8.2 TI 高精度实验室 - 信号调节：线性和有限Redriver有什么区别？

大家好，欢迎来到 TI 高精度实验室。

在本系列课程中，我们 将特别关注两种类型的

转接驱动器：线性转接 驱动器和限幅转接驱动器。

这两种类型的 器件可应用于

任何差分高速接口

应用。

在我们开始 本演示之前，

如果您还不熟悉 信号调节基础知识，

请先回顾视频 “信号调节简介”。

同样，如果您不熟悉 DisplayPort 链接训练

和 USB 等内容，请回顾视频 “DisplayPort 是什么”和

“USB 转接驱动器是什么”。

我们在上一节课程 “信号调节器是什么”

讨论过，高速传输系统

包括 TX 和 RX。

发送器和接收器 之间的传输介质

可以是布线、 连接器和电缆。

在传输介质上 保持这些高速

信号的信号完整性 非常重要，但这极具

挑战性。

当一个多千兆位 信号通过传输介质时，

会有许多因素导致信号

完整性下降。

通过使用信号 调节器，可以解决

或减轻信号 完整性下降的问题。

由于随机抖动的 无界性，不可能

消除所有由 抖动引起的误差。

但可以实现目标

误码率 (BER)。

像转接驱动器或重定时器 这样的信号调节器可帮助

校正抖动问题， 从而实现目标 BER。

信号调节器的用例

包括扩展器件工作范围

以满足系统 外形尺寸要求

并校正器件的缺陷。

转接驱动器是 一种信号调节器。

简单地说，转接驱动器

是一种模拟组件，

它通过接收器端的 均衡器函数来补偿

衰减信号。

RX 均衡器 除了可以补偿

输入侧与频率 相关的通道损耗外，

还可以选择性 向发送器提供

线性均衡以补偿 输出侧的通道损耗。

当通道损耗 得到适当补偿后，

系统便可以在同步 接收器上产生兼容信号。

转接驱动器只有 在通过其均衡器函数

适当补偿通道损耗后，

才能清除与码间串扰或 ISI 相关的确定性抖动。

任何欠均衡 或过均衡都会

导致额外的 确定性抖动。

此外，任何随机 且与 ISI 不相关的

确定性抖动都将 从转接驱动器输入

传递到输出。

转接驱动器可以 进一步分为两种类型：

线性转接驱动器和 非线性转接驱动器。

非线性转接驱动器 也称为限幅转接驱动器。

如果在一定输入 或输出振幅范围内，

线性转接驱动器的 输出信号振幅是其输入

信号振幅的 近似线性函数，

而与输出形状无关，

则在此输入和输出振幅 范围内，该转接驱动器可称为

线性转接驱动器。

在线性区中， 输出与输入信号

振幅的关系图 呈现为一条直线。

均衡增益决定 这条直线的斜率。

斜率越大，增益越大。

输入和输出的 线性关系一直

持续到出现 某一输入振幅。

一旦线性区到达某一

输入振幅，压缩区

就会标记线性 区域的终点。

在压缩区内，输出保持

稳定，与输入振幅

无关。

线性转接驱动器 实际上是信号路径中的

无源元件，它提供 与频率相关的增益，

而不是与频率 相关的损耗。

如果信号处于 线性范围内，

线性转接驱动器就会像

无源通道一样 准确地传递源

信号的所有电特性。

转接驱动器不能 解决系统中的反射

和串扰问题。

反射和串扰 从输入传递到

输出。

线性转接驱动器 还会放大主信号的

串扰，因此不会

提高信噪比。

当输出信号振幅 在相当大的振幅范围内

是输入信号的 非线性函数时，

该转接驱动器称为 非线性或限幅转接

驱动器。

限幅转接驱动器

具有包含附加 特性的发送器，

这些附加特性 使信号输出与输入信号

呈非线性关系。

这些特性通常是 输出摆幅控制和

输出去加重控制。

去加重控制可用于补偿

输出通道的损耗。

在此示例中， 我们可以看到

TX 发送均衡 功能通过摆幅控制，

输出一个固定的 1V

差分电压摆幅峰峰值和 三个可选的去加重功能设置，

分别为 0dB、 3.5db 和负 9db。

跳变位是指前一位与

当前位之间 存在差异的位。

出现跳变时，信号

会包含高频分量。

连续位是指前一位与

当前位之间 不存在差异的位，

因此它包含低频分量。

由于损耗随数据 速率的增加而增加，

因此有较高频率分量的

跳变位的衰减 将比有低频分量的

连续位的衰减更大。

高频和低频分量 之间的这种损耗

差异导致相邻 符号相互干扰。

这称为码间 串扰或 ISI。

输出预加重 和/或去加重功能

可用于补偿 ISI。

在跳变位上使用预加重

可用来增强 信号的高频分量。

去加重功能用于衰减

信号的连续位或低频

分量。

预加重和去加重 功能的工作原理

均是最大限度地 减小信号高频和低频

分量之间的损耗差。

DisplayPort 链路训练用于补偿 DP 源

和 DP 同步之间的

信号完整性。

补偿是根据 同步请求更改

DP 源振幅和 预加重电平来实现的。

使用线性转接 驱动器的一个优点是，

利用其保持源的 振幅和预加重功能，

将来自源、线性 转接器和同步的

整个通道都包含在

链路训练中。

因此，线性转接驱动器不会 干扰 DisplayPort

链接训练。

限幅转接驱动器 具有自己的振幅

和预加重功能，它会破坏通道 并干扰 DisplayPort

链接训练。

针对 USB 3.1， 线性转接驱动器可以接受

一定量的过均衡。

如果摆幅处于线性 转接驱动器线性范围内，

则过均衡可有效作为

发送器的预加重功能。

这样可以优化 USB 所需的

长/短通道支持。

但对于限幅转接驱动器， 这种过均衡会产生未校正的

抖动。

与线性转接驱动器 相比，限幅转接驱动器

也有一些优势。

由于线性转接驱动器的 输出是其输入的函数，

因此，线性转接 驱动器要求其输入侧

源信号直流电平 需符合工业规范。

另一方面，对于 限幅转接驱动器，

输出与其接收的 输入没有函数关系。

即使源信号 本身不符合规范，

也可调整限幅 转接驱动器的

输出电压摆幅和 去加重或预加重功能，

从而符合 特定的行业规范。

我们来通过小测验， 回顾一下上述内容。

判断对错。

转接驱动器可以 清除随机抖动。

答案是错。

转接驱动器只能清除 与确定性抖动相关的

码间串扰。

判断对错。

线性转接驱动器的

信号输出是 输入的线性函数。

对。

在一定的输入和 输出振幅范围内，

线性转接驱动器的 输出信号振幅是其

输入信号振幅的 近似线性函数。

判断对错。

转接驱动器 与重定时器相同。

答案是错。

转接驱动器 是一种模拟组件，

它通过其 接收器侧的均衡器函数

为衰减信号提供补偿，

而重定时器是 混合信号器件，

包括用于补偿 确定性抖动和

随机抖动的均衡函数 和时钟数据恢复函数，

用于向下游 发送完整信号。

判断对错。

限幅转接驱动器具有 TX SWING VOD

和去加重或预加重控制。

答案是对。

这些附加特性 使输出信号与

输入信号呈非线性关系。

请务必访问我们的 E2E 支持论坛，网址为 ti.com/e2e，

我们会在论坛 帮助回答有关

使用线性和 限幅转接驱动器等

信号调节接口技术 进行设计的问题。

大家好，欢迎来到 TI 高精度实验室。

在本系列课程中，我们 将特别关注两种类型的

转接驱动器：线性转接 驱动器和限幅转接驱动器。

这两种类型的 器件可应用于

任何差分高速接口

应用。

在我们开始 本演示之前，

如果您还不熟悉 信号调节基础知识，

请先回顾视频 “信号调节简介”。

同样，如果您不熟悉 DisplayPort 链接训练

和 USB 等内容，请回顾视频 “DisplayPort 是什么”和

“USB 转接驱动器是什么”。

我们在上一节课程 “信号调节器是什么”

讨论过，高速传输系统

包括 TX 和 RX。

发送器和接收器 之间的传输介质

可以是布线、 连接器和电缆。

在传输介质上 保持这些高速

信号的信号完整性 非常重要，但这极具

挑战性。

当一个多千兆位 信号通过传输介质时，

会有许多因素导致信号

完整性下降。

通过使用信号 调节器，可以解决

或减轻信号 完整性下降的问题。

由于随机抖动的 无界性，不可能

消除所有由 抖动引起的误差。

但可以实现目标

误码率 (BER)。

像转接驱动器或重定时器 这样的信号调节器可帮助

校正抖动问题， 从而实现目标 BER。

信号调节器的用例

包括扩展器件工作范围

以满足系统 外形尺寸要求

并校正器件的缺陷。

转接驱动器是 一种信号调节器。

简单地说，转接驱动器

是一种模拟组件，

它通过接收器端的 均衡器函数来补偿

衰减信号。

RX 均衡器 除了可以补偿

输入侧与频率 相关的通道损耗外，

还可以选择性 向发送器提供

线性均衡以补偿 输出侧的通道损耗。

当通道损耗 得到适当补偿后，

系统便可以在同步 接收器上产生兼容信号。

转接驱动器只有 在通过其均衡器函数

适当补偿通道损耗后，

才能清除与码间串扰或 ISI 相关的确定性抖动。

任何欠均衡 或过均衡都会

导致额外的 确定性抖动。

此外，任何随机 且与 ISI 不相关的

确定性抖动都将 从转接驱动器输入

传递到输出。

转接驱动器可以 进一步分为两种类型：

线性转接驱动器和 非线性转接驱动器。

非线性转接驱动器 也称为限幅转接驱动器。

如果在一定输入 或输出振幅范围内，

线性转接驱动器的 输出信号振幅是其输入

信号振幅的 近似线性函数，

而与输出形状无关，

则在此输入和输出振幅 范围内，该转接驱动器可称为

线性转接驱动器。

在线性区中， 输出与输入信号

振幅的关系图 呈现为一条直线。

均衡增益决定 这条直线的斜率。

斜率越大，增益越大。

输入和输出的 线性关系一直

持续到出现 某一输入振幅。

一旦线性区到达某一

输入振幅，压缩区

就会标记线性 区域的终点。

在压缩区内，输出保持

稳定，与输入振幅

无关。

线性转接驱动器 实际上是信号路径中的

无源元件，它提供 与频率相关的增益，

而不是与频率 相关的损耗。

如果信号处于 线性范围内，

线性转接驱动器就会像

无源通道一样 准确地传递源

信号的所有电特性。

转接驱动器不能 解决系统中的反射

和串扰问题。

反射和串扰 从输入传递到

输出。

线性转接驱动器 还会放大主信号的

串扰，因此不会

提高信噪比。

当输出信号振幅 在相当大的振幅范围内

是输入信号的 非线性函数时，

该转接驱动器称为 非线性或限幅转接

驱动器。

限幅转接驱动器

具有包含附加 特性的发送器，

这些附加特性 使信号输出与输入信号

呈非线性关系。

这些特性通常是 输出摆幅控制和

输出去加重控制。

去加重控制可用于补偿

输出通道的损耗。

在此示例中， 我们可以看到

TX 发送均衡 功能通过摆幅控制，

输出一个固定的 1V

差分电压摆幅峰峰值和 三个可选的去加重功能设置，

分别为 0dB、 3.5db 和负 9db。

跳变位是指前一位与

当前位之间 存在差异的位。

出现跳变时，信号

会包含高频分量。

连续位是指前一位与

当前位之间 不存在差异的位，

因此它包含低频分量。

由于损耗随数据 速率的增加而增加，

因此有较高频率分量的

跳变位的衰减 将比有低频分量的

连续位的衰减更大。

高频和低频分量 之间的这种损耗

差异导致相邻 符号相互干扰。

这称为码间 串扰或 ISI。

输出预加重 和/或去加重功能

可用于补偿 ISI。

在跳变位上使用预加重

可用来增强 信号的高频分量。

去加重功能用于衰减

信号的连续位或低频

分量。

预加重和去加重 功能的工作原理

均是最大限度地 减小信号高频和低频

分量之间的损耗差。

DisplayPort 链路训练用于补偿 DP 源

和 DP 同步之间的

信号完整性。

补偿是根据 同步请求更改

DP 源振幅和 预加重电平来实现的。

使用线性转接 驱动器的一个优点是，

利用其保持源的 振幅和预加重功能，

将来自源、线性 转接器和同步的

整个通道都包含在

链路训练中。

因此，线性转接驱动器不会 干扰 DisplayPort

链接训练。

限幅转接驱动器 具有自己的振幅

和预加重功能，它会破坏通道 并干扰 DisplayPort

链接训练。

针对 USB 3.1， 线性转接驱动器可以接受

一定量的过均衡。

如果摆幅处于线性 转接驱动器线性范围内，

则过均衡可有效作为

发送器的预加重功能。

这样可以优化 USB 所需的

长/短通道支持。

但对于限幅转接驱动器， 这种过均衡会产生未校正的

抖动。

与线性转接驱动器 相比，限幅转接驱动器

也有一些优势。

由于线性转接驱动器的 输出是其输入的函数，

因此，线性转接 驱动器要求其输入侧

源信号直流电平 需符合工业规范。

另一方面，对于 限幅转接驱动器，

输出与其接收的 输入没有函数关系。

即使源信号 本身不符合规范，

也可调整限幅 转接驱动器的

输出电压摆幅和 去加重或预加重功能，

从而符合 特定的行业规范。

我们来通过小测验， 回顾一下上述内容。

判断对错。

转接驱动器可以 清除随机抖动。

答案是错。

转接驱动器只能清除 与确定性抖动相关的

码间串扰。

判断对错。

线性转接驱动器的

信号输出是 输入的线性函数。

对。

在一定的输入和 输出振幅范围内，

线性转接驱动器的 输出信号振幅是其

输入信号振幅的 近似线性函数。

判断对错。

转接驱动器 与重定时器相同。

答案是错。

转接驱动器 是一种模拟组件，

它通过其 接收器侧的均衡器函数

为衰减信号提供补偿，

而重定时器是 混合信号器件，

包括用于补偿 确定性抖动和

随机抖动的均衡函数 和时钟数据恢复函数，

用于向下游 发送完整信号。

判断对错。

限幅转接驱动器具有 TX SWING VOD

和去加重或预加重控制。

答案是对。

这些附加特性 使输出信号与

输入信号呈非线性关系。

请务必访问我们的 E2E 支持论坛，网址为 ti.com/e2e，

我们会在论坛 帮助回答有关

使用线性和 限幅转接驱动器等

信号调节接口技术 进行设计的问题。