CN114503521B - 使用复合滤波器消除因偏斜和信道不对称造成的信道损伤 - Google Patents
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Abstract
在一个实施例中，传输系统包括发射器、接收器和可在发射器和接收器之一处操作以消除信道损伤的滤波器。滤波器可根据高斯函数和余弦函数倒数之和进行操作，其中，高斯函数和余弦函数倒数包括可调谐参数以解决偏斜和信道不对称。
Description
技术领域
本公开总体上涉及通信网络，并且更具体地涉及消除信道损伤。
背景技术
信道损伤可能会导致差分信号的信道响应出现伪影，尤其是充当传递函数的信道插入损耗，该传递函数是信道对通过它的信号在频率方面的行为方式。随着速度的增加，信道中的小损伤可能会导致响应敏感，并且对链路的损耗裕度影响可能会迅速上升，从而影响链路性能。
附图说明
图1是根据一个实施例的包括用于消除信道损伤的滤波器的传输系统的简化示意图。
图2示出了具有和不具有图1的滤波器的信道响应的示例。
图3A示出了印刷电路板中的带状线传输线中的时间延迟P/N偏斜的示例，显示了可以由图1的传输系统中的滤波器消除的一种类型的信道损伤。
图3B示出了印刷电路板中的微带传输线中的上升时间P/N偏斜的示例，显示了可以由图1的传输系统中的滤波器消除的另一种类型的信道损伤。
图3C示出了电缆中的幅度偏斜的示例，显示了可以由图1的传输系统中的滤波器消除的另一种类型的信道损伤。
图4A示出了具有和不具有图1的滤波器的带状线传输线中的插入损耗的示例。
图4B示出了具有和不具有图1的滤波器的带状线传输线中的示例冲激响应。
图5A示出了针对带状线情况的不具有滤波器的均衡和非均衡冲激响应。
图5B示出了针对带状线情况的具有滤波器的均衡和非均衡冲激响应。
图6A示出了具有和不具有滤波器的微带传输线中的插入损耗的示例。
图6B示出了具有和不具有图1的滤波器的微带传输线中的示例冲激响应。
图7A示出了不具有滤波器的具有图6A和6B中所示的偏斜模拟的微带的均衡。
图7B示出了具有图1的滤波器的具有图6A和6B中所示的偏斜模拟的微带的均衡。
图8A示出了可用于调谐图1的滤波器的冲激响应的示例。
图8B示出了模拟信道插入损耗与从图8A的冲激响应重构的信道插入损耗的比较结果。
图9A示出了根据一个实施例的用于识别可调谐参数值的对应于图8B的插入损耗的插入损耗偏差的示例。
图9B示出了根据一个实施例的用于识别可调谐参数值的不具有滤波器的对应于图6A的插入损耗的插入损耗偏差的示例。
图10A是示出根据一个实施例的利用在接收器处实现的滤波器来消除信道损伤的过程的示例的流程图。
图10B是示出根据一个实施例的利用在发射器处实现的滤波器来消除信道损伤的过程的示例的流程图。
图11描绘了用于实现本文描述的实施例的网络设备的示例。
对应的附图标记在附图的几个视图中指示对应的部分。
具体实施方式
概述
本发明的各方面在独立权利要求中阐述并且优选特征在从属权利要求中阐述。一个方面的特征可以单独或与其他方面结合应用于每个方面。
在一个实施例中，一种传输系统总体包括发射器、接收器和能够在所述发射器和所述接收器之一处操作以消除信道损伤的滤波器。所述滤波器能够根据高斯函数和余弦函数倒数之和进行操作，其中，所述高斯函数和所述余弦函数倒数包括可调谐参数以解决偏斜和信道不对称。
在一个或多个实施例中，所述偏斜包括时间延迟偏斜、上升和下降时间偏斜以及幅度偏斜。
在一个或多个实施例中，所述滤波器包括具有用于均衡的整形的带通滤波器。
在一个或多个实施例中，所述可调谐参数包括频率、高斯变量、标准偏差变量和偏斜变量。
在一个或多个实施例中，所述可调谐参数中的至少一些是基于所述接收器处的冲激响应来定义的。
在一个或多个实施例中，所述滤波器在所述接收器处操作。
在一个或多个实施例中，所述滤波器在所述发射器处操作。
在一个或多个实施例中，所述传输系统在脉冲幅度调制串行器/解串行器中操作，并且所述传输系统还包括连续时间线性均衡器。
在另一个实施例中，一种方法总体包括：在接收器处接收来自发射器的传输信号；用复合高斯和余弦倒数滤波器对数据进行滤波以消除信道损伤；和调谐所述复合高斯和余弦倒数滤波器的可调谐参数，以解决偏斜。
在又一个实施例中，一种方法总体包括：在发射器处接收传输数据；用复合高斯和余弦倒数滤波器对所述传输数据进行滤波以消除信道损伤；调谐所述复合高斯和余弦倒数滤波器的可调谐参数，以解决偏斜；产生传输信号；和将所述传输信号传输至接收器。
可以通过参考说明书的其余部分和附图来实现对本文描述的实施例的特征和优点的进一步理解。
示例实施例
呈现以下描述以使本领域普通技术人员能够制作和使用实施例。具体实施例和应用的描述仅作为示例提供，并且各种修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的。在不脱离实施例的范围的情况下，本文描述的一般原理可以应用于其他应用。因此，实施例不限于所示的那些，而是要符合与本文描述的原理和特征一致的最宽范围。为了清楚起见，没有详细描述与实施例相关的技术领域中已知的技术材料相关的细节。
信道损伤可能会导致差分信号的信道响应出现伪影，尤其是充当传递函数的信道插入损耗，该传递函数是信道对通过它的信号在频率方面的行为方式。诸如偏斜之类的影响会随着偏斜的增加而导致信道损耗增加。也可以从传输线中差分对的P(正迹线)和N(负迹线)信号之间的任何不对称中看出周期性负载效应。由于信道损伤导致的周期性负载效应也被证明会影响插入损耗。其他反射和信道损伤会在信道中产生插入损耗偏差，这可能导致眼图闭合高度(眼图的垂直张开)和宽度(眼图的水平张开)。随着数据速率的不断提高，信道中的小损伤会导致响应敏感，因此对链路的眼图和裕度影响也会增加。例如，随着不对称性的增加，眼高闭合得非常快。由高偏斜产生的不对称对冲激响应的宽度和高度有影响，因此对信道的传递函数有影响。许多这些影响是由印刷电路板材料和电缆结构的各向异性造成的，并且可能是随机的和不受控制的，因此难以对物理布局的应用进行校正。
偏斜的增加导致在各种数据速率下的插入损耗增加并且还影响模式转换。因此，不对称与损耗和模式转换有关。有了这些知识，就有可能收回因眼高(损耗)和眼宽(抖动偏斜对眼宽的影响)而失去的裕度，该裕度在较高的信令速度(例如，>56Gbps)下变得更加敏感。
本文描述的实施例提供通过使用滤波器(本文也称为行为滤波器或复合滤波器)来消除(例如，减少、部分消除、完全消除)信道损伤。添加滤波器以消除信道损伤，从而实现更鲁棒的均衡。如下文详细描述的，P/N失配可以用线性滤波来补偿，并且可以实现实施例以解决一种或多种信道不对称的情况(例如，时间延迟偏斜、上升/下降时间偏斜、幅度偏斜或其任何组合)。在一个或多个实施例中，由高斯函数和余弦函数倒数表示的传递函数用于补偿由P/N失配导致的损耗。在一个示例中，匹配滤波器(带整形的带通滤波器)可用于均衡由固有不对称引起的“吸出”。本文所述的实施例中的一个或多个提供了一种滤波器，该滤波器在不增加模式转换或产生严重的PVT(过程、电压、温度)变化影响的情况下减少信道损伤。
图1示出了根据一个实施例的简化的传输系统(Tx-Rx链路)，该传输系统具有用于通过传输信道14传输传输信号的发射器10和接收器12。为了消除由于偏斜引起的信道损伤，可以将包括可调谐滤波器(在本文中也称为行为滤波器、复合滤波器、匹配滤波器或复合高斯和余弦倒数滤波器)16的有源电路添加到传输系统。发射器10包括源输入11和一个或多个功能块13a，这些功能块可以执行任何数量的功能(例如，编码、调制、脉冲整形、滤波、映射等)。接收器12还可以包括一个或多个功能块13b、13c以及输出20，这些功能块被配置为在滤波器16之前或之后执行各种功能(例如，解码、解调等)。在图1所示的示例中，接收器12还包括可变增益放大器15、连续时间线性均衡器(CTLE)17、前馈均衡器(FFE)18和决策反馈均衡器(DFE)19。
应当理解，图1中所示的简化框图仅是示例并且本文描述的实施例可以在包括不同组件或组件布置的传输系统中实现。例如，图1示出了在接收器中实现的滤波器16，该滤波器也可以在发射器中实现。
滤波器16使用高斯函数和余弦函数之和(例如，高斯函数和余弦函数倒数之和)并且具有可调谐参数以创建具有较小插入损耗偏差(ILD)的信道响应。以下是滤波器16的传递函数(T)的一个示例，它是频率(f)的函数，具有n个高斯函数，具有可调谐参数fi 0、μi、σi和tskew：
其中：
f是频率；
fi 0是可调谐频率参数；
σi是可调谐高斯变量；
μi是高斯函数的可调谐标准偏差变量；并且
tskew是可调谐偏斜参数。
用于调谐滤波器响应以获得余弦函数倒数的输入可调谐参数tskew值的方法的一个示例在下文关于图8A和8B进行描述。下面参考图9A和9B描述用于寻找可调谐参数值以降低SerDes中的误码率的调谐算法的示例。
图2示出了曲线图21，其示出了安装了滤波器16(迹线24)和没有安装滤波器(迹线26)(图1和2)的插入损耗对频率的示例。迹线28显示了滤波器响应。如前所述，当未安装滤波器16时，信道响应26不利于获得优质眼图。如信道响应24所示和下文所述，可调谐复合滤波器16可以用可变频率点处的幅度校正来调谐，从而提供改进的校正响应。在一个或多个实施例中，滤波器16是一种行为滤波器，该行为滤波器基于可调谐参数工作以产生改进的信道响应，其效果例如可以在针对NRZ(非归零)和PAM4(四级脉冲幅度调制)信令技术关于BER(误码率)或眼图高度和宽度的收回裕量方面看到。
图3A-3C示出了导致不同类型的P/N偏斜的信道不对称的影响，滤波器16可以用于解决这些问题。曲线图30、32、34显示了差分信号P/N的不同偏斜条件下的电压对时间的关系。图3A的曲线图30示出了差模和共模速度相同时的时间延迟偏斜。这通常发生在PCB(印刷电路板)中的带状线传输线中。图3B的曲线图32示出了当差模比共模传播得更快时发生的上升时间偏斜。这通常发生在PCB中的微带传输线中。图3C的曲线图示出了当共模比差模传播得更快时幅度偏斜的示例。这通常存在于电缆中。例如，由偏斜引起的信道损伤会降低SerDes(串行器/解串行器)的接收器处的高速信号质量。使用本文描述的复合滤波器16来校正(例如，消除、最小化、减少)这些不对称和信道损伤。在一个或多个实施例中，滤波器16具体解决这三种不同的信道不对称情况：时间延迟偏斜、上升/下降时间偏斜和幅度偏斜。
图4A和4B示出了具有50ps偏斜的带状线模拟的示例。插入损耗与频率的关系如图4A的曲线图40所示，冲激响应(电压与时间的关系)如图4B的曲线图42所示。传统的接收器均衡架构通常无法解决对冲激响应的影响。因此，图4B所示的没有滤波器16的冲激响应不能被均衡。可以注意到，滤波器函数的余弦部分的倒数提供了图4A和4B所示的改进。
图5A和5B显示了对于图4A和4B中所示的带状线模拟仅使用CTLE(图5A中的曲线图50)和同时使用滤波器16和CTLE(图5B中的曲线图52)的均衡和非均衡的主抽头电压的电压对时间的曲线图50、52。仅使用CTLE，均衡的主抽头电压为0.09伏。使用滤波器16，均衡的主抽头电压为0.2伏。如曲线图50、52所示，滤波器16和CTLE的使用提供了改进的均衡。可以注意到，滤波器的余弦函数的倒数部分提供了图5A和5B所示的改进。
图6A和6B示出了具有60ps偏斜的微带模拟的示例。曲线图60显示了在有和没有滤波器16的情况下的插入损耗与频率的关系，而曲线图62显示了冲激响应(电压与时间的关系)。图6B中显示了偏斜效应。微带传输线中的偏斜导致ILD类型的行为，滤波器16(例如滤波器的高斯函数)解决了这种对冲激响应的影响，如图6B所示。
图7A显示了针对图6A和6B中所示的微带模拟仅使用CTLE(图7A中的曲线图70)和同时使用滤波器16和CTLE(图7B中的曲线图72)的均衡和非均衡的主抽头电压的电压对时间的曲线图70、72。仅使用CTLE的均衡的主光标电压为0.075伏。使用滤波器16和CTLE，均衡的主光标电压为0.125伏。如曲线图70、72所示，滤波器16和CTLE两者的使用提供了改进的均衡。在此示例中，滤波器16在主光标幅度上提供百分之六十的改进。
图3C中所示的幅度偏斜(电缆中的偏斜)导致ILD类型的行为。这也可以通过类似于上面描述的用于微带模拟的滤波器16来解决。
图8A和8B示出了用于使用冲激响应识别信道插入损耗(IL)中的“凹陷”频率和时间延迟偏斜的示例。这可用于获得tskew(上述余弦函数倒数的可调谐参数)以用于调谐滤波器响应。例如，可以从来自SerDes接收器的转储中获得冲激响应。图8A(曲线图80)显示了具有65ps时间延迟偏斜的信道的冲激响应(电压与时间的关系)的示例模拟。
图8B(曲线图82)示出了冲激响应对信道插入损耗的变换(使用FFT)以用于偏斜计算。图82显示了针对原始插入损耗(IL)和重构IL的IL与频率的关系。虚线表示从冲激响应重构的信道IL。在图8B所示的示例中，可以使用凹陷频率fskew＝7.7Ghz计算偏斜：
tskew＝1/(2*fskew)＝65ps；
其与信道中的偏斜值相匹配。可以通过绘制信道的插入损耗(实线)并与重构的插入损耗进行比较来验证该过程，如图8B所示，其很好地匹配。
下面描述了用于寻找可调谐参数值以降低SerDes中的BER(误码率)(例如，提供最低BER)的调谐算法的一个示例。在一个示例中，上述等式(1)的可调谐参数的初始值被设置为提供T≈1的滤波器函数(无增益或衰减)：
n＝10
μi＝1e9
σi＝1e20
ts人ew＝0
在SerDes接收器处，识别冲激响应FFT以获得传递函数(插入损失)。例如，可以利用IEEE 802.bj第93A条中描述的方法来找到所获得的插入损耗的拟合插入损耗和插入损耗偏差函数。
图9A显示了曲线图90，示出对应于图8B的插入损耗的ILD示例。插入损耗的急剧凹陷(例如，ILD<-20dB)可以如图9A所示识别并记录相应的频率。然后可以根据以下公式计算参数tskew：
tskew＝1/(2*fskew)
图9B显示了曲线图92，示出对应于图6A(没有滤波器)的插入损耗的ILD的示例。例如，该曲线图可用于确定插入损耗曲线中是否存在ILD小于-0.2dB的区域。于是高斯滤波器等式中的n可以定义为这样的区域的数量。在本示例中，n＝2。函数F拟合到这些区域以找到fi 0、μi、σi的种子值，其中F可以定义为：
在一个示例中，最后的调谐步骤可以包括以5％的步长在+/-20％内扫描fi 0、μi、σi和tskew，并监测BER值。调谐参数的最终值将是导致最低BER的值。
应当理解，上述调谐过程仅是示例，并且可以使用其他过程来获得可调谐参数值，而不脱离实施例的范围。
图10A示出了根据一个实施例的用于在接收器12(如图1所示)处使用复合滤波器16来消除由于偏斜引起的信道损伤的过程。在步骤100，发射器10接收传输数据(图1和10A)。发射器产生传输信号(步骤101)，接收器12接收传输信号(步骤102)。用复合高斯和余弦倒数滤波器(高斯函数和余弦函数倒数之和的滤波器)16对数据进行滤波(步骤103)。如前所述，滤波函数的参数可以根据需要进行调谐(步骤104)。
图10B示出了根据一个实施例的用于在发射器处使用复合滤波器消除由于偏斜引起的信道损伤的过程。在发射器处接收传输数据(步骤105)。用复合高斯和余弦倒数滤波器16对数据进行滤波(步骤106)。可以根据需要调谐滤波器参数(步骤107)。发射器产生传输信号(步骤108)，接收器接收传输信号(步骤109)。
应当理解，图10A和图10B中所示的过程仅是示例，并且可以在不脱离实施例的范围的情况下添加、移除、重新排序、组合或修改步骤。
如上文关于图1、图10A和图10B所述，实施例可以在传输线(传输系统)中的收发器或接收器中实现。实施例可以使用DSP(数字信号处理)实现或被实现为模拟实现方式，这可能需要更大的管芯面积并导致成本增加，或者混合的逻辑和模拟。在一个示例中，实施例可以被实现为与PAM4 SerDes一起使用。
实施例可以例如在数据通信网络内的网络设备中实现。网络可以包括经由任何数量的节点(例如，路由器、交换机、网关、控制器、边缘设备、接入设备、聚合设备、核心节点、中间节点或其他网络设备)进行通信的任何数量的网络设备，这便于数据在网络内的传输。
图11示出了可以实现本文描述的实施例的网络设备110的示例。在一个实施例中，网络设备110是可以以硬件、软件或它们的任何组合来实现的可编程机器。网络设备100包括一个或多个处理器112、存储器114、网络接口(端口)116和可调谐滤波器(例如，代码、软件、逻辑、设备)118。
存储器114可以是易失性存储器或非易失性存储器，其存储供处理器112执行和使用的各种应用程序、操作系统、模块和数据。网络设备110可以包括任何数量的存储器组件。在一个或多个实施例中，滤波器118的一个或多个组分可以存储在存储器114中。
逻辑可以被编码在一个或多个有形介质中以供处理器112执行。例如，处理器112可以执行存储在诸如存储器114的计算机可读介质中的代码。计算机可读介质可以是例如电子(例如，RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)、EPROM(可擦除可编程只读存储器))、磁性、光学(例如，CD、DVD)、电磁、半导体技术、或任何其他合适的介质。在一个示例中，计算机可读介质包括非暂时性计算机可读介质。网络设备110可以包括任何数量的处理器112。
网络接口116可以包括用于接收数据或将数据传输到其他设备的任何数量的接口(线卡、端口)。网络接口116可以包括例如用于连接到计算机或网络的以太网接口或光学接口。
应当理解，图11所示和上面描述的网络设备110仅是示例并且可以使用网络设备的不同配置。例如，网络设备110还可以包括硬件、软件、算法、处理器、设备、组件或可操作以促进本文描述的能力的元件的任何合适组合。
总之，在一个实施例中，传输系统包括发射器、接收器以及可在发射器和接收器之一处操作以消除信道损伤的滤波器。该滤波器可根据高斯函数和余弦函数倒数之和进行操作，其中，高斯函数和余弦函数倒数包括可调谐参数以解决偏斜和信道不对称。
尽管已经根据所示实施例描述了方法和装置，但是本领域的普通技术人员将容易地认识到，在不脱离本发明的范围的情况下可以对实施例进行变化。因此，旨在将上述描述中包含的和附图中所示的所有内容解释为说明性的而不是限制性的。
Claims (25)
1.一种传输系统，包括：
发射器；
接收器；和
滤波器，能在所述发射器和所述接收器之一处操作以消除信道损伤；
所述滤波器能根据高斯函数和余弦函数倒数之和进行操作，其中，所述高斯函数和所述余弦函数倒数包括可调谐参数以解决偏斜和信道不对称。
2.根据权利要求1所述的传输系统，其中，所述偏斜包括时间延迟偏斜、上升和下降时间偏斜以及幅度偏斜。
3.根据权利要求1或2所述的传输系统，其中，所述滤波器包括带通滤波器，具有用于均衡的整形。
4.根据权利要求1或2所述的传输系统，其中，所述可调谐参数包括频率、高斯变量、标准偏差变量和偏斜变量。
5.根据权利要求1或2所述的传输系统，其中，所述高斯函数和所述余弦函数倒数之和被定义为：
其中，f是频率，fi 0是可调谐频率参数；σi是可调谐高斯变量，μi是所述高斯函数的可调谐标准偏差变量，tskew是可调谐偏斜参数，n为插入损耗曲线中插入损耗偏差小于-0.2dB的区域的数量。
6.根据权利要求1或2所述的传输系统，其中，所述可调谐参数中的至少一些是基于所述接收器处的冲激响应来定义的。
7.根据权利要求1或2所述的传输系统，其中，所述滤波器在所述接收器处操作。
8.根据权利要求1或2所述的传输系统，其中，所述滤波器在所述发射器处操作。
9.根据权利要求1或2所述的传输系统，其中，所述传输系统在脉冲幅度调制串行器/解串行器中操作，并且所述传输系统还包括位于所述滤波器之后的连续时间线性均衡器。
10.一种用于通信网络的方法，包括：
在接收器处接收来自发射器的传输信号；
用根据高斯函数和余弦函数倒数之和的滤波器对数据进行滤波以消除信道损伤；和
调谐所述根据高斯函数和余弦函数倒数之和的滤波器的可调谐参数，以解决偏斜和信道不对称。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述偏斜包括时间延迟偏斜、上升和下降时间偏斜以及幅度偏斜。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，所述根据高斯函数和余弦函数倒数之和的滤波器包括带通滤波器，具有用于均衡的整形。
13.根据权利要求10或11所述的方法，其中，所述可调谐参数包括频率、高斯变量、标准偏差变量和偏斜变量，并且其中，所述可调谐参数是基于插入损耗偏差定义的。
14.根据权利要求10或11所述的方法，其中，所述根据高斯函数和余弦函数倒数之和的滤波器的高斯函数和余弦函数倒数如下操作：
其中，f是频率，fi 0是可调谐频率参数；σi是可调谐高斯变量，μi是所述高斯函数的可调谐标准偏差变量，tskew是可调谐偏斜参数，n为插入损耗曲线中插入损耗偏差小于-0.2dB的区域的数量。
15.根据权利要求10或11中任一项所述的方法，其中，所述可调谐参数中的至少一些是基于所述接收器处的冲激响应来定义的。
16.一种用于通信网络的方法，包括：
在发射器处接收传输数据；
用根据高斯函数和余弦函数倒数之和的滤波器对所述传输数据进行滤波以消除信道损伤；
调谐所述根据高斯函数和余弦函数倒数之和的滤波器的可调谐参数，以解决偏斜；
产生传输信号；和
将所述传输信号发射至接收器。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述偏斜包括时间延迟偏斜、上升和下降时间偏斜以及幅度偏斜。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其中，所述根据高斯函数和余弦函数倒数之和的滤波器包括带通滤波器，具有用于均衡的整形。
19.根据权利要求16或17所述的方法，其中，所述可调谐参数包括频率、高斯变量、标准偏差变量和偏斜变量。
20.根据权利要求16或17所述的方法，其中，所述根据高斯函数和余弦函数倒数之和的滤波器与连续时间线性均衡器结合操作。
21.一种用于通信网络的装置，包括：
用于接收来自发射器的传输信号的装置；
用于用根据高斯函数和余弦函数倒数之和的滤波器对数据进行滤波以消除信道损伤的装置；和
用于调谐所述根据高斯函数和余弦函数倒数之和的滤波器的可调谐参数以解决偏斜和信道不对称的装置。
22.根据权利要求21所述的装置，还包括用于实现根据权利要求11至15中任一项所述的方法的装置。
23.一种用于通信网络的装置，包括：
用于接收传输数据的装置；
用于用根据高斯函数和余弦函数倒数之和的滤波器对所述传输数据进行滤波以消除信道损伤的装置；
用于调谐所述根据高斯函数和余弦函数倒数之和的滤波器的可调谐参数以解决偏斜的装置；
用于产生传输信号的装置；和
用于将所述传输信号发射至接收器的装置。
24.根据权利要求23所述的装置，还包括用于实现根据权利要求17至20中任一项所述的方法的装置。
25.一种计算机可读介质，包括指令，所述指令在由计算机执行时，使所述计算机执行根据权利要求10至20中任一项所述的方法的步骤。
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