Lineare Entzerrung in Multi-Gigabit-Systemen

Link Training und adaptive Signalaufbereitung

Eine Gemeinsamkeit dieser Standards ist das Konzept des Link Trainings und der adaptiven Signalaufbereitung. Auch wenn die genauen Einzelheiten und verwendeten Algorithmen unterschiedlich sind, kommen doch in allen Fällen Methoden zur Anwendung, mit denen die Empfänger (Rx) dem Sender (Tx) Empfehlungen zum Ändern der FIR-Koeffizienten (Finite Impulse Response) geben. Im Zuge dieses Vorgangs kommt das Tx/Rx-Paar ohne externe Intervention zu einer Signalkompensations-Lösung für den gesamten Kanal. Ein linearer Entzerrer, der in einen für das Link Training ausgelegten, verlustbehafteten Kanal eingefügt wird, muss die Linearität des Kanals so bewahren, dass ein langer Kanal wie ein kürzerer Kanal mit weniger Verlusten erscheint. Der DS125BR820 bringt hinsichtlich seiner Bandbreite und seines Dynamikbereichs hinreichende Voraussetzungen mit, um von Industriestandard-Sendern kommende Signale mit maximaler Amplitude zu verarbeiten.

In PCIe-Applikationen lässt sich ein linearer Entzerrer direkt neben einem Add-In-Card-Anschluss (AIC) platzieren. Standardbasierte Softwaretests werden genutzt, um den Host-Sender die gesamte Palette der voreingestellten Tx-Werte mit unterschiedlich viel FIR-Energie durchlaufen zu lassen. Die Gegenüberstellungen in Tabelle 1 und Bild 5 machen deutlich, wie ein Equalizer die Pre-Cursor- und die Post-Cursor-Energie innerhalb der vom PCIe-Standard vorgegebenen Grenzen halten kann.

Lineare Entzerrung und die Ansteuerung des Ausgangs erzeugen gemeinsam ein hohes Maß an FIR-Transparenz. Dies ermöglicht es dem Equalizer, alle PCIe 3.0 Tx-Preset-Werte am AIC-Steckverbinder erfolgreich zu reproduzieren und durchzulassen. Die PCIe-3.0-Performance des DS80PCI810 von Texas Instruments wurde jüngst auf einem PCI-SIG Compliance Workshop verifiziert. Zum Erscheinungstermin dieses Beitrags war der Baustein der einzige lineare Equalizer, der auf der PCIe 3.0 Integrator’s List geführt wurde. Die PCIe-Tx-Presets werden mithilfe eines bestimmten Compliance-Patterns und unter Verwendung einer Oszilloskopsoftware getestet, mit der sich die Messwerte extrahieren und berechnen lassen. Diese Tests helfen bei der Gewährleistung eines robusten Betriebs in PCIe-konformen Kanälen.

Systemintegratoren werden Spezifikationen und Messdaten dieser Art mit sehr kritischem Blick betrachten. Eine intuitivere Einschätzung der Leistungsfähigkeit der CTLE-Technik lässt sich jedoch eher mit Kurven gewinnen, die bei der vollen Bitrate oder Geschwindigkeit aufgezeichnet wurden. In einem modernen digitalen System ist es wichtig, die Welleneigenschaften an verschiedenen Punkten des Übertragungskanals zu verstehen. Die Kurvensequenz in Bild 6 gibt ein 10-GbE-Signal an unterschiedlichen Stellen des Übertragungswegs wieder (die Farbe des Pfeils entspricht der Kurvenfarbe).

Moderne Methoden zur Anpassung der Tx- und Rx-Entzerrung ermöglichen ohne Probleme 508 bis 762 mm lange Übertragungswege bei einer Datenrate von 10 GBit/s. Ein zusätzlicher linearer Entzerrer ist bei diesen Distanzen nicht unbedingt erforderlich.

Auf jeden Fall eignet sich diese Länge aber gut um zu demonstrieren, wie ein lineares Entzerrungsverfahren die an andere Systemkomponenten gestellten Entzerrungs-Anforderungen verringern kann. Wie Bild 6 veranschaulicht, kann ein linearer Entzerrer die Amplitudeneinbußen der hochfrequenten Signalanteile kompensieren, während gleichzeitig die Eigenschaften der niederfrequenten Komponenten erhalten bleiben.

Wenn man die CTLE-Funktion in der Mitte des 508 mm langen Kanals anordnet, lassen sich die Kurven paarweise kombinieren, um die entsprechenden Kurven am CTLE-Eingang und am Rx-Eingang zu zeigen. Durch das Einfügen der CTLE-Funktion hat sich die effektive Kanallänge um 254 mm (dies entspricht nahezu 9 dB) reduziert.

Fazit

Mit der linearen Entzerrung erhöht sich die Latenz einer seriellen Verbindung nur um wenige Picosekunden, und auch der Jitter nimmt nur minimal zu. Dafür vergrößern sich die Reserven eines Systems beim Senden und Empfangen schneller Signale.

Es steht außer Zweifel, dass die digitale Signalverarbeitung und Kommunikation auch weiter die Infrastruktur neuer Kommunikations-Standards dominieren werden. Dennoch spielt die lineare Entzerrung im analogen Bereich nach wie vor eine wichtige unterstützende Rolle für die Aufbereitung schneller Signale. Sie gewährleistet einen robusten, fehlerfreien Betrieb in einem breiten Spektrum serieller Protokolle wie etwa 10GbE, PCIe und SAS.

* Lee Sledjeski arbeitet als Applications Ingenieur bei Texas Instruments in Dallas / USA.

(ID:44171021)