還記得振鈴嗎？也就是由反射引起的、會影響信號質(zhì)量的振蕩？想當年我們可以假設(shè)信號在芯片之間傳輸是瞬時完成的，在那時，這個問題可以通過阻抗匹配(在MHz頻率時也不是個什么大問題)，或等待它們穩(wěn)定下來來解決(圖1)。

 

我也不記得那些日子了。毫無疑問，光的速度有限。那時和現(xiàn)在的區(qū)別在于，無論是非歸零(NRZ)還是四電平脈沖幅度調(diào)制(PAM4)信號，它從發(fā)射器傳輸?shù)浇邮掌?，然后從接收器反射回發(fā)射器，然后又從發(fā)射器反射到接收器所花的時間，遠小于碼元的單位時間間隔(UI)。

 

圖1：反射在上升沿處產(chǎn)生振鈴。

 

在電子工程術(shù)語中，發(fā)射器到接收器的通路是傳輸線，它和電容器、電感器或電阻器一樣，都是基本的網(wǎng)絡(luò)元件。56Gbaud信號的UI小于20ps，即在典型的pcb中相當于約3mm長。任何超過幾厘米長的通道都可以作為此信號的傳輸線。

 

可以這樣想：發(fā)射器和接收器引腳上的阻抗不匹配，以及它們之間的連接器、過孔和其他不連續(xù)會引起反射。如果發(fā)射器和接收器之間的距離是1英寸(即2.54cm)，則對于56Gbaud信號，它們之間的群延遲約為8.5個UI。碼元會在接收器處發(fā)生反射，經(jīng)歷8.5個UI傳回到發(fā)射器，然后又會經(jīng)歷下一次反射，經(jīng)過8.5個UI傳送到接收器。由于往返時間是17個UI，因此初始碼元在經(jīng)歷17個UI傳輸后，會因反射而發(fā)生衰減。采用17抽頭判決反饋均衡(DFE)，則可以在碼元進入解碼器/限幅器之前很好地整理這些反射。

 

由于有插入損耗以及任何反射都不會完全，因此后續(xù)反射的振幅會越來越小。

 

RL(f)(回波損耗，與頻率呈函數(shù)關(guān)系)和IL(f)(插入損耗)分別由差分散射參數(shù)Sdd22和Sdd21所給定。Sdd22用來衡量總反射信號能量。S參數(shù)掩模已使用多年，用來指定最大允許的RL(f)和IL(f)，但它們沒有考慮均衡的影響(圖2)。

 

圖2. PAM4 28Gbaud典型應(yīng)用所用(a)RL(f)和(b)IL(f)掩模。圖片由Ransom的筆記提供。

 

下面來看有效回波損耗(ERL)，這個數(shù)量是由Samtec公司的杰出工程師Rich Mellitz在802.3cd(50/100/200/400千兆以太網(wǎng))中所提出。ERL以與信道工作裕量(COM)類似的方式，將回波損耗與均衡效應(yīng)(尤其是DFE)，以及發(fā)射器噪聲和接收器頻率響應(yīng)合并到了與信噪比類似的品質(zhì)因數(shù)中。

 

與COM類似，ERL做了兩件事：(1)它提供了靈活的設(shè)計參數(shù)空間，工程師可以利用它來優(yōu)化整體系統(tǒng)設(shè)計，因此可以用不同的設(shè)計元素適應(yīng)不同的信號損傷，同時確保合規(guī)元件能夠進行互操作；(2)它把簡單易懂的測量方法和要求轉(zhuǎn)化成了非常復(fù)雜的品質(zhì)因數(shù)——要想理解這是什么，就得閱讀本文的第2部分。