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USB 3.0是USB標(biāo)準(zhǔn)的下一代版本，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)5Gbps。對(duì)于這一新興標(biāo)準(zhǔn)，首先面臨的一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是如何在經(jīng)過(guò)PCB、長(zhǎng)電纜和相關(guān)的連接器傳輸后保證信號(hào)的完整性。為達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求，系統(tǒng)中需要提供固定和自適應(yīng)均衡。自適應(yīng)均衡電路比較復(fù)雜，需要較長(zhǎng)的訓(xùn)練周期。固定均衡相對(duì)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)而且消耗較低的功率。 實(shí)驗(yàn)表明，相對(duì)于自適應(yīng)均衡，固定均衡具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、成本低、功耗小等優(yōu)勢(shì)，而且能支持5Gbps數(shù)據(jù)流在FR4 PCB走線、USB 3.0電纜和連接器通道的傳輸。可以按照?qǐng)D1搭建一個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)試裝置，包括10英寸長(zhǎng)的FR4 PCB板走線、發(fā)送均衡器、USB 3.0電纜和接收均衡器。信號(hào)通過(guò)FR4 PCB板引線送入發(fā)送均衡器(MAX3982)，然后經(jīng)過(guò)3至6米的USB 3.0電纜到達(dá)接收均衡器(MAX3785)。 
圖1：簡(jiǎn)單的USB 3.0固定均衡測(cè)試裝置。 模板發(fā)生器向FR4 PCB發(fā)送IKJPAT數(shù)據(jù)流，與CJPAT類似，IKJPAT是針對(duì)時(shí)鐘恢復(fù)電路設(shè)計(jì)的一個(gè)8B10B模板。圖中的兩片IC雖然不是專為USB 3.0應(yīng)用而設(shè)計(jì)，但可以使USB 3.0的傳輸距離延長(zhǎng)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的3米以上。發(fā)送端采用固定均衡器MAX3982，能夠提供四級(jí)預(yù)加重電平；接收端采用MAX3785 1.8V固定無(wú)源均衡器和限幅放大器。兩款產(chǎn)品均已投放市場(chǎng)，另外，國(guó)半和TI也可提供類似器件。固定接收均衡器由T型均衡網(wǎng)絡(luò)和限幅放大器構(gòu)成(圖2)。 運(yùn)行測(cè)試模板時(shí)，沒(méi)有經(jīng)過(guò)均衡的信號(hào)送至10英寸FR4電路板的引線，并經(jīng)過(guò)3米長(zhǎng)的USB 3.0電纜傳輸，可以得到圖3所示波形，從圖中可以看出波形劣化比較嚴(yán)重。加入固定均衡后，即使將電纜延長(zhǎng)到6米也可以明顯改善信號(hào)質(zhì)量，得到比較好的眼圖效果(圖4a)，高質(zhì)量的眼圖模板意味著較低的誤碼率。
圖2：固定接收均衡器由T型均衡網(wǎng)絡(luò)和限幅放大器(圖中沒(méi)有給出)組成。
圖3：接收端沒(méi)有經(jīng)過(guò)均衡傳輸?shù)男盘?hào)，信號(hào)通過(guò)10英寸FR4 PCB引線和3米長(zhǎng)的USB 3.0電纜傳輸?shù)竭_(dá)接收端。
圖4a：經(jīng)過(guò)均衡的USB 3.0數(shù)據(jù)流通過(guò)10英寸FR4 PCB引線和6米長(zhǎng)的USB電纜后能夠保持較寬的眼圖模板開(kāi)度。 如果放大圖4a所示波形，可以測(cè)得抖動(dòng)的峰縫值只有36.4ps。
圖4b：將5Gb/s眼圖模板的跳變區(qū)域放大后，可以測(cè)得36.4ps的系統(tǒng)抖動(dòng)。 將電纜替換成非均衡測(cè)試中使用的3米電纜，可以得到固定均衡電路對(duì)眼圖模板的改善，能夠保持穩(wěn)定、較寬的眼圖開(kāi)度(圖5a)。調(diào)整示波器放大眼圖的交叉區(qū)域(圖5b)，可以看到非常清晰的跳變沿。從測(cè)試結(jié)果看，電纜接口似乎可以省去昂貴的自適應(yīng)均衡電路。
圖5a：通過(guò)10英寸 FR4電路板引線和3米USB 3.0電纜傳輸后，經(jīng)過(guò)均衡的信號(hào)具有較寬的眼圖開(kāi)度，與圖3a所示6米傳輸?shù)臏y(cè)試結(jié)果非常相似。
圖5b：經(jīng)過(guò)10英寸FR4電路板、3米電纜傳輸后，均衡信號(hào)眼圖模板的交叉區(qū)域 作者：美信集成產(chǎn)品公司高級(jí)科學(xué)家Haim Shafir |
