高速的信息傳輸一直是頂尖技術(shù)設(shè)計人員持續(xù)追求的目標(biāo)。 無論所需數(shù)據(jù)量的多寡，快速的反應(yīng)都能帶來諸多的優(yōu)勢，這也是高速數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)多年致力推動提高數(shù)據(jù)傳輸速率的因素之一。 個人計算機(jī)、筆記本電腦、平板計算機(jī)、虛擬現(xiàn)實(shí)裝置、高畫質(zhì)電視機(jī)、藍(lán)光播放器、硬盤驅(qū)動器、車載信息娛樂系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心服務(wù)器等產(chǎn)品，都包含一個或數(shù)千兆位數(shù)據(jù)和高分辨率影片界面，如USB、USB Type-C、 DisplayPort或高畫質(zhì)多媒體接口(HDMI)。

清除插入損耗/系統(tǒng)抖動 訊號調(diào)節(jié)器妙用多

USB Type-C可讓多種規(guī)格用于USB Type-C接口上；USB Type-C可支持USB 2.0、USB 3.0和高達(dá)10Gbps的USB 3.1 Gen 2。 它也可以運(yùn)用USB Type-C接口作為替代模式傳遞DisplayPort和HDMI。

目前，USB Type-C可支持高達(dá)8.1Gbps的DisplayPort 1.4和高達(dá)3.4Gbps的HDMI 1.4b。

典型的高速傳輸系統(tǒng)包括傳送器和接收器，以及傳輸信息的走線、連接器和電纜。 保持訊號在傳輸介質(zhì)上的完整性并防止訊號失真非常重要，同時也相當(dāng)具有挑戰(zhàn)性。 傳輸介質(zhì)會造成插入式耗損，導(dǎo)致訊號功率損耗。 電纜或走線越長，數(shù)據(jù)速率越高，造成的損失越多，進(jìn)而也會導(dǎo)致接收器訊號惡化和高誤碼率。

例如，圖1顯示了1公尺到5公尺電纜上的USB 3.1 10Gbps訊號插入耗損。 如圖所見，耗損與電纜長度成正比。 印刷電路板(PCB)走線也存在類似的插入耗損。

圖1 10Gbps訊號的USB Type-C電纜耗損概況

圖2所示為4-mil FR-4 PCB走線長度的USB Type-C和DisplayPort訊號耗損。 采用10英寸PCB走線時，5Gbps的USB 3.0將損失5dB；8.1Gbps的DisplayPort 1.4將損失7.3dB；而USB 3.1 Gen 2將會損失8.7dB。

圖2 4-mil-wide FR-4 PCB走線的USB Type-C USB / DisplayPort插入耗損概況

PCB走線和電纜的系統(tǒng)插入耗損的累積可能會導(dǎo)致訊號不符合USB、DisplayPort或HDMI規(guī)范，與其它設(shè)備產(chǎn)生互操作性問題。

在USB系統(tǒng)中，為滿足電氣合規(guī)性要求，往往需要預(yù)留損失量。 在USB 3.0 5Gbps合規(guī)環(huán)境中，所容許的所有端到端信道耗損約為20dB。 USB 3.1 Gen 2 10Gbps合規(guī)性環(huán)境允許的所有端到端信道耗損為-23dB。

在USB Type-C生態(tài)系統(tǒng)中，由于連接器的可翻轉(zhuǎn)性和雙角色數(shù)據(jù)，USB主機(jī)和設(shè)備是可互換的；因此可將耗損預(yù)算均勻分配給主機(jī)和設(shè)備。

在USB 3.0中，主機(jī)和設(shè)備的允許信道耗損為-6.5dB，電纜的允許耗損為-7dB。 在USB 3.1 Gen 2系統(tǒng)中，主機(jī)和設(shè)備的允許耗損均為-8.5dB，電纜的允許耗損為-6dB，可以滿足USB認(rèn)證要求。

如果PCB走線或電纜很長，會導(dǎo)致USB信道耗損超過主機(jī)、設(shè)備或電纜的分配耗損預(yù)算，在數(shù)據(jù)路徑中使用訊號調(diào)節(jié)器可降低信道插入耗損。

訊號調(diào)節(jié)器可以清除插入耗損或其它因素引起的系統(tǒng)抖動。 有兩種類型的系統(tǒng)抖動，分別為確定性抖動和隨機(jī)抖動。 信道插入耗損是一種確定性抖動，會產(chǎn)生符號間干擾(ISI)，可以透過轉(zhuǎn)接驅(qū)動器消除；而隨機(jī)抖動通常是由熱噪聲引起，可以透過重定時器消除。

轉(zhuǎn)接驅(qū)動器使用均衡技術(shù)來補(bǔ)償信道耗損的高頻組件，實(shí)現(xiàn)均衡的輸出頻率響應(yīng)。 預(yù)加重和去加重是經(jīng)常一起使用的技術(shù)。 預(yù)加重(也稱為前激)在傳輸之前提升高頻訊號。

去加重減少了低頻訊號，而預(yù)加重和去加重都可以實(shí)現(xiàn)相同的頻率均衡結(jié)果。 由于大部分抖動來自信道的插入耗損，轉(zhuǎn)接驅(qū)動器是對于補(bǔ)償ISI抖動和滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格要求，最簡單和效益最高的解決方案。

避免信道失真 線性轉(zhuǎn)接驅(qū)動器扮要角

讀者可將線性轉(zhuǎn)接驅(qū)動器視為一個走線縮短器。 它為信道增加相關(guān)頻率，在補(bǔ)償插入耗損的同時不會造成任何信道失真。 從電氣角度來看，它可以讓較長的走線具備與較短走線的同等性能。

圖3所示為28英吋走線和12英吋走線的插入耗損。 在28英吋走線的末端安裝線性轉(zhuǎn)接驅(qū)動器，可減少信道插入耗損，信道輸出結(jié)果相當(dāng)于縮短了16英吋的PCB走線。

圖3 線性轉(zhuǎn)接驅(qū)動器的優(yōu)勢

只要輸入訊號位于線性轉(zhuǎn)接驅(qū)動器規(guī)定的線性范圍內(nèi)，輸入訊號將在保持原始訊號固有的預(yù)加重和去加重的條件下直接地輸出。

與限制轉(zhuǎn)接驅(qū)動器相比，線性轉(zhuǎn)接驅(qū)動器有幾個明顯的優(yōu)勢。 線性轉(zhuǎn)接驅(qū)動器保留訊號來源的去加重和預(yù)加重，這樣便可以在接收端真實(shí)地反應(yīng)原始來源訊號。

即使限制轉(zhuǎn)接驅(qū)動器可能產(chǎn)生去加重，也不會產(chǎn)生預(yù)加重，這是10Gbps USB 3.1 Gen 2的規(guī)范性要求之一。 因此，限制轉(zhuǎn)接驅(qū)動器可能會導(dǎo)致信道失真。

線性轉(zhuǎn)接驅(qū)動器在DisplayPort生態(tài)系統(tǒng)中具有很大的優(yōu)勢。 它保留了源代碼的能力，因此對DisplayPort鏈路訓(xùn)練而言是很清楚的。

為使用線性轉(zhuǎn)接驅(qū)動器獲得最佳的信道質(zhì)量，設(shè)計人員需要在來源和分支之間建立鏈路訓(xùn)練。 雖然限制轉(zhuǎn)接驅(qū)動器會因產(chǎn)生的信道失真，而中斷DisplayPort電氣連接，但是在限制轉(zhuǎn)接驅(qū)動器與來源或接收器之間建立鏈路訓(xùn)練后，會導(dǎo)致信道質(zhì)量下降，并在信道中的造成較高的誤碼率。

由于信道透明清楚的特性，線性轉(zhuǎn)接驅(qū)動器還可以讓有效的決策回授均衡器(DFE)在接收器中獲得更好的系統(tǒng)性能。 線性轉(zhuǎn)接驅(qū)動器之前的不連續(xù)性對于接收器是顯而易見的，并且可以透過DFE回路進(jìn)行補(bǔ)償，但使用限制轉(zhuǎn)接驅(qū)動器，信息則會丟失，而且無法進(jìn)行補(bǔ)償。

利用線性轉(zhuǎn)接驅(qū)動器，還可以有彈性地在長短接收信道之間提供設(shè)備布置和信道均衡(EQ)。 對于線性轉(zhuǎn)接驅(qū)動器來說，在一定范圍內(nèi)超出EQ是可以接受的，因為它可在長短信道之間進(jìn)行優(yōu)化；并有效地將EQ轉(zhuǎn)變成為在線性范圍內(nèi)提供的預(yù)加重的擺動。

但使用限制轉(zhuǎn)接驅(qū)動器時，轉(zhuǎn)變EQ將導(dǎo)致無法修正的抖動。 另一方面，如果電源由于電壓擺動或去加重和預(yù)加重而不符合要求，則限制轉(zhuǎn)接驅(qū)動器可以發(fā)出具有去加重的大量擺動訊號，滿足信道的兼容性。

轉(zhuǎn)接驅(qū)動器有效提升USB Type-C效能

對于主機(jī)和設(shè)備，重要的是要確保整體信道耗損在USB Implementers Forum(USB IF)規(guī)定的預(yù)算范圍內(nèi)。 透過在系統(tǒng)中添加一個轉(zhuǎn)接驅(qū)動器，可確保系統(tǒng)符合要求，并補(bǔ)償為滿足規(guī)格要求所需的信道耗損。 為此，USB組件供貨商積極推出相關(guān)解決方案。

以半導(dǎo)體業(yè)者德州儀器(TI)為例，該公司旗下的TUSB542是USB 3.0 5 Gbps USB Type-C 2對1轉(zhuǎn)接驅(qū)動器開關(guān)，提供高達(dá)9dB的均衡和6dB的去加重，輸出擺幅設(shè)置為900mV和1.1V；而 TUSB211是USB 2.0雙向轉(zhuǎn)接驅(qū)動器。 在不破壞D+和D-走線的前提下，采用先進(jìn)的仿真邊緣增強(qiáng)技術(shù)，可以抵消由外部開關(guān)、連接器和靜電放電(ESD)引起的訊號完整性損傷，確保透過USB認(rèn)證。

根據(jù)IHS的USB Type-C報告，到2019年，有潛力的USB Type-C裝置出貨量將達(dá)到20億臺，因此在這些裝置之間建立穩(wěn)固的連接將成為關(guān)鍵要求。 因應(yīng)此一趨勢，USB組件供貨商針對提供各種應(yīng)用需求提供USB Type-C轉(zhuǎn)接驅(qū)動器；線性轉(zhuǎn)接驅(qū)動器還可以透過USB Type-C提供優(yōu)良的DisplayPort訊號，并且可以給予舒適的用戶體驗和簡化設(shè)計，來優(yōu)化USB Type-C系統(tǒng)性能。

來源： 新電子