对更快高速串行链路互连的不断需求催生了大量串行链路技术，其中许多技术有望将速度提高到 12.5Gbps。为了在特定信道环境下实现误码率裕度，需要仔细考虑许多关键问题。
    本文将讨论与传统和下一代背板相关的不同问题。例如，制造变化和环境条件对高速背板系统的性能有重大影响。
    系统设计人员必须考虑这些变化，并确保系统在指定条件下以可接受的误码率运行。
    讨论了选择适当的信令方案所依据的标准。此外，还将讨论统称为背板 (ABP) 的串行链路技术。ABP 包含的技术包括 SmartDecision Feedback Equalizer (SmartDFE) 和自动适应。
    对经济持续复苏和各种数据网络扩展的预测推动了网络设备供应商新设计活动的复苏。
    结果是带宽增加，需要串行链路性能的显着提高。开发全面满足这些平台严格的背板要求的高性能串行链路解决方案面临着巨大的挑战。
    系统设计人员必须克服一系列制造变化、温度和湿度变化，所有这些都对高速背板系统的性能产生重大影响。系统设计人员必须考虑这些变化，并确保系统在指定条件下以可接受的误码率 (BER) 运行。

    背板通道通常由十个独立组件组成：线路卡和开关卡的芯片、封装和模块、两个背板连接器、背板模块和交流耦合电容器，如下图 1 所示。

    高速串行链路问题
    串行链路在线路、交换机和背板 PCB 模块以及芯片封装上可能具有不同的走线长度和通孔短截线长度。这些链路还经过大量连接器对组合，从而导致不同的阻抗和串扰分布。
    通常，高速串行链路中使用的串行器-解串器 (SerDes) 电路旨在限度地减少通道损伤的影响。在更高的数据速率下，还必须考虑制造工艺、湿度和温度的变化。
    高速背板中遇到的两个更具破坏性的通道损伤是码间干扰 (ISI) 和反射。有效地化这些损伤的影响是系统设计人员面临的主要挑战，特别是当速度达到并超过 10 Gbps 时。
    信道色散的显着影响之一是相邻符号的“扩展”，这导致连续比特重叠，从而导致比特错误。要了解 ISI，请考虑频域中的背板传递函数。在频域中，背板通道的行为类似于低通滤波器，衰减高频分量，同时使低频分量基本不受影响。
    消除 ISI 的常见方法是引入逆频率均衡 (IFE)，其行为类似于高通滤波器。这种形式的传输均衡（预加重和去加重）是化 ISI 影响的直接而有效的方法。在预加重中，高频分量被放大，并且去加重相对于信号奈奎斯特频率的低频分量被去加重，从而平坦化整个系统响应并消除ISI。
    在时域中，通道的单位响应表明了 ISI 的破坏性影响。下面的图 3 说明了通过有损信道传输到接收器的简单 1-0-1 模式。由“前光标”ISI（蓝色波形）加上“后光标”ISI（绿色波形）引起的误差，为“0”位产生明显高于 0/1 电压阈值的电压。
    由于阻抗失配而导致的反射发生在通道中的许多不同点处。如图1所示，通道是通过焊接到插入背板的线卡的封装从一个芯片到另一芯片的完整路径。
    信号必须穿过许多迹线才能从源到达目的地，每条迹线都由可能不同的阻抗特性表示。
    阻抗不连续性
    连接系统组件的短垂直走线或过孔是另一个反射源。这些过孔将封装连接到线卡，并从线卡连接到连接器和背板。
    连接器本身经常存在内部阻抗不连续性，或者在实际系统中与线卡和背板通孔组合时可能存在不连续性。时域反射 (TDR) 分析说明了这种阻抗不连续性。
    化通道中反射影响的有效方法是仔细设计、制造和集成通道中的各种无源元件。然而，另一种称为决策反馈均衡 (DFE) 的均衡形式可以有效地处理损耗和色散 ISI，同时也限度地减少与配置相关的反射。该技术使用发送和接收均衡器来根据信道特性的先验知识来增强或减弱每个比特。
    这种均衡方法的主要优点之一是它可以补偿后期反射。然而，DFE 重要的优势也许是它可以通过编程来不断适应环境波动带来的信道变化。
    由于色散随着背板中许多属性的变化而变化，因此非常需要传输均衡器在抽头设置方面的灵活性。类似地，由于接收均衡器主要用于化反射，因此抽头分配和权重的灵活性对于处理不同高性能背板配置中存在的不同反射至关重要。
    在具有显着通道间变化的典型背板环境中，不存在适用于所有通道的简单系数集。通过使用自适应，可以同时确定每个均衡系数的解决方案。
    在经典的手动解决方案中，系数是通过彻底预定义 SerDes 将运行的各种链路来确定的。在非典型的14线卡机箱中，有许多线卡、交换卡、控制卡和机箱版本组合。
    手动调整均衡系数可能会消耗许多个月的设计和测试工程资源。在“连续”（或自适应）均衡方法中，系数在实时数据传输期间连续且自动地适应。
    热量和湿度变化是两种常见的影响，需要背板不断适应。它们反过来会引起通道传递函数的变化。湿度变化加上 60°C 或更高的温度变化可能会导致 3GHz 下的信道性能发生高达 10dB 的变化。
    由于缺乏持续调整均衡以补偿这些变化的能力，手动方法可能无法实现并维持可接受的 BER。
    传统均衡约束
    传统均衡是峰值受限的。如图2(b)所示，“增益”均衡器实际上在低频时衰减高达 -10dB。在由传统介电材料（又名 FR-4）制成的通道中，接收信号一开始就严重衰减。应用传统均衡会进一步衰减低频，有时是不切实际的。
    针对这个问题，近推出了一种称为智能决策反馈均衡器 ( SmartDFE ) 的新方法。这种新的 DFE 方法不是改变信号，而是旨在预测 ISI 和衰减的影响，并智能地减去负面影响。
    为了有效地补偿由先前接收到的比特引起的前体ISI，必须在后续比特到达之前消除先前接收到的比特的影响。这在高速链路中很难实现，因为比特到达的速度如此之快，以至于在合理的功率限制内进行设计时，接收器电路的延迟可能比比特本身长得多。为了克服这一限制，我们开发了一款具有循环展开功能的 SmartDFE 接收器
    在 SmartDFE 接收器中，同时进行两个采样，并根据先前的位决策选择正确的位。换句话说，SmartDFE 接收器使用推测采样和决策的形式，允许在解析前一位之前采样下一位。
    除了标准数据限幅器和边缘采样器以促进 2 倍过采样时钟和数据恢复之外，接收器还有一个额外的采样器用于监控链路性能。该自适应采样器具有可变时序和电压参考，除了在链路操作期间监控性能之外，它还提供自适应均衡和链路配置算法所需的信息。
    为了在没有过多功耗的情况下实现抽头 DFE，使用循环展开在接收器中添加了一个立即反馈均衡抽头，以避免反馈循环延迟的瓶颈。由于我们无法足够快地运行反馈循环，因此我们将其展开并做出两个决定每个周期。
    一个比较器决定输入，就好像前一个输出是 1，另一个比较器决定输入，就好像前一个输出是 a0。一旦我们知道了前一位，我们就可以选择正确的比较器输出，如上图 5所示。
    使用两个采样器 接收器
    现在拥有两个偏移± 的采样器，而不是仅使用一个数据采样器来发送信号，从而预测来自先前发送的值为 ±1 的符号的尾部（后光标）ISI tap 的影响。通过使用两个接收器，一个接收器假设+错误， 另一个接收器假设错误” ， 当我们确定前一位的实际值时，我们可以选择正确接收器的输出。这个概念与进位选择加法器非常相似。
    为了演示其工作原理，请考虑 0-1-1-0 位序列，如下图 6 所示。个位 (1) 到达，包括其后光标错误，导致 下一个位 (0)发生+错误偏移。通过在电压域中的两个单独点（一个在+ 处，另一个在– 处）同时采样，并确定初始位是 (1)， +接收器的输出 被选择为第二位。
    类似地，第二位的后游标扩展会导致 第三位发生错误移位，当第二位的值已确定时，会导致选择第三位的     接收器 。使用两个具有±偏移量的采样器使该技术成为可能。
    结合使用自适应接收均衡器和这种方法有很多好处。同一背板中不同通道的频率响应可能因多种原因而有很大差异：电路板和器件制造的变化、由于长度不同而导致的不同损耗斜率、由于电线改变布线层时信号在连接器和过孔中遇到的不连续性而产生的凹口等等。 。
    为了确保给定的链路架构能够在背板的每个通道上正常工作，您必须准备好为每个通道定制适合的均衡。然而，背板中的大量链路给集中式链路控制带来了巨大的开销。从这个角度来看，更理想的解决方案是设计一个能够适应信道的自包含链路。
    此外，由于温度和湿度的变化，每个信道随时间变化缓慢，信道损耗在3GHz时波动高达10dB。这些重大变化需要重新调整均衡器，而不是仅仅在初始安装时进行设置并忘记它。因此，自适应均衡方法可确保每个通道在任何时间和任何条件下都能实现性能。
    另一个好处“可转化为降低的实施成本”是这种方法相对于单独使用线性传输均衡的固有优势。接收器反馈均衡仅从输入中减去误差，而不会衰减信号。相反，由于发射器的输出摆幅受到峰值功率约束的限制，因此发射均衡器必须衰减信号的低频分量，以便为通道创建平坦的响应。
    因此，将此方法与发射均衡结合使用，可产生比完全发射均衡信号高出 40% 的电压裕度（上图 7）。
    简而言之，这可以使系统设计人员在 PCB 中采用较便宜的介电材料，同时仍然保持足够的电压裕度以确保性能。