CN106534007B - 一种模拟均衡器、通信接口及芯片 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种模拟均衡器、通信接口及芯片，所述模拟均衡器包括：第一支路、第二支路、均衡电阻、电容阵列和增益控制电路，第一支路和第二支路均包括串联的负载电阻、场效应管和电流源，场效应管的漏极输出电信号并与负载电阻相连、源极接电流源、栅极接收输入的电信号，电流源另一端接地；均衡电阻和电容阵列均一端与第一支路的场效应管的源极相连、另一端与第二支路的场效应管的源极相连；电容阵列包括多个并联的电容支路，电容支路包括串联的开关和电容；增益控制电路通过产生控制信号控制电容阵列中接通电容的电容值，调节输入的电信号与输出的电信号之间的增益。本申请可以使增益变化范围显著增大，更好的满足高速数据传输的带宽需求。

Description

一种模拟均衡器、通信接口及芯片
技术领域
本申请涉及电子设备技术领域，尤其涉及一种模拟均衡器、通信接口及芯片。
背景技术
传统芯片互联通常采用并行传输，并行总线可以同时传输多路数据，但同时存在着串扰、偏差以及抖动等问题，这些问题的存在严重影响了并行接口的数据传输速率和传输距离。
目前，已有一些新的高速串行通信接口被提出并使用。高速串行通信接口最早应用于光纤网络通信中，现在已经逐步扩展到芯片间的主板，子系统之间的背板以及局域网广域网等数据传输领域中，其中，1～6Gb/s的串行速率是当前串行标准的主流。
然而，在如此高的数据传输速率下，电缆、PCB背板线等信道已不能提供相应的带宽。在信道频谱中，信号的高频分量比低频分量有更大的衰减。例如，在3.125GHz下，当信道损耗大于6dB时，6.25Gb/s的信号在接收端的衰减将超过50％，此时接收端信号眼图将会完全闭合，信号变得不可恢复。
为了使有限带宽的信道能够有更高的信号传输速率，均衡技术被广泛应用。均衡器具有高通特性，能够适当增强信号的高频增益，对信道中的高频损耗进行补偿。这样一来，信道和均衡器组合起来具有很高的带宽，能够满足高速数据传输的带宽需求。
现有技术不足在于：
目前的均衡器通常是通过调节相关电容的大小实现增益控制，增益变化范围较小。
发明内容
本申请实施例提出了一种模拟均衡器、通信接口及芯片，以解决现有技术中均衡器通过调节相关电容的大小实现增益控制导致增益变化范围较小的技术问题。
第一个方面，本申请实施例提供了一种模拟均衡器，包括：第一支路、第二支路、均衡电阻、电容阵列和增益控制电路，所述第一支路和第二支路均包括串联的负载电阻、场效应管和电流源，所述场效应管的漏极输出电信号并与负载电阻相连、源极接电流源、栅极接收输入的电信号，所述电流源另一端接地；所述均衡电阻和所述电容阵列均一端与第一支路的场效应管的源极相连、另一端与第二支路的场效应管的源极相连；
所述电容阵列包括多个并联的电容支路，所述电容支路包括串联的开关和电容；所述增益控制电路通过产生控制信号控制所述电容阵列中电容接通的数量，调节输入的电信号与输出的电信号之间的增益。
第二个方面，本申请实施例提供了一种通信接口，包括输入信号引脚、输出信号引脚以及如上所述的模拟均衡器。
第三个方面，本申请实施例提供了一种芯片，包括：硅基板、位于所述硅基板上的电路以及如上所述的通信接口。
有益效果如下：
本申请实施例所提供的模拟均衡器、通信接口及芯片，由于所述模拟均衡器采用电容阵列来实现自动增益控制，使得增益变化范围显著增大，可以更好的满足高速数据传输的带宽需求。
附图说明
下面将参照附图描述本申请的具体实施例，其中：
图1示出了现有技术中有源模拟均衡器的电路结构示意图；
图2示出了现有技术中自适应模拟均衡器的电路结构示意图；
图3示出了现有技术中自适应模拟均衡器的电压控制电路的结构示意图；
图4示出了本申请实施例中模拟均衡器的结构示意图；
图5示出了本申请实施例中增益控制电路的结构示意图；
图6示出了本申请实施例中电容控制电路的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本说明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。
模拟均衡器，又称连续时间线性均衡器(Continuous-Time Linear Equalizer，CTLE)，它从频域的角度实现均衡，通过调节传输函数零极点的位置，改变频谱特性，实现不同的均衡效果。模拟均衡器主要包括无源均衡和有源均衡两大类。
有源模拟均衡器，使用有源器件实现，可以提供信号增益，通常有分离路径和组合路径两种实现方式，一般组合路径主要采用源极负反馈差分放大器实现。
图1示出了现有技术中有源模拟均衡器的电路结构示意图，如图所示，所述有源模拟均衡器的电路包括两条支路，每条支路由负载电阻Rload、三极管、电流表串联组成，两条支路中间连接有电阻R和电容C。
为实现有源模拟均衡器的自适应功能，往往将模拟均衡器的频谱增益设置为可调，并在电路中增加一个负责产生伪理想的信号(Pseudo Ideal Signal)的截割电路(Slicer)，通过比较该电路两侧的频谱特性来确定均衡状态，并自动调整均衡滤波器的频谱增益直至信号均衡。
均衡滤波器高频增益的变化是通过对相关电容大小的调节实现的。对电容的控制量，是通过后面的自适应控制回路产生的控制电压来实现的。因此，在传统设计中需要用到可变电容器件(Varactors)来改变电容大小。
图2示出了传统的模拟均衡器电路的结构示意图，如图所示，在两条支路中间的电容改为由C01和C02组成的可调电容，所述可调电容由Vg控制。
即，传统的模拟均衡器使用电压Vg改变Varactor电容(C01和C02)来调节电路的高频补偿增益，从而实现对不同信道的均衡。
图3示出了传统的自适应模拟均衡器的电压控制电路的结构示意图，如图所示，加法器输出电压Vg，通过调节均衡滤波器中的比例调节器(即，图2中电压Vg调节电容C01、C02的值)的比例，从而改变输入数据的频谱，进而在均衡滤波器的加法器之后达到理想的输出波形。
现有技术通常是调节电容C(Varactors)上的电压，Varactor控制电压只能由0～power变化，变化范围较小，无法进一步对信道中的高频损耗进行补偿，不能更好的满足高速数据传输的带宽需求。
针对上述不足，本申请实施例提出了一种模拟均衡器，采用电容阵列(cap-bank)来实现电容器件的调节，通过自动增益控制利用电容阵列来调节电容器件，从而扩大了增益变化范围，更好的满足高速数据传输的带宽需求。
下面对本申请实施例所提出的技术方案进行说明。
图4示出了本申请实施例中模拟均衡器的结构示意图，如图所示，所述模拟均衡器可以包括：第一支路、第二支路、均衡电阻、电容阵列和增益控制电路，所述第一支路和第二支路均包括串联的负载电阻、场效应管和电流源，所述场效应管的漏极输出电信号并与负载电阻相连、源极接电流源、栅极接收输入的电信号，所述电流源接地；所述均衡电阻和所述电容阵列均一端与第一支路的场效应管的源极相连、另一端与第二支路的场效应管的源极相连；
所述电容阵列包括多个并联的电容支路，所述电容支路包括串联的开关和电容；所述增益控制电路通过产生控制信号控制所述电容阵列中接通电容的电容值，调节输入的电信号与输出的电信号之间的增益。
具体实施时，所述电容阵列中的电容大小可以相同，也可以不同，当电容大小不同时，可以将电容按照电容大小排序，依次控制电容接通或断开。
本申请实施例所提供的模拟均衡器，由于所述模拟均衡器采用电容阵列来实现自动增益控制，使得增益变化范围显著增大，可以更好的满足高速数据传输的带宽需求。
发明人在发明过程中注意到：现有技术中其他器件中存在电容阵列这一设计，但均为手工调节电容的大小，手动控制电容阵列由于不确定需要的线路的长度和类型，通常需要反复调节，且在发生电路变化时还需要重新调节，费时费力且不准确。
本发明实施例还提供了一种自适应的模拟均衡器，在本发明实施例的模拟均衡器基础上，将电容阵列的控制部分改进为数字逻辑控制，从而控制电容接入的多少。
图5示出了本申请实施例中增益控制电路的结构示意图，如图所示，所述增益控制电路可以包括：比较器、第一能量采集支路、第二能量采集支路、比较调节器和电容控制电路，所述比较器接收所述场效应管的漏极信号(即图4中的Vout+、Vout-)，所述第一能量采集支路对比较器的输入信号进行高频能量采集、所述第二能量采集支路对比较器的输出信号进行高频能量采集，所述比较调节器根据所述第一能量采集支路的输出信号和所述第二能量采集支路的输出信号输出电平信号，所述电容控制电路根据所述比较调节器输出的电平信号生成控制信号。
实施中，所述第一能量采集支路和所述第二能量采集支路均可以包括串联的高通滤波器和整流器，所述高通滤波器对输入的信号进行滤波并输出高通滤波信号，所述整流器对所述高通滤波信号进行整流并输出电压信号。
实施中，所述增益控制电路还可以包括：滤波电容，所述滤波电容的一端分别与电容控制电路、比较调节器的输出端相连，所述滤波电路的另一端接地，用于对所述比较调节器输出的电平信号进行低通滤波调节。
所述比较调节器通过比较所述第一能量采集支路的电压信号以及比较所述第二能量采集支路的电压信号的大小，确定输出提高或降低滤波电容的电压的信号。
实施中，所述第一能量采集支路的输出端与所述第二能量采集支路的输出端均连接至所述比较调节器，在所述第一能量采集支路的输出信号低于所述第二能量采集支路的输出信号时，所述比较调节器产生第一信号以增加滤波电容的电压，在所述第一能量采集支路的输出信号高于所述所述第二能量采集支路的输出信号时，所述比较调节器产生第二信号以减少滤波电容的电压。
本发明实施例通过将电容阵列的控制部分改为数字逻辑控制，比较器前后的高通滤波器通过整流器之后进行能量比较，比较的结果在经过滤波电容低通滤波后进入电容控制电路，从而控制图4中电容阵列中的电容接入多少。
图6示出了本申请实施例中电容控制电路的结构示意图，如图所示，所述电容控制电路可以包括：比较器、计数器和控制器，所述比较器、计数器和控制器依次串联，所述计数器受时钟信号控制，所述比较器将所述比较调节器输出的电平信号与标准电平信号进行比较，所述计数器根据所述比较器的输出信号确定数值增加或减少，所述控制器根据所述计数器输出的数值控制所述电容阵列中接通电容的电容值。
本申请实施例中，比较调节器输出的滤波后的电位信号与标准电平进行比较，比较器输出高电平或低电平，随后，比较器输出信号至计数器中，计数器根据比较器的输出来决定计数器的结果是增加1还是减少1，从而控制电容阵列的开关闭合数量，进而改变图4中电容的大小。
实施中，所述控制器可以根据所述计数器的数值生成分别与所述电容阵列中的电容支路对应的多路信号，由所述多路信号分别控制相应的电容支路的开关接通或断开。
例如：假设计数器当前数值为23，电容阵列包括30条电容支路，当比较器的输出信号为高电平时，所述计数器数值加1，则计数器输出数值为24，所述控制器生成30路信号(其中24路信号为1，6路信号为0)，由每路信号分别控制相应的电容支路的开关接通或断开。
实施中，每条电容支路的两端均可以至少包括一个开关。
即，在控制每次电容支路的开关接通或断开时，是同时控制该电容支路的两端的开关均进行接通或断开，从而将该电容支路接通或完全隔离断开。
采用本申请实施例所提供的模拟均衡器，增益的调节范围较大，同样工艺条件下，传统模拟均衡器Varactor控制电压只能由0～power，均衡器的增益变化只有8.9db，而本申请实施例采用电容阵列来实现自动增益控制，电容阵列的电容数量较多、可调节的变化范围较大，增益变化为24.5db，接近三倍。通常，电容阵列的电容数量越多可调节的增益范围越大。
基于同一发明构思，本申请还提供了一种通信接口，包括输入信号引脚、输出信号引脚以及如上所述的模拟均衡器。
具体实施时，本申请实施例所提供的通信接口可以为串行通信接口。
采用本申请实施例所提供的通信接口，将均衡器与信道结合，由于本申请实施例所提供的模拟均衡器扩大了增益的调节范围，可以使得均衡器与信道组合之后的带宽更高，进一步满足高速数据传输的带宽需求。
基于同一发明构思，本申请还提供了一种芯片，包括：硅基板、位于所述硅基板上的电路以及如上所述的通信接口。
本申请实施例提供了一种芯片，由于这种芯片包括了上述带有本申请实施例所提供的模拟均衡器的通信接口，因此，在其他芯片与所述芯片互联进行数据传输时，所述芯片可以对传输至本芯片的信号大范围的增强信号的高频增益、对信道中的高频损耗进行更好的补偿，提高数据传输速率。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

Claims (9)

1.一种模拟均衡器，其特征在于，包括：
第一支路、第二支路、均衡电阻、电容阵列和增益控制电路，所述第一支路和第二支路均包括串联的负载电阻、场效应管和电流源，所述场效应管的漏极输出电信号并与负载电阻相连、源极接电流源、栅极接收输入的电信号，所述电流源另一端接地；所述均衡电阻和所述电容阵列均一端与第一支路的场效应管的源极相连、另一端与第二支路的场效应管的源极相连；
所述电容阵列包括多个并联的电容支路，所述电容支路包括串联的开关和电容；
所述增益控制电路通过产生控制信号控制所述电容阵列中接通电容的电容值，调节输入的电信号与输出的电信号之间的增益；
所述增益控制电路包括比较器、第一能量采集支路、第二能量采集支路、比较调节器和电容控制电路，所述比较器接收所述场效应管的漏极信号，所述第一能量采集支路对比较器的输入信号进行高频能量采集、所述第二能量采集支路对比较器的输出信号进行高频能量采集，所述比较调节器根据所述第一能量采集支路的输出信号和所述第二能量采集支路的输出信号输出电平信号，所述电容控制电路根据所述比较调节器输出的电平信号生成控制信号。
2.如权利要求1所述的模拟均衡器，其特征在于，
所述第一能量采集支路和所述第二能量采集支路均包括串联的高通滤波器和整流器，所述高通滤波器对输入的信号进行滤波并输出高通滤波信号，所述整流器对所述高通滤波信号进行整流并输出电压信号。
3.如权利要求1所述的模拟均衡器，其特征在于，
所述增益控制电路还包括：滤波电容，所述滤波电容的一端分别与电容控制电路、比较调节器的输出端相连，所述滤波电容的另一端接地，用于对所述比较调节器输出的电平信号进行低通滤波调节。
4.如权利要求3所述的模拟均衡器，其特征在于，
所述第一能量采集支路的输出端与所述第二能量采集支路的输出端均连接至所述比较调节器，在所述第一能量采集支路的输出信号低于所述第二能量采集支路的输出信号时，所述比较调节器产生第一信号以增加滤波电容的电压，在所述第一能量采集支路的输出信号高于所述第二能量采集支路的输出信号时，所述比较调节器产生第二信号以减少滤波电容的电压。
5.如权利要求1所述的模拟均衡器，其特征在于，
所述电容控制电路包括：比较器、计数器和控制器，所述比较器、计数器和控制器依次串联，所述计数器受时钟信号控制，所述比较器将所述比较调节器输出的电平信号与标准电平信号进行比较，所述计数器根据所述比较器的输出信号确定数值增加或减少，所述控制器根据所述计数器输出的数值控制所述电容阵列中接通电容的电容值。
6.如权利要求5所述的模拟均衡器，其特征在于，
所述控制器根据所述计数器的数值生成分别与所述电容阵列中的电容支路对应的多路信号，由所述多路信号分别控制相应的电容支路的开关接通或断开。
7.如权利要求1所述的模拟均衡器，其特征在于，每条电容支路的两端均至少包括一个开关。
8.一种通信接口，其特征在于，包括输入信号引脚、输出信号引脚以及如权利要求1至7任一所述的模拟均衡器。
9.一种芯片，其特征在于，包括：
硅基板、位于所述硅基板上的电路以及如权利要求8所述的通信接口。
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