CN106656883B - 一种低频增益分段可调的线性均衡器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种低频增益分段可调的线性均衡器，由1个负载网络和N+1个均衡单元组成；所有N+1个均衡单元中的电路结构相同，其中1个均衡单元为基本粗调均衡单元，其余N个均衡单元为分段细调均衡单元。N+1个均衡单元与负载网络呈串联方式连接，N+1个均衡单元之间呈并联方式连接。本发明采用基本粗调均衡单元并联N个分段细调均衡单元的工作方式，基本粗调均衡单元粗调低频增益，分段细调节均衡单元根据实际信道在不同频段的损耗情况细调对应频段的增益，低频增益可调范围大，并且能减小过补偿或欠补偿，减小系统的误码率；采用负载网络中的电阻直接求和，电路结构简单可靠；负载网络中还包含峰化电感，能够扩展均衡器的工作带宽，提高均衡器的数据率。

Description

一种低频增益分段可调的线性均衡器

技术领域

本发明涉及集成电路设计技术领域，具体涉及一种低频增益分段可调的线性均衡器。

背景技术

基于串行通信技术的高速通信接口在现代计算机与网络交换等系统中得到了广泛的运用。由于传输线、同轴电缆等信道存在导体损耗、介质损耗等非理想特性，这些非理想特性会使信号发生衰减，信号频率越高衰减幅度越大。高速信号通过这些信道后信号抖动增加，波形发生畸变，影响接收端电路正常的判决，导致系统的误码率增加。

为了减小传输误码率，在高速串行接口电路中通常会采用均衡器补偿信道对信号的衰减。线性均衡器是一种结构相对简单的模拟均衡器，广泛应用在接收器前端和信号中继器中。传统的线性均衡器通常通过调节均衡器的低频增益(或者高频增益)的方式以补偿不同损耗的信道，但是这种调节方式很容易造成低频段过补偿(或欠补偿)，导致均衡后的信号的抖动增加，系统误码率增加。

发明内容

本发明所要解决的是现有线性均衡器容易造成信号的低频段过补偿或欠补偿的问题，提供一种低频增益分段可调的线性均衡器。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种低频增益分段可调的线性均衡器，由1个负载网络和N+1个均衡单元组成；所有N+1个均衡单元中的电路结构相同，其中1个均衡单元为基本粗调均衡单元，其余N个均衡单元为分段细调均衡单元；负载网络的输出端von和vop接均衡输出信号von和vop；基本粗调均衡单元的输入端vin和vip接均衡输入信号vin和vip；基本粗调均衡单元的输出端von和vop接均衡输出信号von和vop；N个分段细调均衡单元的输入端vin和vip接均衡输入信号vin和vip；N个分段细调均衡单元的输出端von和vop接均衡输出信号von和vop；基本粗调均衡单元的输入端vch接基本粗调均衡单元的增益控制信号vch；每个分段细调均衡单元的输入端vcln分别接第n个增益控制信号vcln；其中n＝1,2，…，N，N≥1。

上述方案中，负载网络包括电感L1-L2和电阻R1-R2；电感L1和电阻R1串联，电感L1的另一端接电源，电阻R1的另一端接均衡输出信号vop；电感L2和电阻R2串联，电感L2的另一端接电阻R2，电阻R2的另一端接均衡输出信号von。

上述方案中，均衡单元包括MOS管M1-M5，反馈电阻R3和反馈电容C1；MOS管M1的漏极接均衡输出信号vop，MOS管M1的栅极接均衡输入信号vin；MOS管M1的源极、反馈电阻R3的一端、反馈电容C1的一端、MOS管M3的源极和MOS管M4的漏极相接；MOS管M2的漏极接接均衡输出信号von，MOS管M2的栅极接均衡输入信号vip；MOS管M2的源极、反馈电阻R3的另一端、反馈电容C1的另一端、MOS管M3的漏极和MOS管M5的漏极相接；MOS管M3的栅极接增益控制信号vch和vcln；其中n＝1,2，…，N，N≥1；MOS管M4的源极和MOS管M5的源极接地，MOS管M4的栅极和MOS管M5的栅极接外部偏置电压Vb。

上述方案中，MOS管M1-M5为NMOS管。

上述方案中，N+1个均衡单元的器件参数存在如下规律：

基本粗调均衡单元的差分对放大管即MOS管M1和MOS管M2的宽长比最大，且从第一分段细调均衡单元到第N分段细调均衡单元的差分对放大管即MOS管M1和MOS管M2的宽长比逐渐减小；

基本粗调均衡单元的差分对尾电流管即MOS管M4和MOS管M5的宽长比最大，且从第一分段细调均衡单元到第N分段细调均衡单元的差分对尾电流管即MOS管M4和MOS管M5的宽长比逐渐减小；

基本粗调均衡单元的反馈MOS管M3的宽长比最大，且从第一分段细调均衡单元到第N分段细调均衡单元的反馈MOS管M3的宽长比逐渐减小；

基本粗调均衡单元的反馈反馈电阻R3最小，且从第一分段细调均衡单元到第N分段细调均衡单元的反馈电阻R3逐渐加大；

基本粗调均衡单元的反馈反馈电容C1最小，且从第一分段细调均衡单元到第N分段细调均衡单元的反馈电容C1逐渐加大。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

1、采用基本粗调均衡单元并联N个分段细调均衡单元的工作方式，基本粗调均衡单元粗调低频增益，分段细调节均衡单元根据实际信道在不同频段的损耗情况细调对应频段的增益，低频增益可调范围大，并且能减小过补偿或欠补偿，减小系统的误码率；

2、采用负载网络中的电阻直接求和，电路结构简单可靠；此外，负载网络中还包含峰化电感，能够扩展均衡器的工作带宽，提高均衡器的数据率。

附图说明

图1是本发明的电路原理图。

图2是本发明优选实施例的电路原理图。

图3是本发明优选实施例的仿真结果。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，详细描述本发明的技术方案：

一种低频增益分段可调的线性均衡器，如图1所示，由1个负载网络和N+1个均衡单元组成，其中N≥1。所有均衡单元中的其中1个均衡单元为基本粗调均衡单元，其余N个均衡单元为分段细调均衡单元。N+1个均衡单元与负载网络呈串联方式连接，N+1个均衡单元之间呈并联方式连接。负载网络的输出端von和vop接均衡输出信号von和vop。基本粗调均衡单元的输入端vin和vip接均衡输入信号vin和vip；基本粗调均衡单元的输出端von和vop接均衡输出信号von和vop；基本粗调均衡单元的输入端vch接基本粗调均衡单元的增益控制信号vch。N个分段细调均衡单元的输入端vin和vip接均衡输入信号vin和vip；N个分段细调均衡单元的输出端von和vop接均衡输出信号von和vop；每个分段细调均衡单元的输入端vcln分别接第n个增益控制信号vcln，其中n＝1,2，…，N。

负载网络由电阻串联电感构成，负载网络的电阻作为基本粗调均衡单元和若干分段细调节均衡单元的求和电阻，负载网络的电感用于中和输出节点的负载电容与寄生电容，起电感峰化扩展均衡器工作带宽的作用。在本发明中，负载网络如图2所示，包括电感L1-L2和电阻R1-R2。电感L1和电阻R1串联，即电感L1一端接电源，另一端接电阻R1；电阻R1一端接电感L1，另一端接均衡输出信号vop。电感L2和电阻R2串联，即电感L2一端接电源，另一端接电阻R2；电阻R2一端接电感L2，另一端接均衡输出信号von。

所有均衡单元的电路结构相同，即均由带有电容电阻负反馈的差分对构成。由于电容电阻的负反馈作用，差分对在s域的左边产生了一个零点，该零点的位置与反馈电阻与电容的大小有关。当增益曲线通过这个零点后，增益上升，能够对零点之后的信道衰减起补偿作用。同时由于差分对的低频增益与反馈电阻的阻值有关，通过调节反馈电阻的阻值可以调节差分对的低频增益。基本粗调均衡单元的零点频率最高，用于粗调均衡器的低频增益。N个分段细调均衡单元的零点将均衡器的低频段划分为N+1个子区间，通过调节每个分段细调均衡单元的控制电压可以细调每个均衡单元低于该均衡单元零点频率的低频率段的增益。在本发明中，均衡单元如图2所示，包括MOS管M1-M5，反馈电阻R3和反馈电容C1。MOS管M1和MOS管M2为差分对放大管，反馈电阻R3、反馈电容C1和MOS管M3构成的并联网络为差分对的负反馈网络，MOS管M4和MOS管M5为差分对尾电流管。MOS管M1的漏极接均衡输出信号vop，MOS管M1的栅极接均衡输入信号vin。MOS管M1的源极、反馈电阻R3的一端、反馈电容C1的一端、MOS管M3的源极和MOS管M4的漏极相接。MOS管M2的漏极接接均衡输出信号von，MOS管M2的栅极接均衡输入信号vip。MOS管M2的源极、反馈电阻R3的另一端、反馈电容C1的另一端、MOS管M3的漏极和MOS管M5的漏极相接。MOS管M3的栅极接增益控制信号vch和vcln。MOS管M4的源极接地，MOS管M4的栅极接外部偏置电压Vb。MOS管M5的源极接地，MOS管M5的栅极接外部偏置电压Vb。

均衡单元所使用的MOS管可以是NMOS管或PMOS管，但考虑到PMOS管的尺寸相对大，寄生电容大，一般用在低速电路中；而NMOS管的尺寸相对较小，寄生电容小，一般用在高速电路中。在本发明优选实施例中，所有均衡单元中所用到的MOS管均为NMOS管。

在本发明中，基本粗调均衡单元和N个分段细调均衡单元的电路结构完全相同，但参数不同。基本粗调均衡单元的差分对放大管即MOS管M1和MOS管M2的宽长比最大，从第一分段细调均衡单元到第N分段细调均衡单元的差分对放大管即MOS管M1和MOS管M2的宽长比逐渐减小。基本粗调均衡单元的差分对尾电流管即MOS管M4和MOS管M5的宽长比最大，从第一分段细调均衡单元到第N分段细调均衡单元的差分对尾电流管即MOS管M4和MOS管M5的宽长比逐渐减小。基本粗调均衡单元的反馈MOS管M3的宽长比最大，从第一分段细调均衡单元到第N分段细调均衡单元的反馈MOS管M3的宽长比逐渐减小。基本粗调均衡单元的反馈反馈电阻R3最小，从第一分段细调均衡单元到第N分段细调均衡单元的反馈电阻R3逐渐增大。基本粗调均衡单元的反馈反馈电容C1最小，从第一分段细调均衡单元到第N分段细调均衡单元的反馈电容C1逐渐加大。

在图2所示的本发明优选实施例中，一种低频增益分段可调的线性均衡器，采用1个负载网络、1个基本均衡单元和2个分段细调均衡单元构成。该优选实施例采用0.18μmCMOS工艺设计，其通过仿真结果如图3所述。仿真结果表明，本均衡器通过调节基本粗调均衡单元的控制电压可以调节本均衡器的整体低频增益，通过细调分段细调均衡单元的控制电压可以实现对低频增益的分段细调；低频增益可调范围大，且能分段细调，能更好的适应不同衰减情况的信道，减小过补偿或欠补偿，从而减小均衡后信号的抖动，减小通信的误码率提高通信质量。

Claims (5)

1.一种低频增益分段可调的线性均衡器，其特征在于：由1个负载网络和N+1个均衡单元组成；所有N+1个均衡单元中的电路结构相同，其中1个均衡单元为基本粗调均衡单元，其余N个均衡单元为分段细调均衡单元；，基本粗调均衡单元和N个分段细调均衡单元的参数不同；

负载网络的输出端von和vop接均衡输出信号von和vop；

基本粗调均衡单元的输入端vin和vip接均衡输入信号vin和vip；基本粗调均衡单元的输出端von和vop接均衡输出信号von和vop；

N个分段细调均衡单元的输入端vin和vip接均衡输入信号vin和vip；N个分段细调均衡单元的输出端von和vop接均衡输出信号von和vop；

基本粗调均衡单元的输入端vch接基本粗调均衡单元的增益控制信号vch；每个分段细调均衡单元的输入端vcln分别接第n个增益控制信号vcln；

其中n＝1,2，…，N，N≥1。

2.根据权利要求1所述的一种低频增益分段可调的线性均衡器，其特征在于：负载网络包括电感L1-L2和电阻R1-R2；

电感L1和电阻R1串联，电感L1的另一端接电源，电阻R1的另一端接均衡输出信号vop；

电感L2和电阻R2串联，电感L2的另一端接电阻R2，电阻R2的另一端接均衡输出信号von。

3.根据权利要求1或2所述的一种低频增益分段可调的线性均衡器，其特征在于：均衡单元包括MOS管M1-M5，反馈电阻R3和反馈电容C1；

MOS管M1的漏极接均衡输出信号vop，MOS管M1的栅极接均衡输入信号vin；

MOS管M1的源极、反馈电阻R3的一端、反馈电容C1的一端、MOS管M3的源极和MOS管M4的漏极相接；

MOS管M2的漏极接均衡输出信号von，MOS管M2的栅极接均衡输入信号vip；

MOS管M2的源极、反馈电阻R3的另一端、反馈电容C1的另一端、MOS管M3的漏极和MOS管M5的漏极相接；MOS管M3的栅极接增益控制信号vch和vcln；其中n＝1,2，…，N，N≥1；

MOS管M4的源极和MOS管M5的源极接地，MOS管M4的栅极和MOS管M5的栅极接外部偏置电压Vb。

4.根据权利要求3所述的一种低频增益分段可调的线性均衡器，其特征在于：MOS管M1-M5为NMOS管。

5.根据权利要求3所述的一种低频增益分段可调的线性均衡器，其特征在于：

基本粗调均衡单元的差分对放大管即MOS管M1和MOS管M2的宽长比最大，且从第一分段细调均衡单元到第N分段细调均衡单元的差分对放大管即MOS管M1和MOS管M2的宽长比逐渐减小；

基本粗调均衡单元的差分对尾电流管即MOS管M4和MOS管M5的宽长比最大，且从第一分段细调均衡单元到第N分段细调均衡单元的差分对尾电流管即MOS管M4和MOS管M5的宽长比逐渐减小；

基本粗调均衡单元的反馈MOS管M3的宽长比最大，且从第一分段细调均衡单元到第N分段细调均衡单元的反馈MOS管M3的宽长比逐渐减小；

基本粗调均衡单元的反馈反馈电阻R3最小，且从第一分段细调均衡单元到第N分段细调均衡单元的反馈电阻R3逐渐加大；

基本粗调均衡单元的反馈反馈电容C1最小，且从第一分段细调均衡单元到第N分段细调均衡单元的反馈电容C1逐渐加大。

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