SerDes系列之CTLE均衡技术

        CTLE(连续时间线性均衡)是一种施加在接收器上的线性模拟高通滤波器,通过衰减低频信号分量,以补偿奈奎斯特频率附近的衰减比例,从而实现信道补偿。当低频信号分量向下衰减并推入底噪范围时,CTLE就会失去调节动力,与Tx FFE 一样,CTLE 仅解决通道的总的低通滤波效应,使用上可以考虑避免重复。

        CTLE 支持交流增益和EQ设置,交流增益中均衡器对低频频谱施加去加重以实现均衡(如下左图所示),EQ设置可修改直流增益以进行均衡调谐(如下右图所示),选择方式的不同,所获取的最终眼图效果也是不同的。

        以一个零点、两个极点的传递函数为例,采用直流增益调节的传递公式可以表示如下,当传递函数的分子为0时对应的频点就叫零点(s=-wz),当传递函数的分母为0时对应的频点就是极点(s=-wp1或-wp2)。

        在不清楚零极点的具体物理意义时,其实,也并不影响工程师对于CTLE功能的使用,只要清楚地理解通道插入损耗的含义,也可以通过仿真工具达到调节的目的。

        在ADS软件中,提供给工程师一种自定义函数的设计窗口,可以自由定义参数,Adc默认取1,正常是在[0,1],代表了频率为0时的直流增益。

        以一个8Gbps NRZ传输为例,通道的插入损耗为:

        -3dB@0.21GHz/-8.5dB@1GHz/-22.5dB@4GHz

        接收端根本得不到有效的眼图,两种CTLE调节的方向,都可以将眼图完全地打开,但是,过度提高电压摆幅会导致芯片功耗的急剧增加,另外,增益的整体放大也会导致噪声被同步放大,因此,CTLE的调节原则应该是以最小的电压摆幅获得最佳的“睁眼”效果,允许以牺牲信号电平为代价。

        究其原因,不同的直流增益Adc导致CTLE的传递函数在低频时的增益不同,由增益曲线图可知,摆幅过大时的增益要远远高于摆幅减小的时候,因此,当高于0dB时就会将信号放大。

        上述曲线的前半部分是一个高通滤波器,再经过峰值增益的后半部分增益急剧下降,CTLE利用的就是前半部分的高通特性,换言之,CTLE调节的目的就是适当地对通道的高频损耗进行补偿,对低频部分的能量进行抑制,以缩小两者能量差异的方式使得眼图张开,值得注意的是,零点和极点并不完全对应图中的频率拐点,但是,零点和极点一起控制了这条曲线的形状,在设计时,往往是通过参数扫描的方式获取最佳的零极点组合。

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