Lineare Entzerrung in Multi-Gigabit-Systemen

Betrachtet man die Amplituden- und Timing-Eigenschaften der Impulsantwort, lassen sich Rückschlüsse auf die Reaktion des Systems auf ein PRBS-Muster (Pseudo-Random Binary Sequence) ziehen. Die Methode sorgt schlicht für eine zeitliche Verschiebung und Summierung eines jeden PRBS-Zustandswechsels, als handele es sich dabei um einen Impuls. Rein mathematisch gesehen, hat der Impuls in Bild 1 zwar keine unendliche Amplitude und eine Breite von null. Er ist aber dennoch eine gute und intuitive Möglichkeit, die Performance der CTLE-Technik zu veranschaulichen.

Ohne CTLE werden auch an einem einfachen Datenmuster die Auswirkungen der reduzierten Amplitude und der Impulsausbreitung bei Einzelbit-Zustandswechseln im Augendiagramm klar deutlich. Mithilfe der CTLE-Technik verringern sich diese Effekte, indem die Amplituden aller Zustandswechsel entzerrt werden und die Impulsausbreitung über die Bitgrenzen hinweg minimiert wird. Durch das Minimieren der Wechselwirkungen zwischen den Bits erfolgt eine Minimierung der Inter-Symbol-Interferenzen (ISI), sodass sich das Augendiagramm weiter öffnet (Bild 2).

Die Betrachtung des Frequenzbereichs

Eine weitere Möglichkeit zur Unterstützung der CTLE-Technik ist die Betrachtung im Frequenzbereich. Die FR4-Platine, mit der schon das Verhalten im Zeitbereich untersucht wurde, eignet sich auch zur Analyse der Eigenschaften im Frequenzbereich. Auch das verwendete Messinstrument ist das gleiche. Optimale Augendiagramme erhält man üblicherweise dann, wenn die vom Übertragungsmedium verursachte Abschwächung durch die CTLE-Verstärkung über einen weiten Frequenzbereich hinweg und bis fast an die Nyquist-Frequenz heran ausgeglichen wird.

Das Beispiel in Bild 3 zeigt den Übertragungsverlust und die CTLE-Verstärkung bei einer seriellen Datenrate von 12 GBit/s. Bei einem 12-GBit/s-Signal erzeugt ein sich wiederholendes Muster der Binärsymbole 101010 für eine Grundfrequenz von 6 GHz. Die gewählte Kombination bewirkt, dass das System aus Übertragungsmedium und CTLE einen ideal flachen Frequenzgang besitzt.

Wendet man die zeitkontinuierliche lineare Entzerrung bei extremer Abschwächung und entsprechender Anhebung hoher Frequenzen an, so offenbart sich eine Schwäche der CTLE-Technik. Wie die Darstellung im Frequenzbereich zeigt, kann die CTLE-Schaltung die hochfrequenten Anteile erheblich verstärken.

Intern ist die CTLE-Schaltung so ausgelegt, dass sie jeglichen zusätzlichen Random Jitter (RJ) in dem schnellen Signal minimiert. Extern ist es der CTLE-Verstärkung aber nicht möglich, zwischen dem Nutzsignal und dem systemimmanenten Rauschen zu unterscheiden. Folglich erfahren alle Aspekte des ankommenden Signals eine Anhebung, was besonders bei höherer CTLE-Verstärkung stärker deutlich wird.

Wenn zur Kompensation der Übertragungsverluste höhere CTLE-Verstärkungen erforderlich sind, kann Software zum Jitter-Abbau das erhöhte RJ-Aufkommen erkennen. Ein hohes Maß an RJ kann Bitfehler verursachen. Günstig ist, dass die Anwendung der CTLE-Technik in geringem bis mittlerem Umfang ohne deutliche Zunahme des gemessenen RJ möglich ist. Tatsächlich werden CTLE-Lösungen auch weiterhin für die Kompensation medienbedingter Übertragungsverluste spezifiziert und angewandt, auch wenn die Datenraten größer als 25 GBit/s sind. Derzeit machen Interfaces mit 25 GBit/s nur einen sehr geringen Teil des gesamten Schnittstellenmarkts aus. Die meisten Designer erreichen die benötigte Geschwindigkeit nach wie vor mit Standards wie PCI Express (PCIe), 10-Gigabit Ethernet (10GbE) und Serial Attached SCSI (SAS), deren Datenraten zwischen 8 und 12 GBit/s liegen.

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