高速率的系統(tǒng)所衍生出的損耗、反射、串?dāng)_與偏斜等問題，為解決當(dāng)前的背板困境，我們必須先解決信號完整性問題，信號完整性問題會在數(shù)據(jù)速率達(dá)3Gbps到10Gbps的范圍內(nèi)造成像表層效應(yīng)、電介值損耗、反射、串?dāng)_、符號間干擾(Inter-Symbol Interference簡稱ISI)，以及內(nèi)部對偏斜(intra-pair skew)等嚴(yán)重問題(參考附件)。將現(xiàn)有的I/O速度提高兩級，或是利用通用的銅纜線均衡器，都無法有效解決上述問題，因?yàn)檫@些技術(shù)主要是針對克服低速背板上常見的訊息信道損耗所設(shè)計(jì)的。

　　現(xiàn)今的工程師們必須采取一些適當(dāng)?shù)募夹g(shù)與設(shè)計(jì)技巧，使其在數(shù)據(jù)速率接近10Gbps時(shí)，仍能達(dá)到可接受的誤碼率(Bit Error Rates, BER)。其中，最有效的應(yīng)該是稱為脈沖振幅調(diào)變(Pulse Amplitude Modulation, PAM)的多準(zhǔn)位信號技術(shù)，以及我們熟知的判斷反饋均衡器(Decision Feedback Equalization，DFE)自適應(yīng)均衡技術(shù)。

　　OEM廠商所面對的另一個(gè)問題，是要確定該在為其現(xiàn)有的背板上采用何種強(qiáng)化技術(shù)。是要制作一種客制化的ASIC(特殊應(yīng)用集成電路)，或是用現(xiàn)成的ASSP(特殊應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品)就能滿足設(shè)計(jì)呢?答案將取決于相關(guān)的經(jīng)濟(jì)規(guī)模以及系統(tǒng)的特性和規(guī)格。

　　訊息信道損害(Channel Impairments)

　　背板是由許多不同組件組成的復(fù)雜環(huán)境，目前已經(jīng)對超過5Gbps以上的信號速率產(chǎn)生了重大挑戰(zhàn)。如圖1所示，其信號路徑包含了超過11種的不同組件，每一顆組件均各自擁有其阻抗變化。此外，在信號路徑中還有超過10個(gè)的過孔，每一個(gè)過孔都同時(shí)具有貫穿(through)與殘段(stub)成份，這導(dǎo)致了額外的電位阻抗不連續(xù)性與諧振極點(diǎn)。其結(jié)果是此環(huán)境中的訊息信道傳輸函數(shù)的變化會非常顯著。當(dāng)奈奎斯特(Nyquist)頻率低于2GHz時(shí)，盡管訊息信道存在著一些差異，但過孔與阻抗不連續(xù)性(反射)的現(xiàn)象卻不是很明顯。在2GHz以上時(shí)，根據(jù)信號層(以及過孔的貫穿/殘段比率)、走線長度，以及電介值材料的不同，各訊息信道將呈現(xiàn)出很大的差異。要在這種訊息信道特性變化極大的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)速率，對高速串行連接而言是非常大的挑戰(zhàn)。

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　　圖1：一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的背板系統(tǒng)

　　其中的每一個(gè)主動與背動組件都提出了不同的信號挑戰(zhàn)。此外，還必須考慮到制造時(shí)的變化。

　　在高頻背板中，兩種更具破壞性的訊息信道損害是符號間干擾(ISI)與反射。它們都各自有其來源及效應(yīng)，然而，自適應(yīng)均衡技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用將同時(shí)克服這兩種不良效應(yīng)。

　　符號間干擾(Inter-symbol interference)

　　訊息信道的其中一種顯著效應(yīng)就是會在鄰近符號間引發(fā)ISI的單位元響應(yīng)‘?dāng)U展’ 。當(dāng)在頻域中考慮ISI時(shí)，背板訊息信道的表現(xiàn)就像一個(gè)低通濾波器，此處的高頻組件會呈現(xiàn)衰減，而低頻信號則不受影響。(見圖2)

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　　圖2

　　(a) – 背板S21曲線;其表現(xiàn)就像一個(gè)低通濾波器。

　　(b) – 反向頻率均衡器S21曲線;其表現(xiàn)就像一個(gè)高通濾波器;

　　(c) – 整合的S21曲線;轉(zhuǎn)換函數(shù)擁有平坦性及理想的頻率范圍。

　　透過分析訊息信道的單位元響應(yīng)，我們可以在時(shí)域中觀察ISI。圖3展示了在簡單的101數(shù)據(jù)模式中從有損號的訊息信道至接收器的傳輸所出現(xiàn)的ISI破壞性效應(yīng)。錯(cuò)誤的結(jié)果是由來自藍(lán)波形的‘前體(pre-cursor)’ISI，加上來算綠波形的‘后體(post-cursor)’ISI所歸納出的，其總和會產(chǎn)生一個(gè)明顯高于0/1電壓閥值的‘0’位電壓。

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　　圖3

　　在輸入到訊息信道(黑色)，以及輸出到訊息信道(紅色)時(shí)，一個(gè)無均衡的簡單101數(shù)據(jù)模式。

　　其輸出情況是分別會輸出到兩個(gè)分離的單位元響應(yīng)(綠色、藍(lán)色)，顯示出ISI是如何感應(yīng)到錯(cuò)誤的發(fā)生。

　　消除I SI的最常用方法是反向頻率均衡。在背板鏈接環(huán)境中，主要的挑戰(zhàn)是如何在極高性能與極低的面積和功率開銷條件下進(jìn)行有效的均衡。傳送均衡(通常稱為預(yù)強(qiáng)調(diào)(pre-emphasis)或解強(qiáng)調(diào)(de-emphasis))是一種簡單的方法，通常能有效地消除由發(fā)散所引起的ISI。在傳送均衡中，低頻會對應(yīng)奈奎斯特頻率信號逐步衰減，因此能讓整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)變得平坦，并消除ISI(見圖2與圖4)。

　　在此必須注意，在均衡情況中，輸出擺動并沒有增加，為了獲得公平的比較，系統(tǒng)會維持其恒定的峰值功率約束。盡管單位元的高度較低，但透過傳送均衡來消除ISI仍能有效地提升訊息噪音比(SNR)。

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　　圖4

　　無均衡的單位元響應(yīng)以及一個(gè)帶有5接頭均衡傳送器展示了透過傳送均衡減少ISI。每一點(diǎn)都代表符號樣品。