PCIe中的信号补偿技术——De-emphasis

这一篇文章中，我们主要来聊一聊PCIe中的信号补偿技术（Signal Compensation）——De-emphasis。需要注意的是，Gen1&Gen2与Gen3的De-emphasis实现机制差别较大，而本文只介绍Gen1&Gen2相关内容。如需了解Gen3的相关内容，可自行查阅Gen3的PCIe Spec。

高速信号传输中有一个非常棘手的问题，就是当传输速率变得越来越高的同时，数据间隔单元（Unit Inerval，UI）也会变得越来越小。这导致前一个bit的数据会对后面bit的数据造成影响，如果不去除这些影响，将会导致误码率飙升，甚至通信无法继续。

数字通信中有一个基本的概念，叫做压摆率（Slew Rate），可以理解为1微秒或者1纳秒等时间里电压升高的幅度，单位可以为V/s，mV/ns，mV/ps和μV/ps等。这带来一个问题，如果压摆率过大，信号会过冲；如果压摆率过小，信号又达不到目标电压。然而实时动态地调解压摆率是很困难的，所以一般在固定的模式下，压摆率也相对固定（当然，在不同的电压范围肯定是有所区别的）。

此时，还存在另一个问题，由于压摆率的特性，如果系统中出现几个连续的1（或者0），而接下来的信号为0（或者1）时，信号的电压可能达不到要求，如下图所示。这种前面的信号会影响后面的现象，我们称之为ISI（Inter-Symbol Interference）。

注：虽然PCIe采用了8b/10b编码，但是仍然会出现连续的5个0或者5个1（一些控制字符，如COM）。

为了解决这个问题，PCIe采用了一种叫做De-emphasis的技术，具体细节如下：

· 当前后电平极性变化时，不使用De-emphasis；

· 连续相同极性电平的第一个bit，不使用De-emphasis；

· 只有连续相同极性电平的第一个bit之后的bit，才使用De-emphasis；

· 对于2.5GT/s，De-emphasis将电压较少3.5dB。对于5GT/s，则是6dB；

· Beacon信号也需要进行De-emphasis，但是规则稍有差别。

注：Beacon信号在之前关于LTSSM的文章中介绍过。

如下图所示：

一个De-emphasis的例子如下图所示：

采用De-emphasis之后的PCIe设备接收端信号如下图所示：

差分的例子：

此外，对于Gen2（5GT/s）的PCIe设备来说，还可以使用Reduced Swing的方式来解决上诉问题，如下图所示，这里就不详细地介绍了。