高速的信息傳輸一直是頂尖技術設計人員持續追求的目標。 無論所需數據量的多寡，快速的反應都能帶來諸多的優勢，這也是高速數據標準機構多年致力推動提高數據傳輸速率的因素之一。 個人計算機、筆記本電腦、平板計算機、虛擬現實裝置、高畫質電視機、藍光播放器、硬盤驅動器、車載信息娛樂系統和數據中心服務器等產品，都包含一個或數千兆位數據和高分辨率影片界面，如USB、USB Type-C、 DisplayPort或高畫質多媒體接口(HDMI)。

清除插入損耗/系統抖動 訊號調節器妙用多

USB Type-C可讓多種規格用于USB Type-C接口上；USB Type-C可支持USB 2.0、USB 3.0和高達10Gbps的USB 3.1 Gen 2。 它也可以運用USB Type-C接口作為替代模式傳遞DisplayPort和HDMI。

目前，USB Type-C可支持高達8.1Gbps的DisplayPort 1.4和高達3.4Gbps的HDMI 1.4b。

典型的高速傳輸系統包括傳送器和接收器，以及傳輸信息的走線、連接器和電纜。 保持訊號在傳輸介質上的完整性并防止訊號失真非常重要，同時也相當具有挑戰性。 傳輸介質會造成插入式耗損，導致訊號功率損耗。 電纜或走線越長，數據速率越高，造成的損失越多，進而也會導致接收器訊號惡化和高誤碼率。

例如，圖1顯示了1公尺到5公尺電纜上的USB 3.1 10Gbps訊號插入耗損。 如圖所見，耗損與電纜長度成正比。 印刷電路板(PCB)走線也存在類似的插入耗損。

圖1 10Gbps訊號的USB Type-C電纜耗損概況

圖2所示為4-mil FR-4 PCB走線長度的USB Type-C和DisplayPort訊號耗損。 采用10英寸PCB走線時，5Gbps的USB 3.0將損失5dB；8.1Gbps的DisplayPort 1.4將損失7.3dB；而USB 3.1 Gen 2將會損失8.7dB。

圖2 4-mil-wide FR-4 PCB走線的USB Type-C USB / DisplayPort插入耗損概況

PCB走線和電纜的系統插入耗損的累積可能會導致訊號不符合USB、DisplayPort或HDMI規范，與其它設備產生互操作性問題。

在USB系統中，為滿足電氣合規性要求，往往需要預留損失量。 在USB 3.0 5Gbps合規環境中，所容許的所有端到端信道耗損約為20dB。 USB 3.1 Gen 2 10Gbps合規性環境允許的所有端到端信道耗損為-23dB。

在USB Type-C生態系統中，由于連接器的可翻轉性和雙角色數據，USB主機和設備是可互換的；因此可將耗損預算均勻分配給主機和設備。

在USB 3.0中，主機和設備的允許信道耗損為-6.5dB，電纜的允許耗損為-7dB。 在USB 3.1 Gen 2系統中，主機和設備的允許耗損均為-8.5dB，電纜的允許耗損為-6dB，可以滿足USB認證要求。

如果PCB走線或電纜很長，會導致USB信道耗損超過主機、設備或電纜的分配耗損預算，在數據路徑中使用訊號調節器可降低信道插入耗損。

訊號調節器可以清除插入耗損或其它因素引起的系統抖動。 有兩種類型的系統抖動，分別為確定性抖動和隨機抖動。 信道插入耗損是一種確定性抖動，會產生符號間干擾(ISI)，可以透過轉接驅動器消除；而隨機抖動通常是由熱噪聲引起，可以透過重定時器消除。

轉接驅動器使用均衡技術來補償信道耗損的高頻組件，實現均衡的輸出頻率響應。 預加重和去加重是經常一起使用的技術。 預加重(也稱為前激)在傳輸之前提升高頻訊號。

去加重減少了低頻訊號，而預加重和去加重都可以實現相同的頻率均衡結果。 由于大部分抖動來自信道的插入耗損，轉接驅動器是對于補償ISI抖動和滿足標準規格要求，最簡單和效益最高的解決方案。

避免信道失真 線性轉接驅動器扮要角

讀者可將線性轉接驅動器視為一個走線縮短器。 它為信道增加相關頻率，在補償插入耗損的同時不會造成任何信道失真。 從電氣角度來看，它可以讓較長的走線具備與較短走線的同等性能。

圖3所示為28英吋走線和12英吋走線的插入耗損。 在28英吋走線的末端安裝線性轉接驅動器，可減少信道插入耗損，信道輸出結果相當于縮短了16英吋的PCB走線。

圖3 線性轉接驅動器的優勢

只要輸入訊號位于線性轉接驅動器規定的線性范圍內，輸入訊號將在保持原始訊號固有的預加重和去加重的條件下直接地輸出。

與限制轉接驅動器相比，線性轉接驅動器有幾個明顯的優勢。 線性轉接驅動器保留訊號來源的去加重和預加重，這樣便可以在接收端真實地反應原始來源訊號。

即使限制轉接驅動器可能產生去加重，也不會產生預加重，這是10Gbps USB 3.1 Gen 2的規范性要求之一。 因此，限制轉接驅動器可能會導致信道失真。

線性轉接驅動器在DisplayPort生態系統中具有很大的優勢。 它保留了源代碼的能力，因此對DisplayPort鏈路訓練而言是很清楚的。

為使用線性轉接驅動器獲得最佳的信道質量，設計人員需要在來源和分支之間建立鏈路訓練。 雖然限制轉接驅動器會因產生的信道失真，而中斷DisplayPort電氣連接，但是在限制轉接驅動器與來源或接收器之間建立鏈路訓練后，會導致信道質量下降，并在信道中的造成較高的誤碼率。

由于信道透明清楚的特性，線性轉接驅動器還可以讓有效的決策回授均衡器(DFE)在接收器中獲得更好的系統性能。 線性轉接驅動器之前的不連續性對于接收器是顯而易見的，并且可以透過DFE回路進行補償，但使用限制轉接驅動器，信息則會丟失，而且無法進行補償。

利用線性轉接驅動器，還可以有彈性地在長短接收信道之間提供設備布置和信道均衡(EQ)。 對于線性轉接驅動器來說，在一定范圍內超出EQ是可以接受的，因為它可在長短信道之間進行優化；并有效地將EQ轉變成為在線性范圍內提供的預加重的擺動。

但使用限制轉接驅動器時，轉變EQ將導致無法修正的抖動。 另一方面，如果電源由于電壓擺動或去加重和預加重而不符合要求，則限制轉接驅動器可以發出具有去加重的大量擺動訊號，滿足信道的兼容性。

轉接驅動器有效提升USB Type-C效能

對于主機和設備，重要的是要確保整體信道耗損在USB Implementers Forum(USB IF)規定的預算范圍內。 透過在系統中添加一個轉接驅動器，可確保系統符合要求，并補償為滿足規格要求所需的信道耗損。 為此，USB組件供貨商積極推出相關解決方案。

以半導體業者德州儀器(TI)為例，該公司旗下的TUSB542是USB 3.0 5 Gbps USB Type-C 2對1轉接驅動器開關，提供高達9dB的均衡和6dB的去加重，輸出擺幅設置為900mV和1.1V；而 TUSB211是USB 2.0雙向轉接驅動器。 在不破壞D+和D-走線的前提下，采用先進的仿真邊緣增強技術，可以抵消由外部開關、連接器和靜電放電(ESD)引起的訊號完整性損傷，確保透過USB認證。

根據IHS的USB Type-C報告，到2019年，有潛力的USB Type-C裝置出貨量將達到20億臺，因此在這些裝置之間建立穩固的連接將成為關鍵要求。 因應此一趨勢，USB組件供貨商針對提供各種應用需求提供USB Type-C轉接驅動器；線性轉接驅動器還可以透過USB Type-C提供優良的DisplayPort訊號，并且可以給予舒適的用戶體驗和簡化設計，來優化USB Type-C系統性能。

來源： 新電子