CN102567692B

CN102567692B - 对输入高速芯片的参数集进行自适应调整的设备和方法

Info

Publication number: CN102567692B
Application number: CN201010621259.XA
Authority: CN
Inventors: 喻骏; 郭松森
Original assignee: Alcatel Lucent Shanghai Bell Co Ltd
Current assignee: Nokia Shanghai Bell Co Ltd
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2030-12-28
Also published as: CN102567692A

Abstract

本发明提出了一种对输入高速芯片的参数集进行自适应调整的设备(100)，包括：处理器单元(101)、温度检测单元(103)、电压检测单元(105)、以及高速芯片(107)，其中所述处理器单元(101)用于从温度检测单元(103)和电压检测单元(105)中分别读取针对高速芯片(107)的工作环境的温度和电压值；根据预先存储的映射表，获得与所读取的当前温度和电压值相对应的预定参数集；以及将所获得的预定参数集中的参数写入高速芯片(107)。本发明还提出了一种对输入高速芯片的参数集进行自适应调整的方法。

Description

对输入高速芯片的参数集进行自适应调整的设备和方法

技术领域

本发明涉及对输入高速芯片的参数集进行自适应调整的设备和方法。

背景技术

当前，大多数高速芯片的程序设计针对高速芯片的所有工作条件通常只具有一个参数集。也就是说，在现有技术中，将同一个参数集用于实现高速芯片的发射器和接收器在不同工作环境时的配置，但是，无法随高速芯片的工作环境的温度和电压的变化实时地进行改变这些参数。例如，在强驱条件(高压，低温)下，芯片具有强输出信号驱动能力，也即比较于典型条件(常规电压，室温)的情况，其输出信号有更高的电压摆幅和更快的信号边沿；在弱驱条件(低压，高温)下，芯片具有弱输出信号驱动能力，也即比较于典型条件的情况，输出信号电压摆幅降低和信号边沿变缓，等。显然，如果以同一个参数集来应对各种工作条件，将会存在高速芯片上的信号接收质量变差，以及功耗的增大的可能性。

此外，根据当前的设计规则，仅对电压或温度的两个临界点进行监控。在所监控的电压或温度值具有超越所允许的范围的异常值时，将会出现硬件重置，而没有有效利用在临界点内的温度和电压检测信息。

通常在设计上，温度和电压监控会应用于与安全检测相关的应用，如断开电源、重置保护、风扇转速等。但是在现有技术中，并没有将温度和电压监控用于具有高速接口的高速芯片输出和输入高速信号的完整性控制的设计。

发明内容

本发明的目的是为了在高速芯片的高速通道上对输入高速芯片的参数进行自适应地调整，以实现信号接收质量控制，并节约功率。

为此，本发明提出了一种自适应设计和策略，通过对高速芯片的温度和电压进行监控，根据所监控的温度和电压反馈，通过参数调整来更好地控制高速芯片的接收信号质量并节约功耗。

根据本发明的一方面，提出了一种对输入高速芯片的参数集进行自适应调整的设备，包括：高速芯片；温度检测单元，用于检测针对高速芯片的工作环境的温度值；电压检测单元，用于检测针对高速芯片的工作环境的电压值；以及处理器单元用于从温度检测单元和电压检测单元中分别读取针对高速芯片的工作环境的温度和电压值；根据预先存储的映射表，获得与所读取的当前温度和电压值相对应的预定参数集；以及将所获得的预定参数集中的参数写入高速芯片。

优选地，所述处理器单元根据预定时间间隔，从温度检测单元和电压检测单元分别读取温度和电压值。

优选地，将针对不同工作环境的参数集分为多个层级，存储在所述处理器单元中的映射表每两个层级设置具有缓冲区，用以避免针对小的环境条件改变而进行不必要的参数改变。

优选地，所述映射表中与不同工作条件下相对应的预定参数集通过针对整个通道的仿真或测试来确定。

优选地，所述温度检测单元和电压检测单元位于高速芯片的外部、或集成于高速芯片的内部。

根据本发明的另一方面，提出了一种对输入高速芯片的参数集进行自适应调整的方法，包括：从温度检测单元和电压检测单元中分别读取针对高速芯片的工作环境的温度和电压值；根据预先存储的映射表，获得与所读取的当前温度和电压值相对应的预定参数集；将所获得的预定参数集中的参数写入高速芯片。

本发明的技术方案提供了在不同的环境条件下保证高速通道性能的自适应方式，可以在满足接收条件的情况下，尽可能为高速芯片的高速通道节约功耗。

附图说明

结合附图，本发明的上述和其它方面、特征和优点将从以下对于本发明的非限制性实施例的详细描述中变得更加清楚，其中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的用于对输入高速芯片的参数集进行自适应调整的设备的结构框图；

图2a-2e给出了高速芯片的不同工作条件下的接收差分信号的眼图；以及

图3示出了根据本发明的一个实施例的用于对输入高速芯片的参数集进行自适应调整的方法流程图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的示例性实施例进行描述。但是本领域技术人员应当理解，本发明的范围并不限于此，该示例性实施例仅用于描述目的，应将其看作本发明的示例而非对本发明的任何限制，任何符合本发明实施例的方案均落入本发明的保护范围内。

为了支持高速芯片的高速通道上的高速信号以较好的质量传输，给予高速芯片信号调整的能力，可以通过将参数集中的一组参数写入高速芯片的控制寄存器来设置该能力。

参见图1，图1示出了根据本发明的一个实施例的用于对输入高速芯片的参数集进行自适应调整的设备100。该设备100包括处理器单元101，温度检测单元103，电压检测单元105，以及高速芯片107，该处理器单元101可以与高速芯片107进行通信。

例如，该处理器单元101可以以中央处理器(CPU)、微处理器(MPU)或片上可编程系统(PSOC)等来实现。在处理器单元101中预先存储有以不同的温度和电压构成的不同工作条件与预定参数集的映射表。在该映射表中，不同工作条件下对应的预定参数集可以通过针对整个通道的仿真或测试来确定。该预定参数集的确定首先应当考虑需要满足高速通道上芯片接收接口信号完整性(即，信号质量)的接收眼图标准，其次，在满足该接收眼图标准时可以考虑节约功耗。

应注意，通过仿真高速信号通道的眼图以确定参数集的方法，需要对仿真的电压和温度进行转换处理。仿真时输入的电源电压是针对管脚位置，而电压监测点可能不在管脚位置，这样从检测点电压到管脚电压存在一个压降，这个压降值(一般比较小)可以通过压降仿真或者测试得到。如果仿真时使用的芯片温度是硅核的结温，结温与环境温度之间存在一个偏差，这个偏差可以通过芯片资料提供的热阻系数计算得到。通过校准处理，检测到的温度和电压与参数集实现了更准确的匹配。

通常，该预定参数集包括针对实现为发射器的高速芯片的例如摆幅、预加重等参数，以及针对实现为接收器的高速芯片的例如均衡、高频提升等参数。越大的增强值将会引起更多的功耗。

通常，以眼图来表示接收信号的质量，再与标准模板比较判断是否满足接收要求。通过眼图可以直接观测到接收幅度(眼高)，接收时序(眼宽)等。

下面以高速芯片在不同工作条件下的眼图为例，说明如何通过仿真或测试过程中改变参数来确定与特定工作条件相对应的预定参数集。

针对特定的通道或者相似的一组通道，经过仿真或者测试，可以有(温度，电压)<--->(输出摆幅，输出预加重，接收均衡)的参数匹配，将体现二者映射关系的映射表存储于处理器单元中，处理器通过监控器件监视电压和温度变化，从而针对不同的温度和电压配置特定的参数组到高速芯片控制寄存器，实现对信号输出和输入的质量调整。针对特定温度电压的这组参数配置，首先满足正确接收要求，然后满足降低功耗的要求。这些参数配置到高速芯片控制寄存器后，芯片管脚就按照参数值输出对应电压，边沿的信号。

图2a-2e给出了高速芯片的不同工作条件下的接收差分信号的眼图。在针对整个通道的仿真或测试过程中，根据眼图可以直观地确定与所检测到的温度和电压下的工作条件相对应的预定参数集是否满足信号接收标准。在强驱条件(低温和高压)或弱驱条件(高温和低压)下的接收眼图不同于典型条件(常规电压，室温)下的接收眼图。

通常，期望芯片的输出信号有更高的电压和更快的边沿，以实现更高速的信号传输。由于线路上的电容效应等影响，信号到达接收芯片边沿会变缓，而这会影响接收芯片对信号的采样。接收到的信号在采样时刻之前和之后要保持足够的‘建立’和‘保持’时间才能正确接收。因而为了确定与某一工作条件相对应的预定参数集，首先必须满足在该工作条件下的接收眼图标准。其次，在满足接收眼图标准时，可以降低电压摆幅，从而节约一些功耗。

图2a给出了高速芯片的引脚处的在典型条件下的具有一般摆幅和预加重参数的接收差分信号的眼图。

图2b给出了高速芯片的引脚处的在弱驱条件下的具有一般摆幅和预加重参数的接收差分信号的眼图。

从图中可以看出，图2b中的抖动比较大，眼宽不是很好。于是在仿真或者测试中改变参数，图2c给出了引脚处在弱驱条件下具有更高摆幅和预加重参数的接收差分信号眼图，该眼图具有更好的眼宽，可以满足接收标准要求。因此在弱驱条件下更多的是需要改善信号质量。

图2d给出了引脚处在强驱条件下的具有中等摆幅和预加重参数的接收差分信号眼图，可见与接收标准相比存在一定余量，如果降低摆幅和预加重仍然能够满足接收要求并减少输出功耗。

图2e给出了图2d(强驱条件)引脚处的信号进入到均衡器之后的眼图，可见由于均衡器对信号的改善，眼图有了更大的摆幅，与接收标准相比，余量更大，因此可以采用摆幅拔高比较小的参数配置，减少不必要的功耗浪费。另外在弱驱条件下则可以采用摆幅拔高比较多的参数配置，来改善到达引脚处摆幅比较小的信号，以满足眼图接收要求

可以看出，图2e中示出的眼图足够好。因而如果将发射器的摆幅电平降级，在接收器处可以具有可接受的眼图。这意味着，存在更低的电压输出。因而在某种程度上可以节约功率。而在现代电子设计中，通常期望低功率设计。

以下给出了Virtex5GTX接口一般性的眼图标准作为参考。

这样，所确定的映射表如表1所示，其中每个工作条件(Con)与一个预定参数集相关联。然后处理器单元101将会向高速芯片107发送该预定参数集中的参数。如上所述，以下的具体值是通过整个通道仿真或测试来确定的。

表1预定参数集的映射表

以上描述了针对高速芯片的特定工作条件，通过仿真或测试过程中改变参数来确定与特定工作条件相对应的预定参数集的过程。

下面结合图3，对根据本发明的一个实施例的用于对输入高速芯片的参数集进行自适应调整的方法300进行描述。

首先，在步骤S301，处理器单元101可以从温度检测单元103(如，DS1731，在-10℃至+85℃的范围内有±1℃的精度偏差)和电压检测单元105(如A/D芯片)中分别读取针对高速芯片107的工作环境的当前温度和电压值。

继而，在步骤S303，处理器单元101根据预先存储的映射表，获得与所读取的当前温度和电压值相对应的预定参数集。

然后，在步骤S305，处理器单元101将所获得的预定参数集中的一组参数写入高速芯片107。

可以按照这种方式来定期自适应地调整高速信号的效果。具体地，处理器单元101可以根据预定时间间隔(优选为1分钟)，从温度检测单元103和电压检测单元105分别读取温度和电压值，然后针对不同条件，将与所读取的温度和电压值相对应的预定参数集配置给高速芯片。

在本发明的技术方案中，优选地，可以将参数集从强驱条件至弱驱条件分为多个层级。重要的是，根据本发明的自适应调整策略针对每两个层级具有“缓冲”区。例如，在A和B层级之间存在C区(A、B和C可以被理解为温度或电压点)。当环境条件升为条件A，处理器单元101将会向高速芯片107发送与条件A相对应的参数集。当环境条件降为条件B，单元101将会向高速芯片107发送与条件B相对应的参数集。当环境条件进入C区，则处理器不执行任何操作。如果不存在C区，则当短时间内环境条件在A或B沿发生改变时，处理器将会执行过多的操作。因而优选针对每两个层级设置“缓冲”区，以避免针对小的环境条件改变而进行不必要的参数改变。

在可选实施例中，可以采用在芯片内部具有温度和电压检测功能的高速芯片，如XilinxVirtex-6FPGA等。在这种情况下，仅有处理器将会在芯片外部，但参数调整策略仍然是必需的。

优选地，可以使用的硬件控制模块如下：例如，高速芯片可以是Virtex5、Virtex6以及VSC3312等，温度检测单元可以是LM83CIMQA等，以及电压检测单元可以通过A/D转换器(如LTC1096)或比较器电路等来实现。最常见的通信接口是I2C(或两线)和SPI(或四线)。

根据本发明的设计需要高速芯片具有在系统(on-system)调整功能。也就是说，当重新配置参数时，将不会需要高速芯片进行重置。这是有利的，因为避免了由于高速芯片的重置而导致正在进行的信号传输被阻断。诸如Virtex-6FPGA和VSC3312开关等的高速芯片都具有实时调整的功能。

本发明可以有益于通道性能的自适应调整，可以在环境改变时提高接收端信号质量，还可以在接收眼图足够好的情况下进行节约功耗的控制。

本发明的技术方案提供了在不同的环境条件下保证高速通道性能的自适应方式，可以在满足接收条件的情况下，尽可能为高速芯片的高速通道节约功耗。尽管针对一个通道，所节约的功耗较少，但是考虑到一个板上有多条通道，一个机框有多块板，一个项目的一个机框会有成千上万套，以及有很多的各种电子类的项目，因而从整体上考虑可以节约大量的功耗。优选地，本发明可以应用于ALULTETDD项目bCEM中的高速电路设计。

本领域技术人员应该很容易认识到，可以通过编程计算机实现上述方法的不同步骤。在此，一些实施方式同样包括机器可读或计算机可读的程序存储设备(如，数字数据存储介质)以及编码机器可执行或计算机可执行的程序指令，其中，该指令执行上述方法的一些或全部步骤。例如，程序存储设备可以是数字存储器、磁存储介质(如磁盘和磁带)、硬件或光可读数字数据存储介质。实施方式同样包括执行上述方法的所述步骤的编程计算机。

描述和附图仅示出本发明的原理。因此应该意识到，本领域技术人员能够建议不同的结构，虽然这些不同的结构未在此处明确描述或示出，但体现了本发明的原理并包括在其精神和范围之内。此外，所有此处提到的示例明确地主要只用于教学目的以帮助读者理解本发明的原理以及发明人所贡献的促进本领域的构思，并应被解释为不是对这些特定提到的示例和条件的限制。此外，此处所有提到本发明的原则、方面和实施方式的陈述及其特定的示例包含其等同物在内。

Claims

1.一种对输入高速芯片的参数集进行自适应调整的设备(100)，包括：

高速芯片(107)；

温度检测单元(103)，用于检测针对高速芯片(107)的工作环境的温度值；

电压检测单元(105)，用于检测针对高速芯片(107)的工作环境的电压值；以及

处理器单元(101)用于从温度检测单元(103)和电压检测单元(105)中分别读取针对高速芯片(107)的工作环境的温度和电压值；根据预先存储的映射表，获得与所读取的当前温度和电压值相对应的预定参数集；以及将所获得的预定参数集中的参数写入高速芯片(107)，其中所述预定参数集是通过仿真高速信号通道的眼图确定的。

2.根据权利要求1所述的设备(100)，其中所述处理器单元(101)根据预定时间间隔，从温度检测单元(103)和电压检测单元(105)分别读取温度和电压值。

3.根据权利要求1所述的设备(100)，其中将针对不同工作环境的参数集分为多个层级，存储在所述处理器单元(101)中的映射表每两个层级设置具有缓冲区，用以避免针对小的环境条件改变而进行不必要的参数改变。

4.根据权利要求1所述的设备(100)，其中所述映射表中与不同工作条件下相对应的预定参数集通过针对整个通道的仿真或测试来确定。

5.根据权利要求1所述的设备(100)，其中所述温度检测单元(103)和电压检测单元(105)位于高速芯片(107)的外部、或集成于高速芯片(107)的内部。

6.一种对输入高速芯片的参数集进行自适应调整的方法，包括：

从温度检测单元和电压检测单元中分别读取针对高速芯片的工作环境的温度和电压值；

根据预先存储的映射表，获得与所读取的当前温度和电压值相对应的预定参数集；

将所获得的预定参数集中的参数写入高速芯片，其中所述预定参数集是通过仿真高速信号通道的眼图确定的。

7.根据权利要求6所述的方法，其中根据预定时间间隔，从温度检测单元和电压检测单元分别读取温度和电压值。

8.根据权利要求6所述的方法，其中将针对不同工作环境的参数集分为多个层级，存储在处理器单元中的映射表每两个层级设置具有缓冲区，用以避免针对小的环境条件改变而进行不必要的参数改变。

9.根据权利要求6所述的方法，其中所述映射表中与不同工作条件下相对应的预定参数集通过针对整个通道的仿真或测试来确定。

10.根据权利要求6所述的方法，其中所述温度检测单元(103)和电压检测单元(105)位于高速芯片(107)的外部、或集成于高速芯片(107)的内部。