CN102480449A

CN102480449A - 用于控制连续时间线性均衡器的方法和设备

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Publication number: CN102480449A
Application number: CN2011103633214A
Authority: CN
Inventors: K·J·威特
Original assignee: Maxim Integrated Products Inc
Current assignee: Maxim Integrated Products Inc
Priority date: 2010-11-19
Filing date: 2011-11-16
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2031-11-16
Also published as: CN102480449B; DE102011086659B4; US20120128053A1; US8588288B2; DE102011086659A1

Abstract

一种用于控制连续时间线性均衡器的范例方法，包括：产生存在于连续时间线性均衡器的输出端的信号的电压直方图；产生所述电压直方图的品质因子；将所述品质因子与在前品质因子进行比较；在所述品质因子小于所述在前品质因子时，减小所述连续时间线性均衡器的均衡，且在所述品质因子大于所述在前品质因子时，增大所述连续时间线性均衡器的所述均衡。

Description

用于控制连续时间线性均衡器的方法和设备

背景技术

在许多电子应用中，数据需要在有限带宽信道上以高速传输。例如，数据存储系统、服务器、数据通信系统和数字视频系统都需要在有限带宽信道上提供高速串行链接。这可以由在“远程通信信道”或“通信链路”的一端设置发送器以及在其另一端设置接收器来实现。

在远程通信中，符号间干扰(inter-symbol interference，ISI)是信号失真的一种形式，其中传输的符号干扰随后传输的符号。这是不想要的现象，因为在前的符号具有与噪声类似的效果，从而使得通信信道不那么可靠。即，ISI的存在可以在接收器的输出端引入误差。因此，在远程通信系统的设计中，目标是最小化ISI的影响，从而以尽可能低的误差率，例如以最好的信噪比(SNR)，传输数字数据到其目的地。对抗符号间干扰的方式包括，例如，自适应均衡技术。

例如，可以在通信链路中使用连续时间线性均衡器(CTLE)，以补偿引起ISI的信道频率相关的损耗。调整CTLE的均衡参数来最小化ISI以及CTLE的输出的抖动。这种调整典型地是对每个信道进行手动设置，并且易受环境、零件到零件以及信道制造差异性的影响。

存在用于包括时钟和数据恢复电路的实现的自动调整CTLE均衡参数的方法。例如，在“Electrical signal processing techniques in long-haul fiberoptic systems，”Winters，J.H.& Gitlin，R.D.，AT&T Bell Lab.，IEEETransactions on Communications，Sept.1990中描述的电路。这些电路恢复锁相到输入信号的时钟。利用恢复的时钟，可以在输出“眼”的中心测量输出“眼”的品质，以优化CTLE均衡参数。

存在平衡输出波形的高频和低频含量的模拟方法。这些模拟方法不直接测量输出眼的品质。例如，由加利福利亚州桑尼维尔市的马克西姆综合产品公司(Maxim Integrated Products)销售的MAX3805型自适应接收均衡器是一种连续时间线性均衡器(“CTLE”)，其使用频域模拟技术来减小ISI的影响。通过另一范例的方式，Dong Hun Shin，Ji Eun Jang，Frank O’Mahony和C.Patrick Yue的论文“1-mW 12-Gb/s Continuous-Time Adaptive PassiveEqualizer in 90-nm CMOS”，CICC，2009描述了一种也减小ISI的影响的连续时间线性均衡器(“CTLE”)。

以上引用的两篇参考文献均测量两个频带中的能量并且控制CTLE的均衡以便以期望的数据率为随机不归零(“NRZ”)数据模式匹配期望的能量分布。随着由适当控制CTLE的均衡而产生的SNR的随后增大，ISI减小了。

尽管这些参考文献中描述的设备对于它们意图的应用运行良好，但是在一些情况下它们也展现出某些缺点。例如，这些现有的设备易受模拟滤波器的精度、偏置和产品差异性的影响。此外，这些现有的设备需要事先知道串行数据率和传输符号能量的期望分布。另外，使用锁相环(PPL)来从传输恢复时钟的现有设备消耗了大量额外的功率。

通过阅读以下描述以及研究附图中的数个图，现有技术的这些以及其它限制对本领域技术人员来说会变得明显。

发明内容

通过一个非限制性范例，一种用于控制连续时间线性均衡器的方法，包括：(a)产生存在于连续时间线性均衡器的输出端的信号的电压直方图；(b)产生所述电压直方图的品质因子；(c)将所述品质因子与在前品质因子进行比较；(d)在所述品质因子小于所述在前品质因子时，减小所述连续时间线性均衡器的均衡，且在所述品质因子大于所述在前品质因子时，增大所述连续时间线性均衡器的所述均衡；以及(e)重复动作(a)到(d)。

通过另一非限制性范例，一种用于控制连续时间线性均衡器的设备，包括：信号输入端；均衡控制输出端；电压直方图信号发生器，其响应于所述信号输入端的信号且用于产生电压直方图信号；品质因子信号发生器，其响应于所述电压直方图信号且用于产生品质因子信号；以及均衡控制信号发生器，其响应于所述品质因子信号且用于在所述均衡控制输出端产生均衡控制信号。

通过另一非限制性范例，一种连续时间线性均衡器电路，包括：连续时间线性均衡器，其具有信号输入端、信号输出端以及均衡控制输入端；以及控制器，其具有耦合到所述连续时间线性均衡器的所述信号输出端的信号输入端和耦合到所述连续时间线性均衡器的所述均衡控制输入端的均衡控制输出端。在进一步的非限制性范例中，所述控制器包括：电压直方图发生器，其响应于所述信号输入端且用于产生电压直方图信号；品质因子发生器，其响应于所述电压直方图且用于产生品质因子信号；以及均衡控制信号发生器，其响应于所述品质因子信号且用于在所述均衡控制输出端产生均衡控制信号。

通过另一非限制性范例，一种用于控制连续时间线性均衡器的设备，包括：用于产生输入信号的电压直方图的装置；用于产生所述电压直方图的品质因子的装置；以及用于至少部分地基于所述品质因子，产生用于连续时间线性均衡器的均衡控制信号的装置。

通过阅读以下描述以及研究附图中的数个图，于此公开的这些和其它实施例和优点以及其它特征对于本领域技术人员来说会变得明显。

附图说明

现在参照附图描述数个范例实施例，其中相似的部件采用相似的参考数字。范例实施例意在示例而不是限制本发明。附图包括以下图：

图1是具有连续时间线性均衡器(CTLE)的自动控制的范例系统的框图；

图2是用于CTLE的自动控制的范例方法的过程流程图；

图3是用于CTLE的自动控制的范例数字处理器控制方法的过程流程图；

图4是用于CTLE的自动控制的范例数字处理器控制设备的框图；

图5a和5b是示例图4中的设备的CTLE的范例输入电压分布和范例输出电压分布的图示；

图6a和6b是示例图4中的设备的CTLE的范例输入眼信号和范例输出眼信号的图示；并且

图7是用于CTLE的自动控制的范例模拟控制设备的框图。

具体实施方式

图1是包括连续时间线性均衡器(CTLE)12和控制器14的连续时间线性均衡器电路10的框图。在此框图中，CTLE具有信号输入端16、信号输出端18和均衡控制输入端20。在此范例中，信号RX施加到信号输入端16且在信号输出端18产生信号TX。控制器14具有耦合到CTLE的信号输出端18的信号输入端22以及耦合到CTLE的均衡控制输入端20的均衡控制输出端24。

控制器14可作为模拟电路、数字电路或者模拟和数字电路的组合实现。此外，控制器14可以包括被设计为执行存储在例如ROM、PROM、EEPROM等的非易失性存储器中的代码段的数字处理器。用于此处的“信号”本质上可以是模拟的或是数字的。在实施例中，不管控制器14由硬件还是由硬件/固件实现，都用范例的方式描述不是限制，控制器14实现如图2所述的过程。

在图2中，用于控制CTLE 12的过程25由操作26和28开始，初始化控制器14。如本领域技术人员会明白的，这经常发生在系统的第一次加电并包括重置寄存器、初始化变量等，尤其是对于控制器14的数字实现。接下来，在操作30中，产生存在于信号输入端22的信号TX的电压直方图。如随后将更详细地讨论的，在此范例中，电压直方图由开窗技术产生。然后，在操作32中，根据为当前和以后的使用而存储的电压直方图产生“品质因子”或者“性能指标”。框34用于确定当前品质因子是否比在前品质因子好，如果是，则以与已调整的均衡相同方向来调整均衡。如果当前品质因子更差，则调整的方向反向。

在此非限制性的范例中，在操作35中，将当前品质因子与在前品质因子(例如，先前存储的品质因子)相比较。如果当前品质因子小于在前品质因子，则操作36减小均衡控制信号，并且如果当前品质因子大于或等于(在此范例中)在前品质因子，则操作38增大均衡控制信号。过程25循环回到操作30来重复所述过程。

图3是用于控制连续时间线性均衡器的计算机实现过程的流程图。“计算机实现过程”通常意指在例如微控制器、微处理器等的钟控数字处理器(“数字处理器”)上执行代码段来进行所述过程，所述代码段例如是存储在非暂时性以及优选是非易失性的计算机可读介质或者如ROM、PROM、EPROM、EEPROM、闪存等的“固件”中的程序指令。“数字处理器”也可以包括例如在传统意义上不执行代码段的钟控状态机的硬件实现。在图3的非限制的范例中，所述过程由包括钟控数字处理器的集成电路和包括代码段的固件实现。

在图3中，用于控制连续线性均衡器的过程25’开始于26’，并且，在操作28’中初始化控制回路(例如变量Kagc、Equ、dEqu、dKagc)。在此非限制性范例中，Kagc为自动增益控制值，Equ为均衡值，dEqu为均衡控制级，以及dKagc为增益控制级。

接下来，框30’产生电压直方图。在操作40中，计算CTLE输出Vk的统计电压分布。然后，在此非限制性范例中，在操作42中施加时间滤波器，例如Vfk＝Vk*h(t)。然后，在操作44中，由Vpkpk＝max(Vfk)-min(Vfk)计算Vk的最大振幅(例如峰值到峰值电压振幅)。然后，在判断操作46中确定Vpkpk是否大于Vmax，并且如果是，则在操作48中变量Kagc递减dKagc，例如CTLE的增益减小且在操作40中重新计算统计电压分布。如果Vpkpk小于Vmax，则接着在操作50中确定Vpkpk是否小于Vmin。如果是，则Kagc递增dKagc，例如CTLE的增益增大且在操作40中重新计算统计电压分布。如果Vmin＜Vpkpk＜Vmax，则直方图在适当数值范围内并且框30’的过程完成。

框32’产生性能指标Pk。在此非限制性范例中，操作54计算当前性能指标Pk(亦称“品质因子”)。操作56确定计算的Pk是否大于最小值Pmin，如果否，则在操作58中Equ递增dEqu并且过程控制返回到操作40。如果品质因子低于预定的最小值，则这是自动增大均衡。如果Pk超过Pmin，于是在操作60中对Pk进行滤波。在此范例中，利用N个在前存储的Pk值对Pk(当前品质因子)进行滤波，经滤波的Pk值为Pfk＝{Pk，Pk-1，Pk-2，...，Pk-N}*Hk。存储当前经滤波的品质因子Pfk用于将来使用。

基于由操作62确定的Pfk是否大于Pfk-1，框34’增大或减小均衡信号。如果是，则在操作64中，均衡信号的改变dEqu在正确的方向移动并且Equ递增dEqu。如果dEqu在错误的方向移动均衡信号(例如品质因子减小)，则在操作66中，dEqu的正负号反向并且Equ递增新的dEqu。然后过程控制返回到操作40。

图4是CTLE电路68的框图，以非限制性范例的方式提出，CTLE电路68包括CTLE 12’和控制器14’。在此范例中，CTLE同时具有均衡控制输入端20和增益控制输入端70。控制器14包括数字处理器72，在此范例中，数字处理器72运行具有代码段的固件74以实现电压直方图发生器76、品质因子发生器78和均衡控制信号发生器80。当然，电压直方图发生器、品质因子发生器和均衡控制信号发生器可以用例如使用模拟、数字和混合电子电路的其它方式实现，图4的范例只是一个非限制性范例。在此范例中，控制器14’也包括数模转换器(DAC)、加法器90、比较器92和94、触发器96和98、以及扩频局部时钟源100。

在操作中，控制器14’的信号输入端102耦合到CTLE的信号输出端18。信号输入端102分别耦合到正和负输入端或者比较器92和94。DAC 82施加阈值电压Vth到比较器92的负输入端以及加法器90。DAC 84施加阈值分辨电压dV到加法器90。加法器90的输出为Vth+dV，其被施加到比较器94的正输入端。比较器92的输出施加到触发器96的D输入端，且比较器94的输出施加到触发器98的D输入端。触发器96和98均由局部时钟源100钟控。触发器96的Q输出指示是否TX＞Vth，且指示的触发器98的Q输出是TX＜Vth+dV。如同局部时钟源100，触发器96和98的Q输出耦合到数字处理器72。

在此非限制性范例中，数字处理器72执行存储在固件74中的代码段来计算发生器76中的电压分布、发生器78中的性能指标(“品质因子”)以及控制信号发生器80中的控制信号来例如实现图3中的过程25’。DAC 86和88分别将数字处理器72的数字输出信号转换为Equ和Kagc控制信号。发生器78分别用数字信号Vth[N:0]和dV[N:0]来控制DAC 82和84。

在此非限制性范例中，局部时钟源100设计为不变成与信号输入端102的信号锁相。在此范例中，这通过提供例如示例的锯齿的扩频时钟信号来防止与输入信号锁相而实现。

下面的表格1提供上述数字处理器72的数字性能指标的概要。

表格1

数字性能指标

一种试验性地研究数据传输系统中的ISI的方式是施加接收到的波到示波器的垂直偏转板并且以1/T的传输符号率R将锯齿波施加到水平偏转板。因为对于二元波得到的显示与人眼相似，所以得到的显示称之为眼图。眼图的内部区域被称为眼孔(eye opening)。眼图提供了关于有关系统的性能的大量信息，例如：

1.眼孔的宽度限定可以取样接收到的波而没有来自ISI的误差的时间间隔。显然，用来取样的优选时间是眼张开最宽的时刻。

2.随着取样时间变化，由眼关闭的速率来确定系统对定时误差的灵敏度。

3.在特定的取样时间，眼孔的高度限定噪声的边缘(margin)。

图5a示例了图4的范例输入电压(“V”)分布(亦称“直方图”)RX，且图5b示例了使用控制器14’时图4的范例输出电压(“V”)分布TX。图6a是RX信号产生的“眼”图示，图6b是由均衡的TX信号产生的眼图示。请注意，均衡的TX信号的眼比未均衡的RX信号有明显的改善。

图7示例了包括CTLE 12’和控制器14”的连续时间线性均衡器电路68”和可以例如实现图2的过程25的控制器14”。应当注意，控制器14”不包括数字处理器，且主要由电子部件与数字部件一起实现，所述电子部件例如是模拟低通滤波器、比较器、加法器和放大器，所述数字部件例如是与门、锁存器、计数器等。因此，控制器14”是模拟和数字电子部件的组合。在此非限制性范例中，控制器14”包括电压发生器104、电压直方图发生器106、品质因子发生器108、均衡控制信号发生器110、增益控制电压探测器112、以及增益控制发生器114。

在此范例中，电压发生器由一系列电阻器116表示，一系列电阻器116产生了许多电压“窗口”以取样电压频谱。应当注意，这种模拟版本可以并行取样所有的窗口，与之相反的是，前面讨论的基于数字处理器的版本每次取样一个窗口。电压窗口施加到由与门120求和的比较器对118上。与门120的输出由低通滤波器(LPF)滤波，然后由放大器124加权。其结果是分享了由图4的控制器14的数字处理器版本产生的电压直方图的许多特征的电压直方图。

电压直方图发生器106的输出输入到品质因子发生器108的加法放大器126。LPF 128产生经滤波的品质因子Pfk。

均衡控制信号发生器110是包括取样-保持电路130、时钟132、比较器134和升/降计数器136的均衡回路滤波器。在此范例中，均衡控制信号发生器产生用于DAC 86的数字均衡控制信号Equ[N:0]以控制CTLE 12’的均衡。

增益控制电压探测器112探测控制器输入端102上的输入信号的峰值电压。比较器138确定是否TX＞Vthmax，即输入信号是否超过最大电压值。比较器138的输出与比较器118a的输出一起输入到增益控制信号发生器114中并分别输入到LPF 140和142中。LPF 140和142的输出施加到耦合到计数器146的Dn和Up输入端的与门144和146。计数器146提供数字增益控制信号Kagc[N:0]到DAC 88以给CTLE 12’提供Kagc增益控制信号。

图7中的范例控制器14”的模拟性能指标如下：

表格2

模拟性能指标

尽管采用特定的术语和器件描述了不同的实施例，但是该描述仅用于示例的目的。采用的言词是描述的言词而非限制。应当理解，本领域技术人员可以不脱离以下权利要求中阐明的本发明的精神或范围，进行改变和变更。另外，应当理解，不同的其它实施例的方面可以被整体或部分的交换。因此，意在根据本发明的真实的精神和范围来解释权利要求，而无限制或禁止。

Claims

1.一种用于控制连续时间线性均衡器的方法，包括：

(a)产生存在于连续时间线性均衡器的输出端的信号的电压直方图；

(b)产生所述电压直方图的品质因子；

(c)将所述品质因子与在前品质因子进行比较；

(d)在所述品质因子小于所述在前品质因子时，减小所述连续时间线性均衡器的均衡，且在所述品质因子大于所述在前品质因子时，增大所述连续时间线性均衡器的所述均衡；以及

(e)重复动作(a)到(d)。

2.如权利要求1所述的用于控制连续时间线性均衡器的方法，还包括在所述品质因子等于所述在前品质因子时，增大所述连续时间线性均衡器的所述均衡。

3.如权利要求1所述的用于控制连续时间线性均衡器的方法，其中，连续地重复动作(a)到(d)。

4.如权利要求3所述的用于控制连续时间线性均衡器的方法，其中，产生电压直方图还包括调整所述连续时间线性均衡器的增益。

5.如权利要求4所述的用于控制连续时间线性均衡器的方法，其中，在所述电压直方图的参数超过最大值时，减小所述增益，且在所述电压直方图的参数小于最小值时，增大所述增益。

6.如权利要求3所述的用于控制连续时间线性均衡器的方法，其中，存储所述品质因子以用作在前品质因子。

7.如权利要求6所述的用于控制连续时间线性均衡器的方法，其中，所述电压直方图由数字处理器产生。

8.如权利要求7所述的用于控制连续时间线性均衡器的方法，其中，所述品质因子由所述数字处理器产生。

9.如权利要求8所述的用于控制连续时间线性均衡器的方法，其中，所述品质因子与所述在前品质因子的所述比较由所述数字处理器完成。

10.如权利要求6所述的用于控制连续时间线性均衡器的方法，其中，所述电压直方图由第一多个电子部件产生。

11.如权利要求7所述的用于控制连续时间线性均衡器的方法，其中，所述品质因子由第二多个电子部件产生。

12.如权利要求8所述的用于控制连续时间线性均衡器的方法，其中，所述品质因子与所述在前品质因子的所述比较由第三多个电子部件完成。

13.一种用于控制连续时间线性均衡器的设备，包括：

信号输入端；

均衡控制输出端；

电压直方图信号发生器，其响应于所述信号输入端的信号且用于产生电压直方图信号；

品质因子信号发生器，其响应于所述电压直方图信号且用于产生品质因子信号；以及

均衡控制信号发生器，其响应于所述品质因子信号且用于在所述均衡控制输出端产生均衡控制信号。

14.如权利要求13所述的用于控制连续时间线性均衡器的设备，还包括：

增益控制输出端；以及

增益控制信号发生器，其响应于所述电压直方图信号且用于在所述增益控制输出端产生增益控制信号。

15.如权利要求14所述的用于控制连续时间线性均衡器的设备，其中，所述电压直方图信号发生器、所述品质因子信号发生器、所述均衡控制信号发生器以及所述增益控制信号发生器至少部分地在能够执行存储在非易失性存储器中的代码段的数字处理器上实现。

16.如权利要求15所述的用于控制连续时间线性均衡器的设备，还包括耦合到所述数字处理器的时钟源，所述时钟源未锁相到所述信号输入端的所述信号。

17.如权利要求14所述的用于控制连续时间线性均衡器的设备，其中，所述电压直方图信号发生器、所述品质因子信号发生器、所述均衡控制信号发生器以及所述增益控制信号发生器使用不能够执行存储在非易失性存储器中的代码段的电子部件来实现。

18.一种连续时间线性均衡器电路，包括：

连续时间线性均衡器，其具有信号输入端、信号输出端以及均衡控制输入端；以及

控制器，其具有耦合到所述连续时间线性均衡器的所述信号输出端的信号输入端和耦合到所述连续时间线性均衡器的所述均衡控制输入端的均衡控制输出端，所述控制器包括：

电压直方图发生器，其响应于所述信号输入端且用于产生电压直方图信号；

品质因子发生器，其响应于所述电压直方图且用于产生品质因子信号；以及

19.如权利要求18所述的连续时间线性均衡器电路，其中，所述连续时间线性均衡器还包括增益控制输入端，并且其中，所述控制器还包括增益控制输出端和增益控制信号发生器，所述增益控制输出端耦合到所述连续时间线性均衡器的所述增益控制输入端，所述增益控制信号发生器响应于所述电压直方图信号且用于在所述增益控制输出端产生增益控制信号。

20.一种用于控制连续时间线性均衡器的设备，包括：

(a)用于产生输入信号的电压直方图的装置；

(b)用于产生所述电压直方图的品质因子的装置；以及

(c)用于至少部分地基于所述品质因子，产生用于连续时间线性均衡器的均衡控制信号的装置。

21.如权利要求20所述的用于控制连续时间线性均衡器的设备，还包括用于产生用于所述连续时间线性均衡器的增益控制信号的装置。