羅德與施瓦茨的示波器的均衡功能以及應(yīng)用

數(shù)字信號的傳輸速率越來越快，因此高速電路系統(tǒng)越來越多地采用FFE，CTLE和DFE等均衡技術(shù)。而作為現(xiàn)代電子工程師的“眼睛”的示波器，需要具備同樣的均衡能力，用來模擬被測信號經(jīng)過電路系統(tǒng)中均衡器后的形狀并疊成眼圖，助力工程師評估其采用的均衡技術(shù)是否滿足系統(tǒng)的要求。

01羅德與施瓦茨的示波器的均衡功能

羅德與施瓦茨公司（簡稱R&S）的RTP和RTO等示波器的嵌入和均衡選件K126，具備在發(fā)送端模擬FFE（實(shí)現(xiàn)預(yù)加重或去加重），在接收端模擬CTLE和DFE，此外還能模擬通道的損耗（例如，嵌入芯片封裝或PCB走線或長電纜的傳輸損耗）。

該選件的特點(diǎn)有：

• 人性化的設(shè)置，可以靈活定義傳輸信道上的均衡模塊以及嵌入模塊

• 可設(shè)置的均衡和嵌入模塊的數(shù)量多達(dá)5個

• 任意定義TX-FFE（實(shí)現(xiàn)預(yù)加重和去加重）、CTLE、DFE 等均衡模塊的級聯(lián)

• 根據(jù)通用接口標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)定義均衡系數(shù)（如FFE和DFE的階數(shù)和權(quán)重系數(shù)，CTLE的階數(shù)和零點(diǎn)/極點(diǎn)/增益等）

圖9  R&S的均衡設(shè)置界面（左：R&S的靈活的均衡和去嵌設(shè)置界面  右：R&S接收端的均衡設(shè)置）

需要說明的是，R&S示波器的均衡模塊，還可以自適應(yīng)均衡系數(shù)。即無須工程師設(shè)定均衡器的相關(guān)參數(shù)，R&S示波器會根據(jù)原始波形和傳輸信道的特點(diǎn)，自己訓(xùn)練出一套合適的均衡系數(shù)，幫助工程師加速設(shè)計高速電路的均衡模塊。     

圖10  R&S自適應(yīng)均衡：根據(jù)波形和信道的特點(diǎn)，訓(xùn)練均衡模塊，獲得最佳參數(shù)

02 羅德與施瓦茨的示波器的均衡功能的應(yīng)用

以R&S的RTP示波器測試USB3.2 Gen1信號為例。R&S的RTP示波器具有4通道，最高16GHz的帶寬。如下圖所示，RTP示波器通過18GHz的射頻線纜，連接好USB3夾具和USB被測件。RTP測試USB被測件發(fā)出的CP0信號（5Gbps的PRBS信號），并疊加出眼圖。

圖11  RTP示波器測試USB設(shè)備的連接圖

如圖13的右上所示，在被測件的發(fā)送端（Tx）直接測試眼圖，眼圖完全張開，質(zhì)量很好。利用RTP的嵌入功能，模擬USB信號的傳輸信道，由于信道的低通特性，對高頻分量的衰減更大，導(dǎo)致眼圖模糊，張開很小，已經(jīng)碰到測試模板（圖13右中）。此時需要在接收端加上CTLE均衡，抵消均衡傳輸信道引起的衰減差。

打開RTP的CTLE設(shè)置界面，根據(jù)USB3.2 Gen1的CTLE規(guī)范，設(shè)置直流增益為-3.52dB，一個零點(diǎn)為650MHz，兩個極點(diǎn)分別為1.95GHz和5GHz。圖12右下方即為CTLE的頻響曲線，與USB3.2 Gen1的要求完全吻合。

圖12  RTP示波器的CTLE設(shè)置界面（左：DC gain 右：零點(diǎn)，極點(diǎn)和CTLE的頻響曲線）

經(jīng)過傳輸線纜的信號，在CTLE的作用（衰減低頻，放大高頻）下，平衡了低頻和高頻的能量，抵消了傳輸線纜引起的衰減差，RTP“還原”出的眼圖重新張開（圖13右下）。

圖13  RTP示波器測試USB設(shè)備的眼圖（右上：發(fā)送端眼圖；右中：經(jīng)過傳輸線纜后的眼圖；右下：CTLE均衡后的眼圖）

總 結(jié)

均衡技術(shù)已經(jīng)是現(xiàn)代電子產(chǎn)品設(shè)計的重要手段，為系統(tǒng)的信號完整性保駕護(hù)航。均衡技術(shù)也是現(xiàn)代示波器的核心武器，用以應(yīng)對高速信號測試測量的挑戰(zhàn)。R&S公司的RTP和RTO示波器可以模擬FFE，CTLE和DFE等均衡模塊，最大的“還原”電路系統(tǒng)的最終信號，并且其強(qiáng)大的自適應(yīng)均衡系數(shù)功能可以幫助工程師加速芯片和電路的均衡模塊的設(shè)計。

未來，隨著AI技術(shù)的發(fā)展，示波器的均衡功能將更加智能化，助力工程師完成高速數(shù)字信號的測試和調(diào)試。因此，均衡技術(shù)的原理與示波器應(yīng)用技巧，無疑是數(shù)字時代電子工程師的必備技能。

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