CN102195658A - 用于驱动电容性底板的自动去加重设置 - Google Patents

Abstract

在所述实施例中，提供自动去加重设置用于驱动电容性底板。测量构成驱动器的负载阻抗的传输(TX)设备的线路阻抗和线路长度。对于一些示例性实施例，线路阻抗主要是线路电容，且这些实施例检测该电容。所测得的线路阻抗被转换成自动设置TX级的去加重的控制信号(诸如三位数字控制信号)。利用电容的量和传输线的长度，可确定适当的去加重设置，且这种去加重设置可由发射机施加到驱动器来补偿传输线影响。

Description

用于驱动电容性底板的自动去加重设置

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年10月7日提交的美国临时申请第61/249,324号、代理机构案号300.193.Prov的提交日期的权益，该申请的教示通过引用结合于此。 

发明背景 

发明领域

本发明涉及电路，尤其涉及用于底板等的自适应去加重设置。

背景技术

很多通信系统采用通过传输介质将数据从发射机传输到接收机。在串行通信应用中，诸如集成电路(IC)之类的组件通常安装在电路板上，且通过多条电路板导线相互电耦合，这些电路板导线通常称为迹线，可位于印刷电路板或底板上。迹线提供了信号的传输介质，诸如至各个组件和来自各个组件的功率、接地基准以及输入/输出信号。通常，组件之间经由迹线的高频信号受到这种互连所固有的寄生电阻、电感和电容的不利影响。此外，信号传输路径的发射机和各种信号传输介质(迹线和其它电路板组件)之间的阻抗失配以及信号传输路径的接收机和各种信号传输介质之间的阻抗失配可在信号传输路径的发射机端和/或接收机端产生信号反射。这种信号反射可沿传输路径传播且可能潜在地使系统性能退化。结果，非常期望使发射机电路的输出阻抗与包括信号传输路径的各组件以及接收机的输入阻抗紧密匹配。

一般而言，在传输介质的长度和误码率(BER)之间存在折衷。发生这种折衷是因为传输介质导致频率失真，这促使了码间干扰。因此，某些应用采用去加重电路在将信号施加于传输介质之前调节信号。去加重电路是一种形式的发射机均衡电路，它使输入信号预先失真以补偿由数据链路中的传输线导致的数据中的至少一些频率失真。在传输线的输出端的频率失真的补偿使输出信号的振幅响应变平，从而改进误码率(BER)。

图1示出用于现有技术的底板和电缆应用的去加重电路100的框图。采用驱动器102来接收输入数据信号，向该信号提供增益(例如，电流增益)，并将该数据信号提供给传输(TX)介质104以便传输到接收机(RX)106。如图1所示，驱动器102通过电流源108和110的组合提供电流增益。如果100％的电流流过电流源108，则流过电流源110的电流百分比的调节可调节提供给驱动输出数据信号的驱动器102的电流。闩锁电路112(示为D触发器)和XOR门114提供对施加去加重的电流源110的控制，从而根据输入数据位序列中是否有转变来改变去加重设置。

图2示出被选择成补偿传输级介质的散射的示例性去加重的图示，其中可基于所接收的给定类型的位数选择多级去加重。如图所示，适当地去加重根据是否检测到数据位中的转变来改变，因为转变(上升或下降)一般需要来自驱动器的增益较大。因此，对于转变之后的第一位，需要较大的增益，且相同值的每个附加第n位需要较小增益。

图3示出通过可调节电流源利用用户编程的去加重来实现可调节的去加重的现有技术示例性电路示意图。类似于图1的电路框图，图3示出耦合到电流源308与电流源310a、310b和310c的组合的差动驱动器302。差动闩锁电路312(示为D触发器)和差动XOR门314基于是否存在驱动器302的输入数据的转变来提供对电流源310a、310b和310c的控制。电流源310a、310b和310c以类似于图1的电流源110的方式工作，但具有三个电流源，可通过控制信号(V_控制1、V_控制2和V_控制3)单独地启用或禁用电流源310a、310b和310c中的每一个，从而提供多级去加重(示为用户可编程去加重0dB、1.8dB、3.5dB和6.2dB)。图3的这种示例性电路根据是否检测到转变后的第一位或者是否检测到后续位来实现针对不同增益值的适当的去加重设置。

发明内容

提供本概述以便以简化的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。该概述不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或本质特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。

在一个实施例中，本发明提供通过将阻抗测量电路耦合到传输介质来设置 通过传输介质耦合到接收机的发射机驱动器的去加重，该接收机处于高阻抗状态，并通过去加重控制器启用阻抗测量电路。该阻抗测量电路测量传输介质的线路阻抗和线路长度中的至少一个，该传输介质是不平衡负载。该去加重控制器基于所测得的线路阻抗和线路长度中的至少一个设置驱动器的增益。

附图说明

附图简述

根据以下的详细描述、所附权利要求和附图，本发明的其它方面、特征和优点将变得更加显而易见，附图中详细的附图标记表示类似或相同的元件。

图1示出用于现有技术的底板和电缆应用的去加重电路的框图；

图2示出被选择成补偿图1的电路的传输级介质散射的示例性去加重图示。

图3示出通过可调节电流源利用用户编程的去加重来实现可调节的去加重的现有技术示例性电路；

图4示出各种传输介质的电容的变化与传输介质长度的关系图；

图5示出根据本发明的第一示例性实施例的去加重电路的框图；

图6示出根据本发明的第二示例性实施例的去加重电路的框图；

图7示出可用于图6所示的本发明的实施例的示例性开路检测器；以及

图8示出由图7的开路检测器的示例性实施例采用的信号。

详细描述

本发明的实施例自动检测线路阻抗，诸如构成驱动器的负载阻抗的传输(TX)设备的电容和线路长度。对于本文所述的一些示例性实施例，线路阻抗主要是线路电容，且这些实施例检测该电容。所测得的线路阻抗被转换成自动设置TX级的去加重的控制信号(诸如三位数字控制信号)。利用电容的量和传输线的长度，可确定适当的去加重设置，且这种去加重设置可由发射机施加到驱动器来补偿传输线影响。

诸如图1的示例性框图所示的去加重电路可被配置成用于确定底板或电缆的电特性，并且可在接收机断电从而呈现高阻抗时作出这种确定。在这种情况下，输入阻抗Z_输入由方程式(1)的关系近似：

Z_输入＝-jZ_ocot(β1)    (1)

其中Z_o是所采用的特定传输介质的特性阻抗，1是传输介质的长度，且β是针对传输介质导出的传播常数。

利用方程式(1)，图4示出各种传输介质的电容的变化与传输介质长度的关系图。在图4中，“coax”指的是同轴电缆，“CPW”指的是镀铜波导的类型，“FR4”指的是铜/电介质层叠传输线，且“MS”指的是微带传输线。各种传输介质的传播常数是：对于CPW为～0.938/英寸，对于MS为～0.827/英寸，对于coax为～1.06/英寸(50欧姆，25密耳FR4上的散射介质，且coax是聚四氟乙烯电介质)。由于这些示例性传播常数显示传播常数中仅有～22％的扩展，所以对介质类型的依赖相对较小。

图5示出根据本发明的第一示例性实施例的去加重电路500的框图。采用驱动器502来接收输入数据信号，向该信号提供增益(例如，电流增益)，并将该数据信号提供给传输(TX)介质504以便传输到接收机(RX)506。如图5所示，驱动器502通过电流源508和510的组合提供电流增益。如果100％的电流流过电流源508，则流过电流源510的电流百分比的调节可调节提供给驱动输出数据信号的驱动器502的电流。闩锁电路512(示为D触发器)和XOR门514提供对施加去加重的电流源510的控制，从而根据输入数据位序列中是否有转变来改变去加重设置级别。如下所述，去加重控制器522提供与由电流源510在被XOR门514选择时所采用的TX介质504的所测得的阻抗相适应的多个级别的去加重。

根据本发明的第一示例性实施例，去加重电路500还包括阻抗开关(Zx)516，它可被实现为T门、桥路518和模拟-数字(A/D)转换器520。基于控制信号，Zx 516将桥路518耦合到驱动器502的输出节点N₁，节点N₁还被耦合到负载阻抗(包括TX介质504和RX 506的输入阻抗)。基于来自桥路518的控制输入信号，Zx 516被启用或禁用，分别对应于输出节点N₁和相应桥路518之间的低阻抗或高阻抗。当启用时，Zx 516导通(导电的)具有低阻抗，从而允许桥路518连接到输出节点N₁。当Zx 516被禁用(非导电的)时，桥路518从输出节点N₁有效地断开，因为它表现为非常高(接近无穷大)的阻抗。

T门可被实现为包括并联连接并由反转栅电压控制的一个N型晶体管和一个P型晶体管的电路。此N型晶体管和P型晶体管的组合在CMOS技术中实现有效切换。如果N型晶体管的栅电压是‘GND’，则P型晶体管具有栅电压‘VCC’且两个晶体管是非导电的。另一方面，如果N型晶体管的栅电压是‘VCC’且P型晶体管的栅电压是‘GND’，则两个晶体管是导电的。如果源电压接近VCC，则在N型晶体管两端存在电压降，但在P型晶体管两端(几乎)没有电压降。如果源电压接近GND，则N型晶体管(几乎)没有电压降。由于标准MOS晶体管的对称性，通常在T门中源和漏是不区分的。

桥路518测量其输入端的阻抗，而A/D转换器520用于将桥路518测得的阻抗量化并转换成数字值。桥路是其中导线中的电流分成两个并行的路径然后重组成单个导线从而密封一个环路的一种电路，该环路用于未知电路阻抗值的测量。每个路径包括两个或更多个阻抗元件(例如，电阻器、电容器、电感器等)。在一个路径中，第一元件具有已知阻抗且第二元件具有可变阻抗，而在另一路径中，第三元件具有已知阻抗且第四元件具有需要测量的阻抗。所有这些都基于相同原理，即将共享共用源极的两个电位计的输出进行比较来确定未知电路元件的阻抗值。公知的桥路——惠斯登电桥用于测量电阻，且被修改成测量AC电路中的阻抗。这种经修改桥路包括维恩电桥、麦克斯韦电桥和亥维赛电桥。在这些桥路中，假设负载阻抗是平衡的负载阻抗。

然而，底板的阻抗值往往是不平衡的负载阻抗，所以期望将顾及不平衡负载的经修改桥路用于本发明的实施例。一种这样的桥路被称为最小均方(LMS)阻抗桥路。现有技术已知LMS阻抗桥路以及测量不平衡负载的阻抗，并且在例如，Dr George R.Steber的LMS Impedance Bridge(LMS阻抗电桥)，WB9LVI，QEX，2005中对其进行了描述，该文献的教示通过引用结合于此。

在操作中，去加重电路500进入校准模式并直接测量诸如电容之类的阻抗。在校准模式期间，接收机506进入高输入阻抗模式以便对驱动器502呈现为开路。在校准模式下，Zx 516启用并导通(导电的)且具有低阻抗，从而允许桥路518连接到输出节点N₁。桥路518测量其输入端的阻抗，同时A/D转换器520将桥路518测得的阻抗量化并转换成数字值。将来自A/D 520的数字值提供给去加重控制器522，然后去加重控制器522将适当的去加重设置提供 给电流源510。这种设置可离线地确定且与TX介质504的线路阻抗的不同值相关联。然后可将这种设置存储在与去加重控制器522耦合的存储器中，以供校准期间使用。

图6示出根据本发明的第二示例性实施例的去加重电路600的框图。去加重电路600的实施例可采用如下所述的时域反射测定法的技术，且去加重电路600包括适合于自动确定传输介质线路的长度的电路系统。驱动器602、TX介质604、RX 606、电流源608和610、Zx 616、闩锁612(示为D触发器)和XOR门614与之前参考图5描述的类似元件类似地操作。如下所述，去加重控制器622基于利用TX介质604的传播常数和估计长度计算的阻抗提供与由电流源510在被XOR门514选择时所采用的TX介质504的所测得阻抗相适应的多个级别的去加重。

去加重电路600还包括开路检测器618和计数器620。开路检测器618在耦合到节点N₁时，测量来自驱动器602的诸如位的脉冲的开始。当检测到脉冲的开始时，开路检测器618向计数器620提供启用信号以开始以时间单位计数。开路检测器618检测脉冲的末端，同时继续向计数器620提供启用信号。开路检测器618然后等待直到它再次检测到反射脉冲的开始，这表示TX介质604内脉冲在高阻抗(RX 606表现出高阻抗和近单位反射系数)中终止时的反射。当开路检测器618检测到反射脉冲的开始时，启用信号中断，且计数器620停止以时间单位计数。计数器620中的值因此表示脉冲及其反射的往返行程延迟，由此能够基于特定类型的TX介质604的特定传播常数确定TX介质604的长度。

在操作中，去加重电路600进入校准模式，并通过估计来自驱动器602的诸如输出位之类的脉冲反射的延迟估计TX介质604的长度来测量诸如电容之类的阻抗。在校准模式期间，接收机606进入高输入阻抗模式以便对驱动器602呈现为开路。在校准模式下，Zx 616启用并导通(导电的)且具有低阻抗，从而允许桥路检测器618连接到输出节点N₁。与计数器620组合的开路检测器618确定在其输入端的来自驱动器602的诸如输出位之类的脉冲反射的延迟，计数器620的输出提供表示延迟的数字值。计数器620的数字值被提供给去加重控制器622。去加重控制器622使用该延迟值来基于TX介质604的传播常 数、然后基于每单位长度阻抗以及例如方程式(1)的关系估计该介质的长度，然后将适当的去加重设置提供给电流源610。这种设置可离线地确定且与TX介质604的线路阻抗的不同值相关联。然后可将这种设置存储在与去加重控制电路622耦合的存储器中，以供校准期间使用。

图7示出可用于图7所示的本发明的实施例的开路检测器618的示例性实施例。检测器702从例如驱动器602接收输入信号。可将输入信号示为启动脉冲，启动脉冲还被提供给计数器620来启动计数。计数器620的时钟可由对应于位率时基的时钟706提供。检测器702继续将输入信号与从寄存器704提供的编程阈值相比较。该编程阈值对应于在反射脉冲与来自驱动器602的脉冲相干涉时出现的脉冲振幅之上的振幅。当输入信号达到编程阈值时，检测器发出停止脉冲以禁止计数。计数器620中的值于是对应于通过传输介质(例如，TX介质604)的往返行程传输时间。

图8示出由图7的开路检测器618的示例性实施例采用的信号。启动脉冲是在时间t₁出现的上升沿E1，且编程阈值P_th 801被设置成高于E1的振幅A1802。在时间t₂，反射脉冲表现为具有振幅A2的后续上升沿E2，该振幅A2高于阈值P_th 801，从而导致停止脉冲被触发。

本文中对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性能够包括在本发明的至少一个实施例中。在说明书中各处出现的短语“在一个实施例中”不一定全部都指代同一实施例，且单独或供选择的实施例也不一定是相互排斥的其它实施例。这同样适用于术语“实现”。

正如本申请中所使用的，词语“示例性”在本文中用于表示用作一个例子、实例或示例的意思。在本文中描述为“示例性”的任何方面或设计不必解释为优于或胜过其它方面或设计。相反，使用词语示例性旨在表示具体方式方面的概念。

另外，术语“或”旨在表示包含性“或”而不是排他性“或”。即，除非明确说明，否则根据上下文可清楚：“X采用A或B”旨在表示任何自然的包含置换。即，如果X采用A；X采用B；或X采用A和B，则在上述实例任一个中都满足“X采用A或B”。此外，本说明书和所附权利要求书中使用的冠词“一”和“一个”通常应解释为“一个或多个”，除非明确说明不是或者 根据上下文清楚知道是针对单数形式。

此外，术语“系统”、“组件”、“模块”、“接口”、“模型”等通常旨在表示计算机相关实体，任其是硬件、硬件与软件的组合、软件、还是执行中的软件。例如，组件可以是但不限于在处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行件、执行的线程、程序、和/或计算机。作为例示说明，在控制器上运行的应用程序和该控制器两者都可以是组件。一个或更多个组件可驻留在进程和/或执行的线程内，并且组件可局部化在一台计算机上和/或分布在两台或更多台计算机之间。

尽管本文所述的主题可在说明性实现的上下文中描述，以处理具有用户交互式组件的计算应用的一个或多个计算应用特征/操作，但该主题不限于这些特定的实施例。相反本文所述的技术可应用于任何适当类型的用户交互式组件执行管理方法、系统、平台和/或装置。

尽管已经参考电路的过程描述了本发明的示例性实施例，包括如单个集成电路、多片模块、单卡或多卡电路包的可能实现，但本发明不限于此。正如本领域的技术人员显而易见的，还可将电路元件的各种功能实现为软件程序中的处理块。这种软件可用于例如数字信号处理器、微控制器或通用计算机。

本发明可具体化为方法和用于实施这些方法的装置的形式。本发明还可具体化为包含在有形介质中的程序代码的形式，该有形介质诸如磁记录介质、光记录介质、固态存储器、软盘、CD-ROM、硬盘驱动器或任意其它机器可读存储介质，其中当程序代码被加载并由诸如计算机之类的机器执行时，该机器成为实施本发明的装置。本发明还可具体化为程序代码的形式，例如不论存储在存储介质中、加载到机器上和/或由机器执行，还是在一些传输介质或载体上传输，例如在电线或电路上、通过光纤或经由电磁辐射传输，其中当程序代码加载到诸如计算机之类的机器上并由该机器执行时，机器成为用于实施本发明的装置。当实现在通用处理器上时，程序代码段与处理器组合以提供与特定逻辑电路类似地操作的独特设备。本发明还可具体化为通过介质电或光传输的、磁记录介质等中存储的磁场变量、利用本发明的方法和/或装置生成的位流或其它信号值序列的形式。

除非明确陈述，否则每个数值和范围应解释为近似值，好像在该值或范围 的值之前有“约”或“近似”一样。

应当理解本文所阐述的示例性方法的步骤不一定需要以所述顺序执行，且应当理解这些方法的步骤的顺序仅仅是示例性的。同样，在与本发明的各实施例一致的方法中，附加的步骤可包括在这些方法中，且某些步骤可被省略或组合。

同样，处于描述的目的，术语“耦合”、“耦合的”、“被耦合”、“连接”、“连接的”或“被连接”指的是现有技术或稍后开发的技术中已知的任何方式，其中允许功率在两个或多个元件之间传送，且尽管不要求但可构想到其间的一个或多个附加元件。相反，术语“直接耦合”、“直接连接”等则意味着不存在这种附加元件。

将进一步理解已本领域的技术人员可对经描述和示出的用于解释本发明的特性的各部件的细节、材料和布置进行各种改变，而不背离以下权利要求所表达的本发明的范围。

Claims (20)

1.一种设置通过传输介质耦合到接收机的发射机驱动器的去加重的方法，所述方法包括：

将阻抗测量电路耦合到所述传输介质，所述接收机处于高阻抗状态；

通过去加重控制器启用阻抗测量电路；

通过所述阻抗测量电路测量所述传输介质的线路阻抗和线路长度中的至少一个，所述传输介质是不平衡负载；

通过所述去加重控制器基于所测得的线路阻抗和线路长度中的至少一个设置所述驱动器的增益。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量包括：

将桥路耦合到所述传输介质；

调节所述桥路以测量所述不平衡负载的阻抗；以及

提供所述不平衡负载的所测得的阻抗。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，对于所述桥路的耦合，所述桥路是最小均方(LMS)电桥。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量包括：

在节点处将开路检测器耦合到所述传输介质；

将来自所述驱动器的脉冲提供给所述传输介质；

检测来自所述传输介质的反射脉冲；

基于所述反射脉冲的往返行程延迟生成延迟值；

基于预定算法根据所述延迟计算线路长度；

根据所述传输介质的所述线路长度和类型确定所述不平衡负载的的线路阻抗；以及

将所述不平衡负载的所测得的阻抗提供给所述去加重控制器。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述反射脉冲的检测包括：

在所述节点处的来自所述驱动器的脉冲的上升沿上启用计数器；

将所述节点处的信号的振幅与阈值相比较；以及

如果所述振幅达到所述阈值，则禁用所述计数器。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述延迟值基于所述计数器被禁用时的值。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阻抗测量电路的耦合包括i)在所述阻抗测量电路和所述驱动器的输出节点之间耦合开关，以及ii)将所述开关从所述节点处的高阻抗状态转变成所述节点处的低阻抗状态。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，对于所述开关的耦合，所述开关被具体化为T门开关。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，对于通过所述阻抗测量电路的测量，所述传输介质是同轴电缆、镀铜波导、铜/电介质层叠传输线和微带传输线中的至少一个。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述去加重控制器设置所述驱动器的增益包括从存储器读取与所述传输介质的所测得的线路阻抗和类型相对应的一组去加重设置，并将该组去加重设置提供给所述驱动器的增益电路。

11.一种用于设置通过传输介质耦合到接收机的发射机驱动器的去加重的装置，所述装置包括：

耦合到所述传输介质的阻抗测量电路，所述接收机处于高阻抗状态；

适于启用所述阻抗测量电路的去加重控制器；

其中，在被启用时，所述阻抗测量电路还被配置成测量所述传输介质的线路阻抗和线路长度中的至少一个，所述传输介质是不平衡负载，以及

其中所述去加重控制器还被配置成基于所测得的线路阻抗和线路长度中的至少一个设置所述驱动器的增益。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述阻抗测量电路包括耦合到所述传输介质的桥路，且其中所述阻抗测量电路调节所述桥路的一个或多个元件以测量所述不平衡负载的阻抗；并将所测得的所述不平衡负载的阻抗提供给所述去加重控制器。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述桥路是最小均方(LMS)电桥。

14.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述阻抗测量电路包括：

在节点处的耦合到所述传输介质的开路检测器，所述开路检测器被配置成响应于从所述驱动器向所述传输介质提供的脉冲检测来自所述传输介质的反射脉冲；以及

耦合到所述开路检测器的计数器，其基于所述反射脉冲的往返行程延迟生成延迟值，

其中所述去加重控制器被配置成基于预定算法根据所述延迟计算线路长度，以及根据所述传输介质的所述线路长度和类型确定所述不平衡负载的线路阻抗以提供所测得的所述不平衡负载的阻抗。

15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述开路检测器通过以下步骤检测所述反射脉冲：

在所述节点处的来自所述驱动器的脉冲的上升沿上启用所述计数器；

将所述节点处的信号的振幅与阈值相比较；以及

如果所述振幅达到所述阈值，则禁用所述计数器，所述延迟值基于所述计数器被禁用时的值。

16.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述装置包括在所述阻抗测量电路和所述驱动器的输出节点之间耦合的开关，其中所述开关通过从所述节点处的高阻抗状态转变成所述节点处的低阻抗状态来将所述阻抗测量电路耦合到所述驱动器的输出节点。

17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述开关被具体化为T门开关。

18.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述传输介质是同轴电缆、镀铜波导、铜/电介质层叠传输线和微带传输线中的至少一个。

19.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述去加重控制器被配置成从存储器读取与所述传输介质的所测得的线路阻抗和类型相对应的一组去加重设置，并将该组去加重设置提供给所述驱动器的增益电路。

20.一种其上编码有程序代码的机器可读存储介质，其中当所述程序代码由机器执行时，所述机器实现用于设置通过传输介质耦合到接收机的发射机驱动器的去加重的方法，包括以下步骤：

将阻抗测量电路耦合到所述传输介质，所述接收机处于高阻抗状态；

通过去加重控制器启用阻抗测量电路；

通过所述阻抗测量电路测量所述传输介质的线路阻抗和线路长度中的至少一个，所述传输介质是不平衡负载；

通过所述去加重控制器基于所测得的线路阻抗和线路长度中的至少一个设置所述驱动器的增益。

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