高速信號(hào)的預(yù)加重和去加重仿真分析

高速信號(hào)傳輸中的預(yù)加重（Pre-emphasis）和去加重（De-emphasis）是用于補(bǔ)償傳輸過(guò)程中信號(hào)衰減和失真的方法，特別是在長(zhǎng)距離或高頻率傳輸?shù)那闆r下。這些技術(shù)在高速數(shù)字通信系統(tǒng)中非常重要，如高速串行總線（例如PCIe、SATA）和網(wǎng)絡(luò)通信（如以太網(wǎng)）。

01預(yù)加重（Pre-emphasis）

預(yù)加重是一種在發(fā)送端對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理的方法，其目的是增強(qiáng)信號(hào)的高頻成分。因?yàn)樵趥鬏斶^(guò)程中，高頻信號(hào)比低頻信號(hào)衰減得更快，因此預(yù)加重可以在發(fā)送前提高高頻信號(hào)的幅度，以便在接收端經(jīng)過(guò)信道后，高低頻信號(hào)的幅度趨于平衡。這樣做可以減小由信道造成的信號(hào)失真，從而提高信號(hào)完整性。

預(yù)加重的特性：

·在傳輸前對(duì)信號(hào)施加高通濾波器

·增強(qiáng)或放大高頻分量

·通常將頻率提高到 2-3 kHz 以上

·為高頻提供高達(dá) 10 dB 的增益

·利用了高頻抗擾度

如下圖所示，預(yù)加重提高了跳變沿的幅值

圖1 預(yù)加重概念

02去加重（De-emphasis）

去加重是在接收端對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，目的是恢復(fù)信號(hào)的原始形態(tài)。由于在發(fā)送端已經(jīng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行了預(yù)加重，接收端需要對(duì)信號(hào)的高頻部分進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃p，以補(bǔ)償預(yù)加重的影響，從而恢復(fù)信號(hào)的原始比例。去加重的過(guò)程實(shí)際上是預(yù)加重的逆過(guò)程。

去加重的特性：

·對(duì)接收信號(hào)施加低通濾波器

·衰減或降低增強(qiáng)的高頻

·滾降高點(diǎn)高于 2-3 kHz

·是預(yù)加重的反向過(guò)程

·提供與預(yù)加重相等的增益降低

·恢復(fù)原始頻譜

·減少在傳輸?shù)倪^(guò)程中拾取的噪聲和失真

總而言之，去加重是將已經(jīng)加重的發(fā)射信號(hào)恢復(fù)為原來(lái)信號(hào)形式的過(guò)程。如下圖所示，去加重降低了跳變沿之外的幅值。

圖2去加重概念

工作原理和實(shí)現(xiàn)

1.發(fā)送端預(yù)加重：發(fā)送端在發(fā)送信號(hào)時(shí)，對(duì)信號(hào)的高頻部分進(jìn)行預(yù)加重處理，使得高頻信號(hào)的幅度增加。這種處理通常在發(fā)送芯片中實(shí)現(xiàn)，通過(guò)調(diào)整驅(qū)動(dòng)器電路中的參數(shù)來(lái)增加高頻成分的幅度。

2.傳輸過(guò)程：信號(hào)通過(guò)傳輸介質(zhì)（如電纜、PCB走線等）時(shí)，高頻成分會(huì)比低頻成分衰減得更多。由于預(yù)加重的作用，盡管高頻成分在傳輸過(guò)程中衰減，但它們的幅度依然相對(duì)較高，從而保持了信號(hào)的完整性。

3.接收端去加重：接收端接收到預(yù)加重處理過(guò)的信號(hào)后，對(duì)信號(hào)進(jìn)行去加重處理，以恢復(fù)原始信號(hào)。這種處理通常在接收芯片中實(shí)現(xiàn)，通過(guò)濾波和放大電路對(duì)高頻成分進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃p。

應(yīng)用場(chǎng)景

預(yù)加重和去加重技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種高速通信接口，如：

- PCIe

(PeripheralComponentInterconnectExpress)

- SATA

(SerialATA)
- HDMI

(High-DefinitionMultimediaInterface)
- 以太網(wǎng)

(Ethernet)

這些技術(shù)在高速信號(hào)傳輸中至關(guān)重要，因?yàn)樗鼈兡軌蝻@著改善信號(hào)質(zhì)量，減少誤碼率，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性。

案例分析

在巨霖SIDesigner中，我們可以對(duì)發(fā)送端進(jìn)行一個(gè)預(yù)加重，如下圖所示，雙擊打開(kāi)無(wú)AMI文件的SerDes仿真器件P_tx_single，在EQ界面填寫(xiě)Emphasis的參數(shù)，在這里我設(shè)置的是Emphasis level=0.2;Emphasis time=20ps.

圖3無(wú)AMI文件的SerDes仿真器件均衡的參數(shù)設(shè)定

結(jié)果如下圖所示，紅色波形為原始信號(hào)，藍(lán)色波形為預(yù)加重后的結(jié)果，我們可以看到與圖1預(yù)加重的概念一致。

圖 4預(yù)加重的結(jié)果與原始信號(hào)的對(duì)比

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