們來看看CTLE對於通道的作用吧。



當PCIE3.0的傳輸通道達到如下損耗時,接收端眼圖已經全部閉合。

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然後我們加入一個-12db-ADC的CTLE均衡,眼圖變成了下面的樣子。

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這時我們再去關註RX端的頻率響應,加入CTLE前後的RX端損耗對比如下:

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想不到有均衡之後的接收端損耗曲線竟然全頻段都在無CTLE均衡的下面,說明均衡後的損耗總體都比無均衡的要差。

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