预加重（Pre-emphasis）和去加重（De-emphasis）
一、基本概念
预加重（Pre-emphasis）
在信号发射端（发送端）对高频分量进行主动增强 ，以补偿信号在传输介质中因高频衰减导致的失真。核心目的 ：提升高频分量的幅度，改善信号完整性（Signal Integrity, SI）。
典型场景 ：高速数字信号（如PCIe、USB）、光纤通信、FM广播等。
去加重（De-emphasis）
在接收端对高频分量进行衰减补偿 ，恢复原始信号的幅度平衡。核心目的 ：抵消预加重的增强效果，同时抑制高频噪声。
实现方式 ：通常使用低通滤波器（LPF）或积分电路。
二、工作原理
1. 高频衰减的物理原因
传输介质特性 ：
趋肤效应（Skin Effect） ：高频信号在导体中趋于表面流动，导致电阻增大，能量损耗。
介质损耗（Dielectric Loss） ：高频下绝缘材料的介电吸收导致信号衰减。
反射与阻抗不匹配 ：高频分量更易因阻抗突变产生回波干扰。
数字信号的边沿需求 ：
数字信号的快速上升/下降沿包含丰富的高频分量，若高频衰减过大会导致码间干扰（ISI） 。
2. 预加重的补偿机制
频域响应 ：预加重电路通过高通滤波器（HPF）提升高频增益，通常以指数规律增强（如FM广播中采用75μs时间常数）。
时域表现 ：在数字信号中，预加重会增强边沿变化（如从0到1或1到0的跳变），而保持稳态电平不变。
3. 去加重的恢复机制
频域响应 ：去加重电路采用低通滤波器（LPF）对高频分量进行衰减，其传递函数是预加重的逆过程。
时域表现 ：恢复信号的幅度平衡，同时抑制因预加重放大的高频噪声。
三、电路实现方式
1. 模拟电路实现
预加重电路 ：
无源RC网络 ：通过RC高通滤波器实现高频增强（如串联RC并联电阻）。
有源放大器 ：使用运算放大器（Op-Amp）构建带增益的高通滤波器。
示例 ：FM广播预加重电路（时间常数τ=75μs，对应截止频率约2122Hz）。
去加重电路 ：
RC积分电路 ：简单的RC低通滤波器，时间常数与预加重匹配（如τ=75μs）。
有源LPF ：使用运放缓冲或放大。
2. 数字电路实现
数字预加重（如高速SerDes） ：
主抽头（Main Tap）：当前符号增益（如1）。
前导抽头（Pre-cursor Taps）：增强前一符号的影响（如-0.3）。
后尾抽头（Post-cursor Taps）：增强后续符号的影响（如0.2）。
前向反馈均衡（FFE, Feed-Forward Equalization） ：通过多抽头延迟线（Taps）对信号进行加权叠加，增强边沿变化。
参数配置 ：通过寄存器设置抽头系数，适应不同信道特性（如PCIe Gen4/5的预加重标准）。
数字去加重 ：
反馈均衡（DFE, Decision Feedback Equalization） ：结合判决反馈消除后向干扰。
数字滤波器 ：在接收端通过FPGA或ASIC实现低通滤波。
四、应用场景
高速数字通信
PCIe、USB 3.x、Thunderbolt ：预加重+去加重用于补偿PCB走线或电缆的高频损耗。
光模块（如QSFP） ：发射端预加重延长信号传输距离，接收端去加重恢复信号。
无线通信
FM广播 ：预加重（75μs）提升音频高频分量，接收端去加重抑制噪声。
蓝牙/BLE ：GFSK调制中预加重改善频谱效率。
视频信号传输
HDMI、DisplayPort ：预加重补偿高频RGB信号衰减。
