CN106656880A - 一种可线性调整均衡强度的rc负反馈均衡器电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可线性调整均衡强度的RC负反馈均衡器电路，其特征在于，RC负反馈均衡器电路的差分对源级之间接入一负反馈电阻阵列；其中，该负反馈电阻阵列包括并联的四条支路；第一支路晶体管M₁，M₁的漏级和源级分别连接一电阻，栅极接入控制字V_C1；第二支路晶体管M₂的漏级和源级分别连接一电阻，栅极接入控制字V_C2；第三支路晶体管M₃的漏级和源级分别连接一电阻，栅极接入控制字V_C3；第四支路包括7个串联的电阻和若干晶体管，本发明通过拟合最优负反馈导纳曲线的方法确定反馈电阻阵列的结构和各个负反馈电阻的阻值，能够线性调整均衡强度的大小、有效地补偿高速数据通信的信号衰减，能用于各种数据通信收发器系统中。

Description

一种可线性调整均衡强度的RC负反馈均衡器电路

技术领域

本发明属于数据通信高速互连集成电路的技术领域，涉及一种新型的改良的RC负反馈均衡器结构，尤其涉及一种可线性调整均衡强度的RC负反馈均衡器电路。

背景技术

图1为一种典型的RC负反馈均衡器结构。该系统主要由输入差分对晶体管M₁、M₂，负反馈电阻R_S，负反馈电容C_S，负载电阻R_L，负载电容C_L，尾电流源I_SS构成。其实现补偿信号高频分量衰减的工作方法如下：

典型的RC负反馈均衡器的系统传输函数为：

其中g_m1代表M_1,2的跨导。由式(1)可知RC负反馈均衡在频域上引入了一个零点|W_z|＝1/(R_SC_S)和两个极点|W_p1|＝[1+(g_m1R_S/2)]/(R_SC_S)和|W_p2|＝1/(R_LC_L)，从而起到了高通滤波的功能。其低频增益为A₀＝g_m1R_L/[1+(g_m1R_S/2)]。均衡强度的表达式为：

均衡强度(dB)＝20log(W_p1/W_z)＝20log[1+(g_m1R_S/2)] (2)

在具体的参数设计过程中，首先根据带宽以及均衡强度的要求大致定出极零点的位置，初步估算参数大小，然后通过参数扫描精调参数。此外，输入差分对管M1，M2的尺寸不能太大，否则会因为输入电容(除输入对管的栅电容外还包括ESD保护和PAD所引入的电容)的增大而引起较大的S₁₁回波损耗。

考虑到实际应用中，均衡输出到后一级采样器的信号幅度不能过小，在上述RC负反馈均衡的输出再加入一级差分放大器，以进一步放大输出信号幅度，放松对后级采样器灵敏度的要求，如图2。

在设计均衡中第二级差分放大器时需要综合兼顾到合理的输出共模电压、足够的带宽和增益。在此基础上尽量减小差分输入对管M₁，M₂的尺寸和尾电流源I_SS的大小，以减少对前级的输出负载和本级功耗。

如式(2)中所示，调节负反馈电阻R_S可以得到不同大小的均衡强度，注意到均衡强度在dB单位下与R_S并不存在简单的线性对应关系。根据式(2)，可以算出所设定16个线性分布的均衡强度所对应的最优负反馈导纳(1/R_S)的大小，记为(1/R_S)^* ₁、(1/R_S)^* ₂、(1/R_S)^* ₃……(1/R_S)^* ₁₆。由最优负反馈导纳与编码1-16的对应可以做出最优负反馈导纳变化曲线，如图3。最优的负反馈导纳曲线是一条指数曲线，这意味着单纯4位二进制编码控制串联接入(如图4)或并联接入(如图5)的负反馈电阻将不能有效拟合最优负反馈导纳曲线。串联接入结构使负反馈电阻线性变化，即对应负反馈导纳曲线则呈现为双曲线。而并联接入相反使得负反馈导纳线性变化，对应负反馈导纳曲线为直线。这两种方式都无法准确拟合呈现为指数曲线的最优负反馈导纳曲线，也即得到的均衡强度非线性变化。而均衡强度的非线性调整将影响到实际适应不同信道的效果，在实际的测试中造成了不便，可见研究均衡强度可线性调节的RC负反馈均衡器结构具有重要意义。

发明内容

本发明针对传统的RC负反馈均衡器无法线性调整均衡强度的缺陷，提出了一种新型的可线性调节均衡强度的RC负反馈均衡器结构。

本发明提出的可线性调节均衡强度的RC负反馈均衡器结构中的负反馈电阻阵列如图6所示，以图6中的负反馈电阻阵列替换传统RC负反馈均衡器中的负反馈电阻R_S。负反馈电阻阵列具体结构如下：

1、在RC负反馈均衡器的差分对M1，M2的源级之间接入一负反馈电阻阵列，两源极与负反馈电阻阵列的接入端口为X、Y节点，该负反馈电阻阵列为并联的4条支路；

2、第一条支路中，晶体管M₁的漏级和源级分别和两个阻值均为R_S1的电阻相连，M₁的栅极接入控制字V_C1，两个阻值为R_S1的电阻另一端分别连接X，Y；

3、第二条支路中，晶体管M₂的漏级和源级分别和两个阻值均为R_S2的电阻相连，M₂的栅极接入控制字V_C2，两个阻值为R_S2的电阻另一端分别连接X，Y；

4、第三条支路中，晶体管M₃的漏级和源级分别和两个阻值均为R_S3的电阻相连，M₃的栅极接入控制字V_C3，两个阻值为R_S3的电阻另一端分别连接X，Y；

5、第四条支路中有7个阻值分别为0.5R_S6，2.5R_S5，R_S5，R_S4，1.5R_S5，2R_S5，0.5R_S6的电阻串联而成；其中晶体管M₈的源级和漏级并联在2.5R_S5两端，M₈的栅极连接控制字V_C7；晶体管M₅的源级和漏级并联在R_S5两端，M₅的栅极连接控制字V_C5；晶体管M₄的源级和漏级并联在R_S4两端，M₄的栅极连接控制字V_C4；晶体管M₇的源级和漏级并联在1.5R_S5两端，M₇的栅极连接控制字V_C7；晶体管M₆的源级和漏级并联在2R_S5两端，M₆的栅极连接控制字V_C6。

与现有技术相比，本发明的积极效果为：

本发明通过拟合最优负反馈导纳曲线的方法确定反馈电阻阵列的结构和各个负反馈电阻的阻值，能够线性调整均衡强度的大小，能有效地补偿高速数据通信因信道频宽不足带来的信号衰减，能用于各种数据通信收发器系统中。

附图说明

图1为典型的RC负反馈均衡器结构

图2为典型的两级均衡结构(RC负反馈均衡加差分放大器)

图3为本发明提出的最优负反馈导纳变化曲线

图4为典型的4位编码控制串联接入的负反馈电阻阵列结构

图5为典型的4位编码控制并联接入的负反馈电阻阵列结构

图6为本发明提出的可线性调节均衡强度的RC负反馈均衡器的负反馈电阻阵列

图7为本发明提出的可线性调节均衡强度的RC负反馈均衡器的均衡强度线性度仿真结果。

具体实施方式

为了解决RC负反馈均衡电路中均衡强度非线性变化的问题，本论文提出用两阶段线性拟合的方式来改善均衡强度的线性度，即利用两段不同斜率的线性导纳曲线去拟合最优导纳曲线。step1-8对应其中一段，通过3路电阻并联实现导纳曲线的线性变化，由V_c1-V_c3控制。step9-16对应另一段，加入另一支串联的电阻，导纳曲线呈双曲线变化趋势，由V_c4-V_c7控制。如图3所示，如此形成的两阶段线性负反馈导纳曲线较其他结构更好地拟合了最优曲线。

负反馈电阻阻值设计如下：

最终电阻值的确定依据实际仿真结果在式(3)所示的设计值附近进行微调以优化均衡强度的线性度。

实际电路中，将控制字V_C1～V_C3控制信号以V_C1控制信号为高位，顺序构成3位二进制数0-7，将控制字V_C4～V_C7控制信号以V_C4控制信号为高位，顺序构成4位二进制数8-15；每一二进制数字对应控制字V_C1-V_C7的一组工作状态。

控制编码变化规则如表1所示：

表1负反馈电阻控制编码变化规则

Steps	Vc1	Vc2	Vc3	Vc4	Vc5	Vc6	Vc7
								1	0	0	0	0	0	0	0
2	0	0	1	0	0	0	0
								3	0	1	0	0	0	0	0
4	0	1	1	0	0	0	0
								5	1	0	0	0	0	0	0
6	1	0	1	0	0	0	0
								7	1	1	0	0	0	0	0
8	1	1	1	0	0	0	0
								9	0	0	0	1	0	0	0
10	0	0	0	1	0	0	1
								11	0	0	0	1	0	1	0
12	0	0	0	1	0	1	1
								13	0	0	0	1	1	0	0
14	0	0	0	1	1	0	1
								15	0	0	0	1	1	1	0
16	0	0	0	1	1	1	1

对不同负反馈电阻结构所对应的均衡强度变化的电路仿真结果总结于图7中，如此形成的两阶段线性负反馈导纳曲线较其他结构更好地拟合了最优曲线。可见，本发明所提出的结构明显改进了均衡强度变化的线性度。

Claims (3)

1.一种可线性调整均衡强度的RC负反馈均衡器电路，其特征在于，RC负反馈均衡器电路的差分对源级之间接入一负反馈电阻阵列；其中，该负反馈电阻阵列包括并联的四条支路；第一支路包括晶体管M₁，该晶体管M₁的漏级和源级分别连接一阻值为R_S1的电阻，晶体管M₁的栅极接入控制字V_C1；第二支路包括晶体管M₂，晶体管M₂的漏级和源级分别连接一阻值为R_S2的电阻，晶体管M₂的栅极接入控制字V_C2；第三支路包括晶体管M₃，晶体管M₃的漏级和源级分别连接一阻值为R_S3的电阻，晶体管M₃的栅极接入控制字V_C3；第四支路包括7个串联的阻值分别为0.5R_S6、2.5R_S5、R_S5、R_S4、1.5R_S5、2R_S5、0.5R_S6的电阻，晶体管M₈的源级和漏级并联在阻值为2.5R_S5的电阻两端，晶体管M₈的栅极连接控制字V_C7；晶体管M₅的源级和漏级并联在阻值为R_S5的电阻两端，晶体管M₅的栅极连接控制字V_C5；晶体管M₄的源级和漏级并联在阻值为R_S4的电阻两端，晶体管M₄的栅极连接控制字V_C4；晶体管M₇的源级和漏级并联在阻值为1.5R_S5的电阻两端，晶体管M₇的栅极连接控制字V_C7；晶体管M₆的源级和漏级并联在阻值为2R_S5的电阻两端，晶体管M₆的栅极连接控制字V_C6。

2.如权利要求1所述的RC负反馈均衡器电路，其特征在于，根据公式组：

$R_{s1}={\{\[{(1/R_s)}_8^{*}-{(1/R_s)}_1^{*}\]/7\}}^{-1}/2$

R_s2＝R_s1/2

R_s3＝R_s2/2

$R_{s4}={\[{(1/R_s)}_1^{*}\]}^{-1}-{\[{(1/R_s)}_9^{*}\]}^{-1}$

$R_{s5}=\{{\[{(1/R_s)}_9^{*}\]}^{-1}-{\[{(1/R_s)}_{16}^{*}\]}^{-1}\}/7$

$R_{s6}={\[{(1/R_s)}_{16}^{*}\]}^{-1}$

确定电阻R_s1、R_s2、R_s3、R_s4、R_s5、R_s6的阻值；其中，R_S为该负反馈电阻阵列的阻值。

3.如权利要求1或2所述的RC负反馈均衡器电路，其特征在于，将控制字V_C1～V_C3控制信号以V_C1控制信号为高位，顺序构成3位二进制数0-7，将控制字V_C4～V_C7控制信号以V_C4控制信号为高位，顺序构成4位二进制数8-15；每一所述二进制数字对应控制字V_C1～V_C7的一组工作状态。