還記得振鈴嗎？也就是由反射引起的、會影響信號質量的振蕩？想當年我們可以假設信號在芯片之間傳輸是瞬時完成的，在那時，這個問題可以通過阻抗匹配(在MHz頻率時也不是個什么大問題)，或等待它們穩定下來來解決(圖1)。

 

我也不記得那些日子了。毫無疑問，光的速度有限。那時和現在的區別在于，無論是非歸零(NRZ)還是四電平脈沖幅度調制(PAM4)信號，它從發射器傳輸到接收器，然后從接收器反射回發射器，然后又從發射器反射到接收器所花的時間，遠小于碼元的單位時間間隔(UI)。

 

圖1：反射在上升沿處產生振鈴。

 

在電子工程術語中，發射器到接收器的通路是傳輸線，它和電容器、電感器或電阻器一樣，都是基本的網絡元件。56Gbaud信號的UI小于20ps，即在典型的pcb中相當于約3mm長。任何超過幾厘米長的通道都可以作為此信號的傳輸線。

 

可以這樣想：發射器和接收器引腳上的阻抗不匹配，以及它們之間的連接器、過孔和其他不連續會引起反射。如果發射器和接收器之間的距離是1英寸(即2.54cm)，則對于56Gbaud信號，它們之間的群延遲約為8.5個UI。碼元會在接收器處發生反射，經歷8.5個UI傳回到發射器，然后又會經歷下一次反射，經過8.5個UI傳送到接收器。由于往返時間是17個UI，因此初始碼元在經歷17個UI傳輸后，會因反射而發生衰減。采用17抽頭判決反饋均衡(DFE)，則可以在碼元進入解碼器/限幅器之前很好地整理這些反射。

 

由于有插入損耗以及任何反射都不會完全，因此后續反射的振幅會越來越小。

 

RL(f)(回波損耗，與頻率呈函數關系)和IL(f)(插入損耗)分別由差分散射參數Sdd22和Sdd21所給定。Sdd22用來衡量總反射信號能量。S參數掩模已使用多年，用來指定最大允許的RL(f)和IL(f)，但它們沒有考慮均衡的影響(圖2)。

 

圖2. PAM4 28Gbaud典型應用所用(a)RL(f)和(b)IL(f)掩模。圖片由Ransom的筆記提供。

 

下面來看有效回波損耗(ERL)，這個數量是由Samtec公司的杰出工程師Rich Mellitz在802.3cd(50/100/200/400千兆以太網)中所提出。ERL以與信道工作裕量(COM)類似的方式，將回波損耗與均衡效應(尤其是DFE)，以及發射器噪聲和接收器頻率響應合并到了與信噪比類似的品質因數中。

 

與COM類似，ERL做了兩件事：(1)它提供了靈活的設計參數空間，工程師可以利用它來優化整體系統設計，因此可以用不同的設計元素適應不同的信號損傷，同時確保合規元件能夠進行互操作；(2)它把簡單易懂的測量方法和要求轉化成了非常復雜的品質因數——要想理解這是什么，就得閱讀本文的第2部分。