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一文帶你了解傳輸線理論

2023-01-04
來源:Excelpoint
關(guān)鍵詞: 傳輸線 同軸傳輸 Microchip 世健

在現(xiàn)代通信技術(shù)中,每當在傳輸高速信號的時候,特別是射頻微波信號傳輸過程中,總是不可避免的遇到因為回波損耗和輻射損耗所造成的信號衰減。如何改善這一問題?技術(shù)型授權(quán)代理商Excelpoint世健的工程師Wolfe Yu對傳輸線理論進行了科普。

各種傳輸線路的優(yōu)劣分析

為了將電磁波束縛在一定橫截面內(nèi)導通,防止信號向外部空間輻射,人們通常采用一種被稱為“金屬波導”的導行系統(tǒng)。

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圖1 金屬波導的導行系統(tǒng)

金屬波導其實就是一個空心的金屬管,它的特點是對于高頻信號衰減少、傳輸效率高。但是波導的缺點是只能導通高頻信號,對于中、低頻信號無法傳輸。這和傳統(tǒng)的雙導線系統(tǒng)正好相反。

那么,是否有一種傳輸線,可以實現(xiàn)所有頻段全覆蓋呢?為了解決這個問題,科學家提出了新的解決方案——微帶傳輸和同軸傳輸技術(shù),本文主要討論同軸傳輸技術(shù)。

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圖2 同軸線傳輸線的導行系統(tǒng)

同軸線傳輸是由分離導體柱構(gòu)成,可以傳播橫電磁波,從兩分離的導體柱結(jié)構(gòu)和傳遞橫電磁波的角度來看,同軸線傳輸技術(shù)信號衰減相對較少,覆蓋頻段寬,理論上可以覆蓋全頻段,是傳輸信號的較優(yōu)選擇。

同軸線傳輸還有一個優(yōu)勢,高頻電磁波信號通過空間電場傳輸,主設(shè)備可以同時通過同軸線傳輸電能給從設(shè)備,這被稱之為PoC(Power-over-Coax), PoC和PoE的工作原理類似。

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圖3 同軸傳輸線供電原理框圖

信道均衡技術(shù)

信道碼間串擾

在數(shù)字通信系統(tǒng)中,由于多徑效應、信道帶限等因素,在接收端會形成碼元拖尾。拖尾部分與相鄰碼元疊加,形成碼間干擾,導致采樣信號畸變,判決錯誤。

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圖4 碼間串擾引起信號丟失及采用信道均衡技術(shù)恢復碼元

為了提高衰落信道中的通信系統(tǒng)的傳輸性能,工程師們往往采取的一種抗衰落措施,來消除或減弱寬帶通信時的多徑時延帶來的碼間串擾(ISI)問題,這被稱為“信道均衡”。

傳輸線網(wǎng)絡(luò)模型

信道均衡是為了消除碼間干擾,它的核心思想是對信道或整個傳輸系統(tǒng)特性進行補償,通過補償網(wǎng)絡(luò)使傳輸線阻抗和負載阻抗相等。

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圖5 傳輸線等效模型

在高速傳輸系統(tǒng)中,傳輸線會產(chǎn)生很多寄生參數(shù),可以采用阻容器件來建立等效分段傳輸模型。

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根據(jù)信號的傳輸模型,高速信號在經(jīng)過長傳輸線之后,輸出信號會產(chǎn)生畸變。如果不對信號作處理,信號將無法準確識別,形成碼間干擾串擾。

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圖6傳輸線信號畸變引起碼間串擾

阻抗匹配的具體實現(xiàn)方法是,在傳輸線的基礎(chǔ)上,再添加一個傳遞函數(shù),使整個傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)阻抗匹配,這被稱為“全通濾波”或者“均衡電路”。

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均衡傳輸實現(xiàn)方法

為了消除碼間干擾,使電路達到均衡效果,一般采用兩種方法,一種是預加重、另一種是去加重。

預加重技術(shù)就是增強信號上升沿和下降沿處的幅度,其它地方幅度不變。而去加重是保持信號上升沿和下降沿處的幅度不變,其他地方信號減弱。

根據(jù)上述分段傳輸線傳輸模型,一般會在發(fā)送端做前饋均衡FFE(Feed Forward Equalizer),在接收端做判決反饋均衡DFE(Decision Feedback Equalizer)。

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圖7 均衡傳輸技術(shù)建模

前饋均衡FFE是SerDes系統(tǒng)中最常用的均衡技術(shù)。通常SerDes的發(fā)送端會使用FFE技術(shù)對信號進行預均衡。FFE通過將延時的信號按不同的權(quán)重(w-1,w0,…,wn)相加??刂茩?quán)重的大小調(diào)整均衡強度。

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圖8 前饋均衡的預加重原理

判決反饋均衡DFE也是通過數(shù)字高頻濾波器實現(xiàn)的,與FFE不同的是,DFE是一種非線性均衡技術(shù):判決后的信號為數(shù)字信號。因此,DFE可以只放大高頻信號,而不放大高頻噪聲。

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圖9 判決反饋去加重原理

在DFE電路中,通常的做法,一般會在前級加上一個連續(xù)時間線性均衡CTLE(Continuous Time Linear Equalizer),CTLE的作用是作為高通濾波器和低通濾波器配合,實現(xiàn)信號的全通濾波。

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圖10 同軸均衡傳輸技術(shù)理論可以覆蓋全頻段

Microchip基于CoaXpress一攬子解決方案

Microchip推出的一種基于CoaXpress的視頻傳輸方案就是基于均衡法的同軸傳輸。

EQCO125X40集成均衡器、CDR和電纜驅(qū)動。它可以實現(xiàn)在一根電纜或PCB跟蹤對上發(fā)送/接收信號,在1.25 Gbps/12.5 Gbps 8b/10b編碼下行傳輸,以及20.833 Mbps/41.666 Mbps 8b/10b編碼的上行傳輸。在ADAS圖傳應用中,視頻信號通過同軸線進行無損耗傳輸給高算力的平臺做進一步處理,這種算法已經(jīng)被越來越多的客戶所接受。

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圖11 Microchip基于CoaXpress技術(shù)的圖傳解決方案

這顆芯片搭載在基于Microchip PolarFire視頻平臺上,客戶可以利用Microchip提供的免費IP安裝包輕松完成產(chǎn)品開發(fā),縮短開發(fā)流程,其授權(quán)代理商Excelpoint世健能提供相應的技術(shù)支持和指導,幫助客戶更高效地進行產(chǎn)品開發(fā)。

關(guān)于世健——亞太區(qū)領(lǐng)先的元器件授權(quán)代理商

世健是完整解決方案的供應商,為亞洲電子廠商包括原設(shè)備生產(chǎn)商(OEM)、原設(shè)計生產(chǎn)商(ODM)和電子制造服務(wù)提供商(EMS)提供優(yōu)質(zhì)的元器件、工程設(shè)計及供應鏈管理服務(wù)。

世健與供應商及電子廠商緊密協(xié)作,為新的科技與趨勢作出定位,并幫助客戶把這些最先進的科技揉合于他們的產(chǎn)品當中。集團分別在新加坡、中國及越南設(shè)有研發(fā)中心,專業(yè)的研發(fā)團隊不斷創(chuàng)造新的解決方案,幫助客戶提高成本效益并縮短產(chǎn)品上市時間。世健研發(fā)的完整解決方案及參考設(shè)計可應用于工業(yè)、無線通信及消費電子等領(lǐng)域。

世健是新加坡的主板上市公司,總部設(shè)于新加坡,擁有約650名員工,業(yè)務(wù)范圍已擴展至亞太區(qū)40多個城市和地區(qū),遍及新加坡、馬來西亞、泰國、越南、中國、印度、印度尼西亞、菲律賓及澳大利亞等十多個國家。世健集團在2020年的年營業(yè)額超過11億美元。1993年,世健在香港設(shè)立區(qū)域總部——世健系統(tǒng)(香港)有限公司,正式開始發(fā)展中國業(yè)務(wù)。目前,世健在中國擁有十多家分公司和辦事處,遍及中國主要大中型城市。憑借專業(yè)的研發(fā)團隊、頂尖的現(xiàn)場應用支持以及豐富的市場經(jīng)驗,世健在中國業(yè)內(nèi)享有領(lǐng)先地位。

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