3.4 TI 高精度实验室-以太网：25-Gbps以太网数据传输的发射电路优化

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大家好，欢迎观看 TI 高精度实验室视频。

在本系列中， 我们将讨论

25G 以太网 发送器优化。

在后续课程中， 我们将讨论

25G 数据传输的其他方面。

首先，让我们介绍 与发送平衡相关的

关键术语。

此处显示的波形 首先包含位序列

00111。

让我们从左侧的 电压点 V1 开始。

只要存在 0 到 1 或 1 到 0 的

边沿转换，这 之后的位周期 --

例如 V1 和 V4 --

就称为后标。

为了向波形中的 后标分量提供

高频增强， 可将加重

应用到离 转换更远的

后续位。

通过减小 相对于后标

转换位的 非转换位振幅，

即信号的 低频分量，

可以有效地 应用高频增强。

电压点 V2 和 V3 等边沿转换

之前的位 称为前标。

也可以应用 前标去加重功能，

以平衡 传输的信号。

前标和后标 去加重功能

能够让主机系统 使传输的信号

预失真。

目的是在受到 各种信号色散

效应影响的介质上 传输之后，获得平衡的

电信号。

为了计算前标和 后标去加重功能的

分贝值，我们只需 求出后标或前标

电压振幅与 非转换信号

部分振幅的 比率，即 20 乘以

logV3/V2 或 20 乘以 logV1/V2。

此处的图展示了 三抽头有限脉冲

响应滤波器或 FIR 的方框图。

该架构通常 用于以太网

网络行业、 IEEE 规定的

电气接口 和物理接口

以及电信 和无线设备。

FIR 是分立 形式的均衡器。

每个 FIR 抽头传送 经延迟和调节版本的

输入数据。

然后，FIR 通过 将这些抽头信号

重新添加到输出， 使 TX 输出信号

预失真，结果得到 平衡的输出信号。

FIR 滤波器 可用于补偿

信号中的 前标或后标

码间串扰。

现在，我们来重点讨论 由于传输介质而导致的

三种信号损失， 并考察如何通过

优化发送器减少损失。

我们将讨论的第一种 损失是插入损耗。

插入损耗对应于 在信号较高频率

分量上观察到的 相对于较低频率

分量的较高 信号衰减。

左侧的图跟踪了随频率 变化的插入损耗。

请注意，为了 更直观地

比较两个系统， 该图显示了蓝色

10G 线额外的 负 5dB 移动。

在 25 千兆位/秒下， 插入损耗

约为负 15dB。

而对于 10G， 该值为负 3dB，

是前者的五分之一。

因此，需要微调 发送器优化参数，

以避免当信号 发送速度为 25G 等

较高的值时我们 看到的 15dB 损耗。

在补偿插入 损耗方面，

后标增强被证明 是最有效的方法。

我们需要面对 一个现实是，

对于 25 千兆位/秒 数据等高频信号，

信号路径中的

每个元件 --组件着陆垫、 电路板引线、相邻的

信号等 --

都对信号特征 产生了影响。

为了清楚地说明这一点， 我们举一个简单的示例，

如该基本电路 方框图所示。

此处有两个 相邻的交流电源，

每个电源都向 传输线中发送

一个信号，该信号随后 被发送到输出终端。

对于任一信号， 当传输线阻抗

与输出负载电阻 不匹配时，就会发生

反射。

如果传输通道设计 不佳或存在寄生现象，

则可能会导致此类 不良的阻抗变化。

此外，在较高的 信号频率下，

信号更有可能 在相邻的数据

通道之间 发生耦合，

这主要是由 寄生效应导致的。

这种信号 损失现象

称为串扰，使用 大信号摆幅通常

可以补偿发生 损耗的传输介质。

信号反射 可能会

进一步增大 串扰的可能性。

这里我们使用差分 S 参数传递函数，

SDD21，即

几个示例测试 通道的插入损耗图。

我们可以通过该图 得出以下重要结论。

第一个结论是， 尽管该图显示

低于 12 千兆赫兹的 频率具有平滑且

单调的趋势，但该图 在更高的频率下

单调性降低。

第二个结论是 当频率较高时

会出现纹波。

这些现象是 寄生电容和

寄生电感等 寄生效应导致的，

寄生效应在这些较高的 频率下会变得更加普遍。

在插入损耗图上 观察到这些现象

通常与 在较高的

频率下发生 反射和串扰相关。

我们的第三种 发送器损失是

前标色散，该损失 在 25 千兆位/秒的

数据速率下更加明显。

描述这种前标效应的 一种简单方法是

检测在 10G 和 25G 数据速率下

通道中发送的 脉冲的响应。

在 10G 数据速率下， 作为脉冲峰值

之前信号振幅 单位间隔进行

测量的前标 ISI 实际值为 0。

在 25G 数据速率下， 存在显著的前标 ISI。

这意味着 某个数据位

及时传播， 其传播方式

对正在传输的 相邻位

产生干扰。

如果不进行补偿， 则该信号影响

可能会导致 传输数据位错误。

现在，在该幻灯片中， 我们展示几幅

与在 6dB 插入损耗 通道上传输之后的

信号相对应的 25 千兆位/秒

眼图。

请记住，眼图 说明了传输的

数据模式的所有 可能位转换。

评估眼图质量的 两个关键指标

是垂直眼睛张开度 和水平眼睛张开度。

张开度越大， 传输数据

所具有的位错误 裕度就越大。

左侧的眼图 对应于未应用

前标或 后标的情形。

右侧的眼图 对应于通过

FIR 去加重功能 同时应用了前标

和后标增强的情形。

由于 FIR 平衡， 右侧眼图的

眼睛张开度 增加了 38%，

因此增加了 38% 的链路裕量。

为了回顾一下我们 刚才讨论的内容，

我们来做个小测验。

哪种 FIR 抽头最有助于 补偿插入损耗 -- 前标、

后标亦或 两者皆是？

答案是后标。

前标色散在较低的 数据速率下较高，

对还是错？

错。

前标色散在较高的 数据速率下较高。

对于给定的通道， 通常哪种信号损失

在 25 千兆位/秒数据速率下 比在 10 千兆位/秒数据速率下

更大 --

插入损耗、 串扰、反射

还是以上全部？

答案是以上全部。

最后，很高兴 我们能为您提供

这个 25 千兆位/秒 发送器优化

模块。

在后续课程中， 我们将介绍

有关 25G 重计时器 功能的更多详细信息，

并且我们将讨论更多会影响 高速信号调节的参数。

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大家好，欢迎观看 TI 高精度实验室视频。

在本系列中， 我们将讨论

25G 以太网 发送器优化。

在后续课程中， 我们将讨论

25G 数据传输的其他方面。

首先，让我们介绍 与发送平衡相关的

关键术语。

此处显示的波形 首先包含位序列

00111。

让我们从左侧的 电压点 V1 开始。

只要存在 0 到 1 或 1 到 0 的

边沿转换，这 之后的位周期 --

例如 V1 和 V4 --

就称为后标。

为了向波形中的 后标分量提供

高频增强， 可将加重

应用到离 转换更远的

后续位。

通过减小 相对于后标

转换位的 非转换位振幅，

即信号的 低频分量，

可以有效地 应用高频增强。

电压点 V2 和 V3 等边沿转换

之前的位 称为前标。

也可以应用 前标去加重功能，

以平衡 传输的信号。

前标和后标 去加重功能

能够让主机系统 使传输的信号

预失真。

目的是在受到 各种信号色散

效应影响的介质上 传输之后，获得平衡的

电信号。

为了计算前标和 后标去加重功能的

分贝值，我们只需 求出后标或前标

电压振幅与 非转换信号

部分振幅的 比率，即 20 乘以

logV3/V2 或 20 乘以 logV1/V2。

此处的图展示了 三抽头有限脉冲

响应滤波器或 FIR 的方框图。

该架构通常 用于以太网

网络行业、 IEEE 规定的

电气接口 和物理接口

以及电信 和无线设备。

FIR 是分立 形式的均衡器。

每个 FIR 抽头传送 经延迟和调节版本的

输入数据。

然后，FIR 通过 将这些抽头信号

重新添加到输出， 使 TX 输出信号

预失真，结果得到 平衡的输出信号。

FIR 滤波器 可用于补偿

信号中的 前标或后标

码间串扰。

现在，我们来重点讨论 由于传输介质而导致的

三种信号损失， 并考察如何通过

优化发送器减少损失。

我们将讨论的第一种 损失是插入损耗。

插入损耗对应于 在信号较高频率

分量上观察到的 相对于较低频率

分量的较高 信号衰减。

左侧的图跟踪了随频率 变化的插入损耗。

请注意，为了 更直观地

比较两个系统， 该图显示了蓝色

10G 线额外的 负 5dB 移动。

在 25 千兆位/秒下， 插入损耗

约为负 15dB。

而对于 10G， 该值为负 3dB，

是前者的五分之一。

因此，需要微调 发送器优化参数，

以避免当信号 发送速度为 25G 等

较高的值时我们 看到的 15dB 损耗。

在补偿插入 损耗方面，

后标增强被证明 是最有效的方法。

我们需要面对 一个现实是，

对于 25 千兆位/秒 数据等高频信号，

信号路径中的

每个元件 --组件着陆垫、 电路板引线、相邻的

信号等 --

都对信号特征 产生了影响。

为了清楚地说明这一点， 我们举一个简单的示例，

如该基本电路 方框图所示。

此处有两个 相邻的交流电源，

每个电源都向 传输线中发送

一个信号，该信号随后 被发送到输出终端。

对于任一信号， 当传输线阻抗

与输出负载电阻 不匹配时，就会发生

反射。

如果传输通道设计 不佳或存在寄生现象，

则可能会导致此类 不良的阻抗变化。

此外，在较高的 信号频率下，

信号更有可能 在相邻的数据

通道之间 发生耦合，

这主要是由 寄生效应导致的。

这种信号 损失现象

称为串扰，使用 大信号摆幅通常

可以补偿发生 损耗的传输介质。

信号反射 可能会

进一步增大 串扰的可能性。

这里我们使用差分 S 参数传递函数，

SDD21，即

几个示例测试 通道的插入损耗图。

我们可以通过该图 得出以下重要结论。

第一个结论是， 尽管该图显示

低于 12 千兆赫兹的 频率具有平滑且

单调的趋势，但该图 在更高的频率下

单调性降低。

第二个结论是 当频率较高时

会出现纹波。

这些现象是 寄生电容和

寄生电感等 寄生效应导致的，

寄生效应在这些较高的 频率下会变得更加普遍。

在插入损耗图上 观察到这些现象

通常与 在较高的

频率下发生 反射和串扰相关。

我们的第三种 发送器损失是

前标色散，该损失 在 25 千兆位/秒的

数据速率下更加明显。

描述这种前标效应的 一种简单方法是

检测在 10G 和 25G 数据速率下

通道中发送的 脉冲的响应。

在 10G 数据速率下， 作为脉冲峰值

之前信号振幅 单位间隔进行

测量的前标 ISI 实际值为 0。

在 25G 数据速率下， 存在显著的前标 ISI。

这意味着 某个数据位

及时传播， 其传播方式

对正在传输的 相邻位

产生干扰。

如果不进行补偿， 则该信号影响

可能会导致 传输数据位错误。

现在，在该幻灯片中， 我们展示几幅

与在 6dB 插入损耗 通道上传输之后的

信号相对应的 25 千兆位/秒

眼图。

请记住，眼图 说明了传输的

数据模式的所有 可能位转换。

评估眼图质量的 两个关键指标

是垂直眼睛张开度 和水平眼睛张开度。

张开度越大， 传输数据

所具有的位错误 裕度就越大。

左侧的眼图 对应于未应用

前标或 后标的情形。

右侧的眼图 对应于通过

FIR 去加重功能 同时应用了前标

和后标增强的情形。

由于 FIR 平衡， 右侧眼图的

眼睛张开度 增加了 38%，

因此增加了 38% 的链路裕量。

为了回顾一下我们 刚才讨论的内容，

我们来做个小测验。

哪种 FIR 抽头最有助于 补偿插入损耗 -- 前标、

后标亦或 两者皆是？

答案是后标。

前标色散在较低的 数据速率下较高，

对还是错？

错。

前标色散在较高的 数据速率下较高。

对于给定的通道， 通常哪种信号损失

在 25 千兆位/秒数据速率下 比在 10 千兆位/秒数据速率下

更大 --

插入损耗、 串扰、反射

还是以上全部？

答案是以上全部。

最后，很高兴 我们能为您提供

这个 25 千兆位/秒 发送器优化

模块。

在后续课程中， 我们将介绍

有关 25G 重计时器 功能的更多详细信息，

并且我们将讨论更多会影响 高速信号调节的参数。