硬件测试（五）：信号补偿

一、简介

        高速信号的趋肤效应以及传输线的介质损耗，使信号在传输过程中衰减很大，导致最后得到的信号失真。为了在接收终端能得到比较好的波形，就需要对受损的信号进行补偿，常用的补偿技术有：预加重、去加重和均衡三种信号补偿技术。

二、相关概念

1.  趋肤效应：是指导体中有交流电或者交变电磁场时，导体内部的电流随着与导体表面的距离逐渐增加，导体内的电流密度呈指数递减，即导体内的电流会集中在导体的表面。从与电流方向垂直的横切面来看，导体的中心部分几乎没有电流流过，只在导体边缘的部分会有电流。
2. 介质损耗：指的是绝缘材料在电场作用下，由于介质电导和介质极化的滞后效应，在其内部引起的能量损耗（即部分信号的能量被PCB基板吸收）。

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   在高速信号传输中，信号的高频分量衰减要比低频分量的衰减大很多，传输线路表现出来的特性像一个低通滤波器，如下图所示：

   

3. 预加重 (Pre-emphasis)：信号传输线表现出来的是低通滤波特性，传输过程中信号的高频成分衰减大，低频成分衰减少。预加重技术的思想就是在传输线的始端增强信号的高频成分，以补偿高频分量在传输过程中的过大衰减。信号频率的高低主要是由信号电平变化的速度决定的，所以信号的高频分量主要出现在信号的上升沿和下降沿处，预加重技术就是增强信号上升沿和下降沿处的幅度，如下图所示。

   

4. 去加重(De-emphasis)：去加重技术的思想跟预加重技术有点类似，只是实现方法有点不同，预加重是增加信号上升沿和下降沿处的幅度，其它地方幅度不变；而去加重是保持信号上升沿和下降沿处的幅度不变，其他地方信号减弱，如下图所示。

   

           预加重和去加重技术也存在一些缺陷，比如当线路上存在串扰时，预加重和去加重会将高频串扰分量放大，增大串扰的危害。为了弥补预加重和去加重技术的缺陷，后来就出现了均衡技术。

5. 均衡器：均衡器通常是用滤波器实现，跟预加重和去加重不同，均衡技术在信号的接收端使用，它的特性相当于一个高通滤波器，其原理如下：
    

   

   下图是一个简单的高通滤波器：

   

   均衡作用可分为频域均衡（包括幅度均衡、相位或时延均衡）和时域均衡，前者是校正频率特性，后者是直接校正畸变波形；按调节方法还可分为固定均衡和可变均衡；可变均衡又可细分为手动均衡和自适应(自动)均衡。