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oDSP的发射机前馈均衡FFE到底对信号做了什么处理？

萧隐君

1年前浏览466

FFE（Feed-Forward Equalizer，前馈均衡器）是发射机均衡中常用的一种线性均衡技术，通过对当前符号和过去符号的线性加权组合来补偿信道引起的码间干扰(ISI)。

以上说明可能有点抽象，为了理解FFE到底对信号做了什么处理，可以做几个简单的电路仿真来直观展示做与不做FFE处理的信号区别。

现在有一条50mm的带状线，其3dB带宽为7GHz，如下图。

当用这条带状线来传输25Gbps的信号时，因为通道的损耗很大，会存在明显的码间干扰，如下图，蓝色为输入信号，橙色为输出信号，除了看到信号的幅度衰减外，还看到明显的波形展宽，即信号的rise/fall time都变大了。最终会导致信噪比SNR恶化，误码率BER增加。

为了补偿通道的损耗所造成的ISI效应，在发射端可以采用FFE均衡技术，在DSP的规格书中，会写支持linear FIR(finite impulse response)，本质FFE是FIR滤波器的一种，都采用抽头延迟线结构，由不同的抽头和抽头系数（tap weights)组成。

仍然以刚才的50mm带状线为例，25Gbps速率，PRBS15 pattern，一组eye source不做任何处理，另外一组eye source设置3阶的FFE，参考下图：

可以看到：眼幅度eyeAmplitude做了FFE后其实变小了，但是眼高eyeHeight和SNR做了FFE后改善了很多。

为什么做了FFE后，眼图SNR会变好？将眼图的输入和输出waveform展开，就可以直观的知道了。

先看输出waveform：红色waveform做了FFE，蓝色waveform没有做FFE，很明显做了FFE后，低频的能量被削弱了，这也解释了为什么眼幅度eyeAmplitude会减小。眼幅度的减小意味着有效Vpp减小，会导致ER变低。

再来看输入waveform，即信号源pattern：红色waveform做了FFE，蓝色waveform没有做FFE。红色waveform是蓝色曲线先整体衰减，也就是FFE的main tap设置；然后在长码的特定位置做其他编码处理，也就pre/post tap设置。

除了时域比较外，还可以从频域来比较有无FFE的区别，直接取输出waveform的频谱。

参考下图频谱的轮廓，蓝色是没有做FFE的，信号衰减很快，红色是做了FFE的，比较0GHz的能量大小，可以看到没做FFE的能量更强，即蓝色有更大的eyeAmplitude。红色在0GHz能量变小了，说明低频的能量减小，与wavefrom观察到的现象一致，由于低频能量变小，如果都归一化到0GHz，意味着红色具体更大的带宽，这也是为什么做了FFE后眼图SNR变好的原因。

总之，FFE可以简单理解为：削弱低频保证高频，最终获得一个比较平坦的通道频域响应，进而获得较好的眼图质量。但是这个眼图质量是牺牲了眼幅度来换取的，即牺牲了一点Vpp。

关于FFE，有一个更通俗的解释，即FFE本质上是多个driver的叠加，每一个driver有各自的幅度和相位，driver的幅度就是DSP tap的具体设置值，相位就是pre/post的位置，下面以一个2阶的tap信号叠加为例来说明，如下图：V22和V2是主driver，V1和V3是副driver，主副driver信号通过一个加法器叠加后输出，其中Vout是直接输出，没有经过带状线，Vout_with channel loss是经过带状线后的输出信号。

下图红色为主driver信号，蓝色为副driver信号，副driver信号幅度较小且反相，另外跟主driver存在一定的时间延迟，主副信号叠加就是粉色，叠加后的信号经过衰减的链路后是紫色曲线，仍然有清晰的waveform pattern，这就是FFE，对数字信号进行预先编码处理，以消除链路损耗导致的ISI。