CN110024221A - 通过串行互连将相干信号分配至大电气距离 - Google Patents

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Abstract

一种方法，其涉及串行互连系统，所述串行互连系统具有第一节点、第二节点、通过所述串行互连系统电气串行连接的多个校准节点、以及与串行连接的所述多个校准节点相对应、并且通过所述串行互连系统电气连接的多个连接节点，所述方法涉及：针对所述多个校准节点中的各校准节点，进行测量过程，所述测量过程包括：将相应参考信号注入该校准节点中；以及在所述相应参考信号正被注入该校准节点中的情况下，确定所述第一节点和所述第二节点处出现的信号的相位总和；根据针对所述多个校准节点所确定的相位总和，计算针对所述多个校准节点中的各校准节点的相位校正；以及将所述相位校正应用于相应的多个连接节点。

Description

通过串行互连将相干信号分配至大电气距离
相关申请的交叉引用
根据美国法典第35条第119(e)款，本申请要求2016年9月29日提交的美国临时申请62/401,501的权益，其通过引用而全文并入于此。
技术领域
本发明的实施例一般涉及信号分配网络，其中该信号分配网络可以用于多种应用，诸如模拟相控阵列所用的本地振荡器(LO)分配、数字相控阵列所用的采样时钟分配、数字集成电路所用的时钟分配、或者大型电路板所用的时钟分配等。
背景技术
单独系统模块之间的串行互连提供了这些模块之间的最简单的通信网络。由于其简单性，出于成本和可靠性的原因，这种类型的网络实际上是有用的。一般来说，系统模块可以是简单如单个无源组件、或者复杂如锁相环(PLL)、整个无线电、天线相控阵列或一些其它复杂电路的任何子系统。串行互连使用具有一维信号传播特性的传输介质，诸如电缆、光纤、带状线、微带线、共面线、无线窄束等。串行连接的系统模块附接到该传输介质并且通常根据协议来接收或发送信号。例如，简单的协议涉及将信号从一个模块分配到所有其它模块。更复杂的协议可能涉及相对于一个模块向任何其它模块或模块组发送和接收信号。
在许多应用中，重要的是精确地知道信号在通过串行互连从一个模块传播到另一模块时所经历的时间延迟。例如，如果在包含许多无线电模块的相控阵列上串行地分配LO(本地振荡器)或采样信号，则重要的是校正由于传播延迟而引起的、各无线电模块处所接收到的信号之间的相位差。在没有这种校正(也称为“相位校准”)的情况下，相控阵列的正确功能将受到损害，这是因为相控阵列的操作本身依赖于所有无线电处的信号的精确全局相位对准。
类似地，在一些应用中，不仅必须校正时间延迟或相位偏移，而且还必须校正由于传输损耗或其它影响而引起的信号幅度变化。例如，2013年12月17日提交的美国专利8,611,959(其通过引用而全文并入于此)中所描述的有源阵列中的中频(IF)线除了相位偏移之外还具有实际损耗。需要补偿这些损耗以进行正确的系统操作。幅度校正也称为“幅度校准”。
在生产样品时，可以计算或直接测量由于通过串行互连的信号传输而引起的产生相位偏移的时间延迟以及幅度变化。然而，只有在串行互连的物理实现具有在制造之后能够以期望精度预测并且不会随着诸如温度和湿度等的操作条件的预期变化而不可预测地改变的传输特性的情况下，这种方法才可以用于相位/幅度校准。例如，在串行互连的传输特性受到超出期望精度的制造中的变化的情况下，对生产样品的任何生产前计算和模拟或任何直接测量都不能正确表示所有生产单元的传输特性。
同样，即使在所有生产单元在工厂温度和湿度条件下具有可预测传输特性的情况下，这些特性也可能随着现场操作条件而不可预测地改变超出期望精度。在这种情况下，用于识别串行互连的时间延迟和幅度变化的上述方法不能用于正确地补偿现场的时间延迟和幅度变化。
在需要串行互连的相位/幅度校准的情况下，习惯做法是利用材料和设计技术来制造串行互连，从而确保随着制造和操作条件可预测的特性。在大多数情况下，这会带来显著的成本损失。以相控阵列为例，该相控阵列是大型电气系统，即具有与工作频率的波长相比较大的物理尺寸的系统。如果诸如LO(本地振荡器)信号等的高频信号在串行互连上传播通过相控阵列，则会出现非常大的相位偏差(例如，数千度)，而这些偏差的补偿(相位校准)必须将其减少到仅几度。除非可以这种精度水平预测自然偏差，否则这无法实现。为了制造具有这种精确特征的传输线，需要昂贵材料(例如电介质等)和高制造容差(例如线宽、厚度等)。
在2008年7月21日提交的美国专利8,259,884(其通过引用而全文并入于此)中描述了用于设计具有固有相位校准的串行互连的低成本方法。在美国专利8,259,884中确定的现有技术中也描述了达到相同效果的其它方法。在这些方法中，设计不依赖于昂贵材料和制造容差，而是依赖于在匹配的传输线上传播的信号之间的相互补偿。这些方法还依赖于各种高精度模拟电路。实际上，这些模拟电路的设计具有挑战性，并且难以从一种实现扩展或移植到另一种实现，因为它们需要高速同时高精度的操作。
发明内容
这里，描述了通过串行互连将相干信号分配至大电气距离的新方法，其中在不依赖于各串行互连的可预测传输特性的情况下在相位和幅度方面进行对所述串行互连进行校准。与大多数现有技术方法不同，这些新方法自然也适合于用低成本、可扩展且便携的数字电路代替模拟电路来实现。此外，这些新方法中的一些方法不依赖于匹配的传输线。
为了清楚和简单起见，使用连续波(CW)信号(即包含单个频率或音调的信号)来引入和描述新概念。然而，这些概念对于更复杂的信号(诸如通信系统中所使用的调制带通信号)是有效的。例如，一个特定频率处的相位校准通常在接近校准频率的频率范围内有效。
一般来说，在一方面，本发明的提供一种方法，所述方法涉及串行互连系统，所述串行互连系统具有第一节点、第二节点、通过所述串行互连系统电气串行连接的多个校准节点、以及与串行连接的所述多个校准节点相对应的多个连接节点，所述多个连接节点通过所述串行互连系统电气串行连接。所述方法包括：针对所述多个校准节点中的各校准节点，进行测量过程，所述测量过程包括：将相应参考信号注入该校准节点中；以及在所述相应参考信号正被注入该校准节点中的情况下，确定所述第一节点和所述第二节点处出现的信号的相位总和；根据针对所述多个校准节点所确定的相位总和，计算针对所述多个校准节点中的各校准节点的相位校正；以及将针对所述多个校准节点中的各校准节点所计算出的相位校正应用于相应的多个连接节点。
一般来说，在另一方面，本发明提供一种方法，所述方法包括：针对所述多个校准节点中的各校准节点，进行测量过程，所述测量过程包括：将相应参考信号注入该校准节点中；以及在所述相应参考信号正被注入该校准节点中的情况下，确定所述第一节点和所述第二节点处出现的信号的幅度乘积；根据针对所述多个校准节点所确定的幅度乘积，计算针对所述多个校准节点中的各校准节点的幅度校正；以及将针对所述多个校准节点中的各校准节点所计算出的幅度校正应用于相应的多个连接节点。
其它实施例包括以下特征中的一个或多个特征。所述方法还包括：将第一参考信号注入所述第一节点中；在所述第一参考信号正被注入所述第一节点中的情况下，确定被注入所述第一节点中的该第一参考信号和所述第二节点处出现的信号的相位总和；其中针对所述多个校准节点中的各校准节点的相位校正的计算还采用针对所述第一节点所确定的相位总和。针对所述多个校准节点中的各校准节点，所述测量过程还涉及在所述相应参考信号正被注入该校准节点中的情况下确定所述第一节点和所述第二节点处出现的信号的幅度乘积，以及所述方法还包括：根据针对所述多个校准节点所确定的幅度乘积，计算针对所述多个校准节点中的各校准节点的幅度校正；以及将针对所述多个校准节点中的各校准节点所计算出的幅度校正应用于相应的多个连接节点。所述方法还包括：将第一参考信号注入所述第一节点中；在所述第一参考信号正被注入所述第一节点中的情况下，确定被注入的该第一参考信号和所述第二节点处出现的信号的相位总和和幅度乘积；其中针对所述多个校准节点中的各校准节点的相位校正和幅度校正的计算还采用针对所述第一节点所确定的相位总和和所确定的幅度乘积。
另外的其它实施例包括以下特征中的一个或多个特征。在针对所述多个校准节点中的任何一个校准节点进行所述测量过程的情况下，不将其它参考信号应用于所述多个校准节点中的任何其它校准节点。所述多个连接节点与所述多个校准节点相同。针对所述多个校准节点的相应参考信号具有相同的频率。所述串行互连系统还包括输入节点，以及所述方法还涉及：将第一参考信号注入所述输入节点和所述第一节点中；在所述第一参考信号正被注入所述输入节点和所述第一节点中的情况下，确定在所述输入节点处注入的该第一参考信号和所述第二节点处出现的信号的相位总和，其中针对所述多个校准节点中的各校准节点的相位校正的计算还采用针对所述输入节点所确定的相位总和。所述串行互连系统还包括输入节点，以及所述方法还涉及：将第一参考信号注入所述输入节点和所述第一节点中；在所述第一参考信号正被注入所述输入节点和所述第一节点中的情况下，确定在所述输入节点处注入的该第一参考信号和所述第二节点处出现的信号的相位总和和幅度乘积，其中针对所述多个校准节点中的各校准节点的相位校正和幅度校正的计算还采用针对所述输入节点所确定的相位总和和所确定的幅度乘积。
一般来说，在又一方面，本发明的特征包括一种设备，其包括：串行互连系统，其具有第一节点、第二节点、通过所述串行互连系统电气串行连接的多个校准节点、以及与串行连接的所述多个校准节点相对应的多个连接节点，所述多个连接节点通过所述串行互连系统电气串行连接：相位检测器，其电气连接至所述串行互连系统的所述第一节点和所述第二节点以确定在所述第一节点和所述第二节点处感测到的信号的相位总和；多个可切换控制信号源，各可切换控制信号源连接至所述多个校准节点中的不同的相应校准节点；以及控制器系统。所述控制器系统被编程为进行以下的功能：针对所述多个校准节点中的各校准节点，进行测量过程，所述测量过程包括：使该校准节点所用的可切换控制信号源将相应参考信号注入该校准节点中；以及在所述相应参考信号正被注入该校准节点中的情况下，使所述相位检测器确定所述第一节点和所述第二节点处出现的信号的相位总和；根据针对所述多个校准节点所确定的相位总和，计算针对所述多个校准节点中的各校准节点的相位校正；以及将针对所述多个校准节点中的各校准节点所计算出的相位校正应用于相应的多个连接节点。
一般来说，在另一方面，本发明的特征包括一种设备，其包括：串行互连系统，其具有第一节点、第二节点、通过所述串行互连系统电气串行连接的多个校准节点、以及与串行连接的所述多个校准节点相对应的多个连接节点，所述多个连接节点还通过所述串行互连系统电气串行连接：相位检测器，其电气连接至所述串行互连系统的所述第一节点和所述第二节点以确定在所述第一节点和所述第二节点处感测到的信号的相位总和；多个开关，用于将所述多个连接节点中的各连接节点可切换地电气连接至所述多个校准节点中的不同的相应校准节点；以及控制器系统。所述控制器系统被编程为进行以下的功能：针对所述多个校准节点中的各校准节点，进行测量过程，所述测量过程包括：使该校准节点所用的开关将相应参考信号从所述相应连接节点注入该校准节点中；以及在所述相应参考信号正被注入该校准节点中的情况下，使所述相位检测器确定所述第一节点和所述第二节点处出现的信号的相位总和；根据针对所述多个校准节点所测量出的相位总和，计算针对所述多个校准节点中的各校准节点的相位校正；以及将针对所述多个校准节点中的各校准节点所计算出的相位校正应用于相应的多个连接节点。
其它实施例包括以下特征中的一个或多个特征。所述的设备还包括：第一可切换控制信号源，其连接至所述第一节点；以及其中所述控制器系统还被编程为进行以下的功能：使所述第一可切换控制信号源将第一参考信号注入所述第一节点中；在所述第一参考信号正被注入所述第一节点中的情况下，使所述相位检测器确定被注入的该第一参考信号和所述第二节点处出现的信号的相位总和，其中针对所述多个校准节点中的各校准节点的相位校正的计算还采用针对所述第一节点所确定的相位总和。所述的设备还包括用于将所述输入节点可切换地电气连接至所述第一节点的第一开关，以及其中所述控制器系统还被编程为进行以下的功能：使所述第一开关将信号从所述输入节点注入所述第一节点中；在所述信号正从所述输入节点注入所述第一节点中的情况下，使所述相位检测器确定从所述输入节点注入所述第一节点的该信号和所述第二节点处出现的信号的相位总和，其中针对所述多个校准节点中的各校准节点的相位校正的计算还采用针对所述输入节点所确定的相位总和。所述控制器系统还被编程为使所述多个校准节点所用的可切换控制信号源一次仅一个地将相应参考信号注入所述多个校准节点中。所述串行互连系统还包括输入节点，以及所述设备还包括电气连接至所述输入节点的信号源。
另外的其它实施例包括以下特征中的一个或多个特征。所述串行互连系统包括用于将所述第一节点、所述多个连接节点、以及所述第二节点串行互连的第一串行互连，以及其中所述多个校准节点与所述多个连接节点相同。可选地，所述串行互连系统包括：第一串行互连，其具有用于将所述第一节点、所述多个校准节点、以及所述第二节点串行互连的部分；以及第二串行互连，其具有用于将所述多个连接节点串行互连的部分，其中所述第一串行互连和所述第二串行互连是分开的。所述第一串行互连的用于将所述多个校准节点串行互连的部分和所述第二串行互连的用于将所述多个连接节点串行互连的部分电气匹配。可选地，所述串行互连系统包括：第一串行互连，其具有用于将所述第二节点和所述多个校准节点串行互连的部分；第二串行互连，其具有用于将所述第二节点和所述多个校准节点串行互连的部分；以及第三串行互连，其具有用于将所述多个连接节点串行互连的部分。所述第一串行互连的用于将所述多个校准节点串行互连的部分、所述第二串行互连的用于将所述多个校准节点串行互连的部分、以及所述第三串行互连的用于将所述多个连接节点串行互连的部分电气匹配。
一般来说，在又一方面，本发明的特征包括一种设备，其包括：串行互连系统，其具有第一节点、第二节点、通过所述串行互连系统电气串行连接的多个校准节点、以及与串行连接的所述多个校准节点相对应的多个连接节点，所述多个连接节点通过所述串行互连系统电气串行连接：幅度检测器，其电气连接至所述串行互连系统的所述第一节点和所述第二节点以确定在所述第一节点和所述第二节点处感测到的信号的幅度乘积；多个可切换控制信号源，各可切换控制信号源连接至所述多个校准节点中的不同的相应校准节点；以及控制器系统。所述控制器系统被编程为进行以下的功能：针对所述多个校准节点中的各校准节点，进行测量过程，所述测量过程包括：使该校准节点所用的可切换控制信号源将相应参考信号注入该校准节点中；以及在所述相应参考信号正被注入该校准节点中的情况下，使所述幅度检测器确定所述第一节点和所述第二节点处出现的信号的幅度乘积；根据针对所述多个校准节点所确定的幅度乘积，计算针对所述多个校准节点中的各校准节点的幅度校正；以及将针对所述多个校准节点中的各校准节点所计算出的幅度校正应用于相应的多个连接节点。
其它实施例包括第一可切换控制信号源，其连接至所述第一节点；以及其中所述控制器系统还被编程为进行以下的功能：使所述第一可切换控制信号源将第一参考信号注入所述第一节点中；在所述第一参考信号正被注入所述第一节点中的情况下，使所述幅度检测器确定被注入的该第一参考信号和所述第二节点处出现的信号的幅度乘积，其中针对所述多个校准节点中的各校准节点的幅度校正的计算还采用针对所述第一节点所确定的幅度乘积。
一般来说，在又一方面，本发明的特征包括一种设备，其包括：串行互连系统，其具有第一节点、第二节点、通过所述串行互连系统电气串行连接的多个校准节点、以及与串行连接的所述多个校准节点相对应的多个连接节点，所述多个连接节点还通过所述串行互连系统电气串行连接：幅度检测器，其电气连接至所述串行互连系统的所述第一节点和所述第二节点以确定在所述第一节点和所述第二节点处感测到的信号的幅度乘积；多个开关，用于将所述多个连接节点中的各连接节点可切换地电气连接至所述多个校准节点中的不同的相应校准节点；以及控制器系统。所述控制器系统被编程为进行以下的功能：针对所述多个校准节点中的各校准节点，进行测量过程，所述测量过程包括：使该校准节点所用的开关将相应参考信号从所述相应连接节点注入该校准节点中；以及在所述相应参考信号正被注入该校准节点中的情况下，使所述幅度检测器确定所述第一节点和所述第二节点处出现的信号的幅度乘积；根据针对所述多个校准节点所测量出的幅度乘积，计算针对所述多个校准节点中的各校准节点的幅度校正；以及将针对所述多个校准节点中的各校准节点所计算出的幅度校正应用于相应的多个连接节点。
其它实施例包括以下特征中的一个或多个特征。所述串行互连系统还包括输入节点，以及所述设备还包括电气连接至所述输入节点的信号源。所述的设备还包括用于将所述输入节点可切换地电气连接至所述第一节点的第一开关，以及其中所述控制器系统还被编程为进行以下的功能：使所述第一开关将信号从所述输入节点注入所述第一节点中；在所述信号正从所述输入节点注入所述第一节点中的情况下，使所述幅度检测器确定从所述输入节点注入所述第一节点的该信号和所述第二节点处出现的信号的幅度乘积，其中针对所述多个校准节点中的各校准节点的幅度校正的计算还采用针对所述输入节点所确定的幅度乘积。
附图说明
图1描绘了用于通过串行连接分配相干信号的第一种方法的简化示意图。
图2描绘了可能的PS/MP检测器和控制器(CTR)的简化示意图。
图3描绘了用于通过串行连接分配相干信号的第二种方法的简化示意图。
图4描绘了用于通过串行连接分配相干信号的第三种方法的简化示意图。
图5描绘了用于通过串行连接分配相干信号的第四种方法的简化示意图。
图6是如这里所述的用于校准串行连接的算法的流程图。
图7是可以使用这里所述的校准技术的模拟相控阵列的图。
图8示出将这里所述的校准技术应用于相控阵列天线系统的系统。
图9示出将这里所述的校准技术应用于向VLSI分配时钟信号的系统。
具体实施方式
通过串行互连分配相干信号的第一种方法
将借助于图1所示的系统来描述用于通过串行互连将相干信号分配至大电气距离的第一种方法，但是应该理解，该方法的原理比图1所示的具体实现更普遍。串行互连1a将两个端点X和Y与中间点A和B链接，其中中间点A和B可以位于距离点X和Y以及彼此很远的电气距离处。向系统提供输入信号的输入信号生成器2通过开关3在端点X处连接至串行互连1a。如果开关3接通，则输入信号生成器2可以通过串行互连1a将信号发送至该串行链路上的许多点(包括点X、A、B和Y)。因此，信号生成器2b将其信号分配至串行互连1a上的所有点。如先前所讨论的，对于许多系统而言有益的是，以这种方式分配的一些或所有信号是相干的，即具有相同的幅度和相位或者具有以已知关系相关的幅度和相位。
由输入信号生成器2在点X处施加的信号到达点A，其中在点A处，信号的相位与该信号在点X处的相位相比的相位差为Φ1，并且信号的幅度与该信号在点X处的幅度的比为α1。随着该信号进一步行进，其到达端点Y，其中在端点Y处，信号的相位与该信号在点A处的相位相比的相位差为Φ2，并且信号的幅度与该信号在点A处的幅度的比为α2。根据Φ1、α1、Φ2和α2的这些定义、并且针对信号从点X传播到点Y的情况，具有以下关系：Φ1＝ΦΑ-ΦX，其中ΦΑ是节点A处的相位并且ΦX是节点X处的相位，Φ2＝ΦY-ΦΑ，其中ΦY是节点Y处的相位，α1＝MA/MX，其中MA是节点A处的幅度并且MX是节点X处的幅度，以及α2＝MY/MA，其中MY是节点Y处的幅度。观察到对于节点A，总回路延迟等于Φ1+Φ2＝ΦY-ΦX，并且这对于所有节点而言是常数。还应当注意，总回路增益等于α1*α2＝MY/MX，并且这对于所有节点而言也是常数。
还应当注意，相对量Φ1、α1、Φ2和α2与绝对量ΦX、ΦΑ、ΦY、MX、MA、MY之间的这些关系仅在信号从节点X传播到节点Y的情况下才有效，正如通常在生成器2通过串行互连将信号分配给所有节点的情况下那样。在通过串行互连1a的任何其它信号传播模式中，相对量和绝对量之间的对应关系与以上关系类似但是不同(在适当的情况下，不同的符号对应于反向传播)。
该分配方法的第一个目的是在无需假设串行互连1a的传输特性在串行互连1a的整个或任何部分上是可预测的情况下确定ΦΑ和MA的量。此外，假设连接至点X、A、B和Y的任何信号源或电路都无法访问任何全局相位和幅度参考，因此无法确定其相应节点处的信号的相位和幅度与其它节点处的相位和幅度如何相关。这些情况发生在使用串行连接的许多实际应用中。
这里所讨论的第一种方法的附加假设是图1的系统中的工作频率在所有节点处都是已知的。这不是基本或硬性限制，因为在系统的初始化期间(在开始任何相位/幅度校准处理之前)，可以通过串行互连1a将工作频率从连接点X通信至包括A、B和Y的所有其它连接点。这样做的一种方法是在点A、B和Y处添加可调谐频率参考(图1中未示出)，其中所述可调谐频率参考在系统初始化期间将调整到输入信号生成器2的频率。以这种方式，连接点A、B和Y获得并保持连接点X处的工作频率的知识。应当强调，在如上所述将工作频率的知识从点X直接传送到A、B和X的情况下，串行互连1a上发生的相位变化和幅度变化在本申请中所描述的方法被应用之前仍然未知。
在图1的系统中仅使用两个中间点(A和B)足以解释第一种分配方法以及稍后介绍的其它分配方法。然而，即使在必要时添加尽可能多的中间点以适合任何特定应用，这里所描述的第一种分配方法和其它分配方法仍然有效。这在这些方法被描述之后将变得更加明显。
串行互连1a可以是在两端适当端接的简单传输线、或任何其它无源或有源串行连接。串行互连1a的一个要求是在两个方向上传播信号而不在端点或任何中间点处反射。另一个要求是将中间点处的注入信号分成沿相反方向发射的具有已知相对相位和幅度(例如相同相位和相等幅度，或具有已知相位差和已知幅度比)的分量。换句话说，假设在中间点处注入串行互连1a中的任何信号可预测地分成沿相反方向朝向端点行进的分量，这些分量在经过其它中间点时不产生反射、并在端点处通过适当的终止而被完全吸收。如果在一个端点处注入信号，则仅产生朝向另一个端点行进的单个分量。
图1中的系统还包含连接至串行互连1a的两个端点、并且能够检测端点处的信号之间的相位总和和幅度乘积的子系统4。出于该原因，子系统4被称为相位总和/幅度乘积检测器或PS/MP检测器4。PS/MP检测器4将其从串行互连1a的端点检测到的相位总和值和幅度乘积值传递至控制器(CTR)10。CTR10具有控制总线11，用于独立地(例如，使用单独的数字地址)接通和断开开关3以及(开关控制)信号源100、101和102。这些信号源100、101和102分别在连接点X、A和B处连接至串行互连1a，并且假设具有与输入信号生成器2的信号相同的工作频率，但是具有没有任何相互关系的任意相位和幅度。这些源与串行互连1a的连接可以通过直接连接、电容耦合器、电感耦合器或任何其它非定向信号耦合方法来完成。
另外，通过控制总线11，CTR 10可以独立地设置校准电路5的状态。各校准电路5分别在连接点A或B处连接至串行互连1a，并从该节点接收信号。校准电路5使接收信号的相位偏移并对接收信号的幅度进行缩放，并在节点A1或B1处分别输出所产生的信号。校准电路5的状态定义校准电路5所完成的相位偏移和幅度缩放的量。典型的校准电路5是可变增益放大器(VGA)与可编程相位偏移或相位旋转器电路的串行组合。
一般来说，PS/MP检测器4和CTR 10可以使用模拟、数字、混合信号电路以及可能地利用软件以各种方式实现。图2中示出优选实现，其中PS/MP检测器4具有两个模数转换器(ADC)41和数字处理器(DP)42，并且其中CTR(图1中的10)是数字控制器(DCTR)12。DP 42和DCTR 12在数字信号处理器(DSP)20上所运行的软件中实现。
两个模数转换器(ADC)41对从图1的串行互连1a的端点X和Y接收到的两个输入信号13进行数字化。在信号13的直接数字化不切实际(例如，对于所使用的ADC，信号频率太高)的情况下，在数字化之前添加下变频器(例如，混合器)(图2中未示出并假设包括在ADC模块41中)。DP 42(例如，通过傅立叶变换或类似技术)从两个数字化信号提取相位值和幅度值，并进行相位求和和幅度乘法。DCTR 12进行检测和补偿串行互连1a中的相位和幅度变化所需的顺序控制步骤和计算。接着描述这些控制步骤和计算，并且原则上对于PS/MP检测器4和CTR 10的任何其它实现、而不仅仅是对于图2中所示的示例性实现有效。
如下完成图1中的串行互连1a的相位/幅度变化的检测。CTR 10首先断开图1中的开关3，从而阻止输入信号连接到串行互连1a中。然后，CTR 10在信号源101和102断开的同时接通信号源100。PS/MP检测器4检测总相位总和PS0＝ΦX+ΦX+Φ1+Φ2以及总幅度乘积ΜΡ0＝ΜX*ΜX*α1*α2，并将这些值传递给CTR 10，该CTR 10存储这些值。针对PS0和MP0的以上等式简单地由以下事实推断出：ΦY＝ΦX+Φ1+Φ2并且ΜY＝ΜX*α1*α2。
接着，CTR 10断开信号源100，并接通信号源101。此时，假设源101的信号等同地分成在串行互连1a上沿相反方向行进的分量，PS/MP检测器4检测相位总和PS1＝ΦA+Φ1+ΦA+Φ2以及幅度乘积MP1＝ΜΑ*α1*ΜΑ*α2。这些等式由来自源101的信号的传播条件以及串行互连互逆(串行互连的任何部分上的相位和幅度变化对于两个传播方向而言是相同的)的假设推断出。再一次，PS/MP检测器4将值PS1和MP1传递给CTR 10，该CTR 10存储这些值。
基于现在可用的信息，CTR 10首先通过简单的减法和除法来计算量(PS1-PS0)＝2*(ΦΑ-ΦX)以及(MP1/MP0)＝(MA/MX)2。注意，根据这两个新等式，相对量Φ1、Φ2、α1和α2下降。考虑ΦX和MX作为相位和幅度的相应参考(例如ΦX＝0且MX＝1)，CTR 10进一步计算ΦΑ＝(1/2)*(PS1-PS0)和MA＝SQRT(MP1/MP0)，其中SQRT(x)是平方根函数。基于这些结果，CTR10还通过明显的简单公式(例如，Φ1＝ΦΑ-ΦX；Φ2＝ΦΥ-ΦΑ；α1＝MA/MX；以及α2＝MY/MA)来计算量Φ1、Φ2、α1和α2。
针对点B应用相同的处理以计算ΦB和MB，即该点的相位和幅度。为此，CTR 10断开信号源101并接通信号源102，重复关于点A的方法。一般来说，可以通过该方法来计算串行互连1a中的其它任何点的相位和幅度。在诸如相控天线阵列(参见图7)等的一些应用中，只有从一个天线元件到另一天线元件(例如从串行互连1a上的一个点到另一点)的相位和幅度的相对变化是相关的。在这些情况下，信号源100不是必需的，并且可被消除。然后，由从节点X传播到节点Y的信号所遇到的串行互连1a上的第一个点处的信号源发挥信号源100的作用。
在CTR 10根据上述方法确定了串行互连1a上的所有分配点的值ΦΑ、ΦB、MA、MB以及额外的类似量之后，CTR 10设置校准电路5的状态以使由于串行互连1a上的信号传输而在点A和B(加上图1中未示出的所有其它点)处发生的相位和幅度变化反向。期望结果是在输入信号生成器2的信号通过开关3切换到串行互连1a中的情况下，该信号同相且以相等的幅度到达点A1和B1。CRT 10利用适当值来设置校准电路5的相位和幅度偏移，其中这些适当值可以直接由ΦΑ、ΦB、MA和MB的值计算出。例如，通过在连接至点A的校准电路5中设置N*π-ΦΑ相位偏移(其中N是整数)和1/MA幅度缩放来实现点A1相对于点X的等同化。以这种方式，点A1和X处的相位和幅度变得相等。实际上必须添加N*π相位偏移，以确保具有因果系统(相位总是随时间前移)。类似地，通过在连接至点B的校准电路5中设置N*π-ΦB相位偏移和1/MB幅度缩放来实现点B1相对于点X的等同化。
该第一种方法的一个重要特性是，如先前所讨论的，除源100、101和102的工作频率以外，该第一种方法不需要匹配任何参数、信号源或其它组件。显然，相同的方法可以用于具有多于两个的点的串行互连。另外，该方法还直接应用于除以上所讨论的情况之外的情况，诸如输入信号生成器2连接至与X不同的节点的情况。在这些其它情况下，量ΦΑ、ΦB、MA、MB等的检测处理等是相同的，但校准电路5的补偿状态的计算基于不同的等式，其中这些等式由各种情况的特定传播条件得到。
用于校准串行互连的第二种方法
上述的第一种相干分配方法的限制是，在输入信号生成器2正在驱动串行互连1a时，不可能检测串行互连1a上的相位/幅度值。此外，接通信号源100、101或102中的任何一个将干扰来自输入信号生成器2的信号的传播，并且后者信号将在PS/MP检测器4的输出中产生误差。显然，这个问题是由于相同的串行互连既用于信号分配又用于感测相位/幅度值这一事实的结果。因此，如果需要重复或重新检查串行互连1a的校准，则必须通过断开开关3使生成器2从串行互连1a断开连接。在一些应用中，这是不可接受的。例如，如果串行互连1a运载实时通信网络中所使用的信号，则断开输入信号生成器2会中断通信。然而，现场操作条件可能改变串行互连1a的传输特性，从而需要重复相位/幅度校准处理。第一种方法没有提供在不停止串行互连的操作的情况下校准串行互连的可能性。
接着描述的第二种相干分配方法弥补了第一种方法的上述缺点。将借助于图3所示的系统来描述该第二种方法，但是该方法的原理比图3所示的实现更一般。第二种方法不使用单个串行互连，而是使用两个匹配串行互连：串行互连1和串行互连1a。匹配互连是指它们在串行互连1上的X到W部分以及串行互连1a上的相应X’到W’部分上各自的传播特性实际上是相同的。匹配串行互连的简单实际实现是通过低成本印刷电路板(PCB)上的匹配传输线使用被放置成彼此极为(平行)接近的对称布局来完成的。
图3中的系统与图1中的系统之间的主要区别在于感测串行互连和分配串行互连之间的间隔。串行互连1a用于利用与采用PS/MP检测器4和源100、101和102的第一种方法中所使用的相同的过程来感测点X’、A’、B’和Y’处的相位和幅度。输入信号生成器2驱动串行互连1，其中该串行互连1将来自该生成器的信号运载至串行互连1中的所有点(包括点X、A、B和W)。由于感测操作在串行互连1a上完成，因此无需开关来使输入信号生成器2从串行互连1断开连接。
从信号传输的观点来看，串行互连1a中的点X’、A’、B’和W被选择为与点X、A、B和W等效。这种选择是可能的，因为假设两个串行互连是匹配的。因此，假设生成器1和100具有相同的相位和幅度，则串行互连1a中的任何点处的相位和幅度值等于串行互连1中的等效点的相位和幅度值。由此得出，串行互连1a中所感测到的相位和幅度值可以用于校准串行互连1。通过使用与根据第一种方法所使用的过程相同的过程，利用CTR 10和校准电路5来完成实际校准。显然，图3中的系统可以每当需要时校准操作串行互连1，而不中断来自输入信号生成器2的信号流。另外，输入信号生成器2的频率在所有点X、A、B和Y处自动可用，其中这些点X、A、B和Y物理上分别与等效点X’、A’、B’和Y’接近。
用于校准串行互连的第三种方法
在上述的第一种分配方法和第二种分配方法这两者中，通过在串行互连上从各个点沿两个方向发送信号来完成串行互连上的各点的相位和幅度值的感测。如前所示，重要的是在任何点出都不存在信号反射、或者发生其它感测错误。反射创建驻波图案，其中这些驻波图案以实际上很难预测的方式改变第一种方法的描述中所给出的等式。实际可能发生有害反射的最关键点是图3系统中的端点X、W、X’和Y’。这些反射由终止串行互连的不完美匹配网络触发。由于这些匹配网络必须吸收通过串行互连传播的信号的全部功率，因此即使很小的匹配误差仍然可能产生麻烦的反射。与端点不同，图3中的中间点A、B、A’和B’不太容易产生显著的反射，这是因为耦合器可被设计成具有低耦合系数，这使得即使在存在小的不匹配的情况下也会自然地减少反射。对于第一种校准方法和第二种校准方法，可以仅通过使用极好的终止来减轻端点反射的问题。
接着描述的第三种相干分配方法扩展了第一种分配方法和第二种分配方法的概念，用于允许在串行互连的端点处发生一些反射的情况。这种方法实际上很重要，因为构建在两端具有基本上完美的匹配的串行互连(几乎零反射)比构建在两端具有良好但不完美的匹配的互连更难且更昂贵。将借助于图4所示的系统来描述该第三种方法；但是该方法的原理比图4所示的原理更一般。
图4的系统使用三个匹配的串行互连和定向耦合器而不是非定向耦合器。定向耦合器仅耦合沿特定方向传播的信号，并忽略沿相反方向传播的信号。串行互连1将输入信号生成器2的信号运载至点A和B(像之前那样，在没有任何一般性损耗的情况下仅考虑两个点)。校准电路5通过如下的定向耦合器来接收这些信号，其中该定向耦合器被布置成耦合在串行互连1上从左向右传播的任何信号。使用定向耦合器的优点在于，从端点W从右向左往回行进的任何反射被耦合器忽略(基本上衰减)并且不进入校准电路5。这基本上与在点W处具有完美终止等效。在来自点W的反射到达端点X、并且点X处的终止并不完美的情况下，来自点W的反射被反射回到从左到右的方向。理论上，这些二阶反射在系统中产生相位和幅度误差，因为它们确实进入校准电路5。然而，实际上，等到输入信号生成器2的信号通过串行互连1向前、向后并再次向前传播时，该长路径上的损耗和端点处的功率吸收(假设不完美但相当好的终止)通常使剩余的有害反射减少至无关紧要的水平。
串行互连1上的相位和幅度变化的感测与第一种方法和第二种方法一样，但是使用两个匹配的串行互连(串行互连1b和串行互连lc)和定向耦合器。串行互连1b仅在点X’和W’之间的部分从左到右运载信号，并且串行互连lc仅在点X”和W”之间的部分从右向左运载信号。点X、A、B和W的集合与点X’、A’、B’和W’的集合等效，并且也与X”、A”、B”和W”的集合等效，这是因为串行互连1、1b和1c在A到W部分、A’到W’部分以及A”到W”部分上匹配。在该实施例中，连接点X’、A’和B’以及连接点X”、A”和B”分别电连接在一起以表示节点，使得连接点X’和X”表示节点，连接点A’和A”表示另一节点，并且连接点B’和B”表示又一节点。信号源100、101和102将等同的信号注入串行互连1b和1c中。由于X到W部分、X’到W’部分以及X”到W”部分相匹配，因此可以使用在串行互连1b和1c中感测到的相位和幅度变化来校准串行互连1。与第一种分配方法和第二种分配方法相比，额外的益处是串行互连1、1b和1c中的并不过多的任何反射都不会产生实际误差。
用于校准串行互连的第四种方法
在上述的第二种相干分配方法和第三种相干分配方法中，感测与用于分配输入信号生成器2的信号的串行互连1不同的串行互连上的多个点处的相位和幅度。作为结果，串行互连1a、1b和1c上所使用的校准信号可以与串行互连1上所分配的信号不同。例如，如果输入信号生成器2的信号是带通调制信号(例如典型的通信信号)，则串行互连1a、1b和1c上的校准信号可以是单个非调制音调。该音调的频率必须使得串行互连在系统中所使用的所有频率处的传输特性(相位和幅度变化)是相同的，或者可以从在所考虑的频率集内的一个频率处有效的值推导出。通常，在音调的频率足够接近带通调制信号的频率时以及在带通调制信号的带宽在限制内时，就是这种情况。
在一些情况下，输入信号生成器2的信号也可以用作校准信号。一个简单的示例是在输入信号生成器2产生CW(连续波)信号的情况下的LO(本地振荡器)分配。在这种情况下，可以如图5所示修改第三种方法以获得第四种方法。更具体地，串行互连1和1b由串行互连1d代替，其中该串行互连1d运载输入信号生成器2的信号，并同时进行第三种方法中的串行互连1b的校准功能(参见图4)。添加开关600、601、602和信号注入电路700、701、701，以提供使用来自输入信号生成器2的信号进行校准的能力。开关600、601和602由CTR 10控制。信号注入电路700、701和701在开关600、601和602分别接通的情况下从串行互连1c上的相应点接收信号，并将这些信号注入串行互连1d中。在已知关系中，(例如，如果它们是串行互连的匹配部分，则)点X”、A”和B”处注入的信号的相位和幅度必须分别与点X、A和B处的信号的相位和幅度相关。例如，点X”、A”和B”处注入的信号可以具有与串行互连1上的点X、A和B处的信号相同的相位和幅度。用于使点X”、A”和B”处的有害反射最小化的更好选择将是注入具有减小幅度的信号。
图5所示的第四种方法的操作模仿了前述的其它方法的操作，其不同之处在于在这种情况下，代替接通/断开信号源100、101和102(参见图1、2和4)，CTR 10根据其它方法的相同方案接通/断开开关600、601和602。如果在点X”、A”和B”处注入的信号分别等同于点X、A和B处的信号，则描述第一种方法所使用的各个相位和幅度之间的关系的等式对于第四种方法也是有效的。然而，如果点X”、A”和B”处注入的信号分别与点X、A和B处的信号具有不同的关系，则描述各个相位和幅度之间的关系的等式相应地改变。在任何情况下，等式可以通过简单的初等代数来求解。
普遍化
从上述用于串行互连上的相干信号分配的四种方法开始，可以推导出其它可能性。例如，如果引入第二个串行匹配互连，则可以利用定向耦合器来应用第一种方法互连。这将与使用图5的第四种方法中的串行互连1c和1d等效，其中信号源100、101和102将等同的信号注入两个串行互连中，而不是使用开关600、601和602以及信号注入电路。700,701,701。正如第一种方法中的情况那样，这种变化不能同时进行输入信号生成器2的信号的校准和分配。
已经提到，可以利用比CW信号更复杂的信号来使用第四种方法。例如，可以利用调制带通信号来应用第四种方法。然而，在这种情况下，PS/MP检测器必须执行适当的信号处理技术，其中这些信号处理技术与使用CW信号时所应用的技术不同。类似地，其它技术也可以使用由信号源100、101和102提供的适当调制的校准信号，以减少校准处理中的噪声，从而提高校准的精度。
编程控制器
参考描绘典型实施例的图6，控制器(或处理器系统)被编程为进行所示操作以校准串行互连系统。
首先，控制器使开关断开信号源与系统的连接(如果需要的话)。在信号源断开连接的情况下，控制器使参考信号注入串行互连系统一端的第一节点中(1000)。在一些实施例中，该节点与信号源所连接至的节点相同。在参考信号正被注入第一节点中时，控制器使检测器测量注入的参考信号和串行互连系统的第二端节点处出现的信号的相位总和和幅度乘积(1010)。控制器将这些测量记录在存储器中以供在校准处理结束时使用。
在进行这些初始测量之后，控制器对沿串行互连系统的各节点进行以下操作。在信号源断开连接的情况下，控制器选择节点(1020)并使参考信号仅注入所选节点中(1030)。换句话说，没有参考信号被注入到除所选节点之外的任何节点中。在参考信号正被注入所选节点中时，控制器使检测器测量串行互连系统的第一节点处出现的信号和第二端节点处出现的信号的相位总和和幅度乘积(1040)。控制器将这些测量值记录在存储器中以供在校准处理结束时使用。
针对系统中的各节点重复该过程，直到已经针对所有节点进行并记录了测量为止(1050)。
在针对所有节点完成该过程的情况下，控制器使用针对第一节点和多个串行连接节点所测量出的相位总和和幅度乘积，并计算针对多个串行连接节点中的各串行连接节点的相位校正和幅度校正(1060)。如前所述完成该计算。
在控制器已经计算出针对所有串行连接节点的相位校正和幅度校正之后，控制器例如通过适当地并根据计算出的校正调整相位旋转器和增益放大器，来将这些校正应用于串行连接节点(1070)。
在控制器完成这组操作之后，校准串行互连。随着环境条件改变或者仅作为时间推移的结果，互连将偏离校准，并且需要重复该过程。控制器可以以某个预选延迟定期地、或者在检测到可能导致偏离校准的变化(例如温度和/或湿度变化)时触发下一校准处理(1080)。
相控阵列天线系统设计的应用
用于分配相干、相位同步和相等幅度的信号的上述方法特别应用于设计模拟和数字相控阵列天线系统。图7中示出可以应用这些概念的有源模拟相控阵列的示例。该架构与美国专利8,611,959中所描述的架构类似，上述文献通过引用而全文并入于此。
有源天线阵列包含放置在网格上的多个天线元件150，其中网格可以是线性的、平面的、或者与表面共形。天线元件的物理间隔与阵列的工作频率相关，并且通常等于发送或接收的信号的平均波长的一半。这对于阵列产生具有低旁瓣的窄束而言是必需的。由于典型的阵列具有大量元件，因此它们基本上是大型电气系统。换句话说，相对于所使用的射频(RF)波长，阵列系统的尺寸很大。
有源天线阵列还包括多个有源Tx/Rx模块234。各Tx/Rx模块234驱动天线元件150中的相应天线元件150以用于发送，并从该相应线元件150接收信号以进行接收。为此目的，各Tx/Rx模块234包含放大器、滤波器、可调相位偏移器30、可调增益级40、以及混合器70。分配/聚合网络50将IF信号分配至Tx/Rx模块234，并聚合从Tx/Rx模块234接收到的IF信号。另一分配网络(即LO分配网络60)将LO信号从LO信号源80分配至Tx/Rx模块234。各Tx/Rx模块234中的混合器7使用分配的LO信号将模拟发送IF信号上变频为RF，并且使用分配的LO信号将接收RF信号下变频为IF。观察到在所描述的实施例中，相位偏移器30(也称为相位旋转器)位于LO信号路径中。这允许更容易地设计这些组件，因为使正弦信号的相位偏移比使调制信号的相位偏移容易得多。
为了简化说明，分配/聚合网络50被示出为单个网络；而在所描述的实施例中，它实际上是两个单独的网络，一个用于将IF信号分配至Tx/Rx模块234，并且一个用于聚合从Tx/Rx模块234接收到的IF信号。类似地，也为了简化说明，Tx/Rx模块234内的发送和接收路径被示出为单个路径；而在所描述的实施例中，它们是单独的路径，一条路径用于将IF信号上变频为RF并将该RF信号传送至相应天线元件150，并且另一条路径用于将从天线元件150接收到的RF下变频为IF并将该接收IF信号传送至分配/聚合网络50中的聚合网络部分。
该阵列系统还包括基带处理器200以及具有发送侧和接收侧的IF级90。在发送期间，基带处理器200将数字信号发送至IF级90的发送侧，其中该发送侧使用数模转换器和滤波器将该信号转换为模拟IF信号，并将该模拟IF信号应用于分配/聚合网络50的Tx侧的输入，其中该输入依次将IF信号分配给所有Tx/Rx模块234。在接收期间，来自分配/聚合网络50的Rx侧的聚合接收IF信号被传送至IF级90的接收侧，其中该接收侧将接收IF信号转换为数字并将其传递给基带处理器200。
在传递通过级90的IF信号是基带信号(零IF)的情况下，IF级90和混合器70是复杂块，即它们处理同相(I)和正交(Q)信号。在本讨论中，假设了非零IF值(即，没有I/Q处理)，但讨论对于零IF情况也是有效的。
存在两个控制块，G CTR 110和ΦCTR120，用于分别且独立地设置和/或改变Tx/Rx模块234内的相位偏移器30和增益级40的设置。这通常通过数字控制总线完成。
在基带处理器200(或为简单起见未示出的一些其它数字控制器)中运行的程序驱动控制块110和120。所有天线元件的各组相位和增益值实现特定的辐射图案(诸如窄束或更复杂的形状)，并且还实现如前所述计算的校准校正。通过适当地改变这些组相位和幅度值，阵列辐射(发送和接收)被整形以实现高级功能，诸如用于跟踪可移动目标的束控制、束扫描、扇形化(改变束尺寸)等。
上述校准技术可以应用于Tx/Rx分配网络以及诸如相控阵列天线系统等中的LO分配网络。
应用于相控阵列天线系统校准
用于校准串行互连的上述方法也特别应用于相控阵列校准。在图8的图中示出该应用的示例。该图中的相位阵列系统包括基带处理器200、阵列框架201、以及连接至多个天线元件150的多个Tx/Rx模块235。Tx/Rx模块235是与图7中的块234类似的标准射频(RF)模块。阵列框架201是包含用于相控阵列的特定实现的所有必要电路的块。例如，在图7中的模拟相控阵列的情况下，阵列框架201包含网络50、网络60、LO信号源80、IF级90、以及控制块110和120。对于数字相控阵列，阵列框架201包含多个数据转换器和滤波器、采样时钟电路、数字传输电路等。这里描述的应用对于如下的任何类型的相控阵列而言是有效的：模拟、数字或混合(部分模拟和部分数字)。
一般来说，任何相控阵列的实际实现要求发送模式下从基带处理器200到天线元件150的所有信号路径以及接收模式下从天线元件150到基带处理器200的所有信号路径在传播相位偏移和幅度变化方面基本上等同。这在没有校准的情况下很难完成。根据上述方法校准的串行互连系统202可用于此目的。这在图8中示出。耦合器21将天线150耦合到串行互连系统202。后者包含校准所用的所有必要电路，如图1、3、4或5中的各示例那样。基带处理器200控制串行互连系统202，并通过控制/通信部件203来与该串行互连系统202进行通信。
为了校准相位阵列发送子系统，基带处理器200通过相控阵列将校准信号顺次地发送至所有天线元件(即，一次一个天线)，并且从串行互连系统202接收相应信号。这些信号通过耦合器21耦合到串行互连系统202中。基于基带处理器200通过该处理获得的所有相位和幅度变化值、并且由于串行互连系统被校准，因此基带处理器200可以计算通过相控阵列从基带处理器到相应天线元件的发送路径之间的相位和幅度差异。使用这些计算值，基带处理器200适当地调整各发送路径的相位和幅度以使其等同。
为了校准相位阵列接收子系统，基带处理器200通过串行互连系统202将校准信号顺次地发送至所有天线元件(即，一次一个天线)，并且通过相控阵列回收相应信号。这些信号通过耦合器21耦合到相控阵列中。基于基带处理器200通过该处理获得的所有相位和幅度变化值、并且由于串行互连系统被校准，因此基带处理器200可以计算通过相控阵列从相应天线元件到基带处理器的接收路径之间的相位和幅度差异。使用这些计算值，基带处理器200适当地调整各接收路径的相位和幅度以使它们等同。
应用于集成电路中或电路板上的时钟分配
上述用于串行互连上的信号的相干分配的方法的另一应用是用于时钟分配。在VLSI(超大规模集成)集成电路中，具有低相位误差的高速时钟分配是良好动态操作的关键促成因素之一。用于高速时钟分配的经典方法(包括时钟树和时钟脊柱)已经很好地建立，但是会遭受高功率耗散、有限的频率缩放可能性、以及长的设计周期。在诸如用于处理器阵列等的大电路板上的高速时钟分配中遇到类似的困难。
图9示出这里所描述的方法可以应用于VLSI中或板上的时钟分配的图。分配系统包括时钟生成器900、串行互连901(例如传输线)、以及多个本地时钟生成电路902。为简单起见在图9中仅示出单个本地时钟生成电路，但是多个电路902通常在各个点处连接至串行互连901。本地时钟生成电路902驱动本地负载903。来自多个电路902的各本地时钟生成电路902驱动不同的本地负载903。一般来说，以这种方式分配给负载的信号具有彼此显著不同的相位，因为系统在物理和电气特性方面是高度不对称的。这些相位值通常是不可预测的，因为串行互连901的确切传输特性是未知的，电路902的确切电气特性是未知的，并且负载的确切值是未知的。此外，这些组件的电气特性随诸如温度和湿度等的操作条件而变化。图9中的系统的其余部分根据前面描述的新方法来测量和校准负载处的分配信号的相位。
本地时钟生成电路902包含用于驱动负载903的缓冲器904、以及由中央数字控制器909经由数字总线907控制的相位偏移器905。数字控制器909可以设置相位偏移器905的状态，诸如以使通过该相位偏移器905的时钟信号的相位偏移具有足够分辨率的任意值。具有高分辨率的这种时钟信号相位偏移器在VLSI电路中是常见的，通常被实现为简单的数字反相器链(数字单位延迟)。相位偏移控制逻辑将期望数量的反相器切换到电路中或从电路中切换出，以改变通过链的总延迟并因此改变输出相位。相同的相位偏移器集成电路设计可用于实现图9中的方案，以进行板上的时钟分配。本地时钟生成电路902还包含由数字控制器909经由数字总线907控制的开关906。为简单起见，图9中未示出开关906的实际控制线。假设数字控制器909具有(例如，经由数字地址)独立控制系统中的所有相位偏移器905和开关906的能力。
图9中的系统由感测串行互连908和相位加法器910完成。假设串行互连908通过连接的距离电路902与串行互连901相匹配。例如，假设串行互连908和901在结构上相同并且彼此物理上接近(例如，在VLSI芯片内或电路板上并行运行的两条相同传输线)。系统操作如下。
首先，数字控制器将所有相位偏移器905设置为初始状态，例如零相位偏移。然后，数字控制器909在被认为是第一本地时钟生成电路902的单个本地时钟生成电路902中接通开关906(所有其它开关906断开)。作为结果，缓冲器904的输出信号被注入串行互连908中，并在两个路径上沿相反方向朝向相位加法器910传播。相位加法器910使接收相位相加，并将结果发送至用于存储结果的数字控制器909。然后，数字控制器断开第一本地时钟生成电路902的开关906，并接通被认为是第二本地时钟生成电路的另一本地时钟生成电路902的开关906。再一次，相位加法器910使新的输入相位相加，并将结果发送至数字控制器。然后重复该处理，直到所有本地时钟生成电路的开关906接通为止，并且相位加法器910使相应输入相位相加并将所有结果发送至数字控制器。在该处理结束之后，数字控制器计算各本地时钟生成电路处的使其输出相位等同所必需的相位偏移器，并相应地设置相位偏移器905的状态。
其它实施例在以上权利要求的范围内。

Claims (36)

1.一种涉及串行互连系统的方法，所述串行互连系统具有第一节点、第二节点、通过所述串行互连系统电气串行连接的多个校准节点、以及与串行连接的所述多个校准节点相对应的多个连接节点，所述多个连接节点通过所述串行互连系统电气串行连接，所述方法包括：
针对所述多个校准节点中的各校准节点，进行测量过程，所述测量过程包括：
将相应参考信号注入该校准节点中；以及
在所述相应参考信号正被注入该校准节点中的情况下，确定所述第一节点和所述第二节点处出现的信号的相位总和；
根据针对所述多个校准节点所确定的相位总和，计算针对所述多个校准节点中的各校准节点的相位校正；以及
将针对所述多个校准节点中的各校准节点所计算出的相位校正应用于相应的多个连接节点。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
将第一参考信号注入所述第一节点中；
在所述第一参考信号正被注入所述第一节点中的情况下，确定被注入所述第一节点中的该第一参考信号和所述第二节点处出现的信号的相位总和，
其中针对所述多个校准节点中的各校准节点的相位校正的计算还采用针对所述第一节点所确定的相位总和。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，针对所述多个校准节点中的各校准节点，所述测量过程还包括在所述相应参考信号正被注入该校准节点中的情况下确定所述第一节点和所述第二节点处出现的信号的幅度乘积，以及所述方法还包括：
根据针对所述多个校准节点所确定的幅度乘积，计算针对所述多个校准节点中的各校准节点的幅度校正；以及
将针对所述多个校准节点中的各校准节点所计算出的幅度校正应用于相应的多个连接节点。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，还包括：
将第一参考信号注入所述第一节点中；
在所述第一参考信号正被注入所述第一节点中的情况下，确定被注入的该第一参考信号和所述第二节点处出现的信号的相位总和和幅度乘积；
其中针对所述多个校准节点中的各校准节点的相位校正和幅度校正的计算还采用针对所述第一节点所确定的相位总和和所确定的幅度乘积。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述串行互连系统还包括用于将所述第一节点、所述多个连接节点、以及所述第二节点串行互连的第一串行互连，以及其中所述多个校准节点与所述多个连接节点相同。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述串行互连系统还包括：第一串行互连，其具有用于将所述第一节点、所述多个校准节点、以及所述第二节点串行互连的部分；以及第二串行互连，其具有用于将所述多个连接节点串行互连的部分，其中所述第一串行互连和所述第二串行互连是分开的。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一串行互连的用于将所述多个校准节点串行互连的部分和所述第二串行互连的用于将所述多个连接节点串行互连的部分是电气匹配的。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述串行互连系统还包括：第一串行互连，其具有用于将所述第二节点以及所述多个校准节点串行互连的部分；第二串行互连，其具有用于将所述第一节点以及所述多个校准节点串行互连的部分；以及第三串行互连，其具有用于将所述多个连接节点串行互连的部分。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一串行互连的用于将所述多个校准节点串行互连的部分、所述第二串行互连的用于将所述多个校准节点串行互连的部分、以及所述第三串行互连的用于将所述多个连接节点串行互连的部分是电气匹配的。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，在针对所述多个校准节点中的任一校准节点进行所述测量过程的情况下，不将其它参考信号应用于所述多个校准节点中的其它任何校准节点。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个连接节点与所述多个校准节点相同。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，针对所述多个校准节点的所述相应参考信号具有相同的频率。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述串行互连系统还包括输入节点，所述方法还包括：
将第一参考信号注入所述输入节点和所述第一节点中；
在所述第一参考信号正被注入所述输入节点和所述第一节点中的情况下，确定在所述输入节点处注入的该第一参考信号和所述第二节点处出现的信号的相位总和，
其中针对所述多个校准节点中的各校准节点的相位校正的计算还采用针对所述输入节点所确定的相位总和。
14.根据权利要求3所述的方法，其中，所述串行互连系统还包括输入节点，所述方法还包括：
将第一参考信号注入所述输入节点和所述第一节点中；
在所述第一参考信号正被注入所述输入节点和所述第一节点中的情况下，确定在所述输入节点处注入的该第一参考信号和所述第二节点处出现的信号的相位总和和幅度乘积，
其中针对所述多个校准节点中的各校准节点的相位校正和幅度校正的计算还采用针对所述输入节点所确定的相位总和和所确定的幅度乘积。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述串行互连系统包括：第一串行互连，其具有用于将所述第一节点和所述多个校准节点串行互连的部分；以及第二串行互连，其具有用于将所述输入节点和所述多个连接节点串行互连的部分。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一串行互连的用于将所述第一节点和所述多个校准节点串行互连的部分和所述第二串行互连的用于将所述输入节点和所述多个连接节点串行互连的部分是电气匹配的。
17.一种涉及串行互连系统的方法，所述串行互连系统具有第一节点、第二节点、通过所述串行互连系统电气串行连接的多个校准节点、以及与串行连接的所述多个校准节点相对应的多个连接节点，所述多个连接节点通过所述串行互连系统电气串行连接，所述方法包括：
针对所述多个校准节点中的各校准节点，进行测量过程，所述测量过程包括：
将相应参考信号注入该校准节点中，以及
在所述相应参考信号正被注入该校准节点中的情况下，确定所述第一节点和所述第二节点处出现的信号的幅度乘积；
根据针对所述多个校准节点所确定的幅度乘积，计算针对所述多个校准节点中的各校准节点的幅度校正；以及
将针对所述多个校准节点中的各校准节点所计算出的幅度校正应用于相应的多个连接节点。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，还包括：
将第一参考信号注入所述第一节点中；
在所述第一参考信号正被注入所述第一节点中的情况下，确定被注入所述第一节点中的该第一参考信号和所述第二节点处出现的信号的幅度乘积，
其中针对所述多个校准节点中的各校准节点的幅度校正的计算还采用针对所述第一节点所确定的幅度乘积。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述串行互连系统还包括输入节点，所述方法还包括：
将第一参考信号注入所述输入节点和所述第一节点中；
在所述第一参考信号正被注入所述输入节点和所述第一节点中的情况下，确定在所述输入节点处注入的该第一参考信号和所述第二节点处出现的信号的幅度乘积，
其中针对所述多个校准节点中的各校准节点的幅度校正的计算还采用针对所述输入节点所确定的幅度乘积。
20.一种设备，包括：
串行互连系统，其具有第一节点、第二节点、通过所述串行互连系统电气串行连接的多个校准节点、以及与串行连接的所述多个校准节点相对应的多个连接节点，所述多个连接节点通过所述串行互连系统电气串行连接；
相位检测器，其电气连接至所述串行互连系统的所述第一节点和所述第二节点以确定在所述第一节点和所述第二节点处感测到的信号的相位总和；
多个可切换控制信号源，各可切换控制信号源连接至所述多个校准节点中的不同的相应校准节点；以及
控制器系统，其被编程为进行以下的功能：
针对所述多个校准节点中的各校准节点，进行测量过程，所述测量过程包括：
使针对该校准节点的可切换控制信号源将相应参考信号注入该校准节点中，以及
在所述相应参考信号正被注入该校准节点中的情况下，使所述相位检测器确定所述第一节点和所述第二节点处出现的信号的相位总和；
根据针对所述多个校准节点所确定的相位总和，计算针对所述多个校准节点中的各校准节点的相位校正；以及
将针对所述多个校准节点中的各校准节点所计算出的相位校正应用于相应的多个连接节点。
21.根据权利要求20所述的设备，还包括：
第一可切换控制信号源，其连接至所述第一节点，
其中所述控制器系统还被编程为进行以下的功能：
使所述第一可切换控制信号源将第一参考信号注入所述第一节点中；
在所述第一参考信号正被注入所述第一节点中的情况下，使所述相位检测器确定被注入的该第一参考信号和所述第二节点处出现的信号的相位总和，
其中针对所述多个校准节点中的各校准节点的相位校正的计算还采用针对所述第一节点所确定的相位总和。
22.根据权利要求20所述的设备，其中，所述串行互连系统还包括用于将所述第一节点、所述多个连接节点、以及所述第二节点串行互连的第一串行互连，以及其中所述多个校准节点与所述多个连接节点相同。
23.根据权利要求20所述的设备，其中，所述串行互连系统还包括：第一串行互连，其具有用于将所述第一节点、所述多个校准节点、以及所述第二节点串行互连的部分；以及第二串行互连，其具有用于将所述多个连接节点串行互连的部分，其中所述第一串行互连和所述第二串行互连是分开的。
24.根据权利要求23所述的设备，其中，所述第一串行互连的用于将所述多个校准节点串行互连的部分和所述第二串行互连的用于将所述多个连接节点串行互连的部分是电气匹配的。
25.根据权利要求20所述的设备，其中，所述串行互连系统还包括：第一串行互连，其具有用于将所述第二节点以及所述多个校准节点串行互连的部分；第二串行互连，其具有用于将所述第二节点以及所述多个校准节点串行互连的部分；以及第三串行互连，其具有用于将所述多个连接节点串行互连的部分。
26.根据权利要求25所述的设备，其中，所述第一串行互连的用于将所述多个校准节点串行互连的部分、所述第二串行互连的用于将所述多个校准节点串行互连的部分、以及所述第三串行互连的用于将所述多个连接节点串行互连的部分是电气匹配的。
27.根据权利要求20所述的设备，其中，所述控制器系统还被编程为使针对所述多个校准节点的可切换控制信号源一次仅一个地将相应参考信号注入所述多个校准节点中。
28.根据权利要求20所述的设备，其中，针对所述多个校准节点的所述相应参考信号具有相同的频率。
29.一种设备，包括：
串行互连系统，其具有第一节点、第二节点、通过所述串行互连系统电气串行连接的多个校准节点、以及与串行连接的所述多个校准节点相对应的多个连接节点，所述多个连接节点还通过所述串行互连系统电气串行连接；
相位检测器，其电气连接至所述串行互连系统的所述第一节点和所述第二节点以确定在所述第一节点和所述第二节点处感测到的信号的相位总和；
多个开关，用于将所述多个连接节点中的各连接节点可切换地电气连接至所述多个校准节点中的不同的相应校准节点；
控制器系统，其被编程为进行以下的功能：
针对所述多个校准节点中的各校准节点，进行测量过程，所述测量过程包括：
使针对该校准节点的开关将相应参考信号从相应连接节点注入该校准节点中，以及
在所述相应参考信号正被注入该校准节点中的情况下，使所述相位检测器确定所述第一节点和所述第二节点处出现的信号的相位总和；
根据针对所述多个校准节点所测量出的相位总和，计算针对所述多个校准节点中的各校准节点的相位校正；以及
将针对所述多个校准节点中的各校准节点所计算出的相位校正应用于相应的多个连接节点。
30.根据权利要求29所述的设备，其中，所述串行互连系统还包括输入节点，所述设备还包括电气连接至所述输入节点的信号源。
31.根据权利要求30所述的设备，还包括用于将所述输入节点可切换地电气连接至所述第一节点的第一开关，以及其中所述控制器系统还被编程为进行以下的功能：
使所述第一开关将信号从所述输入节点注入所述第一节点中；
在所述信号从所述输入节点正被注入所述第一节点中的情况下，使所述相位检测器确定从所述输入节点注入所述第一节点的该信号和所述第二节点处出现的信号的相位总和，
其中针对所述多个校准节点中的各校准节点的相位校正的计算还采用针对所述输入节点所确定的相位总和。
32.一种设备，包括：
串行互连系统，其具有第一节点、第二节点、通过所述串行互连系统电气串行连接的多个校准节点、以及与串行连接的所述多个校准节点相对应的多个连接节点，所述多个连接节点通过所述串行互连系统电气串行连接；
幅度检测器，其电气连接至所述串行互连系统的所述第一节点和所述第二节点以确定在所述第一节点和所述第二节点处感测到的信号的幅度乘积；
多个可切换控制信号源，各可切换控制信号源连接至所述多个校准节点中的不同的相应校准节点；以及
控制器系统，其被编程为进行以下的功能：
针对所述多个校准节点中的各校准节点，进行测量过程，所述测量过程包括：
使针对该校准节点的可切换控制信号源将相应参考信号注入该校准节点中，以及
在所述相应参考信号正被注入该校准节点中的情况下，使所述幅度检测器确定所述第一节点和所述第二节点处出现的信号的幅度乘积；
根据针对所述多个校准节点所确定的幅度乘积，计算针对所述多个校准节点中的各校准节点的幅度校正；以及
将针对所述多个校准节点中的各校准节点所计算出的幅度校正应用于相应的多个连接节点。
33.根据权利要求32所述的设备，还包括：
第一可切换控制信号源，其连接至所述第一节点，
其中所述控制器系统还被编程为进行以下的功能：
使所述第一可切换控制信号源将第一参考信号注入所述第一节点中；
在所述第一参考信号正被注入所述第一节点中的情况下，使所述幅度检测器确定被注入的该第一参考信号和所述第二节点处出现的信号的幅度乘积，
其中针对所述多个校准节点中的各校准节点的幅度校正的计算还采用针对所述第一节点所确定的幅度乘积。
34.一种设备，包括：
串行互连系统，其具有第一节点、第二节点、通过所述串行互连系统电气串行连接的多个校准节点、以及与串行连接的所述多个校准节点相对应的多个连接节点，所述多个连接节点还通过所述串行互连系统电气串行连接；
幅度检测器，其电气连接至所述串行互连系统的所述第一节点和所述第二节点以确定在所述第一节点和所述第二节点处感测到的信号的幅度乘积；
多个开关，用于将所述多个连接节点中的各连接节点可切换地电气连接至所述多个校准节点中的不同的相应校准节点；
控制器系统，其被编程为进行以下的功能：
针对所述多个校准节点中的各校准节点，进行测量过程，所述测量过程包括：
使针对该校准节点的开关将相应参考信号从相应连接节点注入该校准节点中，以及
在所述相应参考信号正被注入该校准节点中的情况下，使所述幅度检测器确定所述第一节点和所述第二节点处出现的信号的幅度乘积；
根据针对所述多个校准节点所测量出的幅度乘积，计算针对所述多个校准节点中的各校准节点的幅度校正；以及
将针对所述多个校准节点中的各校准节点所计算出的幅度校正应用于相应的多个连接节点。
35.根据权利要求34所述的设备，其中，所述串行互连系统还包括输入节点，所述设备还包括电气连接至所述输入节点的信号源。
36.根据权利要求34所述的设备，还包括用于将所述输入节点可切换地电气连接至所述第一节点的第一开关，以及其中所述控制器系统还被编程为进行以下的功能：
使所述第一开关将信号从所述输入节点注入所述第一节点中；
在所述信号从所述输入节点正被注入所述第一节点中的情况下，使所述幅度检测器确定从所述输入节点注入所述第一节点的该信号和所述第二节点处出现的信号的幅度乘积，
其中针对所述多个校准节点中的各校准节点的幅度校正的计算还采用针对所述输入节点所确定的幅度乘积。
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