有想過(guò)嗎，高速信號(hào)隔直電容為什么是幾百NF量級(jí)的？

高速先生成員--黃剛

交流耦合電容，坊間也俗稱隔直電容，相信大家對(duì)它的原理都非常的熟悉，就是把直流電平隔掉，保證傳輸過(guò)程中電平的轉(zhuǎn)換不會(huì)影響接收端。下面的一條常見(jiàn)的PCIE4.0的金手指鏈路，TX端會(huì)有隔直電容，做過(guò)類似硬件原理的朋友都知道，電容的容值一般就是100到幾百nf級(jí)別的，有的用100nf，有的用220nf，差不多就是這個(gè)量級(jí)了。

大家用著也很習(xí)慣，只要鏈路的阻抗損耗等PCB參數(shù)優(yōu)化好了，功能上也不會(huì)有什么問(wèn)題，今天高速先生拋開(kāi)自己的老本行---高速鏈路在PCB的優(yōu)化不說(shuō)，就聊聊這個(gè)隔直電容容值的不同對(duì)高速信號(hào)的影響！

首先我們提取上面的這條PCB鏈路的無(wú)源結(jié)果，電容的話我們來(lái)嘗試PCIE常用的220nF的電容，為了研究不同容值電容的影響，我們找一個(gè)1nF的電容來(lái)做對(duì)比?？纯?20nf和1nf電容對(duì)PCIE4.0信號(hào)的影響。

首先我們看看損耗方面的差異哈，16Gbps的PCIE4.0信號(hào)基頻是8GHz，然后我們“驚訝”的發(fā)現(xiàn)，兩種不同容值的電容在8GHz頻點(diǎn)的損耗幾乎是一樣的。

難道不同容值的電容就真的對(duì)高速信號(hào)沒(méi)有影響？細(xì)心的朋友可能此刻已經(jīng)在放大上面那張損耗的對(duì)比圖了，然后就猛的發(fā)現(xiàn)還是有一個(gè)局部地方是有差異的，沒(méi)錯(cuò)！就是放大很多倍之后看到低頻的位置其實(shí)是不一樣的哈。

從放大之后的結(jié)果可以看到，1nf電容在很低很低頻段的時(shí)候其實(shí)是比220nf電容的損耗要大的，后面頻率上去之后兩者才慢慢趨于一致。也就是說(shuō)，不同容值電容在較低頻段對(duì)高速信號(hào)的傳輸作用是不同的。

當(dāng)然說(shuō)到這里很多朋友會(huì)問(wèn)，那然后呢，到底對(duì)高速信號(hào)的影響在哪里，能不能說(shuō)得讓大家明白一點(diǎn)？當(dāng)然可以！高速先生的宗旨就是通俗易懂，那我們?cè)俳又轮v，通過(guò)波形和眼圖的形式繼續(xù)分析它們的差異哈！

我們知道，高速串行信號(hào)的碼型其實(shí)是隨機(jī)碼，什么叫隨機(jī)碼，也就是可能在某些時(shí)刻會(huì)出現(xiàn)下面這兩種碼型比較極端的碼型。

上面那種就是很多長(zhǎng)“1”的碼型，也就是連續(xù)很多位都是“1”，下面那種可能還正常一點(diǎn)，就是“1”和“0”切換得更頻繁的碼型。相信我！對(duì)比這兩種碼型經(jīng)過(guò)這條不同容值電容鏈路后的情況你們就知道差異了。

首先我們用這兩串碼型去通過(guò)220nf電容的鏈路，第一串長(zhǎng)“1”的碼型發(fā)送過(guò)去的效果：

然后是第二串“1”和“0”切換頻繁的鏈路發(fā)送過(guò)去的效果：

感覺(jué)還行啊，兩種碼型都符合大家的預(yù)期吧，除了有一點(diǎn)損耗之外，幅度，電平這些都很好，沒(méi)什么問(wèn)題！

那趁熱打鐵吧，我們?cè)儆眠@兩串碼型發(fā)送到1nf的鏈路中去，看看接收端的表現(xiàn)。

首先我們先用第二串“1”和“0”切換頻繁的鏈路發(fā)送過(guò)去，先看它的表現(xiàn)：

不能說(shuō)一模一樣，但是真的和220nf的時(shí)候沒(méi)區(qū)別?。∠葎e緊張，我們接著來(lái)看看長(zhǎng)“1”的這串碼型發(fā)到1nf電容鏈路的情況，要是看完了，也沒(méi)區(qū)別，你們?cè)僮邌h！

來(lái)啦，長(zhǎng)“1”的這串碼型發(fā)到1nf電容鏈路的效果是這樣的：

從波形的大小上看也沒(méi)區(qū)別??？？？？不是，好像還真有點(diǎn)區(qū)別，什么區(qū)別呢？波形和眼圖的幅度為什么會(huì)拉下來(lái)啦？怕大家沒(méi)理解，我補(bǔ)一張對(duì)比的波形圖，這次能看到差異了吧？

這時(shí)就看到1nf電容鏈路對(duì)高速信號(hào)的影響了吧，不對(duì)稱的眼圖會(huì)導(dǎo)致有效的眼寬和眼高都非常小，所以選對(duì)隔直電容的容值對(duì)高速串行信號(hào)的性能還是影響賊大的，一直沿用下來(lái)的100nf或者220nf還是很有道理的哈！

審核編輯 黃宇