PCIe物理层_CTLE（continuous time linear equalizer）

news2025/1/20 5:51:13

1.CTLE（continuous time linear equalizer）的作用

信号在介质的传输过程中存在趋肤效应(skin effiect)和能量损耗，在接收端数据会存在失真，并且呈现出低通特性。什么意思呢？就是低频率的信号衰减幅度小，高频率的信号衰减幅度的大。例如串行信号010101就是高频的信号，串行信号00000111110000011111就是相对低频信号。信号衰减不是问题，信号在不同频率下衰减幅度不一致才是主要问题。其典型特征是信号电压幅度明显变小，信号跳变沿平缓。如图1所示，在发送侧，信号跳变很快，眼图质量很好，经过介质传输后到低接收端，在接收端信号跳变变得很平缓，眼图已经闭合。

CTLE核心目标是从接收到的信号中去除不期望的频率分量，补偿有效频率分量，从而获得更好的信号质量，减少误码率。缺点：CTLE会增大部分高频噪声。

针对无效频率，CTLE会大幅度降低信号电压幅度，从图5、6、7中可以看到，越远离中心频点，数值越来越小。

针对有效频率，CTLE尽量补齐高频信号和低频信号的差异，从而降低不同频率衰减幅度差，尽量使得不同频率信号的衰减程度趋于一致，即高频信号直流增益大，低频信号增益小。从图5、6、7中可以看到，越靠近中心频点直流增益（DC gain）数值越大。

图1：高频信号衰减

如图2所示，红色虚线为不同高频率信号的通道损失曲线，蓝色虚线为不同高频率信号CTLE增益曲线，绿色实线为接收侧经过CTLE处理后的不同高频率信号的通道损失曲线。从图中可以看出经过CTLE处理后，大部分频率的信号损失保持在一个稳定的水平。

图2：channel Loss与CTLE 示意图

图3和图4是使用软件模拟出来的接收侧信号眼图，图3为在CTLE处理之前信号眼图，可以看出模糊一片，眼睛闭合。图4为经过CTLE模块处理后的信号眼图，可以看出信号质量明显提升，眼睛已经张开。

图3：接收侧CTLE处理之前信号眼图

图4：接收侧CTLE处理之后信号眼图

图4-2：RX 侧EQ处理结构图（来自知乎老狼）

图5、图6、图7分别展示了8.0 GT/s、16.0 GT/s、32.0 GT/s场景中，CTLE行为的损失曲线，图形横轴为信号频率，纵轴为直流增益（DC Gain）。

从图中可以看到，8.0 GT/s、16.0 GT/s场景中，增益是负值，即CTLE都是降低了所有频率信号的电压幅度，频率越靠近奈奎斯特频率，电压降低幅度越小。32.0 GT/s场景中，由于高频信号在传输过程中，损失过大，因此在奈奎斯特频率附近，信号增益是正数值。

针对特定的Serdes速率，其串行信号的有效频率范围是有限制的，其最低频率（最多出现的连续 0或1 的数量）收到scramble和编码方式限制，其最高频率（每个UI都会进行翻转，即010101的方式传输数据）收到Serdes速率限制。在有效频率范围之外的信号，属于噪声，期望增益为负值，且增益数值越小越好。