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有效回波损耗到底是什么?(第1部分)

时间:2019-07-02 作者:Ransom Stephens 阅读:
还记得振铃吗?也就是由反射引起的、会影响信号质量的振荡?想当年我们可以假设信号在芯片之间传输是瞬时完成的,在那时,这个问题可以通过阻抗匹配,或等待它们稳定下来来解决。但现在……

还记得振铃吗?也就是由反射引起的、会影响信号质量的振荡?想当年我们可以假设信号在芯片之间传输是瞬时完成的,在那时,这个问题可以通过阻抗匹配(在MHz频率时也不是个什么大问题),或等待它们稳定下来来解决(图1)。

effectivereturnloss-1.png

图1:反射在上升沿处产生振铃。

我也不记得那些日子了。毫无疑问,光的速度有限。那时和现在的区别在于,无论是非归零(NRZ)还是四电平脉冲幅度调制(PAM4)信号,它从发射器传输到接收器,然后从接收器反射回发射器,然后又从发射器反射到接收器所花的时间,远小于码元的单位时间间隔(UI)。

在电子工程术语中,发射器到接收器的通路是传输线,它和电容器、电感器或电阻器一样,都是基本的网络元件。56Gbaud信号的UI小于20ps,即在典型的PCB中相当于约3mm长。任何超过几厘米长的通道都可以作为此信号的传输线。

可以这样想:发射器和接收器引脚上的阻抗不匹配,以及它们之间的连接器、过孔和其他不连续会引起反射。如果发射器和接收器之间的距离是1英寸(即2.54cm),则对于56Gbaud信号,它们之间的群延迟约为8.5个UI。码元会在接收器处发生反射,经历8.5个UI传回到发射器,然后又会经历下一次反射,经过8.5个UI传送到接收器。由于往返时间是17个UI,因此初始码元在经历17个UI传输后,会因反射而发生衰减。采用17抽头判决反馈均衡(DFE),则可以在码元进入解码器/限幅器之前很好地整理这些反射。

由于有插入损耗以及任何反射都不会完全,因此后续反射的振幅会越来越小。

RL(f)(回波损耗,与频率呈函数关系)和IL(f)(插入损耗)分别由差分散射参数Sdd22和Sdd21所给定。Sdd22用来衡量总反射信号能量。S参数掩模已使用多年,用来指定最大允许的RL(f)和IL(f),但它们没有考虑均衡的影响(图2)。

effectivereturnloss-2.jpg

图2. PAM4 28Gbaud典型应用所用(a)RL(f)和(b)IL(f)掩模。图片由Ransom的笔记提供。

下面来看有效回波损耗(ERL),这个数量是由Samtec公司的杰出工程师Rich Mellitz在802.3cd(50/100/200/400千兆以太网)中所提出。ERL以与信道工作裕量(COM)类似的方式,将回波损耗与均衡效应(尤其是DFE),以及发射器噪声和接收器频率响应合并到了与信噪比类似的品质因数中。

与COM类似,ERL做了两件事:(1)它提供了灵活的设计参数空间,工程师可以利用它来优化整体系统设计,因此可以用不同的设计元素适应不同的信号损伤,同时确保合规元件能够进行互操作;(2)它把简单易懂的测量方法和要求转化成了非常复杂的品质因数——要想理解这是什么,就得阅读本文的第2部分

原文链接为《What’s effective return loss, anyway? (Part 1)》,由赵明灿编译。

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Ransom Stephens
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