CN102801666A - 均衡器及通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种均衡器，用于一通信系统的一接收端中，用来补偿一输入信号。该均衡器包括有一第一晶体管，其一闸极用来接收该输入信号的一正输入电压；一第二晶体管，其一闸极用来接收该输入信号的一负输入电压，一源极耦接于该第一晶体管的一源极；以及一电阻，与至少一电容串联耦接于该第一晶体管的一汲极与该第二晶体管的一汲极之间，用来最佳化该电阻的一电阻值，以补偿该输入信号。

Description

均衡器及通信系统

技术领域

本发明涉及一种均衡器及通信系统，尤其涉及一种可对输入信号的高频成分进行补偿，同时不会衰减输入信号的低频成分的均衡器及通信系统。

背景技术

在如高分辨率多媒体接口(High-Definition Multimedia Interface，HDMI)系统或通用序列汇排流(Universal Serial Bus，USB)系统等通信系统中，由于接收端的输入信号在传输后高频成分衰减较多而低频成分衰减较少，因此在进行模拟转数字以0、1做为判断依据处理时，会因为高频成分衰减较多而造成眼图模糊，使得输入信号高、低准位不清而无法进行译码。

在此情况下，公知技术往往将均衡器设置在接收端接收信号处，用来先将输入信号进行模拟性的处理，把原来自然性损失的输入信号还原成数字逻辑可以判断的准位，以符合传输端欲传输的信号再进行后续运作。

举例来说，请参考图1，图1为公知一通信系统10的示意图。如图1所示，通信系统10包括一传输端102、传输线TL₁～TL_x及一接收端104，其中通信系统10可为高分辨率多媒体接口系统或通用序列汇排流系统等通信系统。传输端102可发送输入信号IN₁～IN_x，使传输线TL₁～TL_x分别将输入信号IN₁～IN_x传输至接收端104。接收端104包括有均衡器EQ₁～EQ_x及一处理单元106。均衡器EQ₁～EQ_x分别对输入信号IN₁～IN_x进行补偿，以将输入信号IN₁～IN_x还原成数字逻辑可译码的准位，使得处理单元106可处理经均衡器EQ₁～EQ_x补偿的输入信号IN₁～IN_x(如模拟处理或数字处理)。

因此，设计适当均衡器以补偿输入信号，以将输入信号还原成数字逻辑可译码的准位已成为业界主要议题的一。

发明内容

因此，本发明的主要目的即在于提供一种可对输入信号的高频成分进行补偿，同时不会衰减输入信号的低频成分的均衡器及通信系统。

本发明公开一种均衡器，用于一通信系统的一接收端中，用来补偿一输入信号，该输入信号包括有一高频成分与一低频成分。该均衡器包括有一第一晶体管，包括有一闸极、一汲极及一源极，该闸极用来接收该输入信号的一正输入电压；一第二晶体管，包括有一闸极、一汲极及一源极，该闸极用来接收该输入信号的一负输入电压，该源极耦接于该第一晶体管的该源极；以及一电阻，与至少一电容串联耦接于该第一晶体管的该汲极与该第二晶体管的该汲极之间，用来最佳化该电阻的一电阻值，以补偿该输入信号。

本发明还公开一种通信系统，该通信系统包括有一传输端，用来发送至少一输入信号；至少一传输线，耦接于该传输端，分别用来传输该至少一输入信号；以及一接收端。该接收端包括有至少一均衡器，分别耦接于该至少一传输线，各均衡器分别用来补偿一相对应输入信号，该输入信号包括有一高频成分与一低频成分；以及一处理单元，用来处理经该至少一均衡器补偿的该至少一输入信号。该各均衡器包括有：一第一晶体管，包括有一闸极、一汲极及一源极，该闸极用来接收该输入信号的一正输入电压；一第二晶体管，包括有一闸极、一汲极及一源极，该闸极用来接收该输入信号的一负输入电压，该源极耦接于该第一晶体管的该源极；以及一电阻，与至少一电容串联耦接于该第一晶体管的该汲极与该第二晶体管的该汲极之间，用来最佳化该电阻的一电阻值，以补偿该输入信号。

在此配合下列图示、实施例的详细说明及权利要求书，将上述及本发明的其它目的与优点详述于后。

附图说明

图1为公知一通信系统的示意图。

图2A为本发明用于图1中一均衡器的电路示意图。

图2B为本发明图2A中均衡器的小信号模型的示意图。

第2C图为本发明图2A中一电阻具有不同电阻值时均衡器的频率响应的示意图。

图3A为本发明用于图1中另一均衡器的电路示意图。

图3B为本发明图3A中均衡器的小信号模型的示意图。

图3C为本发明图3A中一电阻具有不同电阻值时均衡器的频率响应的示意图。

其中，附图标记说明如下：

10                    通信系统

102                   传输端

104                   接收端

106                   处理单元

TL₁～TL_x              传输线

IN₁～IN_x              输入信号

EQ₁～EQ_x、EQ_a、EQ_b    均衡器

M1、M2、M3、M4        晶体管

R_s、R_L、R_d            电阻

C_s、C_L、C_d            电容

I_bias                 电流源

V_in+、V_in+′          正输入电压

V_in-、V_in-′          负输入电压

具体实施方式

请参考图2A，图2A为本发明用于图1中一均衡器EQ_a的电路示意图。均衡器EQ_a主要包括有晶体管M1、M2、一电阻R_s、一电容C_s及其它组件(如电阻R_L、电容C_L及电流源I_bias)，详细架构与连接方式如图2A所示，即晶体管M1的一闸极用来接收输入信号IN_a的一正输入电压V_in+；晶体管M2的一闸极用来接收输入信号IN_a的一负输入电压V_in-；电阻R_s与电容C_s并联耦接于晶体管M1的一汲极与晶体管M2的一汲极之间。其中，晶体管M1、M2为N型金氧半(Metal oxide semiconductor，MOS)晶体管。在此情形下，可借由适当调整电阻R_s的电阻值以补偿输入信号IN_a，以将输入信号IN_a还原成数字逻辑可译码的准位。

详细来说，请参考图2B，图2B为图2A中均衡器EQ_a的小信号模型的示意图。将均衡器EQ_a的电路图转换为小信号模型的技艺，当为本领域普通技术人员所熟知，在此不再赘述。如图2B中均衡器EQ_a的小信号模型可得均衡器EQ_a的一增益G_m与一输出函数Z_out：

$G_m\⇒\frac{{1/g}_m}{{1/g}_m+\left(\frac{R_s}{2}\right|\left|\frac{1}{2s{C}_s}\right)}=\frac{(1+{\mathrm{sR}}_s{C}_s)g_m}{1+\frac{g_m{R}_s}{2}+{\mathrm{sR}}_s{C}_s}$

$\mathrm{Zout}\⇒\frac{R_L/s{C}_L}{\frac{1}{{\mathrm{sC}}_L}+R_L}=\frac{R_L}{1+{\mathrm{sC}}_L{R}_L}$

增益G_m与输出函数Z_out的推导当为本领域普通技术人员所熟知。由上述可知，由于增益G_m对低频成分可近似在

即均衡器EQ_a可随电阻R_s的电阻值增加，而增加对输入信号IN_a的低频成分的衰减程度。如此一来，可借由适当调整电阻R_s的电阻值对输入信号IN_a的低频成分进行衰减，使得输入信号IN_a的低频成分与输入信号IN_a的高频成分受传输线TL_x的衰减程度相近，而使输入信号IN_a高、低准位可供辨别，因而可进行模拟转数字的译码。

由上述增益G_m与输出函数Z_out的公式可得均衡器EQ_a的频率响应，请参考第2C图，第2C图为本发明图2A中电阻R_s具有不同电阻值时均衡器EQ_a的频率响应的示意图。如第2C图所示，均衡器EQ_a可随电阻R_s的电阻值增加，而增加对输入信号IN_a的低频成分的衰减程度(约由1.7db至-5.7db)，此时均衡器EQ_a对输入信号IN_a的高频成分的低增益维持相同(约1.5db至1.9db内)。在此情况下，根据输入信号IN_a的高频成分受传输线TL_a衰减的程度，均衡器EQ_a可选用对输入信号IN_a的低频成分造成相似衰减程度的电阻值的电阻R_s进行补偿。换言之，当传输线TL_a较长而输入信号IN_a的高频成分衰减较多时，均衡器EQ_a可选用电阻值较大的电阻R_s进行补偿，而当传输线TL_x较短而输入信号IN_a的高频成分衰减较少时，均衡器EQ_a可选用电阻值较小的电阻R_s进行补偿。如此一来，经补偿的输入信号IN_a高、低准位可供辨别，因而可进行模拟转数字的译码。

然而，均衡器EQ_a的实现方式是对输入信号IN_a的高频成分仅提供低增益，而对输入信号IN_a的低频成分进行衰减，使得输入信号IN_a高、低准位可供辨别，此作法会造成输入信号IN_a中低频成分与高频成分能量都变低，因而降低讯杂比(signal to noise ratio，SNR)，在外在噪声较强的环境下容易造成误判。此外，均衡器EQ_a的频率响应的一主极点(dominant pole)的位置几乎固定(约2GHz)，因此对输入信号IN_a可提供低增益的带宽也会受到限制。

另一方面，请参考图3A，图3A为本发明用于图1中一均衡器EQ_b的电路示意图。均衡器EQ_b主要包括有晶体管M3、M4、一电阻R_d、至少一电容C_d及其它组件(如电阻R_L、电容C_L及电流源I_bias)，其中，其它组件的作用与架构相似与图2A相似，因此以相同符号表示，电阻R_d较佳为具有电阻值-R_d的负电阻，而至少一电容C_d较佳为具有电容值2C_d的电容。

均衡器EQ_b详细架构与连接方式如图3A所示，即晶体管M3的一闸极用来接收输入信号IN_b的一正输入电压V_in+′；晶体管M4的一闸极用来接收输入信号IN_a的一负输入电压V_in-′，一源极耦接于晶体管M3的一源极；电阻R_d与至少一电容C_d串联耦接于晶体管M3的一汲极与晶体管M4的一汲极之间。其中，晶体管M1、M2为N型金氧半晶体管。在此情形下，可借由最佳化电阻R_d的电阻值-R_d以补偿输入信号IN_b，以将输入信号IN_b还原成数字逻辑可译码的准位。

详细来说，请参考图3B，图3B为本发明图3A中均衡器EQ_b的小信号模型的示意图，由图3A中均衡器EQ_b的电路图转换为小信号模型的技艺，当为本领域普通技术人员所熟知，在此不再赘述。其中，由于晶体管M3、M4与晶体管M1、M2仅连接方式不同，因此小信号模型中以相同参数表示。如图3B中均衡器EQ_b的小信号模型可得均衡器EQ_b的一增益G_m′与一输出函数Z_out′：

${G_m}^{\′}\⇒g_m$

${\mathrm{Zout}}^{\′}\⇒\frac{R_L/s{C}_L}{\frac{1}{s{C}_L}+R_L}\left|\right|(\frac{1}{2s{C}_d}-\frac{R_d}{2})=\frac{R_L(1-s{C}_d{R}_d)}{1+s(2C_d{R}_L+C_L{R}_L-C_d{R}_d)-s^2{C}_d{R}_d{C}_L{R}_L}$

增益G_m′与输出函数Z_out′的推导当为本领域普通技术人员所熟知。由增益G_m′与输出函数Z_out′可知，相较在均衡器EQ_a借由衰减低频成分以拉近低频成分与高频成分的能量进行补偿，均衡器EQ_b借由维持对输入信号IN_b的低频成分的增益，并同时增加对输入信号IN_b的高频成分的增益，以拉近低频成分与高频成分的能量进行补偿。如此一来，可借由最佳化电阻R_d的电阻值-R_d对输入信号IN_b的高频成分进行增益，使得输入信号IN_b的低频成分与输入信号IN_b的高频成分受传输线TL_x的能量相近，而使输入信号IN_b高、低准位可供辨别，因而可进行模拟转数字的译码。

由上述增益G_m′与输出函数Z_out′的公式可得均衡器EQ_b的频率响应，请参考图3C，图3C为本发明图3A中电阻R_d具有不同电阻值-R_d时均衡器EQ_b的频率响应的示意图。如图3C所示，均衡器EQ_b在不同电阻值-R_d的情况下，可维持对输入信号IN_b的低频成分的增益(约3db至3.5db内)，同时增加对输入信号IN_b的高频成分的增益(约4db至5.9db)并调整对输入信号IN_b的高频成分的一主极点的位置。在此情况下，根据输入信号IN_b的高频成分受传输线TL_b衰减的程度，均衡器EQ_b可最佳化电阻R_d的电阻值-R_d以对输入信号IN_b的高频成分进行增益，从而对输入信号IN_b进行补偿。换言之，当传输线TL_b较长而输入信号IN_b的高频成分衰减较多时，均衡器EQ_b可最佳化电阻R_d的电阻值-R_d以对输入信号IN_b的高频成分提供较多增益进行补偿，而当传输线TL_x较短而输入信号IN_b的高频成分衰减较少时，均衡器EQ_b可最佳化电阻R_d的电阻值-R_d以对输入信号IN_b的高频成分提供较少增益进行补偿。如此一来，由于均衡器EQ_b维持对输入信号IN_b的低频成分的增益，同时增加对输入信号IN_b的高频成分的增益进行补偿，因此不仅经补偿的输入信号IN_a高、低准位可供辨别，以利模拟转数字的译码，同时不会降低讯杂比，而可用于外在噪声较强的环境。

值得注意的是，本发明的主要精神在于提供电阻R_d与至少一电容C_d串联耦接于晶体管M3的汲极与晶体管M4的汲极之间的均衡器EQ_b架构，以通过最佳化电阻R_d的电阻值-R_d，以在维持对输入信号IN_b的低频成分的增益的情况下，同时增加对输入信号IN_b的高频成分的增益进行补偿，因此不会降低讯杂比。本发明普通技术人员当可据以进行修饰或变化，而不限于此。举例来说，均衡器EQ_b较佳为用于高分辨率多媒体接口系统或通用序列汇排流系统的接收端中，但也可用于其它通信系统中；电阻R_d较佳为电阻值-R_d的负电阻，其可以不同负电阻实施方式实现，唯可进行最佳化得到适当输入信号IN_b的高频成分的增益及主极点即可。

此外，由输出函数Z_out′可知，均衡器EQ_b不仅可最佳化电阻R_d的电阻值-R_d以调整对输入信号IN_b的高频成分的主极点的位置，同时电阻R_d较佳为具有电阻值-R_d的负电阻，以抵消输出函数Z_out′分母一次项中电阻R_L成分，进而提升均衡器EQ_b对输入信号IN_b的高频成分的主极点的频率，因此可加大提供增益的带宽。

综上所述，对在设计适当均衡器以补偿输入信号，以将输入信号还原成数字逻辑可译码的准位的议题，本发明提供电阻R_d与至少一电容C_d串联耦接于晶体管M3的汲极与晶体管M4的汲极之间的均衡器EQ_b架构，以通过最佳化电阻R_d的电阻值-R_d，以在维持对输入信号IN_b的低频成分的增益的情况下，同时增加对输入信号IN_b的高频成分的增益进行补偿，因此不会降低讯杂比。更进一步地，电阻R_d较佳为具有电阻值-R_d的负电阻，因此不仅可调整主极点的位置，同时还可提升主极点的频率，藉此可加大提供增益的带宽。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (12)

1.一种均衡器，用于一通信系统的一接收端中，用来补偿一输入信号，该输入信号包括有一高频成分与一低频成分，其特征在于，包括有：一第一晶体管，包括有一闸极、一汲极及一源极，该闸极用来接收该输入信号的一正输入电压；

一第二晶体管，包括有一闸极、一汲极及一源极，该闸极用来接收该输入信号的一负输入电压，该源极耦接于该第一晶体管的该源极；以及

一电阻，与至少一电容串联耦接于该第一晶体管的该汲极与该第二晶体管的该汲极之间，用来最佳化该电阻的一电阻值，以补偿该输入信号。

2.如权利要求1所述的均衡器，其特征在于，该电阻用来最佳化该电阻值，以维持对该低频成分的增益，同时增加对该高频成分的增益并调整一主极点。

3.如权利要求1所述的均衡器，其特征在于，该电阻为一负电阻，用来提升对一主极点的频率。

4.如权利要求1所述的均衡器，其特征在于，该高频成分衰减较多时，该电阻用来最佳化其电阻值，以增加对该高频成分的一增益。

5.如权利要求1所述的均衡器，其特征在于，该均衡器用于一高分辨率多媒体接口系统的一接收端中。

6.如权利要求1所述的均衡器，其特征在于，该均衡器用于一通用序列汇排流系统的一接收端中。

7.一种通信系统，其特征在于，包括有：

一传输端，用来发送至少一输入信号；

至少一传输线，耦接于该传输端，分别用来传输该至少一输入信号；以及

一接收端，包括有：

至少一均衡器，分别耦接于该至少一传输线，各均衡器分别用来补偿一相对应输入信号，该输入信号包括有一高频成分与一低频成分，该各均衡器包括有：

一第一晶体管，包括有一闸极、一汲极及一源极，该闸极用来接收该输入信号的一正输入电压；

一第二晶体管，包括有一闸极、一汲极及一源极，该闸极用来接收该输入信号的一负输入电压，该源极耦接于该第一晶体管的该源极；以及

一电阻，与至少一电容串联耦接于该第一晶体管的该汲极与该第二晶体管的该汲极之间，用来最佳化该电阻的一电阻值，以补偿该输入信号；以及

一处理单元，用来处理经该至少一均衡器补偿的该至少一输入信号。

8.如权利要求7所述的通信系统，其特征在于，该电阻用来最佳化该电阻值，以维持对该低频成分的增益，同时增加对该高频成分的增益并调整一主极点。

9.如权利要求7所述的通信系统，其特征在于，该电阻为一负电阻，用来提升一主极点的频率。

10.如权利要求7所述的通信系统，其特征在于，该各均衡器所对应的一传输线较长使该高频成分衰减较多时，该电阻用来最佳化其电阻值，以增加该高频成分的增益。

11.如权利要求7所述的通信系统，其特征在于，该通信系统是一高分辨率多媒体接口系统。

12.如权利要求7所述的通信系统，其特征在于，该通信系统是一通用序列汇排流系统。

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