有想過嗎，高速信號隔直電容為什么是幾百NF量級的？
發(fā)布時間：2023-10-13 15:38
交流耦合電容，坊間也俗稱隔直電容，相信大家對它的原理都非常的熟悉，就是把直流電平隔掉，保證傳輸過程中電平的轉(zhuǎn)換不會影響接收端。下面的一條常見的PCIE4.0的金手指鏈路，TX端會有隔直電容，做過類似硬件原理的朋友都知道，電容的容值一般就是100到幾百nf級別的，有的用100nf，有的用220nf，差不多就是這個量級了。
大家用著也很習(xí)慣，只要鏈路的阻抗損耗等PCB參數(shù)優(yōu)化好了，功能上也不會有什么問題，今天高速先生拋開自己的老本行---高速鏈路在PCB的優(yōu)化不說，就聊聊這個隔直電容容值的不同對高速信號的影響！
首先我們提取上面的這條PCB鏈路的無源結(jié)果，電容的話我們來嘗試PCIE常用的220nF的電容，為了研究不同容值電容的影響，我們找一個1nF的電容來做對比。看看220nf和1nf電容對PCIE4.0信號的影響。
首先我們看看損耗方面的差異哈，16Gbps的PCIE4.0信號基頻是8GHz，然后我們“驚訝”的發(fā)現(xiàn)，兩種不同容值的電容在8GHz頻點的損耗幾乎是一樣的。
難道不同容值的電容就真的對高速信號沒有影響？細(xì)心的朋友可能此刻已經(jīng)在放大上面那張損耗的對比圖了，然后就猛的發(fā)現(xiàn)還是有一個局部地方是有差異的，沒錯！就是放大很多倍之后看到低頻的位置其實是不一樣的哈。
從放大之后的結(jié)果可以看到，1nf電容在很低很低頻段的時候其實是比220nf電容的損耗要大的，后面頻率上去之后兩者才慢慢趨于一致。也就是說，不同容值電容在較低頻段對高速信號的傳輸作用是不同的。
當(dāng)然說到這里很多朋友會問，那然后呢，到底對高速信號的影響在哪里，能不能說得讓大家明白一點？當(dāng)然可以！高速先生的宗旨就是通俗易懂，那我們再接著往下講，通過波形和眼圖的形式繼續(xù)分析它們的差異哈！
我們知道，高速串行信號的碼型其實是隨機(jī)碼，什么叫隨機(jī)碼，也就是可能在某些時刻會出現(xiàn)下面這兩種碼型比較極端的碼型。
上面那種就是很多長“1”的碼型，也就是連續(xù)很多位都是“1”，下面那種可能還正常一點，就是“1”和“0”切換得更頻繁的碼型。相信我！對比這兩種碼型經(jīng)過這條不同容值電容鏈路后的情況你們就知道差異了。
首先我們用這兩串碼型去通過220nf電容的鏈路，第一串長“1”的碼型發(fā)送過去的效果：
然后是第二串“1”和“0”切換頻繁的鏈路發(fā)送過去的效果：
感覺還行啊，兩種碼型都符合大家的預(yù)期吧，除了有一點損耗之外，幅度，電平這些都很好，沒什么問題！
那趁熱打鐵吧，我們再用這兩串碼型發(fā)送到1nf的鏈路中去，看看接收端的表現(xiàn)。
首先我們先用第二串“1”和“0”切換頻繁的鏈路發(fā)送過去，先看它的表現(xiàn)：
不能說一模一樣，但是真的和220nf的時候沒區(qū)別啊！先別緊張，我們接著來看看長“1”的這串碼型發(fā)到1nf電容鏈路的情況，要是看完了，也沒區(qū)別，你們再走唄！
來啦，長“1”的這串碼型發(fā)到1nf電容鏈路的效果是這樣的：
從波形的大小上看也沒區(qū)別啊？？？？不是，好像還真有點區(qū)別，什么區(qū)別呢？波形和眼圖的幅度為什么會拉下來啦？怕大家沒理解，我補一張對比的波形圖，這次能看到差異了吧？
這時就看到1nf電容鏈路對高速信號的影響了吧，不對稱的眼圖會導(dǎo)致有效的眼寬和眼高都非常小，所以選對隔直電容的容值對高速串行信號的性能還是影響賊大的，一直沿用下來的100nf或者220nf還是很有道理的哈！
