解决背板互连中信号完整性问题的两种方案

图2：背板方案-有源均衡可以在低延迟的条件下高质量恢复劣化数据。

图1显示了最大的数据路径长度约24英寸的背板上典型信号劣化情况，24英寸的长度中，14英寸为背板自身的长度。图中显示的波形来自于传统的背板，而不是设计用于数据运行速率高达2.5Gbps的背板。如上面所显示，大多数的信号完整性问题可以采用简单的有源均衡方法解决。在一般的应用中，有源均衡可以去除高达80%的抖动。


有源均衡器可以看成是一个无源均衡器(滤波器)和一个放大器的集成。通过适当的处理，可以得到能几乎消除有损线路影响的电路。最终电路的延时一般非常低，低于一个纳秒，这意味着对总体的系统延时产生的影响最小。滤波器和放大器的特性可以做成可调节，以使均衡器特性能更好地匹配链路特性。


在这样一个异步电路中，片上PLL不会增加抖动，因此不会影响到链路的随机抖动预算。而且，因为均衡特性并不受特定的时钟速率约束，因此设置不需要随数据速率而改变，而仅仅是传输路径的函数。


可编程有源均衡器避免了信号处理的复杂性和自适应均衡器方案的功耗，可以设计用来产生在很宽范围的抖动条件下几乎平坦的响应。在很多情况下，自适应均衡器依赖于一些信号假设特性，例如数据速率或者编码，将给定电路的适应性限制到某些信号 类型。在一些情况下还需要同步采样，这意味着需要采用一个参考时钟、一个时钟和数据恢复电路以及高速采样电路。


同时具有输出预加重和输入均衡对于均衡器只能安装在通信链路的一端的情况非常有用。尽管两个方法大致上等同，一个好的均衡电路设计可以需要很少的调整就能得到最佳的结果。而且，输出预加重就是大大增强信号的高频部分，这会增加串绕噪声。


图2显示了相对于早先图中相同的背板而言信号所产生的变化，图中在链路的接收端增加了一个有源滤波器(Vitesse VSC7104)。注意到在背板的每个点上接收的均衡信号实质上是相同的，这表明了有源均衡器的抖动平衡能力。


对于信号劣化主要是由于决定于PCB或者电缆损耗以及连接器的非连续性问题而产生的情况，可编程有源均衡器提供了一种简单、低成本、低功率、低延时，且非常灵活的解决方案。


由于具有小的形状因子、低成本、低功率特点，有源均衡器IC可以最佳地放置在信号通路上。例如，可以用一连串这样的IC放置在插入到背板上的端口卡上的连接器附近，不仅改善整体信号，还中断了信号路径以扩大最大的覆盖距离。


方案二：使用时钟数据恢复


尽管基于铜线互联系统信号的劣化主要是由于字符间干扰(确定性的抖动)组成，但是串扰和随机抖动这两类信号劣化可能需要进一步的解决措施。
图3：利用基于CDR的EQ技术在从未知来源的光纤传输后恢复信号。

在隔离较差的设计中，来自临近信号的耦合将增加抖动，这个抖动与被恢复信号是不相关的。在很多像并行光带这样的光电系统中，光电转换增加了与信号的数据内容无关的随机噪声。去除这些类型的抖动需要利用恢复时钟来对信号重新采样，对于包含时钟和数据恢复的架构就是如此。


在信号劣化主要是由于随机影响引起的情况，清除这种确定性影响并不能为链路增加足够的裕量，需要一种具有时钟和数据恢复的解决方案。这种情况的非常典型的例子是包含了来自PCB印制线的确定性抖动和信号路径的光学部分的随机抖动分量，如图3所示。


像CDR交叉点的VSC32xx系列这样的技术，包括了交叉点切换功能以及VSC310x器件的EQ性能，并增加了每通道CDR容量。通过在片上集成串行解串器、CDR和EQ技术，为OEM提供构建具有最佳系统性能的通信平台需要的全面工具。实际的应用结果显示，结合EQ和CDR技术可以消除背板信道长达1米、低成本电缆长达10米上的确定性和随机性抖动。在数据速率范围在155Mbps到4.25Gbps之间，VSC32xx器件产生低于80皮秒的抖动。

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