預加重

預加重技術，Serdes預加重，本文涉及以下幾個問題：

1,：什麼是預加重？

2：用在什麼地方？

3：為什麼要預加重？

4：怎樣預加重

5：最後

1：什麼是預加重：

預加重技術是在資料向信道傳輸前為了減少碼間串擾對資料傳輸電壓上的一種預處理，有加重和去加重兩種；

2：用在什麼地方：

預加重常用在Serdes傳輸上。而Serdes傳輸技術又用在很重要的Pcie，Srio，Rapid I/O，以太網上。

3：為什麼要預加重：

傳輸的信号在經過無源信道時會受到一些列的幹擾，如高斯白噪聲。在高速信号傳輸中最需要關心的趨膚效應，媒體損耗。媒體的阻抗，信号反射，會導緻碼間串擾（ISI），最後在接收端進行信号門限判決時會出錯，資訊不能有效傳遞。

趨膚效應：交變電流(alternating electric current, AC)通過導體時，由于感應作用引起導體截面上電流分布不均勻，愈近導體表面電流密度越大。這種現象稱“趨膚效應”。趨膚效應使導體的有效電阻增加。頻率越高，趨膚效應越顯著。當頻率很高的電流通過導線時，可以認為電流隻在導線表面上很薄的一層中流過，這等效于導線的截面減小，電阻增大。

媒體損耗：絕緣材料在電場作用下，由于媒體電導和媒體極化的滞後效應，在其内部引起的能量損耗叫媒體損耗。在交變電場作用下，電媒體内流過的電流相量和電壓相量之間的夾角叫做媒體損耗角，該角的正切值稱為媒體損耗因素。在高速信号傳輸中，信号的高頻分量衰減要比低頻分量的衰減大很多，傳輸線路表現出來的特性像一個低通濾波器。如下圖所示。

在低速模型中往往忽略傳輸線上的電容和電感，但是高速下傳輸線上的電容電阻和電感就必須考慮了，因為信号變化的速率比較接近其時間常數的量級。下圖是傳輸線的電學模型。

上圖的模型是一個二階電路，為了定性分析簡化一下模型，如下一個簡單的RC電路

可知C兩端電壓在理想狀态下信号從0調到1，也就是低電平到高電平時這是一個零狀态響應。通過三要素法Vc（∞）= Vin，Vc（0+）= 0，時間常數τ為RC，帶入：f(t) = f(∞) + [ f(0+) – f(∞)*e  ^(-t/τ) ]，得到V（t）= Vin（1 – e^(-t/RC) ）下圖可以看到當達到2τ時間時接收端的電壓才達到對應發送端電壓的86.5%，是以電路中的電壓，電流并不是和發送端成離散的狀态，通常在發送資料時不希望長連0或者長連1，這樣不利于serdes的時鐘恢複，是以在發送端加擾0和1之間跳變會很頻繁。事實上發送端信号也不可能是完全的離散值，原因也是發送端也不是理想模型但是卻比傳輸線上要好一些。

當信号從高到低，同理也不是理想的，也是經過一個放電過程，具體分析同上類似，可以得到一個數字信号從1到0的一個放電過程圖如下

4：怎樣預加重(Pre-emphasis)：

• 預加重

前面已經介紹過了，信号傳輸線表現出來的是低通濾波特性，傳輸過程中信号的高頻成分衰減大，低頻成分衰減少。預加重技術的思想就是在傳輸線的始端增強信号的高頻成分，以補償高頻分量在傳輸過程中的過大衰減。我們知道，信号頻率的高低主要是由信号電平變化的速度決定的，是以信号的高頻分量主要出現在信号的上升沿和下降沿處，預加重技術就是增強信号上升沿和下降沿處的幅度。如下圖所示。

• 去加重(De-emphasis)：

去加重技術的思想跟預加重技術有點類似，隻是實作方法有點不同，預加重是增加信号上升沿和下降沿處的幅度，其它地方幅度不變；而去加重是保持信号上升沿和下降沿處的幅度不變，其他地方信号減弱。如下圖所示。

去加重補償後的信号擺渡比預加重補償後的信号擺幅小，眼圖高度低，功耗小，EMC輻射小。

5：最後

       這是最近在看serdes時看到的一個技術，并了解了一下，參考資料聯系電路一些知識做了一些小總結。在進行FPGA設計後要進行實際的調試，但往往實際要注意的一些因素我們并在設計分析中沒有考慮，這就常常導緻bug，需要我們去定位解決。在排查問題時如果對每一個過程能有一定的了解，有時并不需要很深入，但卻能大大減少工作量，不至于無從下手，而查到問題知道其中原理并針對優化和改進則是最後成功的不二法門。

以上内容參考：《輕松實作高速串行I/O》

https://www.sohu.com/a/207319927_465219