CN113411114B - 一种用于实现超高频通讯信号增强的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于实现超高频通讯信号增强系统及方法，涉及信号传输技术领域，该系统包括数据处理装置、信号重构装置和数据校验装置；信号重构装置包括接收均衡控制模块、增益控制模块、振幅控制模块和信号校验控制模块，采用该系统不仅增强PCIE/USB接口的高速信号传输能力，提高了传输距离，而且还提供对信号质量较差的主从器件的信号缺陷修复弥补功能；通过采用数字与模拟信号相结合的修正方式，数字信号采用并发校验码计算方式，计算结果同步采用串行接口传输，模拟信号采用运放电路及滤波电路设计改善信号传输质量，以数字信号的参数设置和校验码来调整模拟信号的幅度及误差，提升数据传输在两个通道上的稳定性和准确性。

Description

一种用于实现超高频通讯信号增强的系统及方法

技术领域

本发明涉及数据传输技术领域，尤其涉及一种用于实现超高频通讯信号增强的系统及方法。

背景技术

目前在高速信号传输中都有对传输距离的限制，由于在主流PCIE3.0的传输领域，只有在特殊的电路板材料、发射器去强调、接受器等化及频率数据回复(CDR)等技术解决讯号完整性问题，常用的信号补偿机制有Retimer和Redriver的方式。一般的PCIE接口上，无论是PCIE的root Complet端，还是PCIE的Endpoint端都是由PMA和PCS两部分构成。

PMA子层内部集成了高速串并转换电路，预加重电路、接收均衡电路、时钟发生电路和时钟恢复电路。预加重电路是对物理连接系统中的高频部分进行补偿，在发送端增加一个高通滤波器来放大信号中的高频分量进而提高信号质量。接收均衡电路主要用来补偿由频率不同引起的阻抗差异。时钟发生电路与时钟恢复电路在发送端把时钟和数据绑定后发送，在接收端再从接收到的数据流中恢复出时钟，这样可以有效地避免在高速串行传输的条件下时钟与数据分开传输带来的时钟抖动问题。

PCS子层内部集成了128B/130B编/解码电路、弹性缓冲电路、通道绑定电路和时钟修正电路。128B/130B编/解码电路可以有效的避免数据流中出现连续的‘0’或者‘1’，以保证数据传输的平衡性。通道绑定电路的作用是通过在发送数据流中加入K码字符，把多个物理上独立的MGT通道绑定成一个时序逻辑上同步的并行通道进而提高传输的吞吐率。弹性缓冲电路用来解决恢复的时钟与本地时钟不一致的问题并可以通过对缓冲区中的K码进行匹配对齐来实现通道绑定功能。

随着大数据时代来临，数据传输速率日益加强，各种高速接口协议速度不断提升，在AI及5G大量数据传输需求下，稳定的信号正确传输日趋重要，高速信号的传输受到了传输距离的影响，导致快速传输时产生了错误及信号变差的现象越来越明显，PCIe 3.0在无任何信号重建器件的保护下信号仅能传输约30cm，因此亟待找到一种用于实现超高频通讯信号增强的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于实现超高频通讯信号增强的系统及方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于实现超高频通讯信号增强的系统，包括数据处理装置、信号重构装置和数据校验装置；所述数据处理装置用于获取来自PCIE的root Complet端或Endpoint端的原始数据，并采用并发式校验码处理过程将原始数据分成数字信号和模拟信号；所述信号重构装置用于将模拟信号依次进行均衡控制机制、增益控制机制、振幅调整机制和校验码控制机制以实现信号增强过程，并将增强后的数字信号传递给所述数据校验装置；所述数字信号通过I2C接口传输给所述数据校验装置；所述数据校验装置用于接收经过信号增强过程后的模拟信号，并采用接收到的校验码对该数字信号进行校验纠正，得到信号增强后的原始数据。

优选的，所述数信号重构装置包括接收均衡控制模块、增益控制模块、振幅控制模块和信号校验控制模块，所述接收均衡控制模块采用三阶自动判定反馈均衡设计，在反馈环路中使用非线性元器件，对不同PCIE频率的模拟信号进行接收均衡控制，且采用不同参数控制实现不同的接收均衡处理；

所述增益控制模块用于在一定的接收均衡调节范围内进行幅值的定点控制，以供采用接收均衡调节范围内多个控制档位来配合接收均衡控制后的信号；所述振幅控制模块用于控制位于电压控制区间内的电压控制档位，实现控制峰峰值的控制过程；

所述信号校验控制模块用于实现采用单包写模式设置数字信号的模拟参数，使得数字信号完成接收均衡控制、增益控制和振幅控制过程；同时采用多包读写的START和STOP信号作为模拟信号的起始和结束，实现数字信号和模拟信号双通道数据同步传输过程。

优选的，所述信号校验控制模块中采用多包读写的START和STOP信号作为模拟信号的起始和结束，实现数字信号和模拟信号双通道数据同步传输过程具体为：

1)判断是否有START信号，若有，则进入步骤2)，进行Address的匹配测试；

2)若Address的值为0x01时，则选择rootComplet，进入步骤3)；若Address的值为0x02时就选择Endpoint，进入步骤5)；

3)判断SLAVE是否空闲，若是，则直接向所述slave发送数据，否则，等待所述slave空闲时再继续向所述slave发送数据；

4)判断所述信号校验控制模块中是否有STOP信号，当检测到stop信号时，则同时结束模拟信号和数字信号的传输；

5)slave接收数据，当接收到stop信号时，判断接收到的数据是否完整，若不完整，则准备出错处理，该slave标记为空闲，回到步骤1)；若接收到的数据完整，则解析该数据，并进入数据处理程序并进入步骤6)；

6)数据处理过程中，判断应答数据是否准备好，若已准备好应答数据，则该slave标记为空闲，回到步骤1)；否则该slave标记为忙，回到步骤5),再次进行数据解析过程。

本发明的另一个目的在于提供了一种用于实现超高频通讯信号增强的方法，包括以下步骤：

S1,采用数据处理装置获取来自root Complet端或Endpoint端的原始数据，并采用并发式校验码处理过程获取得到数字信号和模拟信号；

S2，将模拟信号分别通过接收均衡控制机制、增益控制机制、振幅调整机制进行模拟信号增强处理；

S3，增强数字信号通过I2C协议进行校验码传输，并采用Start/Stop信号与经过信号增强处理之后的模拟信号通过校验码控制机制实现同步校验过程，最后将同步之后的数据传给数据校验装置。

优选的，步骤S2中采用的接收均衡控制机制采用三阶自动判定反馈均衡设计，在反馈环路中使用非线性元器件，使得噪声的放大程度达到最小，补偿码间干扰，对不同PCIE频率的模拟信号进行接收均衡控制，且采用不同参数控制实现不同的接收均衡处理。

优选的，步骤S2中采用的增益控制机制采用在-3.5dB到1dB接收均衡调节范围内进行幅值的定点控制，以供采用-3.5dB/-2dB/-0.5dB/1Db四个档位来配合接收均衡控制后的信号；所述振幅控制机制则是通过控制位于900Mv～1200mV电压控制区间内的电压控制档位900mV/1000mV/1100mV/1200mV，实现控制峰峰值的控制过程。

优选的，步骤S3中的校验码控制机制具体包括：

采用多包读写的START和STOP信号作为模拟信号的起始和结束，实现数字信号和模拟信号双通道数据同步传输过程，具体为：

1)判断是否有START信号，若有，则进入步骤2)，进行Address的匹配测试；

2)若Address的值为0x01时，则选择root Complet，进入步骤3)；若Address的值为0x02时就选择Endpoint，进入步骤5)；

3)判断SLAVE是否空闲，若是，则直接向所述slave发送数据，否则，等待所述slave空闲时再继续向所述slave发送数据；

4)判断所述信号校验控制模块中是否有STOP信号，当检测到stop信号时，则同时结束模拟信号和数字信号的传输；

5)slave接收数据，当接收到stop信号时，判断接收到的数据是否完整，若不完整，则准备出错处理，该slave标记为空闲，回到步骤1)；若接收到的数据完整，则解析该数据，并进入数据处理程序并进入步骤6)；

6)数据处理过程中，判断应答数据是否准备好，若已准备好应答数据，则该slave标记为空闲，回到步骤1)；否则该slave标记为忙，回到步骤5),再次进行数据解析过程。

本发明的有益效果是：

本发明公开了一种用于实现超高频通讯信号增强的系统及方法，本方法使用双通道传输机制，采用数字信号通道与模拟信号通道并行传输模式，构建信号增强的保障体系；其中，数字信号通道负责计算校验码并确定控制机制的参数信息，同时实现传输校验码和控制信息，校验码的计算采用原始数据的并发编码的方式实现；模拟信号通道主要传输差分信号，并通过数字信号通道的参数设置和校验码验证数据正确性，完成对信号接收端的均衡调节、实现信号增益幅度控制、最终保证信号振幅误差调节并结合验证码的校验过程确保数据一致性。

该方法不仅增强PCIE/USB接口的高速信号传输能力，提高了传输距离，而且还提供对信号质量较差的主从器件的信号缺陷修复弥补功能，本发明采用数字与模拟信号相结合的修正方式，数字信号采用并发校验码计算方式，计算结果同步采用串行接口传输，模拟信号采用运放电路及滤波电路设计改善信号传输质量，以数字信号的参数设置和校验码来调整模拟信号的幅度及误差，提升数据传输在两个通道上的稳定性和准确性。

附图说明

图1是实施例1中提供的用于实现超高频通讯信号增强的系统原理图；

图2是实施例2中提供的用于实现超高频通讯信号增强的方法中命令控制和验证码流时序串；

图3是实施例2中用于实现超高频通讯信号增强的方法中校验码传输控制流程示意图；

图4是实施例2中用于实现超高频通讯信号增强的方法中校验码产生流程原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例提供了一种用于实现超高频通讯信号增强的系统，如图1所示，包括数据处理装置、信号重构装置和数据校验装置；所述数据处理装置用于获取来自PCIE的rootComplet端或Endpoint端的原始数据，并采用并发式校验码处理过程将原始数据分成数字信号和模拟信号；所述信号重构装置用于将模拟信号依次进行均衡控制机制、增益控制机制、振幅调整机制和校验码控制机制以实现信号增强过程，并将增强后的数字信号传递给所述数据校验装置；所述数字信号通过I2C接口传输给所述数据校验装置；所述数据校验装置用于接收经过信号增强过程后的模拟信号，并采用接收到的校验码对该数字信号进行校验纠正，得到信号增强后的原始数据。

本实施例中的所述数信号重构装置包括接收均衡控制模块、增益控制模块、振幅控制模块和信号校验控制模块，所述接收均衡控制模块采用三阶自动判定反馈均衡设计，在反馈环路中使用非线性元器件，对不同PCIE频率的模拟信号进行接收均衡控制，且采用不同参数控制实现不同的接收均衡处理；

所述增益控制模块用于在一定的接收均衡调节范围内进行幅值的定点控制，以供采用接收均衡调节范围内多个控制档位来配合接收均衡控制后的信号；所述振幅控制模块用于控制位于电压控制区间内的电压控制档位，实现控制峰峰值的控制过程；

所述信号校验控制模块用于实现采用单包写模式设置数字信号的模拟参数，使得数字信号完成接收均衡控制、增益控制和振幅控制过程；同时采用多包读写的START和STOP信号作为模拟信号的起始和结束，实现数字信号和模拟信号双通道数据同步传输过程，过程如图2所示。

本实施例中的所述信号校验控制模块中采用多包读写的START和STOP信号作为模拟信号的起始和结束，实现数字信号和模拟信号双通道数据同步传输过程具体为：

1)判断是否有START信号，若有，则进入步骤2)，进行Address的匹配测试；

2)若Address的值为0x01时，则选择root Complet，进入步骤3)；若Address的值为0x02时就选择Endpoint，进入步骤5)；

3)判断SLAVE是否空闲，若是，则直接向所述slave发送数据，否则，等待所述slave空闲时再继续向所述slave发送数据；

4)判断所述信号校验控制模块中是否有STOP信号，当检测到stop信号时，则同时结束模拟信号和数字信号的传输；

5)slave接收数据，当接收到stop信号时，判断接收到的数据是否完整，若不完整，则准备出错处理，该slave标记为空闲，回到步骤1)；若接收到的数据完整，则解析该数据，并进入数据处理程序并进入步骤6)；

6)数据处理过程中，判断应答数据是否准备好，若已准备好应答数据，则该slave标记为空闲，回到步骤1)；否则该slave标记为忙，回到步骤5),再次进行数据解析过程。

实施例2

本实施例提供了一种用于实现超高频通讯信号增强的方法，采用实施例1中记载的系统，包括以下步骤：

S1,采用数据处理装置获取来自root Complet端或Endpoint端的原始数据，并采用并发式校验码处理过程获取得到数字信号和模拟信号；

S2，将模拟信号分别通过接收均衡控制机制、增益控制机制、振幅调整机制进行模拟信号增强处理；

S3，增强数字信号通过I2C协议进行校验码传输，并采用Start/Stop信号与经过信号增强处理之后的模拟信号通过校验码控制机制实现同步校验过程，最后将同步之后的数据传给数据校验装置。

本实施例中，步骤S2中采用的接收均衡控制机制采用三阶自动判定反馈均衡设计，在反馈环路中使用非线性元器件，使得噪声的放大程度达到最小，补偿码间干扰，对不同PCIE频率的模拟信号进行接收均衡控制，且采用不同参数控制实现不同的接收均衡处理。

本实施例中步骤S2中采用的增益控制机制采用在-3.5dB到1dB接收均衡调节范围内进行幅值的定点控制，以供采用-3.5dB/-2dB/-0.5dB/1Db四个档位来配合接收均衡控制后的信号；所述振幅控制机制则是通过控制位于900Mv～1200mV电压控制区间内的电压控制档位900mV/1000mV/1100mV/1200mV，实现控制峰峰值的控制过程。

本实施例中步骤S3中的校验码控制机制具体包括：

采用多包读写的START和STOP信号作为模拟信号的起始和结束，实现数字信号和模拟信号双通道数据同步传输过程，如图3所示，具体为：

1)判断是否有START信号，若有，则进入步骤2)，进行Address的匹配测试；

2)若Address的值为0x01时，则选择root Complet，进入步骤3)；若Address的值为0x02时就选择Endpoint，进入步骤5)；

3)判断SLAVE是否空闲，若是，则直接向所述slave发送数据，否则，等待所述slave空闲时再继续向所述slave发送数据；

4)判断所述信号校验控制模块中是否有STOP信号，当检测到stop信号时，则同时结束模拟信号和数字信号的传输；

5)slave接收数据，当接收到stop信号时，判断接收到的数据是否完整，若不完整，则准备出错处理，该slave标记为空闲，回到步骤1)；若接收到的数据完整，则解析该数据，并进入数据处理程序并进入步骤6)；

6)数据处理过程中，判断应答数据是否准备好，若已准备好应答数据，则该slave标记为空闲，回到步骤1)；否则该slave标记为忙，回到步骤5),再次进行数据解析过程。

本实施例中的校验码产生过程如图4所示，其中m为本原多项式的最高次幂，若使用1KB的数据作为信息数据，m＝14，t为纠正校验的最大能力，此处最大为t＝60bit，P的单位为1bit，所以需要使用mt个P作为纠正校验码。D表示1KB数据源的输入部分，D₀-D₇表示一次输入的8bit的数据源。b₁…b_mt-1为基于本源多项式构造的生成多项式前的系数，此多项式中系数的有无表示其启动运算还是停止运算。如果存在此系数表示启动运算，不存在对应的幂次的系数表示停止运算。从图中可以看到D₀通过生成多项式b₁…b_mt-1与纠正校验码(初始为0)进行模2加运算后的值作为D1的纠正校验码的输入，依次类推，完成整个8bit的编码操作。每个周期可以完成8bit的数据编码，并且更新mt个纠正校验码的值。

通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：

本发明公开了一种用于实现超高频通讯信号增强的系统及方法，本方法使用双通道传输机制，采用数字信号通道与模拟信号通道并行传输模式，构建信号增强的保障体系；其中，数字信号通道负责计算校验码并确定控制机制的参数信息，同时实现传输校验码和控制信息，校验码的计算采用原始数据的并发编码的方式实现；模拟信号通道主要传输差分信号，并通过数字信号通道的参数设置和校验码验证数据正确性，完成对信号接收端的均衡调节、实现信号增益幅度控制、最终保证信号振幅误差调节并结合验证码的校验过程确保数据一致性。

该方法不仅增强PCIE/USB接口的高速信号传输能力，提高了传输距离，而且还提供对信号质量较差的主从器件的信号缺陷修复弥补功能，本发明采用数字与模拟信号相结合的修正方式，数字信号采用并发校验码计算方式，计算结果同步采用串行接口传输，模拟信号采用运放电路及滤波电路设计改善信号传输质量，以数字信号的参数设置和校验码来调整模拟信号的幅度及误差，提升数据传输在两个通道上的稳定性和准确性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于实现超高频通讯信号增强的系统，其特征在于，包括数据处理装置、信号重构装置和数据校验装置；所述数据处理装置用于获取来自PCIE的root Complet端或Endpoint端的原始数据，并采用并发式校验码处理过程将原始数据分成数字信号和模拟信号；所述信号重构装置用于将模拟信号依次进行均衡控制机制、增益控制机制、振幅调整机制和校验码控制机制以实现信号增强过程，并将增强后的模拟信号传递给所述数据校验装置；所述数字信号通过I2C接口传输给所述数据校验装置；所述数据校验装置用于接收经过信号增强过程后的模拟信号，并采用接收到的校验码对该数字信号进行校验纠正，得到信号增强后的原始数据；

所述信号重构装置包括接收均衡控制模块、增益控制模块、振幅控制模块和信号校验控制模块，所述接收均衡控制模块采用三阶自动判定反馈均衡设计，在反馈环路中使用非线性元器件，对不同PCIE频率的模拟信号进行接收均衡控制，且采用不同参数控制实现不同的接收均衡处理；

所述增益控制模块用于在一定的接收均衡调节范围内进行幅值的定点控制，以供采用接收均衡调节范围内多个控制档位来配合接收均衡控制后的信号；所述振幅控制模块用于控制位于电压控制区间内的电压控制档位，实现控制峰峰值的控制过程；

所述信号校验控制模块用于实现采用单包写模式设置数字信号的模拟参数，使得数字信号完成接收均衡控制、增益控制和振幅控制过程；同时采用多包读写的START和STOP信号作为模拟信号的起始和结束，实现数字信号和模拟信号双通道数据同步传输过程；

所述信号校验控制模块中采用多包读写的START和STOP信号作为模拟信号的起始和结束，实现数字信号和模拟信号双通道数据同步传输过程具体为：

1)判断是否有START信号，若有，则进入步骤2)，进行Address的匹配测试；

2)若Address的值为0x01时，则选择root Complet，进入步骤3)；若Address的值为0x02时就选择Endpoint，进入步骤5)；

3)判断slave是否空闲，若是，则直接向所述slave发送数据，否则，等待所述slave空闲时再继续向所述slave发送数据；

4)判断所述信号校验控制模块中是否有STOP信号，当检测到STOP信号时，则同时结束模拟信号和数字信号的传输；

5)slave接收数据，当接收到STOP信号时，判断接收到的数据是否完整，若不完整，则准备出错处理，该slave标记为空闲，回到步骤1)；若接收到的数据完整，则解析该数据，并进入数据处理程序并进入步骤6)；

6)数据处理过程中，判断应答数据是否准备好，若已准备好应答数据，则该slave标记为空闲，回到步骤1)；否则该slave标记为忙，回到步骤5),再次进行数据解析过程。

2.一种用于实现超高频通讯信号增强的方法，基于权利要求1所述的用于实现超高频通讯信号增强的系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1,采用数据处理装置获取来自root Complet端或Endpoint端的原始数据，并采用并发式校验码处理过程获取得到数字信号和模拟信号；

S2，将模拟信号分别通过接收均衡控制机制、增益控制机制、振幅调整机制进行模拟信号增强处理；

S3，数字信号通过I2C协议进行校验码传输，并采用START/STOP信号与经过信号增强处理之后的模拟信号通过校验码控制机制实现同步校验过程，最后将同步之后的数据传给数据校验装置；

步骤S3中的校验码控制机制具体包括：

采用多包读写的START和STOP信号作为模拟信号的起始和结束，实现数字信号和模拟信号双通道数据同步传输过程，具体为：

1)判断是否有START信号，若有，则进入步骤2)，进行Address的匹配测试；

2)若Address的值为0x01时，则选择root Complet，进入步骤3)；若Address的值为0x02时就选择Endpoint，进入步骤5)；

3)判断slave是否空闲，若是，则直接向所述slave发送数据，否则，等待所述slave空闲时再继续向所述slave发送数据；

4)判断信号校验控制模块中是否有STOP信号，当检测到STOP信号时，则同时结束模拟信号和数字信号的传输；

5)slave接收数据，当接收到STOP信号时，判断接收到的数据是否完整，若不完整，则准备出错处理，该slave标记为空闲，回到步骤1)；若接收到的数据完整，则解析该数据，并进入数据处理程序并进入步骤6)；

6)数据处理过程中，判断应答数据是否准备好，若已准备好应答数据，则该slave标记为空闲，回到步骤1)；否则该slave标记为忙，回到步骤5),再次进行数据解析过程。

3.根据权利要求2所述的用于实现超高频通讯信号增强的方法，其特征在于，步骤S2中采用的接收均衡控制机制采用三阶自动判定反馈均衡设计，在反馈环路中使用非线性元器件，使得噪声的放大程度达到最小，补偿码间干扰，对不同PCIE频率的模拟信号进行接收均衡控制，且采用不同参数控制实现不同的接收均衡处理。

4.根据权利要求2所述的用于实现超高频通讯信号增强的方法，其特征在于，步骤S2中采用的增益控制机制采用在-3.5dB到1dB接收均衡调节范围内进行幅值的定点控制，以供采用-3.5dB/-2dB/-0.5dB/1Db四个档位来配合接收均衡控制后的信号；所述振幅调整机制则是通过控制位于900Mv～1200mV电压控制区间内的电压控制档位900mV/1000mV/1100mV/1200mV，实现控制峰峰值的控制过程。

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