CN103746671B - 一种高增益高补偿范围的均衡滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高增益、高补偿范围的均衡滤波器。该均衡滤波器由两级级联差分放大器和一级反馈差分放大器组成。本发明对传统有源负反馈均衡滤波器结构进行改进，使负反馈的反馈量可调，以提高高频增益的可变范围，从而增大均衡器的补偿能力。为实现反馈量可调，在普通的反馈差分放大器中引入源极负反馈技术，也就是在反馈差分对源极增加并联可变电阻和可变电容。通过控制可变电阻和可变电容的大小就能分别改变低频和高频反馈量，进而控制低频、高频增益及其可调范围。此外，本发明还可以通过多级级联实现更高的电路性能。本发明具有带宽大，增益补偿能力强，增益补偿范围大等优点。

Description

一种高增益高补偿范围的均衡滤波器
技术领域
本发明属于半导体集成电路设计领域，主要涉及到一种高增益、高补偿范围的均衡滤波器。
背景技术
现代通信系统对通信速率的要求已越来越高，比如USB3.0、HDMI1.4、SATA3.0、PCIExpress等总线接口的传输速率已经达到几Gb/s甚至十几Gb/s。在如此高的数据传输速率下，由趋肤效应和介质损耗所引起的数据传输信道高频损耗将对信号的完整性产生严重影响，容易引起码间串扰（Inter-Symbol Interference，ISI）。比如，在3.125GHz下，当信道损耗大于6dB的时候，6.25Gb/s的数据在接收端的衰减将超过50%，此时信号眼图完全闭合，数据变得不可恢复。
为了克服高速信号在信道中传输的损耗问题，需要对经过信道传输的信号进行高频补偿，也就是进行均衡。均衡器（Equalizer），特别是自适应均衡器（AdaptiveEqualizer）在高速信号传输中被广泛应用。均衡滤波器（Equalizing filter）是均衡器的关键部件，均衡滤波器的带宽、增益及其可调范围决定着均衡器的性能。
在集成电路中，均衡滤波器可分为数字和模拟两大类。数字均衡器可以通过不同的算法实现均衡效果，但其存在依赖时钟、可均衡的信号速率低、电路占用面积大等缺点。采用标准CMOS工艺实现的模拟均衡滤波器可均衡的信号速率较高，且结构简单，面积也相对较小。
为了使均衡器具有更高的均衡性能，需要均衡滤波器具有更高的带宽、更高的高频增益、更大的高频补偿范围。为此，在基本均衡滤波器结构的基础上，带有无源电感、有源电感、负电容、有源负反馈等具有带宽展宽功能结构的均衡滤波器被设计使用。
发明内容
发明目的：针对现有均衡滤波器对带宽、增益等方面的要求越来越高，本发明的目的是提供一种高增益高补偿范围的均衡滤波器。
技术方案：为了实现上述发明目的，本发明的一种高增益、高补偿范围的均衡滤波器，在传统均衡滤波器结构的基础上，增加了一对可变电阻和可变电容。
所述的均衡滤波器由两级级联差分放大器和一级反馈差分放大器组成；
其中第一对NMOS管、第一对可变电阻和可变电容、第一对电阻组成第一级差分放大器；第一对电阻分别接在第一对NMOS管漏极与VDD之间做负载，第一对可变电阻和可变电容跨接在第一对NMOS管源极，第一对NMOS管（M1，M2）栅极分别接输入Vin+、Vin-；
第二对NMOS管、第二对电阻组成第二级差分放大器，第二对电阻分别接在第二对NMOS管漏极与VDD之间做负载；
第三对NMOS管、第二对可变电阻和可变电容组成反馈差分放大器；第二级差分放大器的第二对NMOS管的栅极与第一级差分放大器的第一对NMOS管的漏极相连；反馈差分放大器的第三对NMOS管的栅极与第二级差分放大器的输出Vout+、Vout-相连组成有源负反馈回路，第三对NMOS管源极跨接的可变电阻和可变电容，使反馈可调，第三对NMOS管的漏极输出连接到第二对NMOS管的栅极，成为第二级差分放大器输入的一部分；第一对可变电阻和可变电容、第二对可变电阻和可变电容均可通过控制电压进行调节，进而改变均衡滤波器的频谱特性。
通过对所述的均衡滤波器进行多级级联，得到更高的电路性能，满足均衡器对低频和高频增益补偿能力以及增益补偿范围的需求。
有益效果：本发明在普通反馈差分对的源极跨接入并联可变电阻和可变电容，通过控制电压使反馈回路的低频和高频反馈量可调。可变电阻用于调节反馈的低频增益，可变电容则负责调节反馈的高频增益。从而增加了均衡滤波器的低频、高频增益及增益的可调范围和补偿能力。
附图说明
图1是传统的均衡滤波器结构；
图2是本发明均衡滤波器结构；
图3是本发明均衡滤波器四级级联图；
图4是本发明均衡滤波器四级级联在不同电压下的频谱图；
图5是本发明均衡滤波器四级级联对通过40英寸FR4印刷电路板线的6.25Gb/s信号的均衡效果图；
具体实施方式
为了进一步说明本发明的优势，以下将结合附图详细说明本发明的具体实施方式和电路结构。
所述的均衡滤波器由两级级联差分放大器和一级反馈差分放大器组成；
其中第一对NMOS管M1，M2、第一对可变电阻和可变电容R0，C0、第一对电阻R1，R2组成第一级差分放大器；第一对电阻R1，R2分别接在第一对NMOS管M1，M2漏极与VDD之间做负载，第一对可变电阻和可变电容R0，C0跨接在第一对NMOS管M1，M2源极，第一对NMOS管M1，M2栅极分别接输入Vin+、Vin-；
第二对NMOS管M3，M4、第二对电阻R3，R4组成第二级差分放大器，第二对电阻R3，R4分别接在第二对NMOS管M3，M4漏极与VDD之间做负载；
第三对NMOS管（M5，M6）、第二对可变电阻和可变电容RB，CB组成反馈差分放大器；第二级差分放大器的第二对NMOS管M3，M4的栅极与第一级差分放大器的第一对NMOS管M1，M2的漏极相连；反馈差分放大器的第三对NMOS管M5，M6的栅极与第二级差分放大器的输出Vout+、Vout-相连组成有源负反馈回路，第三对NMOS管M5，M6源极跨接的可变电阻和可变电容RB，CB，使反馈可调，第三对NMOS管M5，M6的漏极输出连接到第二对NMOS管M3，M4的栅极，成为第二级差分放大器输入的一部分；第一对可变电阻和可变电容R0，C0、、第二对可变电阻和可变电容RB，CB均可通过控制电压进行调节，进而改变均衡滤波器的频谱特性。
图3是本发明均衡滤波器四级级联图。其中Vin和Vout分别是信号输入和输出，Vctrl1是可变电阻R0、RB的控制电压，Vctrl2则是可变电容C0、CB的控制电压。显然，Vctrl负责调整低频增益，Vctrl2则负责调整高频增益。
图4是本发明均衡滤波器四级级联在不同的Vctrl2控制电压下的频谱图（Vctr1采取固定值），本发明可均衡的频率高达4GHz。四级级联的情况下，其在4GHz处的高频增益调节范围是17.9～23.9dB，范围达到了6dB。
图5是本发明四级级联的情况下，在Vctrl2=480mV时对经过40英寸（1016mm）FR4电路板线的6.25Gb/s伪随机信号的均衡效果。从均衡滤波器的输入眼图完全关闭，输出眼图张开，抖动小于0.3UI，均衡效果良好。
综上所述，本发明实现了一种高增益高补偿范围的均衡滤波器。以上仅是本发明的实例，不构成对本发明的任何限制，显然，在本发明的思想下，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，可利用上述揭示的技术内容对电路结构及元器件尺寸进行适当调整或优化，依据本发明的技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变换与修饰，均属于本发明技术方案的范围。

Claims (1)

1.一种均衡滤波器，其特征在于所述的均衡滤波器由两级级联差分放大器和一级反馈差分放大器组成；
其中第一对NMOS管(M1，M2)、第一对可变电阻和可变电容(R0，C0)、第一对电阻(R1，R2)组成第一级差分放大器；第一对电阻(R1，R2)分别接在第一对NMOS管(M1，M2)漏极与VDD之间做负载，第一对可变电阻和可变电容(R0，C0)并联后跨接在第一对NMOS管(M1，M2)源极，第一对NMOS管(M1，M2)栅极分别接输入Vin+、Vin-；
第二对NMOS管(M3，M4)、第二对电阻(R3，R4)组成第二级差分放大器，第二对电阻(R3，R4)分别接在第二对NMOS管(M3，M4)漏极与VDD之间做负载；第三对NMOS管(M5，M6)、第二对可变电阻和可变电容(RB，CB)组成反馈差分放大器；第二级差分放大器的第二对NMOS管(M3，M4)的栅极与第一级差分放大器的第一对NMOS管(M1，M2)的漏极相连；反馈差分放大器的第三对NMOS管(M5，M6)的栅极与第二级差分放大器的输出端Vout+、Vout-即第二对NMOS管(M3，M4)的漏极相连组成有源负反馈回路，第三对NMOS管(M5，M6)源极跨接的并联的可变电阻和可变电容(RB，CB)，使反馈可调，第三对NMOS管(M5，M6)的漏极输出连接到第二对NMOS管(M3，M4)的栅极，成为第二级差分放大器输入的一部分；第一对可变电阻和可变电容(R0，C0、)、第二对可变电阻和可变电容(RB，CB)均可通过控制电压进行调节，进而改变均衡滤波器的频谱特性。
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Assignor: NANJING University OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS

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Denomination of invention: An equalization filter with high gain and high compensation range

Granted publication date: 20170222

License type: Common License

Record date: 20211029

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Assignee: NANJING UNIVERSITY OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS NANTONG INSTITUTE Co.,Ltd.

Assignor: NANJING University OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS

Contract record no.: X2021980011617

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