CN101692660A - 一种自动均衡装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自动均衡装置及自动均衡方法，其中装置包括：均衡器，对输入信号的幅度和相位特性进行均衡调整；幅度比较器，连接至均衡器，将来自均衡器的经均衡调整的信号与预定电压进行幅度比较；数字控制电路，分别连接至幅度比较器和均衡器，基于来自幅度比较器的比较结果生成控制信号，并将控制信号发送给所述均衡器，以控制均衡器的均衡调整，本发明的自动均衡装置均衡范围准确、灵活，易于和数字电路进行集成，使用成本较低，有很好的适用性。

Description

一种自动均衡装置及方法

技术领域

本发明涉及传输线的信号传输领域，更具体地，涉及一种用于传输线路衰减补偿的自动均衡装置及方法。

背景技术

在信号传输系统中，特别是在信号的长距离传输中，信号的衰减是很大的。信号的衰减导致长距离传输时的误码率增加。为了解决这个问题就要对经过传输线衰减的信号进行补偿，以便能减少误码。实现补偿的过程也就是均衡的过程。

均衡器的随着技术的发展出现了很多类型，从最早的模拟的、数模混合到现在的数字均衡器，这几种均衡器在不同的应用环境都有应用。

图1为一种传统的均衡器结构，其中的均衡器结构较复杂，信号采集路径中应用了两路高通、绝对值电路和一个求和、低通、积分等电路。这种纯模拟信号采集过程对模拟部分的要求较高，电路的调整、相互配合较复杂。同时由于模拟模块很多，芯片占用的面积会较大，功耗也会相应增加，也是传统的结构在大规模集成时的不利因素。

图2是一个美国专利US.5257286。此专利主要内容是：预设一个电平来判断均衡后的信号电平大小，然后根据判断电平的有无来调整滤波器的增益。由于只有一个阈值，对信号的判断很粗略，只能知道相当于阈值的高或低，对传输线的长度的判断参考作用不大，使得均衡器的均衡范围有限，也会大大影响均衡效果。

还有一种广泛应用的均衡器，就是全数字均衡器。由于是全数字电路，所以设计的灵活性很好，也可以根据需要灵活配置。但这种数字均衡器对模拟信号均衡处理时需要额外的模数转换电路来配合，即先要把模拟信号转换为数字信号，这样会增加额外的转换电路，也会影响电路的复杂度和面积、功耗等。

上述几种均衡器均衡范围、效果和适用性均有限，不能根据传输线的长度灵活地调整，传输线过长或过短，输入信号就会出现欠均衡和过均衡的情况。

发明内容

基于上述问题，本发明的主要目的在于提供一种自动均衡装置及方法，更简单、精确地进行信号均衡。

本发明提出了一种自动均衡装置，包括：均衡器，对输入信号的幅度和相位特性进行均衡调整；幅度比较器，连接至均衡器，将来自均衡器的经均衡调整的信号与预定电压进行幅度比较；数字控制电路，分别连接至幅度比较器和均衡器，基于来自幅度比较器的比较结果生成控制信号，并将控制信号发送给均衡器，以控制均衡器的均衡调整。

其中，均衡器还包括：第一可调滤波器，对输入信号进行第一次均衡调整；第二可调滤波器，连接至第一可调滤波器，对来自第一可调滤波器的经第一次均衡调整的信号进行第二次均衡调整；平滑滤波器，连接至第二可调滤波器，对经均衡调整的信号进行滤波，其中数字控制电路连接至第一可调滤波器和第二可调滤波器，以控制第一可调滤波器和第二可调滤波器的均衡调整。

其中，幅度比较器还包括：多个比较器，将输入幅度比较器的信号与多个特定的电压进行比较，并输出相应的多个比较结果给数字控制电路。

其中，幅度比较器还包括：多个在供电电压和地之间连接的电阻，将两个相邻电阻之间的电压提供给所述比较器作为多个特定的电压。

其中，数字控制电路还包括：判断单元，根据从幅度比较器接收到的比较结果和预先设定的第一阈值，判断信号传输线路是长线还是短线，如果是短线，则发送控制信号使能第一可调滤波器并禁止第二可调滤波器，如果是长线，则发送控制信号使能第一可调滤波器和第二可调滤波器；调整单元，根据从幅度比较器接收到的比较结果和预先设定的第二阈值，判断是否需要增加或减少第一可调滤波器或第二可调滤波器的增益，并发送控制信号来相应的调整第一可调滤波器或第二可调滤波器的增益。

其中，数字控制电路还包括：寄存器，用于存储第一阈值和第二阈值。

其中，当信号为NRZ信号且判断信号传输线路为长线时，选择数据速率的一半作为频点进行均衡调整。

其中，数字控制电路根据其自身的时钟对从幅度比较器输入的信号进行采样。

本发明还提出了一种自动均衡方法，包括：对输入信号的幅度和相位特性进行均衡调整；将经均衡调整的信号与预定电压进行幅度比较；基于比较结果生成控制信号，以控制均衡调整。

其中，在基于比较结果生成控制信号，以控制均衡调整的步骤中，具体包括：根据从幅度比较器接收到的比较结果和预先设定的第一阈值，判断信号传输线路是长线还是短线，如果是短线，则发送控制信号使能第一可调滤波器并禁止第二可调滤波器，如果是长线，则发送控制信号使能第一可调滤波器和第二可调滤波器；根据从幅度比较器接收到的比较结果和预先设定的第二阈值，判断是否需要增加或减少所述第一可调滤波器或第二可调滤波器的增益，并发送控制信号来相应的调整第一可调滤波器或第二可调滤波器的增益。

本发明所提出的一种自动均衡器，克服了现有技术的缺点，采用数模混合技术，对传输线的长度有判断功能，均衡范围准确、灵活，易于和数字电路进行集成，使用成本较低，有很好的适用性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是一种典型的均衡器原理图。

图2是美国专利US.5257286的原理图。

图3是本发明的所述的自动均衡器原理图。

图4是本发明所述的均衡器部分原理图。

图5是本发明所述的幅度比较器原理图。

图6是本发明所述的数字控制电路流程图。

图7是本发明所述的均衡器第二滤波器的幅频特性曲线族。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

本发明提出了一种能自动调整的自动均衡装置及方法。

如图3所示，根据本发明的装置由均衡器、幅度比较器和数字控制电路组成，均衡器如图4所示又分别由第一滤波器、第二滤波器和平滑滤波器。

均衡器，对输入信号的幅度和相位特性进行均衡调整；幅度比较器，连接至均衡器，将来自均衡器的经均衡调整的信号与预定电压进行幅度比较；数字控制电路，分别连接至幅度比较器和均衡器，基于来自幅度比较器的比较结果生成控制信号，并将控制信号发送给均衡器，以控制均衡器的均衡调整。

均衡器还包括：第一可调滤波器，对输入信号进行第一次均衡调整；第二可调滤波器，连接至第一可调滤波器，对来自第一可调滤波器的经第一次均衡调整的信号进行第二次均衡调整；平滑滤波器，连接至第二可调滤波器，对经均衡调整的信号进行滤波，其中数字控制电路连接至第一可调滤波器和第二可调滤波器，以控制第一可调滤波器和第二可调滤波器的均衡调整。

幅度比较器还包括：多个比较器，将输入幅度比较器的信号与多个特定的电压进行比较，并输出相应的多个比较结果给数字控制电路。多个在供电电压和地之间连接的电阻，将两个相邻电阻之间的电压提供给所述比较器作为多个特定的电压。

数字控制电路包括：判断单元，根据从幅度比较器接收到的比较结果和预先设定的第一阈值，判断信号传输线路是长线还是短线，如果是短线，则发送控制信号使能第一可调滤波器并禁止第二可调滤波器，如果是长线，则发送控制信号使能第一可调滤波器和第二可调滤波器；调整单元，根据从幅度比较器接收到的比较结果和预先设定的第二阈值，判断是否需要增加或减少第一可调滤波器或第二可调滤波器的增益，并发送控制信号来相应的调整第一可调滤波器或第二可调滤波器的增益。

数字控制电路还包括：寄存器，用于存储第一阈值和第二阈值。

当信号为NRZ信号且判断信号传输线路为长线时，选择数据速率的一半作为频点进行均衡调整。

数字控制电路根据其自身的时钟对从幅度比较器输入的信号进行采样。

本发明还提出了一种自动均衡方法，包括：对输入信号的幅度和相位特性进行均衡调整；将经均衡调整的信号与预定电压进行幅度比较；基于比较结果生成控制信号，以控制均衡调整。

在基于比较结果生成控制信号，以控制均衡调整的步骤中，具体包括：根据从幅度比较器接收到的比较结果和预先设定的第一阈值，判断信号传输线路是长线还是短线，如果是短线，则发送控制信号使能第一可调滤波器并禁止第二可调滤波器，如果是长线，则发送控制信号使能第一可调滤波器和第二可调滤波器；根据从幅度比较器接收到的比较结果和预先设定的第二阈值，判断是否需要增加或减少所述第一可调滤波器或第二可调滤波器的增益，并发送控制信号来相应的调整第一可调滤波器或第二可调滤波器的增益。

均衡器，主要目的是改变信号的幅度和相位特性。

幅度比较器，对均衡器的信号进行幅度判断，相当于一个简单的模数转换器。

数字控制电路，根据幅度比较器的值进行信号传输线路的判断和均衡器均衡数字的调整等。在数字控制电路根据幅度比较器的输出判断传输线为短线时，均衡器主要通过第一滤波器来调整增益，当数字控制电路判断为长线时，均衡器通过第一滤波器和第二滤波器一起调整来对信号进行补偿。数字控制电路判断长、短线的阈值可以通过寄存器来配置。

本发明所提出的一种自动均衡器，克服了现有技术的缺点，采用数模混合技术，对传输线的长度有判断功能，均衡范围准确、灵活，易于和数字电路进行集成，使用成本较低，有很好的适用性。

均衡器的模拟部分原理图如图3和4所示，第一滤波器实现信号幅度的放大。放大的倍数由所选的比例放大器的电阻比值来确定，比如Rf/Ri，通过数字控制脚可以调整Rf的大小，从而调整增益。另外也可以用开关电容电路代替电阻。第二滤波器的目的是对某个特定的频率点进行增益调整，其他频段的增益不改变。这里的特定的频率点就是对传输线进行信号传输时的衰减进行补偿。通常对NRZ信号，如果其数据速率是B，则选定B/2这个频率点补偿，其他的频率点相对B/2点要小很多。这是由于B/2这个频率是其能量最大的点。此传输函数的幅度频率曲线如图7所示。传输函数的控制端控制传输函数中系数的变化，从而调整滤波器的增益和相位特性。由于第二滤波器通常会采用是开关电容电路来实现，高频的开关噪声会叠加到信号上，增加的平滑滤波器可以滤除开关噪声。

均衡器输出的信号给幅度比较器，幅度比较器的原理图如图5所示。幅度比较器设定电平分别是：

$V_{b1}=\frac{R_2+R_3{+R}_4}{R_1+R_2+R_3{+R}_4}{V}_{\mathrm{ref}}$

$V_{b2}=\frac{R_3+R_4}{R_1+R_2+R_3+R_4}{V}_{\mathrm{ref}}$

$V_{b3}=\frac{R_4}{R_1+R_2+R_3+R_4}{V}_{\mathrm{ref}}$

如果信号电平高于相应的设定电平，则幅度比较器的相应输出为高。可以根据均衡器需要的调整精度设定幅度比较器的比较位数，比较器级数设置的多时，数字控制电路判断信号经过的传输线后的大小会更精细和准确，本实施例选择为3位。幅度比较器就是一个简单的ADC电路，当然也可以用类似的ADC电路来替代。

图6是本发明所述的数字控制电路流程图。幅度比较器的输出V1、V2和V3送给数字控制电路，数字控制电路用自己的时钟对幅度比较器的输出进行采样。数字控制电路控制均衡器的初始值为一个固定值，使得每次上电或复位均衡器的状态和增益都保持一个稳定的值。如果V1、V2和V3全为高，则认为采样结果为111；如果V1、V2和V3全为低，则认为采样结果为000。其他结果依次类推。由于V1、V2和V3的参考电平设定是由高到低排列的，如果数字控制电路的采样值为111或大于设定的长短线分界阈值时，，则说明信号的幅度很大，传输线的衰减少，此时判断为短线。反之，数字控制电路的采样值为000或小于设定的长短线分界阈值时，则说明信号的幅度很小，传输线的衰减较大，此时判断为长线。长短线设定的这个阈值可以根据不同的应用进行调整，通常可以修改数字控制电路中的寄存器来调整。于是，在数字控制电路判断为短线时，均衡器主要通过第一滤波器来调整增益，同样根据V1、V2和V3的大小来调整第一滤波器的增益，短线时也有一个阈值，大于此值时则增加第一滤波器的增益，小于时则减小；当数字控制电路判断为长线时，均衡器通过第一滤波器和第二滤波器一起调整来对信号进行补偿，同样大于长线时设定的阈值时，则增加第一滤波器和第二滤波器的增益，反之则减小增益。数字控制电路比较设定阈值的原则是：如果采样值高于设定阈值，则数字控制电路控制均衡器使得增益减小，反之，如果采样值低于设定阈值，则数字控制电路控制均衡器使得增益增加，如果采样值达到设定阈值则进入稳定状态，均衡器的增益保持不变。然后如此循环反复的进行动态补偿平衡，实现对信号的均衡。

领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动均衡装置，其特征在于，包括：

均衡器，对输入信号的幅度和相位特性进行均衡调整；

幅度比较器，连接至所述均衡器，将来自所述均衡器的经均衡调整的信号与预定电压进行幅度比较；

数字控制电路，分别连接至所述幅度比较器和所述均衡器，基于来自所述幅度比较器的比较结果生成控制信号，并将所述控制信号发送给所述均衡器，以控制所述均衡器的均衡调整。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述均衡器还包括：

第一可调滤波器，对输入信号进行第一次均衡调整；

第二可调滤波器，连接至所述第一可调滤波器，对来自所述第一可调滤波器的经第一次均衡调整的信号进行第二次均衡调整；

平滑滤波器，连接至所述第二可调滤波器，对经均衡调整的信号进行滤波，

其中所述数字控制电路连接至所述第一可调滤波器和所述第二可调滤波器，以控制所述第一可调滤波器和所述第二可调滤波器的均衡调整。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述幅度比较器还包括：

多个比较器，将输入所述幅度比较器的所述信号与多个特定的电压进行比较，并输出相应的多个比较结果给所述数字控制电路。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述幅度比较器还包括：

多个在供电电压和地之间连接的电阻，将所述两个相邻电阻之间的电压提供给所述比较器作为所述多个特定的电压。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数字控制电路还包括：

判断单元，根据从所述幅度比较器接收到的比较结果和预先设定的第一阈值，判断信号传输线路是长线还是短线，如果是短线，则发送控制信号使能所述第一可调滤波器并禁止所述第二可调滤波器，如果是长线，则发送控制信号使能所述第一可调滤波器和所述第二可调滤波器；

调整单元，根据从所述幅度比较器接收到的比较结果和预先设定的第二阈值，判断是否需要增加或减少所述第一可调滤波器或所述第二可调滤波器的增益，并发送控制信号来相应的调整所述第一可调滤波器或所述第二可调滤波器的增益。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述数字控制电路还包括：

寄存器，用于存储所述第一阈值和所述第二阈值。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，当所述信号为NRZ信号且判断所述信号传输线路为长线时，选择数据速率的一半作为频点进行均衡调整。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数字控制电路根据其自身的时钟对从幅度比较器输入的信号进行采样。

9.一种自动均衡方法，其特征在于，所述方法包括：

对输入信号的幅度和相位特性进行均衡调整；

将经均衡调整的信号与预定电压进行幅度比较；

基于比较结果生成控制信号，以控制所述均衡调整。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在基于比较结果生成控制信号，以控制所述均衡调整的步骤中，具体包括：

根据从所述幅度比较器接收到的比较结果和预先设定的第一阈值，判断信号传输线路是长线还是短线，如果是短线，则发送控制信号使能第一可调滤波器并禁止第二可调滤波器，如果是长线，则发送控制信号使能所述第一可调滤波器和所述第二可调滤波器；

根据从所述幅度比较器接收到的比较结果和预先设定的第二阈值，判断是否需要增加或减少所述第一可调滤波器或所述第二可调滤波器的增益，并发送控制信号来相应的调整所述第一可调滤波器或所述第二可调滤波器的增益。

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