预加重技术

 既然传输通道的ISI的影响可以通过事先对传输通道的特性进行精确测量而预测出来，那么就有可能对其进行修正。发送端的预加重和接收端的均衡电路就是两种最常见的对通道传输的影响进行补偿的方法。传输通道最明显的影响是其低通的特性，即会对高频信号进行比较大的衰减。对于一个方波信号来说，其高次谐波对于信号形状的影响很大，如果所有高次谐波全部被衰减掉了，方波看起来就象个正弦波了。

 

    预加重（Pre-emphasis）是一种在发送端事先对发送信号的高频分量进行补偿的方法。这种方法是增大信号跳变边沿后第一个bit（跳变bit）的幅度（预加重）。比如对于一个00111的序列来说，做完预加重后序列里第一个1的幅度会比第二个和第三个1的幅度大。由于跳变bit代表了信号里的高频分量，所以这种方法有助于提高发送信号里的高频分量。在实际实现时，有时并不是增加跳变bit的幅度，而是相应减小非跳变bit的幅度，这种方法有时又叫去加重（De-emphasis）。

   

    对于预加重技术来说，其对信号改善的效果取决于其预加重的幅度的大小，预加重的幅度是指经过预加重后跳变比特相对于非跳变比特幅度的变化。预加重幅度的计算公式如图2.30所示。数字总线中经常使用的预加重有3.5dB、6dB、9.5dB等。对于6dB的预加重来说，相当于在发送端看，跳变比特的电压幅度是非跳变比特电压幅度的2倍。

 

    简单的预加重对信号的频谱改善并不是完美的，比如其频率响应曲线并不一定和实际的传输通道的损耗曲线相匹配，所以高速率的总线会采用阶数更高、更复杂的预加重技术。如下图所示是一个3阶的预加重，其除了对跳变沿后面的第1个比特进行预加重处理外，跳变沿之后的第2个比特的幅度也有变化。跳变沿后第1个比特的幅度变化有时也叫Post Cursor1，跳变沿后的第2个比特的幅度变化有时也叫Post Cursor2。有些总线如PCI-E3.0，会对跳变沿前面的1个比特的幅度也进行调整，叫做Pre Cursor1，有时也称为PreShoot。

 

    由于真正的预加重电路在实现的时候需要有相应的放大电路来增加跳变比特的幅度，电路比较复杂而且增加系统功耗，所以在实际应用时更多采用的是去加重的方式（De-Emphasis）。去加重技术不是增大跳变比特的幅度，而是减小非跳变比特的幅度，从而得到和预加重类似的信号波形。下图是对一个10Gbps的信号进行-3.5dB的去加重后对频谱的影响。可以看到，去加重主要是通过压缩信号的直流和低频分量（长0或者长1的比特流），从而改善其在传输过程中可能造成的对短的0或者短1比特的影响。

 

    最简单的去加重实现方法是把输出信号延时一个或多个比特后乘以一个加权系数并和原信号相加。去加重方法实际上压缩了信号直流电平的幅度，去加重的比例越大，信号直流电平被压缩得越厉害，因此去加重的幅度在实际应用中一般很少超过-9.5dB，极端情况下也就用到-12db左右。