デジタル方式のイコライザー「FFE」「DFE」の概要：高速シリアル伝送技術講座（12）（3/3 ページ）

民生機器の高速インタフェース（I/F）としても使われ始めたデジタル方式の信号補償技術であるFFE（Feed　forward Equalizer）とDFE(Decision feedback Equalizer)について説明します。FFE／DFEの概要や動作の仕組みを紹介します。

[河西基文（ザインエレクトロニクス），EDN Japan]

DFE（ディシジョンフィードバックイコライザー）

　DFEはDecision feedback Equalizer（判定帰還型イコライザー）の略語です。

　DFEは図6右のように出力側からフィードバックした信号に多段のディレイを挿入し、それぞれに係数を⊗部でかけ、⊕部で入力にフィードバックしすべて加算する方式です。

　DFEブロック図のディレイはシリアルストリームの最大トグル周波数時間の1UIを一般的に使用しています。出力信号をフィードバックし順次ディレイを挿入し最後に加算（⊕部）しますが、タップ数（黒矢印の数）が多くなると複数のEYEをまたいだISIジッタに対して補償が可能になります。ただしFFEと同様にタップ数が増えるほど消費電力が大きくなります。

　それでは図6でDFEの動作を説明していきます。図6左は送信端の波形です。送信端で1UIの幅の矩形波出力が、インサーションロスのある伝送路を通過した受信端では、図6中央に示した青の波形のように波形の傾きが緩やかになり、1UIを大きく超えていることが分かります。これがISIジッタとなります。

図6：3タップDFEと補償動作

　この1UIを大きく超えた緩やかな傾きの入力波形を、DFEブロック（図6右）では1UI単位のディレイでC0、C1、C2にそれぞれフィードバックし、⊗部でジッタの大きさの逆数（赤点線）をかけて入力に戻しています。その結果、出力は赤の波形になり、ISIジッタを低減しています。

　図7では受信デバイスでCTLEとDFEを使用した例を示しています。一般的に受信デバイスでは、CTLEの後段にDFEを実装し、まず前段で伝送路のローパスフィルター特性と逆特性（ハイパスフィルター）を持つCTLEにより伝送路によるISIジッタを低減させます。その後、後段のDFEで残りのISIジッタを低減します。

図7：受信デバイスのCTLEとDFEの組み合わせ

　なお、図6のDFE後の波形（赤）を見ると分かりますが、黄色矢印のプリカーサ（前部分）で発生するISIジッタはDFEではキャンセルされずに残ります。

　今回はデジタル方式のイコライザーのFFEとDFEについて説明しました。これらはディレイした複数の信号を組み合わせ、デジタル方式でも定常的に発生する伝送路のISIジッタを低減できることが理解できたのではないかと思います。この技術は今回例として取り上げた銅線伝送路のローパスフィルター特性だけでなく、任意の周波数特性で発生するISIジッタにも対応が可能な技術です。

　次回は高速の信号伝送で重要となる特性インピーダンスの概念について説明していきます。

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参考文献
・National Semiconductor　LVDS Owner’s Manual Rev 3 and 4
・DesignCon 2016, 25G Long Reach Cable Link System Equalization Optimization Xilinx Inc.

筆者Profile

河西基文（かわにし　もとふみ）／ザインエレクトロニクス シニアエキスパート

　ナショナルセミコンダクタージャパンやジェナムジャパンなど、25年にわたり高速通信系半導体の製品開発・サポートおよびマーケットの開拓に従事。伝送路を含んだ半導体の高速設計手法が確立されていない時代に、LVDSオーナーズマニュアルの作成など、同マーケットの成長・普及に寄与してきた。

　現在は日本のSerDes製品開発の先駆者的存在のザインエレクトロニクスで、プロダクトマーケティング・開発支援や人材育成などを行っている。

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