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数字信号的预加重(Pre-emphasis)

如前所述，很多常用的电路板材料或者电缆在高频时都会呈现出高损耗的特性。目前的高速串行总线速度不断提升，使得流行的电路板材料达到极限从而对信号有较大的损耗，这可能导致接收端的信号极其恶劣以至于无法正确还原和解码信号，从而出现传输误码。如果我们观察高速的数字信号经过长的传输通道传输后到达接收端的眼图，它可能是闭合的或者接近闭合的。因此工程师可以有两种选择：一种是在设计中使用较为昂贵的电路板材料；另一种是仍然沿用现有材料，但采用某种技术来补偿传输通道的损耗影响。考虑到在高速率的情况下低损耗的电路板材料和电缆的成本过高，我们通常会优先尝试相应的信号补偿技术，预加重(Pre-emphasis)和均衡就是高速数字电路中常用的两种信号补偿技术。
对于一个数字信号，要进行可靠的0、1信号传输，就必须满足一定的电平、幅度、时序等标准的要求。通信数字信号测试联系人

我们经常使用到的总线根据数据传输方式的不同，可以分为并行总线和串行总线。

并行总线是数字电路中早也是普遍采用的总线结构。在这种总线上，数据线、地址线、控制线等都是并行传输，比如要传输8位的数据宽度，就需要8根数据信号线同时传输；如果要传输32位的数据宽度，就需要32根数据信号线同时传输。除了数据线以外，如果要寻址比较大的地址空间，还需要很多根地址线的组合来不同的地址空间。图1.7是一个典型的微处理器的并行总线的工作时序，其中包含了1根时钟线、16根数据线、16根地址线以及一些读写控制信号。 通信数字信号测试联系人数字信号是由“0”和“1”。

简单的去加重实现方法是把输出信号延时一个或多个比特后乘以一个加权系数并和 原信号相加。一个实现4阶去加重的简单原理图。

去加重方法实际上压缩了信号直流电平的幅度，去加重的比例越大，信号直流电平被压缩得越厉害，因此去加重的幅度在实际应用中一般很少超过-9.5dB。做完预加重或者去加重的信号，如果在信号的发送端(TX)直接观察，并不是理想的眼图。图1.31所示是在发送端看到的一个带-3.5dB预加重的10Gbps的信号眼图，从中可以看到有明显的“双眼皮”现象。

反映的是一个5Gbps的信号经过35英寸的FR-4板材传输后的眼图，以及经过CTLE均衡后对眼图的改善。

FFE均衡的作用基本上类似于FIR(有限脉冲响应)滤波器，其方法是根据相邻比特的电压幅度的加权值进行当前比特幅度的修正，每个相邻比特的加权系数直接和通道的冲激响应有关。下面是一个三阶FFE的数学描述：

e(t)=cor(t-(0Tp))+cir(t-(1Tp))+czr(t-(2Tp))

式中，e(t)为时间t时的电压波形，是经校正(或均衡)后的电压波形；Tp为时间延迟(抽头的时间延迟);r(t-nTp)为距离当前时间n个抽头延迟之前的波形，是未经校正(或均衡)的波形；c,为校正系数(抽头系数)。 数字信号上升时间是示波器中进行上升时间测量例子，光标交叉点指示出上升时间测量的起始点和结束点的位置；

预加重是一种在发送端事先对发送信号的高频分量进行补偿的方法，这种方法的实现是通过增大信号跳变边沿后个比特(跳变比特)的幅度(预加重)来完成的。比如对于一个00111的比特序列来说，做完预加重后序列里个1的幅度会比第二个和第三个1的幅度大。由于跳变比特了信号里的高频分量，所以这种方法实际上提高了发送信号中高频信号的能量。在实际实现时，有时并不是增加跳变比特的幅度，而是相应减小非跳变比特的幅度，减小非跳变比特幅度的这种方法有时又叫去加重(De-emphasis)。图1.26反映的是预加重后信号波形的变化。

对于预加重技术来说，其对信号改善的效果取决于其预加重的幅度的大小，预加重的幅度是指经过预加重后跳变比特相对于非跳变比特幅度的变化。预加重幅度的计算公式如图1.27所示。数字总线中经常使用的预加重有3.5dB、6dB、9.5dB等。对于6dB的预加重来说，相当于从发送端看，跳变比特的电压幅度是非跳变比特电压幅度的2倍。 数字信号取值是散的，通过数学方法对原有信号处理，编码成二进制信号后，再载波的方式发送编码后的数字流。通信数字信号测试联系人

数字信号处理中的基础运算；通信数字信号测试联系人

数字信号基础单端信号与差分信号(Single-end and Differential Signals)

数字总线大部分使用单端信号做信号传输，如TTL/CMOS信号都是单端信号。所谓单端信号，是指用一根信号线的高低电平的变化来进行0、1信息的传输，这个电平的高低变化是相对于其公共的参考地平面的。单端信号由于结构简单，可以用简单的晶体管电路实现，而且集成度高、功耗低，因此在数字电路中得到的应用。是一个单端信号的传输模型。

当信号传输速率更高时，为了减小信号的跳变时间和功耗，信号的幅度一般都会相应减小。比如以前大量使用的5V的TTL信号现在使用越来越少，更多使用的是3.3V/2.5V/1.8V/1.5V/1.2V的LVTTL电平，但是信号幅度减小带来的问题是对噪声的容忍能力会变差一些。进一步，很多数字总线现在需要传输更长的距离，从原来芯片间的互连变成板卡间的互连甚至设备间的互连，信号穿过不同的设备时会受到更多噪声的干扰。更极端的情况是收发端的参考地平面可能也不是等电位的。因此，当信号速率变高、传输距离变长后仍然使用单端的方式进行信号传输会带来很大的问题。图1.12是一个受到严重共模噪声干扰的单端信号，对于这种信号，无论接收端的电平判决阈值设置在哪里都可能造成信号的误判。
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