CN104716920B - 无源均衡器 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于在高速串行传送线中，恢复容易受到传送损耗和多重反射的影响而劣化的眼图。在输入端子（1）和输出端子（3）之间，串联有串联电阻器（Rs），在输入端子（1）和输出端子（3）之间，按照与串联电阻器（Rs）并列的方式连接有由电感器（L1）和电容器（C1）构成的共振电路（11），与由电感器（L3）和电容器（C3）构成的共振电路（13）。在电感器（L1）和电容器（C1）的连接点（P1）上连接有并联电阻器（R1）的一端，其另一端与接地点连接。在电感器（L3）和电容器（C3）的连接点（P3）上连接并联电阻器（R3）的一端，其另一端与接地点连接。

Description

无源均衡器

技术领域

本发明涉及波形均化电路等的无源均衡器，本发明特别是涉及在超过10G比特/秒的超高速信号的串行传送中，可抑制多重反射和传送损耗的影响的无源均衡器。

背景技术

在超过10G比特/秒的超高速信号的串行传送中，由于其频率高，故容易受到信号源IC的输出容量，接收IC的输入容量等的影响，容易产生传送损耗，电感错误匹配造成的多重反射。

另外，由于传送信号的脉冲幅度因数据内容而动态地变化，故特别是单次产生“0”，“1”的最小脉冲幅度数据的1个单元间隔(UI)信号的频率最高，因此，以最大的强度而受到传送损耗，多重反射的影响。

此外，对于“0”，“1”2次连续的2UI信号，“0”，“1”3次连续的3UI信号等，伴随单位间隔的变大，其信号频率降低，由此，减轻传送损耗、多重反射的影响。

由此，主要的原因在于：对于传送信号，针对每个单位间隔，以传送损耗的振幅减少，多重反射的上升/下降边的起伏不同的量而产生，处于眼图关闭的状态，产生比特错误。

还有，在眼图中，随机数据信号波形每次针对2UI而相同，在plot区域内部，反复绘制图表，以重合方式显示，最好处于通过上升/下降边包围的区域较宽地打开的状态，即，眼图打开的状态。

作为将通过这样的传送损耗而关闭的眼图打开的机构，多采用非专利文献1所示的无源均衡器，即，连续时间线性均衡器(CTLE：Continuous Time Linear Equalizer)。

另外，作为恢复传送损耗和多重反射同时地发生而造成的眼图劣化的方法，人们提出有专利文献1所示的那样的无源均衡器。

已有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2010—268154号文献

非专利文献

非专利文献1：电气通信普及财团研究调查报告No.23 2008p603“将通信、信号处理技术利用在芯片内/之间的高速高效信息传送上的集成电路系统的构造”

发明内容

发明要解决的课题

非专利文献1的无源均衡器如图10所示，相对由连接于输入端子1及输出端子3之间的电阻器R11，R13，R13构成的衰减器，分别并联由仅仅所希望的高频成分可迂回衰减器的电感器L21和电容器C23构成的旁路滤波器。由于其结构简单价格便宜，故在市场上广泛地出现。

图10中的电感器L21在非专利文献1中省略，但是，实际上，由于电容器C23的连接线路的残留电感成分等，所以必须存在。

另外，通过电感器L21和电容器C23，形成串联共振电路，按照以该共振频率而形成最小损耗的方式实现传递特性。

但是，即使为相同的共振频率，以电感器L21和电容器C23的常数的组合方式，如图11所示，传递特性S21产生差异。在按照电感器L21为0.5nH的方式残留成分程度为非常小的值的情况下，形成峰值为宽曲线A的特性，在按照电感器L21为5nH的方式有意地设定为较大的电感系数的情况下，形成峰值陡峭的曲线B的特性。图11为为了获得10G比特/秒的传送信号，设定常数的情况。

图10所示的过去的无源均衡器的目的在于获得相对传送损耗的相反的传递特性，抵消传送损耗的特性曲线，实现平坦的传递特性，由于为具有传送损耗的单调减少曲线，故过去的无源均衡器所要求的传递特性为峰值是宽的曲线A的特性。

然而，如果在产生多重反射的传送线路内部，插入图10的无源均衡器，则难以说曲线A的无源均衡器的情形是适合的。

图12为相对10G比特/秒的传送信号，在多重反射和传送损耗同时地发生的传送线路中插入图11的特性的无源均衡器的情况下的信号接收端的眼图。按照该方案，在曲线B的无源均衡器的情况下，获得上升/下降边的波动少的眼图。

但是，曲线B的无源均衡器具有不适合于对传送损耗的补偿的传递特性，由此，眼图的打开度是不完全的。即，图10所示的过去的无源均衡器具有对传送损耗的补偿，以及对多重反射的补偿无法同时成立的问题。

另外，在曲线B的无源均衡器中，由于峰值陡峭，故如果电感器L21，电容器C23的常数产生误差，则具有峰值频率错开，无法以所希望的频率而补偿的问题。

由于上述的理由，在过去的无源均衡器中，处于虽然容易受到多重反射的影响，但是必须采用特性A的类型的状况。

另外，在对这样的部件进行小型化时，由于无法避免电容器C23的电极面积减少造成的电容减少，故还具有过去的无源均衡器为对于小型化不利的结构的问题。

另一方面，专利文献1的结构非常简单，可实现良好的波形补偿，直至10G比特/秒的超高速的传送信号，但是由于处于针对1UI频率，电感错配的状态，通过本身，产生反射波，故具有在以更快的传送的速度，比如，16G比特/秒以上的传送信号中，无法去除充分的多重反射的可能性。

例如，图13为在发生多重反射及传送损耗的16G比特/秒的传送线路中，插入专利文献1的无源均衡器的情况的眼图。其为无法实现最低限度的眼图改善，但是波动多，残留有改善的余地的眼图。

本发明是为了解决这样的课题而提出的，本发明提供一种无源均衡器，其中，在超高速串行传送，特别是超过10G比特/秒的超高速信号的串行传送中，可恢复容易受到传送损耗和多重反射的影响而造成的眼图的劣化，适合于小型的芯片部件。

技术方案

为了解决这样的课题，本发明的无源均衡器包括：第1串联电阻器，第1串联电阻器串联于输入点和输出点之间；第1电感器，其一端连接于上述输入点；第1电容器，该第1电容器连接于该第1电感器的另一端和上述输出点之间；第2电容器，其一端连接于上述输入点；第2电感器，该第2电感器连接于上述第2电容器的另一端和上述输出点之间；第1并联电阻器，该第1并联电阻器连接于上述第1电感器和上述第1电容器的连接点与第1接地点之间；第2并联电阻器，该第2并联电阻器连接于上述第2电容器和第2电感器的连接点与第2接地方之间。

本发明的无源均衡器为下述的结构，其中，上述第1电感器被分割而具有多个第1分割点，上述第2电感器按照与上述第1电感器相同的方式分割，具有与上述第1分割点相同的数量的第2分割点，在上述第1分割点和第2分割点之间，连接有第3电容器。

本发明的无源均衡器为下述的结构，其中，上述第1电感器和第2电感器按照接近而平行的方式设置，在形成该第1，第2电感器的导体之间，以分布常数的方式形成上述第1，第2和第3电容器。

本发明的无源均衡器为下述的结构，其中，上述第1接地方和上述第2接地方为接地端子，电源地或电源线。

本发明的无源均衡器为下述的结构，在该结构中，差动信号用的相同的类型成对而并列，各对的上述第1接地方之间和上述第2连接点之间连接。

发明的有益效果

在这样的发明的无源均衡器中，在输入点和输出点之间，分别并联有第1串联电阻器，第1电感器和第1电容器的串联电路，第2电容器和第2电感器的串联电路，在该第1电感器和第1电容器的连接点与第1接地点之间，连接有第1并联电阻器，在该第2电容器和第2电感器的连接点和第2连接点之间，连接有第2并联电阻器，在超高速串行传送线，特别是超过10G比特/秒的超高速信号的串行传送中，可恢复容易受到传送损耗和多重反射而造成的眼图的劣化，适合于小型芯片部件。

在本发明的无源均衡器中，由于上述第1电感器和第2电感器相互分割，具有相同数量的第1，第2分割点，在该第1分割点和第2分割点之间，连接有第3电容器，可按照分布常数，构成第1，第2电感器和分割点之间的第3电容器，可在高的频率之前实现稳定的特性。

在本发明的无源均衡器中，由于在形成接近而平行设置的第1电感器和第2电感器的导体之间，按照分布常数而形成第1，第2和第3电容器，不必将第1～第3电容器作为个别组成部件而配备，价格更低，容易实现小型化。

在本发明的无源均衡器中，由于上述第1接地点和上述第2接地点由接地端子，电源地或电源线构成，故无论是单端传送，还是是差动传送，均可使用。

在本发明的无源均衡器中，由于成对地将同一部件并列，用于差动信号，将各对的上述第1接地点之间和上述第1接地点之间连接，故可在差动传送中，可以不需要接地端子的形式构成，容易确保绝缘。

附图说明：

图1为表示本发明的无源均衡器的第1实施方式的电路图；

图2为图1的无源均衡器的频率特性曲线；

图3为构成受到传送损耗和多重反射的影响时参考的眼图；

图4为采用图1的无源均衡器时的眼图；

图5为构成受到传送损耗和多重反射的影响时参考的眼图；

图6为采用图1的无源均衡器的时的眼图；

图7为整理而改写图1所示的无源均衡器的部件配置；

图8为表示本发明的无源均衡器的第2实施方式的电路图；

图9为本发明的无源均衡器的第3实施方式的电路图；

图10为现有的无源均衡器的等效电路；

图11为图10所示的现有的无源均衡器的频率特性曲线；

图12为采用图10所示的现有的无源均衡器时的眼图；

图13为采用现有的无源均衡器的时的眼图。

标号的说明：

标号1，1p，1n表示输入端子；

标号3，3p，3n表示输出端子；

标号5表示接地端子；

标号11表示共振电路(第1共振电路)；

标号13表示共振电路(第2共振电路)；

标号C1表示电容器(第1电容器)；

标号C3表示电容器(第2电容器)；

标号C5表示电容器(第3电容器)；

标号C23表示电容器；

标号E表示无源均衡器；

标号L1表示电感器(第1电感器)；

标号L3表示电感器(第2电感器)；

标号L21表示电感器；

标号P1，P1n，P1p表示连接点(第1连接点)；

标号P3，P3n，P3p表示连接点(第2连接点)；

标号Rs，Rsp，Rsn表示串联电阻器；

标号R1，R1p，R1n，2×R1表示并联电阻器(第1并联电阻器)；

标号R3，R3p，R3n，2×R3表示并联电阻器(第2并联电阻器)；

标号R11，R13，R15表示电阻器。

具体实施方式

下面参照附图，对本发明的实施方式进行说明。

图1为表示本发明的无源均衡器E的第1实施方式的电路图。

在图1中，在输入端子1和输出端子3之间串联有串联电阻器Rs，并且连接有由电感器(第1电感器)L1和与其串联的电容器(第1电容器)C1构成的共振电路11，以及由电容器(第2电容器)C3和与其串联的电感器(第2电感器)L3构成的共振电路13。

电感器L1设置于输入端子1侧，电感器L3设置于输出端子3侧，电容器C1设置于输出端子3侧，电容器C3设置于输入端子1侧。这些串联电阻器Rs和共振电路11，13相互并联于输入输出端子1，3之间。

在电感器L1和电容器C1的连接点(第1连接点)P1上，连接有并联电阻器(第1并联电阻器)R1的一端，并联电阻器(第1并联电阻器)R1的另一端与第1接地点连接。

在电感器L3和电容器C3的连接点(第2连接点)P3上，连接有并联电阻器(第2并联电阻器)R3的一端，并联电阻器R3的另一端与第2接地点连接。在第1实施方式中，第1和第2接地点均为电源地。

串联电阻器Rs和并联电阻器R1、R3以直流方式构成π型衰减器。例如，当传送线路的电感系数为50Ω，直流的衰减量设定为6dB时，则串联电阻器Rs的电阻值为37Ω，并联电阻器R1、R3的电阻值为150Ω。

共振电路11和共振电路13不必一定具有相同的常数，也可分别设定各自的常数，调整传递特性。但是，通常，最好，电感器L1，L3，电容器C1，C3的常数一致，不增加组成部件的种类。

图2为图1所示的无源均衡器E的通过特性曲线，其中，峰值频率(共振频率)设定为5GHz。在这里所示的各曲线为下述的条件。

曲线S21(1)：电感器L1，L3均为10nH，电容器C1，C3均为0.1pF；

曲线S21(2)：电感器L1，L3均为5nH，电容器C1，C3均为0.2pF；

曲线S21(3)：电感器L1，L3均为1nH，电容器C1，C3均为1pF。

根据图2可知，共振电路11，13的电感器L1，L3的系数越小，共振频率附近的特性形成越陡峭的曲线。图10所示的现有的无源均衡器E所示的特性，即，共振电路的电感系数越大，共振频率附近的特性越陡峭的曲线的倾向(参照11)呈现相反的倾向。

图3为表示10G比特/秒的传送信号受到传送损耗和多重反射的影响，劣化的状态的眼图。

图4表示相对产生这样的眼图劣化的传送线路，插入图1的无源均衡器E的情况下的眼图。在各眼图中，与图2的通过特性相对应，具有下述的条件。

眼图(1)：电感器L1，L3均为10nH，电容器C1，C3均为0.1pF；

眼图(2)：电感器L1，L3均为5nH，电容器C1，C3均为0.2pF；

眼图(3)：电感器L1，L3均为1nH，电容器C1，C3均为1pF。

根据图4可知，电感器L1，L3均在较大值的时候获得良好的眼图。另外表明，与作为现有的无源均衡器的眼图的图12相比较，获得大幅度的改善，本发明的方案对于因多重反射而劣化的眼图的恢复是有效的。

另外，当然，在获得图4和图12的眼图时，采用完全相同的传送线路条件。

为了进行与图13所示的现有的无源均衡器的眼图的比较，还给出图1的无源均衡器E为为了用于16G比特/秒的传送信号而按照常数设定时的眼图。

图5为受到传送损耗和多重反射的影响而劣化的16G比特/秒的传送信号的眼图，图6为插入图1所示的无源均衡器E时的眼图。

通过图6和图13的比较可知，相对16G比特/秒的传送信号，本发明的无源均衡器E获得比现有的无源均衡器好的眼图。

但是，根据图4也能清楚地可知，电感器L1，L3均在电感系统较大的情况下为良好的方案，以及电容器C1，C3均在小容量的情况下为良好的方案对于部件的小型化，也是有利的。

其原因在于，如果伴随部件的小型化，内部导体布图细微化时，由于即使在电感器L1，L3的整体的外形尺寸小的情况下，仍对线路进行细线化处理，故较容易维持电感系数，与此相反，由于对于电容器C1，C3，即使容量小，也是可以的，故即使小型化，也没有多大问题的。

如上所述，本发明的无源均衡器E的容易小型化的方面，也是比现有的无源均衡器更优良的特征。

因此，图1的本发明的无源均衡器E包括：串联于输入点1和输出点3之间的串联电阻器Rs；其一端连接于该输入点1的电感器L1；串联于该电感器L1的另一端和该输出点3之间的电容器C1；其一端连接于该输入点1的电容器C3；串连于该电容器C3的另一端和该输出点3之间的电感器L3；连接于该电感器L1和电容器C1的连接点P1与电源地之间的并联电阻器R1；共同连接于这些电容器和电感器的连接点P3与电源地之间的并联电阻器R3。

由此，具有适用于在超高速串行传送，特别是超过10G比特/秒的高速信号的串行传送中，可恢复传送损耗和多重反射造成的眼图的劣化，构成小型的芯片部件时的优点。

图7与图1的电路结构相同，但是，容易在观看的情况下改变电感器L1，L3和电容器C1，C3的配置。另外，并联电阻器R1，R3不直接接地到电源地，无源均衡器E共同连接于作为1个独立的组成部件时的接地端子5。

接地端子5也可与电源地连接，但是还具有通过逻辑IC，作为传送线路的终端电阻器接地点，与包括终端用电压线的电源线连接的情况。在该情况，由于信号线上拉于电源线上，故最好，无源均衡器E的接地端子也与该电源线连接。

另外，根据如图7可知，如果改变观看方法，则电感器L1，L3和电容器C1，C3构成平衡梯型传送线路。

于是，可形成将该电感器L1，L3和电容器C1，C3置换为分布常数的平衡梯型传送线路，或接近其的集中常数等效电路的结构。

图8为表示本发明的无源均衡器E的第2实施方式的电路图。

即，针对图7的电路结构，电感器L1，L3和电容器C1，C3置换为分布常数的平衡梯型传送线路，或接近它的集中常数等效电路。

换言之，该方案与下述的场合等效，该场合指针对图7的电感器L1，L3，按照以相同数量，具有多个第1分割点和第2分割点的方式进行分割，在电感器L1，L3的相对的第1，第2分割点之间，分别连接新的电容器(第3电容器)C5，其图示省略，但是，该方案获得与图2相同的通过特性。

通过形成这样的方案，比如，可将电感器L1，L3作为面对的蜿蜒型延迟线路，以形成于面对的电感器L1，L3的导体之间的分布电容，形成而配置电容器C1，C3，C5，由此可使方案简略化。

即，可在电感器L1，L3的输入输出点或其附近的导体之间，形成电容器C1，C3，在电感器L1，L3的输入输出点之间的中途的导体之间，形成电容器C5。可视为等效于下述的情况，即，在电感器L1，L3的输入输出点之间的中途，存在有多个分割点，在该多个分割点之间，形成多个电容器C5。

在这样的方案中，不必将电容器C1～C5作为个别组成部件而配备，有助于成本的降低和小型化。

另外，在图8中，电感器L1，L3每次3个地分割，分割数也可为任意的数量。

另外，在图8中，电容器C5按照构成梯型平衡传送线路的方式连接，但是，也可按照构成格子型平衡传送线路的方式交叉的连接。

图9为表示本发明的无源均衡器E的第3实施方式的电路图。

至此说明的无源均衡器E全部为单端结构，但是，在图9所示的结构中，将图7所示的无源均衡器E按照2组而并列，用于差动线路。

但是，并联电阻器R1和R3的接地点不是接地端子，为了用于差动线路，构成对的2组的并联电阻器R1和R3的连接点之间共通连接。

由此，将各并联电阻器串联，改写为电阻值为2倍的新的并联电阻器2×R1和2×R3。对于其它的标号，为了方便，将一个线路称为p相，将另一线路称为n相，在p相内的标号后面追加后缀p，在n相内的标号后面追加后缀n，但是由于在p相和n相中，为完全相同的电路，特性也与单端结构的图7相同。于是，特性的图示省略。

但是，图9所示的结构还具有不同于单端结构的有利的方面。在单端结构的图7和图8中，由于在信号线路和接地端子之间，连接有较低的电阻器，故还难以确保信号线路和接地端子之间的绝缘的问题。

另一方面，在差动线路用的图9的结构中，由于并联电阻器2×R1和2×R3以直流方式连接于差动信号线路之间，故省略接地端子，容易确保绝缘。

但是，在以上的说明中，关于并联电阻器R1和R3之间的连接，没有特别的描述，然而，还会有下述的情况，为了小型化，无法避免电感器L1和L3的接近，会产生电感器L1，L3之间的连接的情况。

比如，在图7的结构中，如果在面对的电感器L1和L3之间具有正的连接，则在减小电感器L1和L3的电感值的方向作用，如果具有负的连接，则在增加电感器L1和L3的电感值的方向作用，由此可利用电感器L1，L3之间的连接，按照所需的共振频率而设定。

另外，在差动结构中，还具有差动对之间的连接，但是由于其也同样地有助于增减电感器L1p，L1n，L3p和L3n的电感系数，故可还利用连接，按所需的共振频率而设定。

此外，本发明的无源均衡器还适合于与延迟线、公共模式滤波器组合，接纳于同一封装件中的结构。

Claims (5)

1.一种无源均衡器，其特征在于该无源均衡器包括：

第1串联电阻器，第1串联电阻器串联于输入点和输出点之间；

第1电感器，其一端连接于上述输入点；

第1电容器，该第1电容器连接于该第1电感器的另一端和上述输出点之间；

第2电容器，其一端连接于上述输入点；

第2电感器，该第2电感器连接于上述第2电容器的另一端和上述输出点之间；

第1并联电阻器，该第1并联电阻器连接于上述第1电感器和上述第1电容器的连接点与第1接地点之间；

第2并联电阻器，该第2并联电阻器连接于上述第2电容器和第2电感器的连接点与第2接地点之间。

2.根据权利要求1所述的无源均衡器，其特征在于上述第1电感器被分割而具有多个第1分割点，上述第2电感器按照与上述第1电感器相同的方式分割，具有与上述第1分割点相同的数量的第2分割点，在上述第1分割点和第2分割点之间，连接有第3电容器。

3.根据权利要求2所述的无源均衡器，其特征在于上述第1电感器和第2电感器按照接近而平行的方式设置，在形成该第1、第2电感器的导体之间，以分布常数的方式形成上述第1、第2和第3电容器。

4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的无源均衡器，其特征在于上述第1接地点和上述第2接地点为接地端子、电源地或电源线。

5.根据权利要求1～3中的任意一项所述的无源均衡器，其特征在于在上述无源均衡器中，差动信号用的相同的类型成对而并列，各对的上述第1接地点之间和上述第2接地点之间连接。