卷积、脉冲响应、和通道特性

原创 老徐的技术专栏 2024-01-15 23:51

一、脉冲和卷积

PCB等电路走线本质上是一个线性时不变的系统,回忆一下线性时不变(LTI)的关键的性质(忘记的同学可以翻翻《信号与系统》):

(1)对线性时不变系统来说,将其输入用一组基本信号的线性组合来表示,就可以根据该系统对这些基本信号的响应,然后利用叠加性质求得整个系统的输出。

(2)继续分析我们发现,无论是在离散或者连续的时间情况下,单位冲激函数的重要特性之一就是一般信号都可以表示为延迟冲激的线性组合。

那么将(1)(2)这两个重要的性质结合起来,也就是说,可以用线性时不变的单位冲激响应表征任何一个线性时不变系统的特性:对离散时间的情况下,称为卷积和,连续时间情况下,称为卷积积分。


卷积的计算符号为:

其物理意义根据上面的分析可以表示为:

二、应用在高速信号通道中

对高速数据信号,1个码元就可以看做1个脉冲信号,如下图即为一个10Gbps高速信号经过某传输通道的single impulse response 。一定要注意这个是时域的,是在通信信道某点的单个脉冲在时域上的波形。

单脉冲响应在高速信号的分析工具应用比较广泛,比如:

(1)通道仿真

一般支持瞬态仿真、逐比特仿真(或者统计模式),后者是通过计算一个比特序列的响应,利用通道线性时不变特性对输出的单比特响应进行叠加。

或者如下图通过单脉冲响应分析不同的链路插损情况:

(2)ISI码间干扰

产生码间干扰的原因,从单脉冲响应的角度分析,如上图所示,随着损耗的增加,响应信号最大幅度减小,并且表现出越来越严重的拖尾,这就是常说的ISI。

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