均衡器CTLE的原理特点及作用

Posted 2020-12-03 edadoc

CTLE是什么？上篇文章也提到了，直白的翻译为连续时间线性均衡。它是在接收端芯片上的一种技术。之前也提到了，CTLE的作用可以在传输损耗较大的链路，有效的改善接收端眼图的性能。

 

对于有过高速串行信号仿真经验的同行来说，最经常看到它的地方是IBIS-AMI的模型，以XILINX的V7芯片的ibis-ami模型为例，一般有以下对CTLE的描述：

 

很多初学的同行在对接收端的模型进行参数调节的时候，是不是一看到了“AUTO”的字眼，就马上选上，然后静静的等着之前闭合的接收端眼图慢慢张开，然后就会在结论中给出“接收端模型采用AUTO的自适应均衡即可满足要求”。的确，软件就是软件，做得越自动化越能提高仿真的效率，软件对CTLE的自动算法，的确能在确定通道频域特性的情况下优化出CTLE的响应，使得RX的接收频域特性达到最优，这样的话，时序和频域的波形就会变好了。

但是，如果真的要问CTLE为什么能使原本闭合的眼图张开，或者上述ibis-ami模型关于CTLE的参数是什么意思，均衡器CTLE的原理是什么，这可能会难倒相当一部分人吧。好吧，我们喜欢从结果出发，那就先来看看加入CTLE后的效果吧。

我们选择PCIE3.0协议的CTLE模型进行探讨，该模型的描述如下所示：

 

看到它实际上是频率和（幅度）dB值的关系曲线，我们先不管它的作用，先通过数学对下面的公式分析下：

 

首先我们知道，当s=0时，H（0）=ADC，也就是当频率为0的时候也就是直流的时候，实际上幅度是一个负的增益（常数），当频率在一个比较高（趋向无穷大）时，H为趋向于负无穷大；实际上曲线变化频段的部分是由公式上两个pole点来控制，我们一般称为极点或者peak点。根据该公式的数学运算，在两个pole点之间会出现该曲线的一个最大值。这样我们就通过增益，零点，极点来定义了一个频域响应了。

因此CTLE曲线就是一个在低频时增益衰减为常数，然后随着频率升高慢慢衰减变小，但是过了一个较高频率之后，衰减又开始慢慢变大的效果。其实我们想利用的频段是前两部分：在低频时候常数增益衰减，然后随着频率升高慢慢衰减变小的频段。然后我们能下这么一个结论，实际上，在起作用的频段内，CTLE是一个高通滤波器。

那我们来看看CTLE对于通道的作用吧。

当PCIE3.0的传输通道达到如下损耗时，接收端眼图已经全部闭合。

  

然后我们加入一个-12db-ADC的CTLE均衡，眼图变成了下面的样子。

  

这时我们再去关注RX端的频率响应，加入CTLE前后的RX端损耗对比如下：

 

想不到有均衡之后的接收端损耗曲线竟然全频段都在无CTLE均衡的下面，说明均衡后的损耗总体都比无均衡的要差。