自適應均衡器系統電子電路

自適應電纜均衡器是串行數字視頻(SDV)廣播和串行電信設備接收器前端的基本組成部分，它們還可以用于其它類(lèi)型的有線(xiàn)通信系統。均衡器直接與傳輸線(xiàn)接口，恢復由電纜造成信號幅度及帶寬的損耗。由于均衡器直接連接到電纜，因此它很容易受ESD、EMI/RFI和器件所產(chǎn)生的噪聲影響，均衡器的工作特性也傾向于增大設計中噪聲的影響。一個(gè)采用抗干擾自適應電纜均衡器的魯棒系統也必須保持均衡器的一些良好工作特性，如寬輸入動(dòng)態(tài)范圍、寬信號帶寬、低殘留輸出噪聲、高輸入回波損耗，以及最大均衡電纜長(cháng)度等。

ESD、EMI/RFI和器件產(chǎn)生的噪聲是有線(xiàn)通信系統中的三大主要干擾模式：ESD可以毀壞或摧毀電路內外的有源及無(wú)源器件;EMI/RFI會(huì )影響系統的信號處理，嚴重時(shí)會(huì )造成系統基本功能的失效;器件產(chǎn)生的噪聲可以影響電路的工作，降低其性能，亦可導致系統失效。

自適應均衡器設計的技術(shù)挑戰

要設計一個(gè)能應對以上干擾的魯棒系統是一個(gè)不小的挑戰。自適應電纜均衡器并非簡(jiǎn)單的數字器件，這是設計者都必須仔細考慮的基本事實(shí)。美國國家半導體的CLC014、CLC012和最新的CLC034自適應均衡器是高性能的模擬器件，它們是高增益、高帶寬、模擬、射頻、AGC放大器濾波器。在正確集成情況下，它們能與其它所有系統元件(包括機箱、無(wú)源元件和PCB等)共同抵御內、外部的干擾。一般情況下，當電纜長(cháng)度為最大時(shí)，均衡器接收到的信號為最小。所以，均衡器的增益與帶寬要在最大值。但當輸入端未連接，沒(méi)有外接信號時(shí)，增益與帶寬也是最大。在最大增益情況下，即使少量的有害EMI或傳導干擾都會(huì )被大大地放大，影響均衡器的正常工作。好的PCB設計可以阻止干擾，避免一些常見(jiàn)的均衡器應用故障，如：無(wú)法在給定數據速率下均衡最大電纜長(cháng)度;電纜長(cháng)度小于最大值出現數據錯誤;當輸入端開(kāi)路時(shí)有虛假的或隨機輸出數據;信號檢測錯誤指示。

這些故障是由以下原因引起的：源于系統機箱內部或PCB上的EMI輻射;邏輯器件或電源通過(guò)輸入網(wǎng)絡(luò )的元器件安裝管腳耦合到輸入端的噪聲;其它附近電路對輸入端及/或自適應均衡器電路(AEC)的串擾;均衡器輸入、輸出電路的耦合。ESD事件會(huì )嚴重損壞半導體器件，特別是當這些器件沒(méi)有導電包裝材料保護時(shí)，更容易遭受損害，即使半導體器件安裝在電路上也會(huì )被損壞。用于直接電纜接口的器件，如線(xiàn)路驅動(dòng)器和電纜均衡器等都按照最大ESD額定電壓而設計。即便如此，只依賴(lài)于半導體器件本身來(lái)提供所有ESD防護，而無(wú)視其額定ESD防護值的高低，仍是不明智的做法。均衡器輸入電路有通過(guò)終結電阻接地的低阻抗路徑優(yōu)點(diǎn)，提高了對ESD的耐受能力。輸入電路中使用的元器件都應當有足夠的ESD抵御能力，以應對設計中的最大ESD事件。通過(guò)適當的選擇與設計，所有的電路元器件(包括機箱、連接器和PCB等)均可以實(shí)現均衡器和其它接口器件的ESD防護。

提高性能的設計方法

以下這些設計措施可以抵御電子干擾，提高均衡器整體工作性能：1.將均衡器輸入網(wǎng)絡(luò )及AEC電路與外部、卡上的高電平信號隔離或屏蔽開(kāi);2.采用耐用的輸入電路元器件，抑制ESD事件;3.采用多層PCB，用獨立的傳輸線(xiàn)和電源-地層，實(shí)現隔離、屏蔽和ESD防護;4.在電源、地層間采用薄的電介質(zhì)(6mil以下)，以提高層間電容和高頻衰減;5.旁路電容、終結電阻、集電極負載電阻以及VCC和VEE管腳焊盤(pán)與層面連接時(shí)采用兩個(gè)過(guò)孔;6.不要將多根VCC和VEE管腳連接到一個(gè)過(guò)孔，因為這可能引起器件中的噪聲。

圖1所示是推薦的CLC014均衡器電路，圖2是相應的PCB布局。在PCB板上，采用了一些將均衡器電路與有害信號干擾隔離開(kāi)來(lái)的措施。在輸入網(wǎng)絡(luò )和AEC電容下方的電源層去除了銅箔，消除了電源層噪聲向輸入電路和AEC電路耦合的路徑。所有層都除去了部分銅箔(深色陰影線(xiàn))，以隔離均衡器的電路。這些隔離帶可以防止鄰近電路通過(guò)中間層與均衡器電路的直接接觸。這樣，干擾信號要接近輸入電路就必須沿隔離帶走一個(gè)較長(cháng)的路徑。

這樣的做法增加了低通濾波效果，提高了對有害信號的衰減能力。用于提供信號環(huán)路(loop-back)功能的電纜驅動(dòng)器經(jīng)常毗鄰均衡器放置。電纜驅動(dòng)器的輸出信號要比均衡器接收到的信號強很多，隔離帶有助于隔離電纜驅動(dòng)器信號，降低對均衡器輸入信號的干擾。在輸入電路周?chē)且粋€(gè)良好接地的保護(屏蔽)環(huán)，用于降低拾取到的RFI，如圖2a所示。也可以用PCB外層的覆銅代替保護環(huán)，如圖2b。覆銅必須以約1cm的間距連接所有的地層，以形成一個(gè)有效的屏蔽。均衡器差分輸入放大器的共模抑制以及對稱(chēng)的輸入元件布局也可以增強RFI抑制能力。RFI在同時(shí)被兩個(gè)輸入端接收時(shí)是一種共模信號。具有平衡終結阻抗的對稱(chēng)輸入電路布局可使RFI信號平均地到達兩個(gè)輸入端，這樣輸入差分放大器的共模抑制功能可以消除大部分干擾信號。

編輯點(diǎn)評：使用以上這些簡(jiǎn)單技術(shù)，可以將干擾降低到最低程度，提高自適應電纜均衡器的性能。在設計初期就注重干擾抑制和工作可靠性要比以后再增加其它措施更具經(jīng)濟性。在自適應電纜均衡器的設計早期采用了這些設計建議，就可以提高系統的性能，無(wú)需今后重新設計以解決干擾與性能的問(wèn)題。