线性中继器 Linear Repeater

 线性中继器（Linear Repeater，缩写L-REP）

高速信号在传输介质上传递时，信号衰减和噪声会导致有效数据信号越来越弱。L-REP就是用来再生高速信号，通过使用同等化（Equalization）、预强调（Pre-Emphasis）等技术，调整和矫正频率损耗，并复原并增强高速信号。

L-REP一般分为Redriver和Retimer两种，Redriver通过均值化方式，补偿高速信号传输过程中出现的码间干扰（Inter-symbol interference）等固定抖动；Retimer则通过均值化和CDR（Clock & Data Recovery）方式，同时补偿固定抖动和随机抖动。

Redriver提供比基于协议信号更好的性能，不需要在终端点终止信号，然后重新传送，因此消除了延迟和附加系统成本。此外，Redriver调节和传递信号是透过物理层实现，因此有最小的信号抖动。

Retimer类似于PHY芯片，高速信号经过Retimer时，通过内部时钟重构信号，使高速信号传输能量增加，然后再继续传输。Retimer内部集成CDR（Clock & Data Recovery）功能，数据恢复之后再次以串行的方式把高速信号发送出去，从而减少信号的抖动。

简而言之，Redriver的作用只是在物理层增强原信号，补充能量；Retimer则是把前一级的信号进行重构然后再发送出去，产生了时钟，并恢复了信号。

举个栗子：

芯片型号	类型	通道数	CTLE	DFE	CDR	Crosspoint Switch
DS280MB810	Redriver	8	Adaptive	N/A	N/A	2x2(Straight Thru/MUX/Fanout/Cross Over)
DS250DF810	Retimer	8	Adaptive	Adaptive	Manual	2x2(Straight Thru/MUX/Fanout/Cross Over)
DS125DF410	Retimer	4	Adaptive	Manual	Manual	N/A
SN65LVCP114	Redriver	4	Adaptive	Manual	N/A	2:1 MUX & 1:2 DEMUX

　　上面4款德仪的L-REP芯片，从配置上看Redriver和Retimer侧重点不一样，CTLE、DFE和CDR组件都是用来进行告诉信号矫正的，其中CDR是Retimer特有的数据时钟恢复功能。除此之外，还包含Crosspoint Switch组件用来实现高速信号倒换控制。

倒换控制功能和CDR+DFE功能

　　硬件设计中，通常用Redriver实现数据倒换控制功能，用Retimer的CDR和DFE功能（配置CDR参数和DFE参数）实现高速信号恢复功能。

　　倒换控制

　　Redriver的数据倒换功能功能有两种配置方式，一种是GPIO电平配置，一种是I2C寄存器配置。前者通过软件配置为GPIO电平控制模式后，可以控制Redriver相应引脚的电平状态来实现高速信号倒换控制；后者则是通过配置I2C寄存器值实现高速信号倒换控制。

　　以8通道线路中继器DS280MB810芯片为例，相邻的两个通道中间有一个crosspoint switch组件：

　　Crosspoint Switch组件可以配置为Straight Thru/Cross-Over/Mux/Fanout四种工作模式：

SN65LVCP114的倒换功能分为两种模式：

1）回环模式(Loopback Mode)

2）Diagnostic Mode（上行并发、上行选收）

　　CDR+DFE功能

　　以DS250DF810芯片为例描述CDR和DFE功能：

1) AC-Coupled Receiver and Transmitter 收发端交流耦合

DS250DF810的每一个channel的接收端和发送端各包含一个交流耦合电容，大小为200nF +/-20%。耦合电容器是使得强电和弱电两个系统通过电容器耦合并隔离，提供高频信号通路，阻止低频电流进入弱电系统，保证人身安全。

2) Signal Detect 信号检测

DS250DF810的接收端包含一个信号检测电路单元，用来监控接收端的输入电平，从而上电或者下电高速数据线。默认状态下，每个channel都使能Signal Detect功能。Signal Detect单元也可以通过Channel Register人为控制。

3) Continuous Time Linear Equalizer (CTLE) 连续时间线性均衡器

DS250DF810的CTLE均衡器是完全自适应的。CTLE是应用在接收端芯片的一种技术，它可以作用在传输损耗较大的链路，有效地改善接收端眼图的性能。

本质上CTLE单元在有效的频段内是一个高通滤波器，下面是CTLE功能开启和关闭的眼图：

a) CTLE关闭状态

b) CTLE开启状态

可以看到，信号质量有明显地改善。

DS250DF810芯片的CTLE单元工作过程包含4个阶段，每个阶段由两位boost控制值，从而允许实现256种不同的boost组合。CTLE硬件自适应算法允许CTLE自适应其中男16种boost组合，由Channel Register(0x40~0x4F)中的EQ Table决定是哪16种，boost范围是8~25dBm（基准频率14GHz）。当CDR处于Lock Acquisition状态时，CTLE开始自适应boost参数；当CDR处于Lock状态时，CTLE boost参数固化。

4) Variable Gain Amplifier(VGA) 可变增益放大器

可变增值放大器可以用来恢复非常微弱的信号，与CTLE一起矫正和分段信号幅值。VGA功能可以通过0x8E[0]控制，默认开启。除了VGA之外，CTLE本身也实现了增益放大功能，通过0x13[5]控制。

5) Cross-point Switch 高速交叉点开关

倒换控制章节已经介绍，不予敖述。

6) Decision Feedback Equalizer (DFE) 判决反馈均衡器

判决反馈均衡器（DFE）是一种非线性均衡器。由前馈部分(由FIR 滤波器组成)和反馈部分(由IIR 滤波器组成)组成，前馈部分可以抵消在时间上超前的码间干扰和在时间上滞后的码间干扰(由中心抽头的位置决定),反馈部分可以抵消在时间上滞后的码间干扰。

DS250DF810的DFE单元可以工作在自适应状态，也可以通过禁用自适应模式，通过配置tap polarities和tap weights参数改善信号质量。

7) Clock and Data Recovery (CDR) 时钟和数据恢复

CDR由一个PLL、一个PPM计数器和一个输入输出数据复用器组成。在光纤通信领域，业务数据流通过一根光纤传输，它没有同步时钟信号，因此，必须要在接收端处理数据同步，这就是CDR的作用。DS250DF810的CDR单元需要外部25MHz的基准时钟（CAL_CLK_IN），为PPM计数器单元提供工作时钟；同时，需要设置接收数据的期望时钟频率（CDR需要知道以什么时钟频率进行采样和矫正数据），这样CDR才能够正常工作。

8) Calibration Clock 校准时钟

校准时钟就是CDR部分提到的25MHz基准时钟（CAL_CLK_IN）