PCIe中的信號補償技術——De-emphasis

這一篇文章中，我們主要來聊一聊PCIe中的信號補償技術（Signal Compensation）——De-emphasis。需要注意的是，Gen1&Gen2與Gen3的De-emphasis實現機制差別較大，而本文只介紹Gen1&Gen2相關內容。如需了解Gen3的相關內容，可自行查閱Gen3的PCIe Spec。

高速信號傳輸中有一個非常棘手的問題，就是當傳輸速率變得越來越高的同時，數據間隔單元（Unit Inerval，UI）也會變得越來越小。這導致前一個bit的數據會對后面bit的數據造成影響，如果不去除這些影響，將會導致誤碼率飆升，甚至通信無法繼續(xù)。

數字通信中有一個基本的概念，叫做壓擺率（Slew Rate），可以理解為1微秒或者1納秒等時間里電壓升高的幅度，單位可以為V/s，mV/ns，mV/ps和μV/ps等。這帶來一個問題，如果壓擺率過大，信號會過沖；如果壓擺率過小，信號又達不到目標電壓。然而實時動態(tài)地調解壓擺率是很困難的，所以一般在固定的模式下，壓擺率也相對固定（當然，在不同的電壓范圍肯定是有所區(qū)別的）。

此時，還存在另一個問題，由于壓擺率的特性，如果系統(tǒng)中出現幾個連續(xù)的1（或者0），而接下來的信號為0（或者1）時，信號的電壓可能達不到要求，如下圖所示。這種前面的信號會影響后面的現象，我們稱之為ISI（Inter-Symbol Interference）。

注：雖然PCIe采用了8b/10b編碼，但是仍然會出現連續(xù)的5個0或者5個1（一些控制字符，如COM）。

為了解決這個問題，PCIe采用了一種叫做De-emphasis的技術，具體細節(jié)如下：

· 當前后電平極性變化時，不使用De-emphasis；

· 連續(xù)相同極性電平的第一個bit，不使用De-emphasis；

· 只有連續(xù)相同極性電平的第一個bit之后的bit，才使用De-emphasis；

· 對于2.5GT/s，De-emphasis將電壓較少3.5dB。對于5GT/s，則是6dB；

· Beacon信號也需要進行De-emphasis，但是規(guī)則稍有差別。

注：Beacon信號在之前關于LTSSM的文章中介紹過。

如下圖所示：

一個De-emphasis的例子如下圖所示：

采用De-emphasis之后的PCIe設備接收端信號如下圖所示：

差分的例子：

此外，對于Gen2（5GT/s）的PCIe設備來說，還可以使用Reduced Swing的方式來解決上訴問題，如下圖所示，這里就不詳細地介紹了。