在現(xiàn)代通信技術(shù)中，每當(dāng)在傳輸高速信號(hào)的時(shí)候，特別是射頻微波信號(hào)傳輸過(guò)程中，總是不可避免的遇到因?yàn)榛夭〒p耗和輻射損耗所造成的信號(hào)衰減。如何改善這一問(wèn)題？技術(shù)型授權(quán)代理商Excelpoint世健的工程師Wolfe Yu對(duì)傳輸線(xiàn)理論進(jìn)行了科普。
各種傳輸線(xiàn)路的優(yōu)劣分析
為了將電磁波束縛在一定橫截面內(nèi)導(dǎo)通，防止信號(hào)向外部空間輻射，人們通常采用一種被稱(chēng)為“金屬波導(dǎo)”的導(dǎo)行系統(tǒng)。
圖1 金屬波導(dǎo)的導(dǎo)行系統(tǒng)
金屬波導(dǎo)其實(shí)就是一個(gè)空心的金屬管，它的特點(diǎn)是對(duì)于高頻信號(hào)衰減少、傳輸效率高。但是波導(dǎo)的缺點(diǎn)是只能導(dǎo)通高頻信號(hào)，對(duì)于中、低頻信號(hào)無(wú)法傳輸。這和傳統(tǒng)的雙導(dǎo)線(xiàn)系統(tǒng)正好相反。
那么，是否有一種傳輸線(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)所有頻段全覆蓋呢？為了解決這個(gè)問(wèn)題，科學(xué)家提出了新的解決方案——微帶傳輸和同軸傳輸技術(shù)，本文主要討論同軸傳輸技術(shù)。
圖2 同軸線(xiàn)傳輸線(xiàn)的導(dǎo)行系統(tǒng)
同軸線(xiàn)傳輸是由分離導(dǎo)體柱構(gòu)成，可以傳播橫電磁波，從兩分離的導(dǎo)體柱結(jié)構(gòu)和傳遞橫電磁波的角度來(lái)看，同軸線(xiàn)傳輸技術(shù)信號(hào)衰減相對(duì)較少，覆蓋頻段寬，理論上可以覆蓋全頻段，是傳輸信號(hào)的較優(yōu)選擇。
同軸線(xiàn)傳輸還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)，高頻電磁波信號(hào)通過(guò)空間電場(chǎng)傳輸，主設(shè)備可以同時(shí)通過(guò)同軸線(xiàn)傳輸電能給從設(shè)備，這被稱(chēng)之為PoC（Power-over-Coax）, PoC和PoE的工作原理類(lèi)似。
圖3 同軸傳輸線(xiàn)供電原理框圖
信道均衡技術(shù)
信道碼間串?dāng)_
在數(shù)字通信系統(tǒng)中，由于多徑效應(yīng)、信道帶限等因素，在接收端會(huì)形成碼元拖尾。拖尾部分與相鄰碼元疊加，形成碼間干擾，導(dǎo)致采樣信號(hào)畸變，判決錯(cuò)誤。
圖4 碼間串?dāng)_引起信號(hào)丟失及采用信道均衡技術(shù)恢復(fù)碼元
為了提高衰落信道中的通信系統(tǒng)的傳輸性能，工程師們往往采取的一種抗衰落措施，來(lái)消除或減弱寬帶通信時(shí)的多徑時(shí)延帶來(lái)的碼間串?dāng)_（ISI）問(wèn)題，這被稱(chēng)為“信道均衡”。
傳輸線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)模型
信道均衡是為了消除碼間干擾，它的核心思想是對(duì)信道或整個(gè)傳輸系統(tǒng)特性進(jìn)行補(bǔ)償，通過(guò)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)使傳輸線(xiàn)阻抗和負(fù)載阻抗相等。
圖5 傳輸線(xiàn)等效模型
在高速傳輸系統(tǒng)中，傳輸線(xiàn)會(huì)產(chǎn)生很多寄生參數(shù)，可以采用阻容器件來(lái)建立等效分段傳輸模型。
根據(jù)信號(hào)的傳輸模型，高速信號(hào)在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)傳輸線(xiàn)之后，輸出信號(hào)會(huì)產(chǎn)生畸變。如果不對(duì)信號(hào)作處理，信號(hào)將無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別，形成碼間干擾串?dāng)_。
圖6傳輸線(xiàn)信號(hào)畸變引起碼間串?dāng)_
阻抗匹配的具體實(shí)現(xiàn)方法是，在傳輸線(xiàn)的基礎(chǔ)上，再添加一個(gè)傳遞函數(shù)，使整個(gè)傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，這被稱(chēng)為“全通濾波”或者“均衡電路”。
均衡傳輸實(shí)現(xiàn)方法
為了消除碼間干擾，使電路達(dá)到均衡效果，一般采用兩種方法，一種是預(yù)加重、另一種是去加重。
預(yù)加重技術(shù)就是增強(qiáng)信號(hào)上升沿和下降沿處的幅度，其它地方幅度不變。而去加重是保持信號(hào)上升沿和下降沿處的幅度不變，其他地方信號(hào)減弱。
根據(jù)上述分段傳輸線(xiàn)傳輸模型，一般會(huì)在發(fā)送端做前饋均衡FFE（Feed Forward Equalizer），在接收端做判決反饋均衡DFE（Decision Feedback Equalizer）。
圖7 均衡傳輸技術(shù)建模
前饋均衡FFE是SerDes系統(tǒng)中最常用的均衡技術(shù)。通常SerDes的發(fā)送端會(huì)使用FFE技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)均衡。FFE通過(guò)將延時(shí)的信號(hào)按不同的權(quán)重（w-1，w0，…，wn）相加?？刂茩?quán)重的大小調(diào)整均衡強(qiáng)度。
圖8 前饋均衡的預(yù)加重原理
判決反饋均衡DFE也是通過(guò)數(shù)字高頻濾波器實(shí)現(xiàn)的，與FFE不同的是，DFE是一種非線(xiàn)性均衡技術(shù)：判決后的信號(hào)為數(shù)字信號(hào)。因此，DFE可以只放大高頻信號(hào)，而不放大高頻噪聲。
圖9 判決反饋去加重原理
在DFE電路中，通常的做法，一般會(huì)在前級(jí)加上一個(gè)連續(xù)時(shí)間線(xiàn)性均衡CTLE（Continuous Time Linear Equalizer），CTLE的作用是作為高通濾波器和低通濾波器配合，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的全通濾波。
圖10 同軸均衡傳輸技術(shù)理論可以覆蓋全頻段
Microchip基于CoaXpress一攬子解決方案
Microchip推出的一種基于CoaXpress的視頻傳輸方案就是基于均衡法的同軸傳輸。
EQCO125X40集成均衡器、CDR和電纜驅(qū)動(dòng)。它可以實(shí)現(xiàn)在一根電纜或PCB跟蹤對(duì)上發(fā)送/接收信號(hào)，在1.25 Gbps/12.5 Gbps 8b/10b編碼下行傳輸，以及20.833 Mbps/41.666 Mbps 8b/10b編碼的上行傳輸。在ADAS圖傳應(yīng)用中，視頻信號(hào)通過(guò)同軸線(xiàn)進(jìn)行無(wú)損耗傳輸給高算力的平臺(tái)做進(jìn)一步處理，這種算法已經(jīng)被越來(lái)越多的客戶(hù)所接受。
圖11 Microchip基于CoaXpress技術(shù)的圖傳解決方案
這顆芯片搭載在基于Microchip PolarFire視頻平臺(tái)上，客戶(hù)可以利用Microchip提供的免費(fèi)IP安裝包輕松完成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，縮短開(kāi)發(fā)流程，其授權(quán)代理商Excelpoint世健能提供相應(yīng)的技術(shù)支持和指導(dǎo)，幫助客戶(hù)更高效地進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。
關(guān)于世健——亞太區(qū)領(lǐng)先的元器件授權(quán)代理商
世健是完整解決方案的供應(yīng)商，為亞洲電子廠商包括原設(shè)備生產(chǎn)商(OEM)、原設(shè)計(jì)生產(chǎn)商(ODM)和電子制造服務(wù)提供商(EMS)提供優(yōu)質(zhì)的元器件、工程設(shè)計(jì)及供應(yīng)鏈管理服務(wù)。
世健與供應(yīng)商及電子廠商緊密協(xié)作，為新的科技與趨勢(shì)作出定位，并幫助客戶(hù)把這些最先進(jìn)的科技揉合于他們的產(chǎn)品當(dāng)中。集團(tuán)分別在新加坡、中國(guó)及越南設(shè)有研發(fā)中心，專(zhuān)業(yè)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)不斷創(chuàng)造新的解決方案，幫助客戶(hù)提高成本效益并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。世健研發(fā)的完整解決方案及參考設(shè)計(jì)可應(yīng)用于工業(yè)、無(wú)線(xiàn)通信及消費(fèi)電子等領(lǐng)域。
世健是新加坡的主板上市公司，總部設(shè)于新加坡，擁有約650名員工，業(yè)務(wù)范圍已擴(kuò)展至亞太區(qū)40多個(gè)城市和地區(qū)，遍及新加坡、馬來(lái)西亞、泰國(guó)、越南、中國(guó)、印度、印度尼西亞、菲律賓及澳大利亞等十多個(gè)國(guó)家。世健集團(tuán)在2020年的年?duì)I業(yè)額超過(guò)11億美元。1993年，世健在香港設(shè)立區(qū)域總部——世健系統(tǒng)（香港）有限公司，正式開(kāi)始發(fā)展中國(guó)業(yè)務(wù)。目前，世健在中國(guó)擁有十多家分公司和辦事處，遍及中國(guó)主要大中型城市。憑借專(zhuān)業(yè)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)、頂尖的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用支持以及豐富的市場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，世健在中國(guó)業(yè)內(nèi)享有領(lǐng)先地位。