图6：（a） - 均衡结构整合Tx+Rx，以实现DFE；（b） – 均衡接头范围覆对讯息信道的单位元响应。
任何均衡架构的主要挑战之一，就是设定接头加权或均衡系数。在真实的讯息通到讯息信道变化的标准背板环境中，没有一组简单的系数设定能适用于所有讯息信道的工作。
透过使用自适应技术，我们可以同时为每一种均衡系数确定最佳方案。两种基本的自适应方法分别是‘设定并忘掉’，以及‘连续’。在‘设定并忘掉’方法中，自适应回路会在通电时执行，以建立均衡系数的设定，在自适应回路关断后，链路会以固定系数执行。
在‘连续’方法中，系数会在实时数据传输时连续地进行调整。温度与湿度变化是背板设计中必须进行连续自适应调整的最常见效应。它们会依序改变讯息信道传输函数。为了调和连续的自适应方法，工程师必须更关注均衡设计，以保证均衡系数的实时变化不会在count rollover期间产生输出故障。
最先进的背板技术在一个区域与功率效应方式中展现了实现自适应均衡的能力。Rambus公司的Raser X 10Gbps核心利用了内含‘强制归零（zero-forcing）’方法的连续自适应技术。Raser X核心同时提供了‘设定并忘掉’与‘连续’的自适应方法，两种方法均可由设计人员完全控制。另外，这种自适应方法的比率是可调整的，而且在系统的讯息信道特性变中，它能被调整为任何我们所预期的比率。
多准位信号
当在背板上执行更快速的频率时，一种处理损耗增加的方法是简单地使用电压来增加数据速率（即多准位信号），而非以时间的方法。在传统的二进制信号中，在每一个符号时间内仅能传送或接收单一位。但采用像脉冲振幅调变（PAM）这类的多准位信号方法，则能在每一段符号时间内传送多个位，如此一来，符号在较低的奈奎斯特频率上执行时，也能达到相同的数据速率。一种被称为4-PAM的技术即是采用了4个级来对每个符号的2个位进行编码，如图7所示。
图7：发出两个位信号的两种方法；（a） – 实时二进制信号发送；
（b） – 以电压和多准位信号方法发送信号（4-PAM），XY刻度均是相同的。
任何在2-PAM与4-PAM奈奎斯特基础频率中的损耗差异大于10dB的系统，都有可能得益于4-PAM信号。由相关视图第一阶段的简单分析中，我们可以清楚地看出这一点。图8显示了两个范例背板的传输函数，以及它们在6.4Gbps速率时的2-PAM及4-PAM视图。
图8：针对两个不同背板讯息信道的2-PAM vs. 4-PAM比较。
不过，有趣的是，两个讯息信道来自于同一个背板，并具有相同的走线长度与总过孔长度。唯一的不同之处在于它们的背板信号层，因此，贯穿过孔（through-via）与残段过孔（stub-via）的比例也不相同。
在顶端（蓝色S21）部份，在1.6GHz的4-PAM奈奎斯特频率与3.2GHz的2-PAM奈奎斯特频率间的传输函数并不会陡峭。在这个例子中，2-PAM的视图拥有较高的电压边差。
在底部（红色S21）部份，讯息信道的特性会在1.6GHz与3.2GHz奈奎斯特频率的传输函数上展现出大约30dB的差异，同时，正如预料，4-PAM视图在这个例子中也展现了优良的电压边差。就实体角度来看，由于这两个讯通讯几乎一模一样，但在电气特性上却有极大差异，因此我们对于‘究竟2-PAM或4-PAM哪一个更好？’这个问题无法获得确切的答案。目前我们所获得的结论是，应该依据每个通道的特性来做正确选择。因此，关键是工程师们必须针对最坏的情况进行仔细地分析，这一点与他们在部署灵活的均衡解决方案时一样重要。
弹性的SerDes解决方案
RaSer X SerDes是采用多种技术以达到弹性的高效能网络背板之解决方案。整合灵活的传送接收均衡技术可提供带有连续自适应技术的DFE。此外，RaSer X也同时支持2-PAM与4-PAM操作，频带覆对范围为4Gbps与6Gbps，如图9所示。为克服讯息信道之变化特性以达到更高效能与更低的位误码率（BER），RaSer X也同时支持信号类型为手动或自动化模式选择。
图9：整体链接方块图与RaSer X SerDes的2-PAM/4-PAM范围。
规划部署
系统工程师在重新翻修其背板，使之适应更高数据率时有两种选择，其一是购买现成的ASSP，或是为了新功能重新设计一个ASIC。两个主要因素─商业的及技术的─决定正确的规划部署背板效能。
如果目标系统的出货量非常小，则ASSP是一种最具经济效益的选择。举例来说，在每年销售量小于500台的核心路由器中，一颗ASSP的量产成本大约为200元，每年所花费的总成本大约为100,000美元。另一方面，一颗功能复杂的ASIC的NRE成本则可能会超过200万美元。在少量投产的情况下，普通的出货也许无法证明高的前端NRE费用与ASIC解决方案有关。
不过，无论成本如何，有几种情况无法简单地实现ASSP。如必须整合128个讯息信道的开关结构。我们不可能简单地在一块板上安装128个单信道分离串行／解串行器（SerDes），或是36个四信道分离式SerDes。因为PCB层数和信号路由的复杂度将成为恶梦。在这种情况下，ASIC将成为适当的选择。
结论
信号完整性（SI）应该推动硅芯片技术的发展，而非相反的方向。为了替背板找寻适当的解决方案，我们首先必须彻底了解背板的特性。另外，由于走线与系统制造过程中可能产生的变化，工程师必须确认最坏情况的讯息信道。最后的关键，是部署一个灵活的解决方案，该方案必须满足成本要求，并同时适应背板中的特性变化，以及在大多数作业中的动态环境条件。
作者档案
Leo Wong负责Rambus公司的全球10Gbps核心与背板营销业务。加入Rambus公司前，他曾任职于风险投资商投资的半导体公司如BitBlitz，以及公开上市公司如Altera，担任资深管理工作。Leo着有10余篇技术文章，并拥有UC Berkeley大学的电子工程暨计算机科学学位。
参考文献
[1] J. Zerbe et al., “Equalization and Clock Recovery for a 2.5 – 10Gb/s 2-PAM/4-PAM Backplane Transceiver Cell,” ISSCC 2003 Digest of Technical Papers
附录：信号完整性问题
表层效应：交流电的方向或电流的瞬时脉冲流动主要是在一个固态电子导体的外部表面附近，如金属线或走线，因此能在高频情况下增加导体的有效阻抗。来自于趋肤效应的损耗会直接与频率的平方根成正比。
电介值损耗：导致板上走线的信号能量丢失现象，与对电路板周围的电介值加热是一样的。在这情况下，电场会透过走在线的信号被传导，并引发电介质内的电子流动。这种损耗是以线性方式和频率一起增加，因此在高频背板操作中，这将成为真正的信号损失来源。
过孔残段效应：信号反射特性与高频的对比。过孔残段（via stub）是所有PC板的共通特性，但在低速背板应用中，这种效应是微不足道的。复杂的背板走线、更大的过孔残段，都将导致信号反射总数量的增加。
串扰：背板噪音的主要来源。这种现象是由背板内高度紧凑的连接器脚位数组以及走线所引发的。串扰的起因是电感与电容在差分信号（differential pair）间的耦合，它可以被归类为两种不同的属性──近端串扰（near-end crosstalk，NEXT）与远程串扰（far-end crosstalk，FEXT）。
符号间干扰（ISI）：这种现象是由布在讯息信道上，迅速增殖的各种低频与高频所造成的，其结果是让远程的数据脉冲变得更宽与更平坦，因此导致部份数据位与相邻的数据位重迭。
ISI抖动：在邻近数据位传送时间内的波动，是由进入到邻近位的数据脉冲能量造成内部符号干扰所引发的。
内部对偏斜（Intra-pair skew）：差分信号间的两个偏斜总额。这种偏斜会透过走线长度失配、信号走间中的非均匀性弯曲、过孔残段与过孔转换所引发。