Énfasis (telecomunicaciones)

En telecomunicaciones, la desacentuación es el complemento de la preacentuación, en el sistema antirruido denominado énfasis. La desacentuación es un proceso del sistema diseñado para disminuir, dentro de una banda de frecuencias, la magnitud de algunas frecuencias (generalmente más altas) con respecto a la magnitud de otras (generalmente más bajas) para mejorar la relación señal-ruido general, minimizando los efectos adversos de fenómenos como la atenuación, la distorsión o la saturación de los medios de grabación en las partes posteriores del sistema.

Las constantes de tiempo especiales determinan la curva de respuesta en frecuencia , a partir de la cual se puede calcular la frecuencia de corte .

Aunque rara vez se utiliza, existe la posibilidad de estandarizar el énfasis en la masterización de CD según el estándar Red Book . Dado que los reproductores de CD se implementaron originalmente con convertidores de 14 bits asequibles, se incluyó una especificación de preénfasis para compensar el ruido de cuantificación . Una vez que las economías de escala permitieron finalmente el uso de 16 bits completos, el ruido de cuantificación dejó de ser una preocupación, pero el énfasis siguió siendo una opción. El preénfasis se describe como un filtro de primer orden con una ganancia de 10  dB (a 20  dB/década) y constantes de tiempo de 50  μs y 15  μs. ^{[ 1 ]}

A medida que un canal con pérdidas se alarga, la atenuación de alta frecuencia empeora y la señal se distorsiona cada vez más.

En la demostración que se muestra a continuación, se envía un patrón de prueba PRBS-9  de 5 Gbps a través de pistas de PCB de varias longitudes sobre material FR-4 estándar.

En algún momento, dependiendo de las características del canal, el transmisor y el receptor, la señal se distorsionará demasiado para que el receptor la interprete correctamente, lo que provocará una alta tasa de errores o incluso la pérdida total del enlace. El énfasis es una forma de corregir esta distorsión y permitir una comunicación exitosa a través de dicho canal.

La atenuación se puede implementar mediante un circuito de filtro paso alto analógico en paralelo con un atenuador. Esto reduce la señal completa en una cantidad fija y permite que la energía sobrante evite el atenuador cuando la señal cambia. El resultado final es un pico pronunciado en cada transición, seguido de una disminución exponencial hasta alcanzar la amplitud de estado estacionario.

En la demostración que se muestra a continuación, se envía un patrón de prueba PRBS-9 de 5 Gbps a través de un  canal FR-4 de 300 mm con niveles crecientes de atenuación. Observe que, a medida que aumenta la atenuación, disminuye la amplitud de la señal.

A diferencia de la arquitectura FIR que se analiza en la siguiente sección, con el énfasis analógico, la forma del sobreimpulso es independiente de la velocidad de bits de la señal. Por lo tanto, a velocidades de datos bajas, no se incrementa la amplitud total del bit, sino solo el flanco. En el ejemplo siguiente, se utiliza un nivel de énfasis deliberadamente excesivo para que el sobreimpulso sea más visible.

Una implementación común de énfasis en SERDES real ^{[ 3 ]} es un ecualizador de alimentación directa (FFE) de 3 tomas: en lugar de controlar el pin de salida con el voltaje de salida deseado directamente, el voltaje de salida real es una suma ponderada del valor de bit deseado (cursor principal), el bit anterior (postcursor) y el siguiente bit a transmitir (precursor). ^{[ 2 ] : 10,24} El coeficiente del cursor principal controla la amplitud nominal del bit y siempre es positivo (ya que un coeficiente negativo invertiría el valor del bit). El coeficiente precursor elimina la ISI en el receptor causada por bits que aún no han llegado (por ejemplo, acoplamiento de campos a través de meandros en una traza con retardo adaptado) y suele ser cero o un valor negativo muy pequeño, ya que esto a menudo no es una contribución importante a la ISI total. El coeficiente del postcursor elimina la ISI en el receptor causada por el bit inmediatamente anterior y suele ser un valor negativo mayor, ^{[ 2 ] : 16} con canales con pérdidas que requieren un valor de toma mayor. ^{[ 4 ]} Es posible un mayor número de derivaciones, pero aumenta la complejidad del circuito y tiende a generar rendimientos decrecientes ^{[ 2 ] : 14} por lo que no se utilizan comúnmente.

Los efectos del énfasis en una señal se pueden observar claramente en el diagrama de ojo . En la siguiente demostración, consideramos un patrón de prueba PRBS-31 de 10,3125 Gbps con modulación NRZ , típico para probar Ethernet de 10 Gigabit . El canal tiene una pérdida de inserción de aproximadamente 2 dB en la fundamental, 3 dB en el segundo armónico y 4 dB en el tercero. El objetivo es lograr una respuesta de canal bien ecualizada en la que el diagrama de ojo esté lo más abierto posible sin sobreimpulso excesivo . Una ecualización excesiva puede empeorar la fluctuación (jitter) , aumentar el sobreimpulso y dar como resultado un diagrama de ojo menos abierto que una señal correctamente ecualizada. ^{[ 5 ]}