均衡器技术研究

     1 引言

　　在信号的高速长距离传输中，电缆可以看成有损的传输线。它具有高通滤波器的特性。从频域的角度看，电缆是个带限网络。当发送器的信号经电缆传输时，信号的高频分量被衰减，电缆的趋附效应使高频分量的传输速度慢于信号的低频分量，信号出现频散。从时域的角度看，信号的频散使接收到的信号幅度降低，脉宽变大。当前码元收到以前码元能量的干扰，特别是在一串连续不变的信号后出现一个脉冲切换，而后又保持不变的情况下，该脉冲会因电缆的带限效应，出现严重的失真，如果脉冲幅度达不到接收器的检测阈值，该信号就不能正确检测出来。即使勉强检测了，脉冲宽度也会减小。因此，为了减小传输数据的误码率，在接收器的前端通常要加入均衡器，以补偿电缆对信号的衰减。通常来说，当数据率达到1 Gbps，就必须使用均衡器。

　　发送信号经过具有低通特性的电缆后被衰减，为了补偿被衰减的信号，均衡器应该高通来增强接收信号的高频成分。理想情况下，经均衡器补偿后的信号频响应为全同特性，被电缆衰减的频率成分被全部补偿。但考虑到均衡器本身也是带限系统，在高频时，均衡器的频响也呈现低通衰减趋势，因此，在均衡器的设计中要保证在信号频率及其低次谐波如二阶、三阶分量能被补偿。考虑到实际电路实现时，电路及外部噪声是不可避免的，因此要求均衡器在高频时呈现低通。

　　2 各种均衡技术

　　2．1 发送器预均衡技术

　　所谓预加重，就是在发送器端预先增加信号高频分量的能量。通过设计，使预加重的信号分量和线上衰减叠加后刚好抵消，从而在接收端产生一个平坦的频率响应特性。因其设计上相对简单，是早应用于LVDS收发器的一种均衡技术。

　　因为并行数据总线通常可以用来给FIR(有限脉宽响应)滤波器作数据输入，预加重也可以采用FIR滤波器实现。4阶的FIR滤波器实现的预加重均衡器的结构框图如图1所示。

　　图中，和第三阶用来消除由前兆位(precursor)和后兆位(post—cursor)导致的码间干扰(LSD，而第四阶的作用是消除由于线上阻抗不匹配导致的反射。第二阶与当前位成正比。四个2位数模转换器(DAC)相当于一个FIR滤波器的乘法器。其输入信号来自串行化器。FIR系数由控制这些DAC的舵电流(steering current)来设置，这个控制还需要另外四个6位的DAC。四个DAC的输出电流在输出节点相加，然后通过片外的端接电阻转换成电压。采用FIR滤波器实现的好处是可以做到更加，特别是当均衡器不适合自适应系统的条件下，这个优点是比较重要的。但其结构太过复杂，有时候根本就不需要。而采用模拟的方法则可以弥补这一点。

图1 4阶FIR滤波器组成的预加重均衡器结构图

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