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Datenwandler

Das Routing schneller JESD204B-Verbindungsleitungen

| Autor / Redakteur: Ian Beavers, Analog Devices. / Kristin Rinortner

Systemfrequenzverlauf ohne und mit kompensierten Kanälen
Systemfrequenzverlauf ohne und mit kompensierten Kanälen (Bild: ADI)

Bei einer JESD204B-Schnittstelle verhält sich jeder Übertragungskanal als Tiefpassfilter. Transmitter-Kompensationsmethoden wie Pre-Emphasis und De-Emphasis bewirken einen flachen Frequenzverlauf und verringern Bit-Fehler.

Der serielle Schnittstellenstandard JESD204B für A/D- und D/A-Wandler unterstützt eine maximale Übertragungsgeschwindigkeit von 12,5 GBit/s pro Leitung (Lane Rate). Da bei A/D- und D/A-Wandlern Daten über mehrere JESD204B-Leitungen übertragen werden, kann die Komplexität, die bei der Einhaltung der Signalintegrität entsteht, zur Herausforderung für Systementwickler führen.

Bei einer JESD204B-Schnittstelle verhält sich jeder Übertragungskanal als Tiefpassfilter. Diese Eigenschaft ist auf parasitäre Kapazitäten zurückzuführen, die zwischen den Leiterplattenverbindungen und dem dielektrischen Material des Boards entstehen. Die Transmitter PHY-Kompensationsmethoden (Channel Compensation, Bild 1), bekannt unter den Bezeichnungen Pre-Emphasis und De-Emphasis, bewirken bei der Übertragung von Daten einen annähernd flachen Frequenzverlauf und können das Risiko von Bit-Fehlern verringern.

Pre-Emphasis

Ein normaler, unveränderter Kanal weist eine Eckfrequenz auf, die sich relativ zur Verbindungslänge und je nach Leiterplattenmaterial verändert. Ein Kanal mit Pre-Emphasis hebt hohe Frequenzen an und verhält sich wie ein Hochpassfilter. Durch diese Eigenschaft werden die Verluste, die durch Anheben des Signals über den Nennspannungspegel (Uss) entstehen, kompensiert.

Damit ist das Systemverhalten auf dem Pre-Emphasis-Kanal aufgrund der Verstärkung der hochfrequenten Daten ausgewogen. Ein Kanal mit Pre-Emphasis weist gegenüber einem ohne Pre-Emphasis bei bestimmten Bit-Übergängen ein größeres Signal auf und bewirkt eine HF-Anhebung. Dies schwächt die Einflüsse niederfrequenter Eckfrequenzen ab und ermöglicht die Übertragung von Daten über weitere Distanzen.

De-Emphasis

De-Emphasis normalisiert das Signal, so dass Uss für alle Bit-Breiten gleich bleibt. Dies geht zu Lasten einer niedrigeren Uss bei bestimmten Bit-Übergängen, wie durch eine „Data Look-Ahead“ Methode vorgegeben. Ein Kanal mit De-Emphasis hat eine geringeren Signal-Nennspannungspegel als das Original bei bestimmten Bit-Übergängen.

De-Emphasis kann Inter-Symbol-Interferenzen kompensieren, die bei „Runt Pulses“ auftreten können. Diese neigen dazu, bei einem Augendiagramm die ersten Maskenverletzungen (Mask Violations) zu zeigen.

Equalization

JESD204B Receiver Equalization sorgt für eine HF-Anhebung der Eckfrequenz des Kanals. Pre-Emphasis- und De-Emphasis-Methoden verlangen Kenntnisse bezüglich künftiger Übergänge der eintreffenden Daten, die am PHY-Empfänger nicht zur Verfügung stehen. Stattdessen ist der Equalization-Block am Empfänger ein Hochpassfilter, der die von der Tiefpassfrequenz abhängigen Einflüsse des Kanals kompensiert.

JESD204B-Sender und -Empfänger mit Emphasis und Equalizern können kombiniert werden, um im Gegensatz zur ausschließlichen Nutzung von Emphasis am Sender oder Equalization am Empfänger die Einfügedämpfung gemeinsam auszudehnen.

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