Xmodel HSlink (5)

이번에는 1일차 마지막 수업인 equalizer에 대해서 간략하게 배웠다.

channel equalization으로 이는 ISI(intersymbol interference)에 대한 보정에 대한 얘기이다.

High Speed link의 중요점은 바로 high BW Tx와 정확한 타이밍 circuit이다. 또한 channel 전달에 있어서 terminated도 중요하다. 고속에 따라서 주파수 문제로 reflection에 의한 왜곡이 증가하게 된다. 

즉 다양한 원인으로 고주파에 ISI를 유발한다.

그래서 요즘 HSlink의 경우에 여러가지 equalization circuit이 존재한다. 이는 channel loss를 보상하기 위해서 있다.

pre EQ는 loss 상쇄를 위해서 미리 filter를 거치는 것으로 한 번 맞추면 꺼도 되고 Adaptive는 channel에 따라서 EQ를 조절하는 것이다.

TL의 모댈로 각 포트에 따라서 S parameter로 계산을 하게 된다. 2port network로 Scattering parameter를 이용하는데, 이로써 termination effect를 이용한다.

기존의 TL을 EQ없이 transfer function을 보면 loss가 크고 phase가 맞지 않는 것을 볼 수 있다.

그러고 TL이 여러개가 있다면 crosstalk로 채널사이의 간섭이 존재하고 이 경우도 S parameter로 모든 조합에 따라서 계산을 해야한다. 하지만 너무 많기 때문에 Xmodel에서 계산이 가능하다.

ISI는 이제 주파수에 dependent한 loss로 TL을 거치고 난 뒤에 pulse가 변하는 것을 말한다. 다른 symbol들에 의해서 pulse가 wider 해지는 것이다.

이는 Tx가 데이터를 보내는데 Rx측에서 ISI로 인한 pulse 변동으로 데이터를 제대로 읽을 수 없게 만든다.

위와 같이 CM differential pair로 구성을 해서 TL을 분석하면 eye diagram을 Xmodel에서 볼 수 있다.

eye diagram은 신호의 무결성에 대한 얘기로 open이 되어있을수록 신호를 판단할 수 있는 것이다. 위와 같은 경우는 EQ가 없이 TL을 거치고 eye가 close 되어있는 것을 알 수 있다.

 

cf) 흠 나는 그냥 갑자기 궁금한건 ISI로 불균형이 있어도 양쪽만 영향이 있다면 기준선을 바꿔서 sampling을 해도 되지 않나 싶기도 한데???ㅎㅎ...

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아무튼 eye를 open하는 것이 바로 channel equalizer가 하는 역할이다. Tx측에서 Rx의 ISI를 고려해서 미리 찌그러트려서 전송을 하는 것이 pre-distort 방식이다.

이를 보면 peak를 낮추면서 주변을 키워서 EQ를 하는 것을 알 수 있다. (신호측면에서 bad... 굳이 낮춰?)

2 tap FIR filter로 시행을 하는데, fix swing 조정하는 셈으로 미리 HPF로 저주파를 줄이는 셈이다.

1cycle 전의 delay에 계수를 곱한 값을 얻게 되는 filter인데, 이는 과거까지 포함을 해서 변화가 있으면 큰 값을 주고 변화가 없으면 작은 값을 주는 것이다.

이는 기본적으로 FIR filter 회로가 current DAC 이다. 덧셈 뺄셈의 형태로 현재와 과거의 data를 가지고 차이를 channel로 보내는 것이다.

그래서 회로를 구성해서 보면 I0와 I1의 값을 세팅하고, 현재와 과거의 데이터를 얻어서 출력하는 것이다.

Tx의 출력을 보면 값이 변할 때 강조를 하는 것을 알 수 있다. 그렇게 Rx측의 input이 개선되는 것이다. 이전에는 ISI로 인해서 주변에 영향을 줘서 1/0을 구분하기 힘들었지만 pre-emphasis를 통해서 값이 변할 때 강조를 하여 구분을 쉽게하는 것이다.

이번에는 가장 많이 쓰인 Voltage mode Tx EQ이다. VM transmit equalizer는 multiple driver로 구성해서 출력을 공유하는 형태이다.

회로의 형태가 과거와 현재의 값을 저항을 통해서 출력으로 내보내는 것이다. 그 값이 R의 값에 따라서 계수를 결정하고 이는 또 임피던스 매칭도 필요하다.

그렇게 값을 조정하면 differential pair로 구성해서 입력값을 과거와 현재에 맞춰서 넣고 반대편 line은 반대로 넣는다. 그 다음에 계수에 맞춰서 R값을 조정하면 Vsw값에 맞춰서 동작한다. 그렇게 pre-emphasis가 되어서 EQ를 넣는 셈이다.

그러면 Eye diagram도 살짝 open 되는 것을 볼 수 있다.

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이번에는 Rx측의 EQ를 볼 수 있다.

feedforward linear EQ는 변화가 있는 부분인 고주파를 HPF로 구성하고

Decision feedback EQ는 nonlinear로 채널 특성을 알고 전에 데이터를 제거하는 형식이다. 

전의 값을 받아서 cancle하는... pre-cursor 제거...

Linear EQ로 Continous time linear EQ가 있다. CTLE로 differential stage로 C를 이용해서 마치 Common source amp처럼 2개의 pole과  1개의 zero를 활용한다.

그러면 꽤 고주파측에서 gain이 크고 떨어지는 것을 볼 수 있다.

이런 filter를 활용하는 것이다.

그러면 eye가 열리는 것을 볼 수 있다.

마지막으로 Decision feedback equalizer를 볼 수 있다. 이는 DFE로 previous bit에 대해서 FIR filter를 이용해서 제거하는 것이다. 입력에서 이전 값을 제거하는 것으로 ISI를 없애는 것이다.

Dout을 이용해서 DAC를 거쳐서 값을 sampling해서 과거의 ISI를 제거하는 형태로 진행이 된다.

이런식으로 FIR filter를 활용하는 셈이다.

 

Q. ISI를 제거하는 DFE에서 타이밍을 어떻게 맞추는지? 전에 값이 도달하지 못하고 현재값은 진행하면 전전 값이 제거되면? (아 그래서 clk을 inverter를 거치는 건가?

 

Q. EQ라는게 결국에 그냥 필터만을 활용하는 것인지? 필터 회로를 pole과 zero에 맞춰서 구성만 하면 되는 건지 원리가 정확히 헷갈림...

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뭐 아무튼 이번에는 Equalizer에 대해서 배웠다. 기본적으로 ISI에 의한 왜곡을 없애기 위해서 Tx측과 Rx측에서 EQ를 이용하는데, Tx측은 미리 강조를 하고 Rx측은 이전의 값을 없애거나 변화가 큰 고주파의 gain을 높혀서 구분을 쉽게 짓게 해준다.