高速信號的預(yù)加重和去加重仿真分析

高速信號傳輸中的預(yù)加重（Pre-emphasis）和去加重（De-emphasis）是用于補償傳輸過程中信號衰減和失真的方法，特別是在長距離或高頻率傳輸?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)送端對信號進行處理的方法，其目的是增強信號的高頻成分。因為在傳輸過程中，高頻信號比低頻信號衰減得更快，因此預(yù)加重可以在發(fā)送前提高高頻信號的幅度，以便在接收端經(jīng)過信道后，高低頻信號的幅度趨于平衡。這樣做可以減小由信道造成的信號失真，從而提高信號完整性。

預(yù)加重的特性：

·在傳輸前對信號施加高通濾波器

·增強或放大高頻分量

·通常將頻率提高到 2-3 kHz 以上

·為高頻提供高達 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信號進行處理，目的是恢復(fù)信號的原始形態(tài)。由于在發(fā)送端已經(jīng)對信號進行了預(yù)加重，接收端需要對信號的高頻部分進行適當(dāng)?shù)乃p，以補償預(yù)加重的影響，從而恢復(fù)信號的原始比例。去加重的過程實際上是預(yù)加重的逆過程。

去加重的特性：

·對接收信號施加低通濾波器

·衰減或降低增強的高頻

·滾降高點高于 2-3 kHz

·是預(yù)加重的反向過程

·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^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)射信號恢復(fù)為原來信號形式的過程。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

工作原理和實現(xiàn)

1.發(fā)送端預(yù)加重：發(fā)送端在發(fā)送信號時，對信號的高頻部分進行預(yù)加重處理，使得高頻信號的幅度增加。這種處理通常在發(fā)送芯片中實現(xiàn)，通過調(diào)整驅(qū)動器電路中的參數(shù)來增加高頻成分的幅度。

2.傳輸過程：信號通過傳輸介質(zhì)（如電纜、PCB走線等）時，高頻成分會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程中衰減，但它們的幅度依然相對較高，從而保持了信號的完整性。

3.接收端去加重：接收端接收到預(yù)加重處理過的信號后，對信號進行去加重處理，以恢復(fù)原始信號。這種處理通常在接收芯片中實現(xiàn)，通過濾波和放大電路對高頻成分進行適當(dāng)?shù)乃p。

應(yīng)用場景

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)在高速信號傳輸中至關(guān)重要，因為它們能夠顯著改善信號質(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，我們可以對發(fā)送端進行一個預(yù)加重，如下圖所示，雙擊打開無AMI文件的SerDes仿真器件P_tx_single，在EQ界面填寫Emphasis的參數(shù)，在這里我設(shè)置的是Emphasis level=0.2;Emphasis time=20ps.

圖3無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，藍色波形為預(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)果與原始信號的對比

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