本文作者：Lin Zhihong，是德州仪器(TI)接口业务产品营销工程师。
随着互联网上视频和云应用的不断增加，数据中心和云存储正在向400发展G以太网络的发展满足了带宽的需求。随着数据使用量的增加，维护通信和数据中心设备中千兆以太网传输在线高速网络信号完整性的挑战也越来越大。
当信号通过PCB、当连接器和电缆时，数据传输速率可能会严重降低。该信号失真将导致系统无法通过以太网标准符合性测试，并导致与其他网络设备的互操作性差。设计师通常需要使用信号调节器，如转接驱动器或重定时器来保持信号质量和系统性能。
信号衰减的根本原因
信号衰减的方式因传输介质而异，包括PCB、铜缆或光缆、信号线上的无源元件和连接器。信号在时域和频域失真。
信号衰减最常见的原因是插入损失，即数据路径中任何设备或介质的信号功率损失。图1显示了不同的来源PCB轨道插入损耗示例。高频分量损耗大于低频分量；布线或电缆长度较长。
不同布线长度的图1PCB插入损失示例。来源：德州仪器
时域的损失包括接收信号的幅度下降和脉冲扩展，导致符号之间的干扰(ISI)，每个脉冲都与相邻脉冲相互干扰。这将导致接收器的眼图闭合。图2显示了15米电缆上的信号衰减，其中信号失真与电缆长度成正比。
图2：显示15米电缆上的信号衰减，其中信号失真与电缆长度成正比。来源：德州仪器
其它因素也会损害信号的完整性：
连接器阻抗不匹配，导致信号反射。
相邻的高速信号相互干扰，导致串扰。
热噪声或其它噪声会导致随机抖动，影响空比，并在信号上引起相位和定时误差。
信号调节解决方案
那么，如何解决高速接口的信号完整性问题呢？理想情况下，所有频率重量的信号损耗应为0 dB。然而，事实上，任何传输介质都会增加信号的插入损失。
如果信号丢失影响系统性能，信号调节器有效地帮助保持高速设计的信号完整性，恢复信号强度，实现平衡频率响应。
以太网转接驱动器(转接驱动器)和重定时器有两种信号调节器(Retimer)。这取决于衰退的严重程度。
转接驱动器
如图3所示，转接驱动器是一个模拟组件，用于通过平衡和增益调整恢复衰减的输入信号，然后根据信号标准重新传输信号。转接驱动器主要通过平衡来调整信号。它们是最简单、最昂贵的方法，可以抵抗符号间干扰引起的信号衰减，也可以克服长度PCB布线和电缆造成的插入损失。
图3 转移驱动器可以补偿高达20db信道损失。来源：德州仪器
连续时间仔细观察转接驱动器内部的线性平衡器(CTLE)通常在转接驱动接收端实现的电路。CTLE为高频信号提供比低频信号更多的增益，以补偿高频分量的巨大损失。这使得平衡信号在信道上有更均匀的频率响应。
可以选择转移驱动器的发射机，包括加重(de-emphasis)或预加重(pre-emphasis)提供信号失真以补偿信道损失的功能。为了减少信号的低频分量，而预加重则增加了信号的高频分量，以实现平衡的信道响应。图4显示了转移驱动平衡器对失真输入信号的影响。
图4：此图显示了转接驱动器如何帮助打开输入眼图。来源：德州仪器
如果输出信号范围是线性函数或与输入信号范围成正比，则转接驱动器可以是线性转接驱动器。否则，这是一个有限的转接驱动器。线性转接驱动器将忠实地通过信号的所有电特性，如预发射、加重或加重CTLE与增长频率相关的增长是可能的。
线性转接驱动器特别有用，当系统需要链接训练来为每个信道建立最佳信号调整设置时。线性转接驱动器将通过链路训练而不堵塞发射机故意造成的信号波形或失真。
重定时器
如图5所示，重定时器是比转接驱动器更复杂的信号调节器，通常包括均衡功能和时钟数据恢复(CDR)功能。这些特性不仅能补偿符号之间的干扰，还能消除随机抖动、串扰和反射。
图5重定时器补偿高达35dB信道损失。来源：德州仪器
重定时器中的时钟数据恢复组件将恢复数据并提取干净的时钟。CDR为了提供最佳的输出信号质量，可以补偿相位延迟变化和随机抖动，消除输入信道的额外确定性抖动。图6显示了重定时器CDR的效果。
图6重定时器CDR消除抖动，使眼图更清晰。来源:德州仪器
转移驱动器通常用于补偿20dB信道损失。重定时器更适合因定时和相位抖动而导致更严重的信号下降或信道损失，因为它可以通过去除抖动来补偿30dB到35dB信道损失。
在某些情况下，设计师可能会考虑更昂贵的使用PCB作为信号调节器的替代方案，材料可以提高信号质量。这些PCB材料通常非常昂贵，它们只能在一定程度上解决插入损成的码间干扰。如果PCB布线很长，您仍然需要转移驱动器或重定时器来补偿额外的损失。此外，PCB材料不能解决串扰、反射、连接器或电缆的其他随机抖动，因此在此类系统中添加转接驱动器或重定时器有助于消除抖动。
转移驱动和重定时器应用
千兆以太网中的数据中心交换机、网络接口卡通常用于转接驱动器和重定时器(NIC)、有线和无线网络设备以及数据和存储服务器网络。它们可以放置在交换机专用集成电路中(ASIC)为了实现更好的信号完整性和系统性能，放置在前端口之间，或沿中间板和背板之间的路径。
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重定时器
转接驱动器
以太网
编辑：冀凯 引用地址：
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