1.3.5 发送预加重技术

1.发送预加重技术原理

由于传输线具有低通滤波的特殊性质，在背板上传输高速信号势必会对信号产生衰减，特别是趋肤效应和电介质损耗的影响尤其明显。趋肤效应存在以下现象：随着频率的增加，大部分电流将集中于外部导体上。由趋肤效应所引起的损耗与频率的平方根、走线的宽度和高度成正比。介电损耗是由板电介质热损耗所引起的，且随着频率线性的增加，导致在较高频率上，介电损耗成为一个无法忽略的问题。传输信号的损耗和衰减对信号的完整性造成很大影响，表现为在传输线中信号沿的斜率变缓，导致码元宽度变宽，在接收端接收到的信号幅度下降，抖动增加，从而导致信号眼图趋于闭合，造成接收端无法识别信号，误码率上升。图1-22为串行数据经过传输损耗后的信号眼图，信号眼图的眼高很低，表明信号抖动很大，从而导致接收数据的误码率很高。

发送预加重技术是高速传输数据时常用的一种技术，预加重前后效果如图1-23 所示。在发送端，通过增加一串相同符号中首位符号的输出级，降低随后符号的输出级，来预先抬高输出信号频谱中的高频分量，补偿传输通道的低通滤波效应。

预加重电路的信号波形如图1-24所示。在传输信号发生跳变时，预加重电路可以对信号进行一定量的过驱动，使得信号摆幅明显增加；而当信号中出现连续的相同数值时，在第一位进行过驱动后，后面连续相同的位减小驱动电流，导致信号电平摆幅减小。因为信号中的高频分量一般会存在于跳变沿，在信号发生跳变时对其进行过量驱动就会增加高频分量，而信号出现连续相同数值时通过减少信号摆幅衰减了低频分量，因此预加重电路既可以放大高频部分，同时可以衰减低频部分。

2.发送预加重实现方法简介

发送预加重技术主要是通过采用多抽头的有限冲激响应（FIR）均衡滤波器来实现的。二阶预加重的工作原理图如图1-25 所示，x（n）为原始输入信号，y（n）为预加重后的输出信号。二阶预加重电路首先对原始输入信号进行延迟反相处理，产生另外一个信号量，称为预加重激励信号。预加重激励信号是原始输入信号的反相，且在时域上产生一个单位时间的延迟，通过预加重系数 b₀和 b₁进行调节。原始输入信号和激励信号首先转换为一定大小的电流，再将两电流累加后转换为电压，最终得到经过预加重处理的信号。预加重处理前、后的信号如图1-26所示。

预加重技术是克服信号在传输线中损耗的有效方法，但是过强的预驱动强度会产生电磁干扰（EMI），增大了邻近通道上的串扰，因此需要对预加重的比率进行合理设置。同时，不同的信号通道对高频信号的衰减程度不同，预加重的幅度就会不同。过度加重往往会降低接收信号的质量，效果反而会适得其反。不同的信道损耗补偿需要不同程度的信号预加重，为了能够适应多种信号通道的特性，预加重功能一般都支持可编程模式。如图1-27为 Xilinx Virtex-6 GTX收发器结构中就设置了参数可编程的预加重单元电路，通过配置不同的 TXPOSTEMPHASIS、TXPREEMPHASIS 和 TXDIFFCTRL 参数对传输信号进行不同的预加重处理。