CN117539817B - 一种串行信号传输调整电路、设备及调整方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种串行信号传输调整电路、设备及调整方法。电路包括：线性均衡电路用于接收外部发送的第一模拟信号，并根据预设的第一增益调整参数补偿第一模拟信号的频率衰减，产生第二模拟信号；模数转换电路用于将接收到的第二模拟信号转换为第一数字信号，并输出第一数字信号；硬件加速电路用于采集第一数字信号，并转换第一数字信号为第二数字信号；参数调整电路，用于分析接收到的第二数字信号的频段功率，并根据频段功率调整线性均衡电路的第一增益调整参数。本申请具有串行信号自适应调整过程简便，动态范围大，信号补偿效果好的技术效果。

Description

一种串行信号传输调整电路、设备及调整方法

技术领域

本发明涉及串行信号传输技术领域，特别涉及一种串行信号传输调整电路、设备及调整方法。

背景技术

高速串行接口(SerDes)作为机柜、背板和芯片之间数据高速交换的重要组件，其性能的优劣对数据传输速率的高低有着至关重要的影响。传统的并行数据传输方式由于需要与时钟线同步以及芯片管脚的限制正逐渐被高速串行接口所替代，在这种高速串行通信系统中，信道的非理想效应对信号的完整性传输有着非常大的影响。由于信道呈低通特性，信号经过信道后会导致高频信号和低频信号的衰减程度不一致，即对高频信号产生更严重衰减，造成数据的符号间干扰，致使接收端接收到的数据严重失真，从而降低系统可用性并增加误码率。同时，PAM4调制技术的应用，对带宽进行了压缩，加剧了这种失真情况。为解决由信道引起的码间干扰问题，恢复出发送端的原始数据，连续时间线性均衡器作为高速串行接口系统中接收机模拟前端的核心模块，用于补偿信道的高频损耗，提升接收端的信号质量，以减小误码率。其对信道均衡补偿的优劣决定了整个高速串行接口收发机系统的应用场景和环境。此外，由于信道长度、外部环境、温度等因素的改变也会使信道呈现不同的特性和信道损耗。为了增加均衡器的灵活适用性，需要实现自适应均衡。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种串行信号传输调整电路、设备及调整方法，以期解决上述串行信号接收衰减的技术问题。

具体的，本申请的技术方案如下：

一种串行信号传输调整电路，包括：

线性均衡电路，与信号输入端连接，用于接收外部发送的第一模拟信号，并根据预设的第一增益调整参数补偿第一模拟信号的频率衰减，产生第二模拟信号；

模数转换电路，设置在线性均衡电路和信号输出端之间，用于将接收到的第二模拟信号转换为第一数字信号，并输出第一数字信号；

硬件加速电路，与信号输出端连接，用于采集第一数字信号，并转换第一数字信号为第二数字信号，并对第二数字信号进行频段划分，其中，第一数字信号为时域信号，第二数字信号为频域信号；

参数调整电路，设置在硬件加速电路和线性均衡电路之间，用于分析接收到的第二数字信号的频段功率，根据频段划分结果计算频段信号相对衰减值，并根据频段信号相对衰减值频段功率调整线性均衡电路的第一增益调整参数。

在一些实现中，串行信号传输调整电路，还包括：

增益调整电路，与线性均衡电路和模数转换电路连接，用于根据预设的第二增益调整参数调整第二模拟信号的信号幅度，使其满足模数转换电路的信号幅度量程要求。

在一些实现中，参数调整电路还用于根据第二数字信号的频段功率调整增益调整电路的第二增益调整参数。

在一些实现中，第一增益调整参数包括低频增益调整参数和高频增益调整参数；

线性均衡电路包括：

低频增益均衡子电路，用于根据低频增益调整参数调整第一模拟信号的低频部分信号增益；

高频增益均衡子电路，用于根据高频增益调增参数调整第一模拟信号的高频部分信号增益。

在一些实现中，硬件加速电路转换第一数字信号为第二数字信号时，硬件加速电路在第一数字信号中选取2^N个数据点，根据快速傅里叶变换获取每个数据点的数据点频率，并根据数据点频率划分出频段；

硬件加速电路还用于根据数据点计算数据点对应的频段的功率谱，得到第二数字信号。

在一些实现中，硬件加速电路还包括：

平均功率谱计算子电路，用于累积功率谱，根据累积后的功率谱获取平均功率谱，并根据平均功率谱得到第二数字信号。

在一些实现中，参数调整电路，还用于根据第二数字信号的频段功率产生低频控制参数和高频控制参数；

低频控制参数，用于调整低频增益调整参数；

高频控制参数，用于调整高频增益调整参数。

在一些实现中，参数调整电路，还用于根据第二数字信号产生第二控制参数；

第二控制参数，用于调整增益调整电路的第二增益调整参数。

基于相同的技术构思，本申请还提供了一种高速串行接口设备，包括：处理器、信号接收端口、前馈及判决反馈均衡电路、判决器以及上述任一实现中的信号传输调整电路。

基于相同的技术构思，本申请还提供了一种串行信号传输调整方法，包括步骤：

通过线性均衡电路配置第一增益调整参数，接收外部发送的第一模拟信号，并根据第一增益调整参数补偿第一模拟信号的频率衰减，产生第二模拟信号；

通过增益调整电路配置第二增益调整参数，并根据第二增益调整参数调整第二模拟信号的信号幅度；

通过模数转换电路转换第二模拟信号为第一数字信号；

通过硬件加速电路采集第一数字信号，并转换第一数字信号为第二数字信号，并对所述第二数字信号进行频段划分；

通过参数调整电路分析第二数字信号的频段功率，根据频段划分结果计算频段信号相对衰减值；

通过参数调整电路根据频段功率调整第一增益调整参数和第二增益调整参数。

在一些实现中，通过参数调整电路根据根据频段信号相对衰减值频段功率调整第一增益调整参数和第二增益调整参数，具体包括：

根据第二数字信号计算第二数字信号的各个频段功率和总功率；

根据各个频段功率计算频段信号相对衰减值；

判断频段信号相对衰减值是否满足第一功率阈值；

当频段信号相对衰减值不满足第一功率阈值，则调整第一增益调整参数；

当频段信号相对衰减值满足第一功率阈值，则判断总功率是否满足预设的总功率阈值范围；

当总功率不满足总功率阈值范围，则调整第一增益调整参数或调整第二增益调整参数；

当总功率满足预设总功率阈值范围，则完成串行信号传输调整。

在一些实现中，串行信号传输调整方法，通过硬件加速电路将第二数字信号的频段分为低频段、中频段和高频段；

频段信号相对衰减值为中频段功率与低频段功率的差值以及高频段功率与低频段功率的差值；

第一功率阈值包括中频段信号相对衰减阈值和高频段信号相对衰减阈值；

当中频段功率与低频段功率的差值大于中频段信号相对衰减阈值，并且高频段功率与低频段功率的差值大于高频段信号相对衰减阈值时，通过参数调整电路判断出频段信号相对衰减值满足第一功率阈值。

在一些实现中，总功率阈值范围包括第二功率阈值和第三功率阈值；

判断总功率是否满足总功率阈值范围，具体包括：

判断总功率是否满足第二功率阈值；

当总功率满足第二功率阈值时，则调整第一增益调整参数；

当总功率不满足第二功率阈值时，则判断总功率是否满足第三功率阈值；

当总功率满足第三功率阈值时，则调整第二增益调整参数；

当总功率不满足第三功率阈值时，则完成串行信号传输调整。

在一些实现中，当频段信号相对衰减值不满足第一功率阈值，则调整第一增益调整参数，具体包括：

通过参数调整电路调整第一增益调整参数中的低频增益调整参数；

当总功率满足第二功率阈值时，则调整第一增益调整参数，具体包括：

通过参数调整电路调整第一增益调整参数中的高频增益调整参数。

在一些实现中，在调整第一增益调整参数前，通过线性均衡电路判断调整的第一增益调整参数是否超出预设的第一增益调整参数的调整范围；

当超出第一增益调整参数的调整范围时，则线性均衡电路报错；

在调整第二增益调整参数前，通过增益调整电路判断调整的第二增益调整参数是否超出预设的第二增益调整参数的调整范围；

当超出第二增益调整参数的调整范围时，则增益调整电路报错。

在一些实现中，串行信号传输调整方法，还包括：

通过硬件加速电路累积第二数字信号的功率谱，根据累积后的功率谱获取平均功率谱；

通过参数调整电路根据平均功率谱计算各个频段的频段功率，并根据频段功率计算总功率。

与现有技术相比，本申请至少具有以下一项有益效果：

1.本申请的信号调节通过硬件加速电路将模拟信号转换数字信号，并经过参数调整电路在数字域的频段功率分析，根据分析结果反馈调节线性均衡电路中对应的参数，从而实现对连续时间线性均衡电路的调整，整体电路复杂度低，调整过程简单，可以自动弥补信道对信号的高频损伤，增加均衡器的灵活适用性，减轻串行接口中后续前馈均衡器和判决反馈均衡器的压力。

2.本申请通过参数调整电路和增益调整电路之间相互配合，实现高频、低频以及整体信号的信号幅度补偿，提高信号调整补偿精度，进一步改善串行信号传输过程中的信号衰减。

3.本申请在模拟信号转换为数字信号的过程中，应用快速傅里叶变换，使得整个模数转换过程效率更高，并且通过对信号功率谱的积累而产生平均功率谱，并且在快速傅里叶变换中应用4点FFT功率谱估计方法与信道平坦度检测相结合，能够为数字域的线性均衡电路自适应方法提供依据，使得参数调整电路对线性均衡电路的调整误差更小，进一步提升信号传输质量。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本申请的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本申请一个实施例提供的串行信号传输调整电路的结构示意图；

图2是本申请另一个实施例提供的串行信号传输调整电路的结构示意图；

图3是本申请提供的硬件加速电路4点快速傅里叶变换蝶形运算图；

图4是本申请提供的硬件加速电路4点FFT频域分布图；

图5是本申请提供的平均功率谱计算子电路的平均功率谱计算流程图；

图6是本申请一个实施例提供的串行信号传输调整方法的流程图；

图7是本申请另一个实施例提供的串行信号传输调整方法的流程图；

图8是本申请实施例提供的串行信号传输调整方法的流程图；

图9是本申请根据串行信号传输调整方法实施例得到的线性均衡电路的冲击响应图；

图10是本申请根据串行信号传输调整方法实施例得到的级联冲击响应时域对比图；

图11是本申请根据串行信号传输调整方法实施例得到的级联冲击响应频域对比图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本申请的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与申请相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅可以表示“仅此一个”的情形，也可以表示“多于一个”的情形。

在本文中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介或元件间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”“第二”“第三”等仅用于区分描述关联对象，而不能理解为指示或暗示关联对象之间的相对重要性或顺序。

在硬件设备之间的数据传输的应用场景，比如移动终端与移动存储器，工程自动化主控制器与设备之间的数据传递均涉及到大量的数据传输。传统的并行数据传输方式由于涉及更多的物理通道、电缆和连接器，增加了系统的复杂性和成本，更多的硬件组件导致用户需要付出更多的维护和故障排除工作，并且在高密度布局的设备中，空间成本较高。并且随着大数据时代的到来，通常会涉及到大规模数据传输，并行数据传输需要确保所有并行通道都同步工作，其中的时序问题可能会引入时序偏差，导致数据损失或错误，处理时序问题需要进行工程设计和校准。数据传输需要数据的完整性和准确性，而不同的并行通道可能会产生相互干扰，需要设计隔离和屏蔽以解决干扰问题。由于信道长度、外部环境、温度等因素的改变也会使信道呈现不同的特性和信道损耗。为了增加均衡器的灵活适用性，需要实现自适应均衡。基于上述问题，并行数据传输正逐渐被高速串行接口(SerDes)所取代，而其作为机柜、背板和芯片之间数据高速交换的重要组件，其性能的优劣对数据传输速率的高低有着至关重要的影响，而信号的传输由于信道长度、外部环境和温度等因素的改变也会使串行信号的信道呈现不同的特性和信道损耗。

因此，本申请提供一种串行信号传输调整电路，以解决串行信号接收衰减的技术问题。参考说明书附图1是一种串行信号传输调整电路的结构示意图，包括：

线性均衡电路10，与信号输入端连接，用于接收外部发送的第一模拟信号，并根据预设的第一增益调整参数补偿第一模拟信号的频率衰减，产生第二模拟信号；

具体的，线性均衡电路10（Continuous Time Linear Equalization，CTLE）是一种用于数字通信系统中的接收端电路，旨在对接收到的信号进行均衡以弥补信号在传输过程中可能发生的失真和衰减。线性均衡电路10主要用于高速串行数据通信，如高速网络、数据中心连接、高清晰度视频传输等领域，通过调整输入信号的频率响应来对抗信号衰减和传输中的噪声。电路可以调整输入信号的频率响应，以增强特定频率成分并抵消传输中的频率失真，有助于改善信号的质量和接收端的性能。在信号增益方面，线性均衡电路10可以提供信号增益，以对抗信号衰减，确保信号在接收端能够达到足够的强度，并且根据相应的控制信号自动调整其参数以适应不同的信道条件和信号特性。

信号在输入进来时通常为模拟信号，并且经过信道时信号会受到损伤，典型的信道衰落包含印制电路板，连接器以及线缆等影响，因此需要对衰减的信号进行信号补偿与调整。接收到的第一模拟信号会在线性均衡电路10中根据其中预设的第一增益调整参数首先进行信号补偿，经过调整的第一模拟信号转换为第二模拟信号。在调整过程中主要对于第一模拟信号中，高频信号和低频信号部分进行补偿。而第一增益调整参数受到后级电路中采用后的调整作用的控制，在本申请中主要通过将采集到的模拟信号转换为数字信号进行分析，因此，在线性均衡电路10后连接有：模数转换电路20，设置在线性均衡电路10和信号输出端之间，用于将接收到的第二模拟信号转换为第一数字信号，并输出第一数字信号。在本申请中，信号是一边输出，一边进行调整的，因此在模数转换电路20完成第一数字信号的转换后，分为两路，一路第一数字信号直接给到后级电路进行处理或直接输出，一路被本申请中所设计的硬件加速电路30所采集，硬件加速电路30与信号输出端连接，用于采集第一数字信号，并转换第一数字信号为第二数字信号，并对第二数字信号进行频段划分，其中，第一数字信号为时域信号，第二数字信号为频域信号。数字信号在未进行频谱分析前，主要是以时域信号的形式存在，硬件加速电路30主要对采集到的第一数字信号进行快速傅里叶变换，完成时频转换，并将信号分为若干个频段作为信号调整源，以供本申请设置的参数调整电路40进行增益调整参数。

参数调整电路40设置在硬件加速电路30和线性均衡电路10之间，用于分析接收到的第二数字信号的频段功率，根据频段划分结果计算频段信号相对衰减值，并根据频段信号相对衰减值，并根据频段信号相对衰减值频段功率调整线性均衡电路10的第一增益调整参数。参数调整电路40主要根据频段功率是否符合相关的频段功率阈值条件，从而有针对性地对接收到的信号中，不同频段进行调整与补偿，比如一个信号通常具有高频部分和低频部分，通过有针对性地对高频部分或低频部分进行精准的信号补偿，能够减少信号衰减，提高信号质量。

在一般情况下，由于信道的低通特性，信号经过信道后会导致高频信号和低频信号的衰减程度不一致，即对高频信号产生更严重衰减，而线性均衡电路10通过增强信号的高频部分来弥补信道的高频衰减，其中的第一增益调整参数在本申请中，主要调整线性均衡电路10中电阻RS和电容CS，其中电阻RS主要控制信号低频部分的增益。而电容CS主要用于调整信号高频部分的增益，在调整过程中会有多级多个零极点的情况，本申请可适应性修改成相应参数，以趋近最佳调整值。

在一种实现中，串行信号传输调整电路，参考说明书附图2，还包括：增益调整电路50，与线性均衡电路10和模数转换电路20连接，用于根据预设的第二增益调整参数调整第二模拟信号的信号幅度，使其满足模数转换电路20的信号幅度量程要求。该电路会同时放大信号的低频和高频分量，因此，增益调整电路50和线性均衡电路10之间的相互配合是本申请的优势。

因此，增益调整电路50同样可以接受参数调整电路40根据第二数字信号的频段功率调整增益调整电路50的第二增益调整参数。

在一种实现中，第一增益调整参数包括低频增益调整参数和高频增益调整参数；线性均衡电路10包括：低频增益均衡子电路，用于根据低频增益调整参数调整第一模拟信号的低频部分信号增益；高频增益均衡子电路，用于根据高频增益调增参数调整第一模拟信号的高频部分信号增益。通过分别对相对应的低频增益调整参数和高频增益调整参数能够实现对信号补偿精度的控制。

为了实现效果更好的信号调整，在硬件加速电路30转换第一数字信号为第二数字信号时，硬件加速电路30在第一数字信号中选取2^N个数据点，根据快速傅里叶变换获取每个数据点的数据点频率，并根据数据点频率划分出频段；例如：本申请采用4点快速傅里叶变换方法（Fast Fourier Transform，FFT），即N取2，参考说明书附图3的4点快速傅里叶变换蝶形运算图所示，由于存在4个点，使得所有因子都是±1或者±1j，省去了乘法操作，只有加减运算，同时由于采样后信号为实数，X(1)和X(3)共轭对称，因此可以省去X(3)的计算，通过X(1)得到X(3)，极大的降低了计算复杂度和资源开销。四个点的位置可以表示为x[0]=(0,0)，x[1]=(1,0)，x[2]=(2,0)，x[3]=(-1,0)。在数字信号处理中，蝶形运算将时域信号转换为频域信号。快速傅里叶变换的结果X[0]到X[3]表示频谱成分的幅度和相位信息，这些结果可以得到输入信号中包含哪些不同频率的成分以及它们的振幅和相位。同样的，N可以取其他值，根据本领域专业技术人员对于信号频域处理的不同进行选择，但在上述电路应用中的计算选用均属于本申请的保护范围。

X[0]表示频谱中的直流分量。它表征输入信号的平均值或直流成分。X[1]表示频谱中的第一个主要频率成分。其幅度和相位告诉你可以得知输入信号中的第一个主要频率的振幅和相位。X[2]表示频谱中的第二个主要频率成分。其幅度和相位可以得知告诉你输入信号中的第二个主要频率的振幅和相位。X[3]表示频谱中的第三个主要频率成分。其幅度和相位可以得知告诉你输入信号中的第三个主要频率的振幅和相位。通过分析频谱，可以了解信号中包含哪些频率成分，它们的强度如何，以及它们之间的相对相位关系。4点FFT计算过程如下：

。

整个运算过程只有加减，没有乘除运算，同时X[1]与X[3]互为共轭，通过X[1]的计算便可知晓X[3]，极大的降低了计算复杂度和资源开销。硬件加速电路30还用于根据数据点计算数据点对应的频段的功率谱，得到第二数字信号。在本申请中，例如高速串行接口链路符号速率为56Gsps，则4点FFT结果对应的频率分别为0、14GHz、28GHz、-14GHz，参考说明书附图4所表示的4点FFT频域分布图，因而可以将整个信号频域分为以下三个频段：BIN#0表示低频段(-7GHz~7GHz)，BIN#1表示中频段(7GHz~21GHz)，BIN#2表示高频段(21GHz~35GHz)。考虑各频段频宽相同以及4点FFT频谱泄露的影响，可以将各频段中心点的信号功率谱近似表示为各个频段的功率，通过求取模平方值获得对应频段的频段功率。也即低频段信号功率为||X[0]||^2，中频段信号功率为||X[1]||^2，高频段功率为 ||X[2]||^2。

在一种实现中，硬件加速电路30还包括：平均功率谱计算子电路，用于累积功率谱，根据累积后的功率谱获取平均功率谱，并根据平均功率谱得到第二数字信号，参考说明书附图5的平均功率谱计算流程图，为进一步提高FFT信号检测的灵敏度，减少随机噪声引起的信号波动，可将上述模平方值在平均功率计算子电路的缓存中积累一定的avg_len长度后求平均，以提高FFT频域相关取平均的累计增益。

参数调整电路40根据上述平均功率谱对相应的频段进行功率计算，比如信号被分为低频段、中频段和高频段的情况下：根据如下公式计算低频段功率LF_P、中频段功率MF_P、高频段功率HF_P和总功率SIG_P：

。

在一种实现中，参数调整电路40还用于根据第二数字信号的频段功率产生低频控制参数和高频控制参数；低频控制参数，用于调整低频增益调整参数；高频控制参数，用于调整高频增益调整参数。参数调整电路40，还用于根据第二数字信号产生第二控制参数，用于调整增益调整电路50的第二增益调整参数。

基于相同的技术构思，本申请还提供了一种高速串行接口设备，包括：处理器、信号接收端口、前馈及判决反馈均衡电路、判决器以及上述任一种实现中的信号传输调整电路。在需要高带宽和高速数据传输的应用中，高速串行接口能够以高速传输数据，并广泛应用于各种领域，例如：在计算机之间的快速数据传输和数据中心互联中发挥着重要作用，用于连接服务器、存储设备、网络设备和数据中心基础设施，以支持大规模数据传输和云计算应用。在通信和网络设备中用于支持高速互联、宽带通信和移动通信，例如以太网、光纤通信、蜂窝通信和卫星通信等。工业自动化设备和机器使用高速串行接口来实现实时控制和监控，以提高生产效率和精确性。

基于相同的技术构思，本申请还提供了一种串行信号传输调整方法，参考说明书附图6，包括步骤：

S100，通过线性均衡电路配置第一增益调整参数，接收外部发送的第一模拟信号，并根据第一增益调整参数补偿第一模拟信号的频率衰减，产生第二模拟信号。

S200，通过增益调整电路配置第二增益调整参数，并根据第二增益调整参数调整第二模拟信号的信号幅度。

具体的，在线性均衡电路和增益调整电路初始时，对其进行初始配置，以使其在传输调整过程开始时即具有一定的信号增益补偿。该初始增益调整参数可以由本领域专业技术人员根据相应的生产试验进行设置，使其初步满足一定程度上的增益调整的要求。经过线性均衡电路和增益调整电路的初始增益补偿，产生第二模拟信号，以供后续进行增益调节。

S300，通过模数转换电路转换第二模拟信号为第一数字信号。

S400，通过硬件加速电路采集第一数字信号，并转换第一数字信号为第二数字信号。

具体的，信号在输入进来时通常为模拟信号，并且经过信道时信号会受到损伤，典型的信道衰落包含印制电路板，连接器以及线缆等影响，因此需要对衰减的信号进行信号补偿与调整。接收到的第一模拟信号会通过线性均衡电路中根据其中预设的第一增益调整参数首先进行信号补偿，经过调整的第一模拟信号转换为第二模拟信号。在调整过程中主要对于第一模拟信号中，高频信号和低频信号部分进行补偿。而第一增益调整参数受到后级电路中采用后的调整作用的控制，在本申请中主要通过将采集到的模拟信号转换为数字信号进行分析，因此，通过模数转换电路将接收到的第二模拟信号转换为第一数字信号，并输出第一数字信号。在本申请中，信号是一边输出，一边进行调整的，因此在模数转换电路完成第一数字信号的转换后，分为两路，一路第一数字信号直接给到后级电路进行处理或直接输出，一路通过硬件加速电路所采集，并转换第一数字信号为第二数字信号，其中，第一数字信号为时域信号，第二数字信号为频域信号。数字信号在未进行频谱分析前，主要是以时域信号的形式存在，硬件加速电路进行快速傅里叶变换，完成时频转换，并将信号分为若干个频段作为信号调整源，以供参数调整电路进行增益调整参数。

S500，通过参数调整电路分析第二数字信号的频段功率。

S600，通过参数调整电路根据频段功率调整第一增益调整参数和第二增益调整参数。

具体的，通过参数调整电路分析接收到的第二数字信号的频段功率，并根据频段功率调整线性均衡电路的第一增益调整参数。参数调整电路主要根据频段功率是否符合相关的频段功率阈值条件，从而有针对性地对接收到的信号中，不同频段进行调整与补偿，比如一个信号通常具有高频部分和低频部分，通过有针对性地对高频部分或低频部分进行精准的信号补偿，能够减少信号衰减，提高信号质量。通过增益调整电路会同时放大信号的低频和高频分量，并且其同样接受参数调整电路根据第二数字信号的频段功率调整增益调整电路的第二增益调整参数。

在一种实现中，参考说明书附图7，通过参数调整电路根据频段功率调整第一增益调整参数和第二增益调整参数，具体包括：

S610，根据第二数字信号计算第二数字信号的各个频段功率和总功率；

S620，根据各个频段功率计算频段信号相对衰减值；

S630，判断频段信号相对衰减值是否满足第一功率阈值；

当频段信号相对衰减值不满足第一功率阈值，则调整第一增益调整参数；

当频段信号相对衰减值满足第一功率阈值时，

S640，判断总功率是否满足预设的总功率阈值范围；

当总功率不满足总功率阈值范围，则调整第一增益调整参数或调整第二增益调整参数；

当总功率满足预设总功率阈值范围，则完成串行信号传输调整。

在一种实现中，串行信号传输调整方法，通过硬件加速电路将第二数字信号的频段分为低频段、中频段和高频段；频段信号相对衰减值为低频段功率与中频段功率的差值以及低频段功率与高频段功率的差值。

第一功率阈值包括中频段信号相对衰减阈值和高频段信号相对衰减阈值。

具体的，通常接收到的信号根据信号频率的不同，可以分为低频段信号、中频段信号和高频段信号。频段信号的相对衰减值则是根据低频段的功率相较于相应的频段功率之间的差值来进行表征。

中频段信号相对衰减阈值和高频段信号相对衰减阈值主要反映信号带内平坦度，上述阈值可以通过仿真或实测来确定阈值的选择，以保证不会对信道过补偿。

当中频段功率与低频段功率的差值大于中频段信号相对衰减阈值，并且高频段功率与低频段功率的差值大于高频段信号相对衰减阈值时，通过参数调整电路判断出频段信号相对衰减值满足第一功率阈值。

总功率阈值范围包括第二功率阈值和第三功率阈值。

具体的，由于线性均衡电路的第一增益调整参数和增益调整电路的第二增益调整参数的设定，不一定能够使得信号的幅度刚好满足模数转换电路满摆幅的需求，因此通过给信号功率限定总功率的第二功率阈值和第三功率阈值的波动范围，使得调整后的信号幅度既不超出模数转换电路的量程，又尽可能占满量程，其中第二功率阈值和第三功率阈值主要依据模数转换电路的量程以及信号分布进行设定。

判断总功率是否满足总功率阈值范围，具体包括：

判断总功率是否满足第二功率阈值；

当总功率满足第二功率阈值时，则调整第一增益调整参数；

当总功率不满足第二功率阈值时，则判断总功率是否满足第三功率阈值；

当总功率满足第三功率阈值时，则调整第二增益调整参数；

当总功率不满足第三功率阈值时，则完成串行信号传输调整。

具体的，在总功率满足第二功率阈值的情况下，比如此时需要总功率小于第二功率阈值，则说明中高频部分的增益仍不满足现阶段的增益需求，则需要通过调整线性均衡电路中电容CS部分的高频增益调整参数。如果不满足第二功率阈值，则再次判断是否满足第三功率阈值，比如此时需要总功率大于第三功率阈值，满足时，说明增益调整电路的增益过大，线性均衡电路的第一增益调整参数没有合适的电阻RS和电容CS的配置参数来使得信号尽可能占满量程，需要对应降低第二增益调整参数，即降低整体增益值，并且复位第一增益调整参数；不断重复上述步骤，随着线性均衡电路零极点的变化，等效的信道响应也相应发生变化，反复迭代，直到信号带内平坦度和信号功率都满足要求，使得其不满足第三功率阈值的要求时，说明串行信号传输调整符合要求。

其中，当频段信号相对衰减值不满足第一功率阈值，则调整第一增益调整参数，具体包括：通过参数调整电路调整第一增益调整参数中的低频增益调整参数。

当总功率满足第二功率阈值时，则调整第一增益调整参数，具体包括：通过参数调整电路调整第一增益调整参数中的高频增益调整参数。

在一种实现中，在调整第一增益调整参数前，通过线性均衡电路判断调整的第一增益调整参数是否超出预设的第一增益调整参数的调整范围；当超出第一增益调整参数的调整范围时，则线性均衡电路报错；在调整第二增益调整参数前，通过增益调整电路判断调整的第二增益调整参数是否超出预设的第二增益调整参数的调整范围；当超出第二增益调整参数的调整范围时，则增益调整电路报错。

具体的，增益调整参数需要符合电路调整的需求，如果判断出的调整值大于电路所能调整的调整范围时，则无法实现第一增益调整参数或第二增益调整参数满足信号增益补偿的情形，相应的电路进行报错，而终止串行信号调整，防止后续接收的串行信号存在较大损耗或过补偿，导致接收数据错误或控制系统紊乱，当存在第一增益调整参数或第二增益调整参数超出电路设计范围时，可以对第一功率阈值进行微调，并重新开始执行当前的流程，完成串行信号传输调整过程。

在一个实施例中，参考说明书附图8的串行信号传输调整流程图，在初始配置过程中配置低频增益调整参数RS为RS_init，配置高频增益调整参数CS为CS_init，配置第二增益调整参数Gain为Gain_init，其中CS_init、RS_init分别是电容CS和电阻RS能够配置的最小值，Gain_init是增益调整电路Gain能配置的最大值，也即从幅度增益最大，线性均衡电路增益最小的状态开始迭代。

在不断调整第一调整参数和第二调整参数的过程中，根据调整结果再配置低频增益调整参数RS、高频增益调整参数CS以及第二增益调整参数Gain。

参考步骤S610，计算低频段功率LF_P、中频段功率MF_P以及高频段功率HF_P以及总功率SIG_P。

参考步骤S620，计算中频段信号相对衰减值MF_S和高频段信号相对衰减值HF_S。

参考步骤S630，首先判断中频段信号相对衰减MF_S是否大于中频段信号相对衰减阈值TH1并且高频段信号相对衰减值HF_S是否大于高频段信号相对衰减阈值TH2，TH1和TH2的两个判断过程为“与”的过程，需要同时满足。

如果不符合步骤S630的要求，则进入步骤S631，参数调整电路调整低频增益调整参数RS调整为RS_init+RS_step；

进一步，S632，判断RS_init+RS_step是否超出低频增益调整参数的调整范围。如果没有超出此范围，则说明线性均衡电路能够接受并实现此调整过程，如果不符合，则报错。

如果符合步骤S630的要求，则进入步骤S641，判断总功率SIG_P是否小于第二功率阈值TH3。

如果总功率SIG_P小于第二功率阈值TH3，则执行步骤S6511，高频增益调整参数CS调整为CS_init+CS_step。

进一步，步骤S6512高频增益调整参数CS是否超出高频增益调整参数的调整范围，如果没有超出此范围，则说明线性均衡电路能够接受并实现此调整过程，如果超出此范围，则报错。

如果总功率SIG_P大于等于第二功率阈值TH3，则执行步骤S6521，第二增益调整参数调整为Gain_init-Gain_step，即对第二增益调整参数Gain进行下调，同时复位RS和CS的配置，重复上述判断过程，随着线性均衡电路零极点的变化，等效的信道响应也相应发生变化，反复迭代，直到信号带内平坦度和信号功率都满足要求，得到当前最优的线性均衡电路调整响应。

进一步，步骤S6522低频增益调整参数RS是否超出高频增益调整参数的调整范围，如果没有超出此范围，则说明线性均衡电路能够接受并实现此调整过程，如果超出此范围，则报错。

不断循环上述过程，直至达到上述过程的需求。

根据上述过程得到实验结果，信道在奈奎斯特频率（Nyquist，准确地还原原始模拟信号，采样频率（或采样率）必须至少是信号中最高频率分量的两倍，此最高频率分量的两倍采样频率被称为Nyquist频率）处的信道损失为34.2dB。中频段信号相对衰减阈值TH1设为0.8，高频段信号相对衰减阈值TH2设为7，考虑ADC 140是7bit量化位数，以及信号经过信道后服从高斯分布，第二功率阈值TH3设为430，第三功率阈值TH4设为455,进行线性均衡电路的自适应之后，得到说明书附图9的线性均衡电路的冲击响应图。

将信道和线性均衡电路级联，参考说明书附图10所示的级联冲击响应对比时域图。图中上半部分为信道冲击响应，下半部分为级联冲击响应。可以看到：相较于主抽头，信道冲击响应的post cursor 1（一种信号处理参数，用于描述数据信号在时域中的形状，特别是在信号的后半部分）的值较大，会引起较大的符号间干扰(inter symbolinterference，ISI),而自适应出来的线性均衡电路响应能有效拉低信道冲击响应的postcursor，同时不会引起较大的过冲。从频域来看，参考说明书附图11所示的级联冲击响应对比频域图，信道对信号低频衰减较小，而在28GHz处，衰减达到34.2dB，自适应调整后的线性均衡电路则有效补偿了信道高频衰减，仅为24.3dB，为后续数据时钟恢复电路以及数字均衡提供了高质量信号。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (16)

1.一种串行信号传输调整电路，其特征在于，包括：

线性均衡电路，与信号输入端连接，用于接收外部发送的第一模拟信号，并根据预设的第一增益调整参数补偿所述第一模拟信号的频率衰减，产生第二模拟信号；

模数转换电路，设置在所述线性均衡电路和信号输出端之间，用于将接收到的所述第二模拟信号转换为第一数字信号，并输出所述第一数字信号；

硬件加速电路，与所述信号输出端连接，用于采集所述第一数字信号，并转换所述第一数字信号为第二数字信号，并对所述第二数字信号进行频段划分，其中，所述第一数字信号为时域信号，所述第二数字信号为频域信号；

其中，所述硬件加速电路转换所述第一数字信号为所述第二数字信号时，所述硬件加速电路在所述第一数字信号中选取多个数据点，根据快速傅里叶变换获取每个所述数据点的数据点频率，并根据所述数据点频率划分出频段；

参数调整电路，设置在所述硬件加速电路和所述线性均衡电路之间，用于分析接收到的所述第二数字信号的频段功率，根据频段划分结果计算频段信号相对衰减值，并根据所述频段信号相对衰减值调整所述线性均衡电路的所述第一增益调整参数；

其中，所述频段信号相对衰减值为中频段功率与低频段功率的差值以及高频段功率与所述低频段功率的差值。

2.根据权利要求1所述的串行信号传输调整电路，其特征在于，还包括：

增益调整电路，与所述线性均衡电路和所述模数转换电路连接，用于根据预设的第二增益调整参数调整所述第二模拟信号的信号幅度，使其满足所述模数转换电路的信号幅度量程要求。

3.根据权利要求2所述的串行信号传输调整电路，其特征在于，所述参数调整电路还用于根据所述第二数字信号的所述频段功率调整所述增益调整电路的所述第二增益调整参数。

4.根据权利要求1所述的串行信号传输调整电路，其特征在于，所述第一增益调整参数包括低频增益调整参数和高频增益调整参数；

所述线性均衡电路包括：

低频增益均衡子电路，用于根据所述低频增益调整参数调整所述第一模拟信号的低频部分信号增益；

高频增益均衡子电路，用于根据所述高频增益调增参数调整所述第一模拟信号的高频部分信号增益。

5.根据权利要求1所述的串行信号传输调整电路，其特征在于，

所述硬件加速电路还用于根据所述数据点计算所述数据点对应的频段的功率谱，得到所述第二数字信号。

6.根据权利要求5所述的串行信号传输调整电路，其特征在于，所述硬件加速电路还包括：

平均功率谱计算子电路，用于累积所述功率谱，根据累积后的功率谱获取平均功率谱，并根据所述平均功率谱得到所述第二数字信号。

7.根据权利要求4所述的串行信号传输调整电路，其特征在于，

所述参数调整电路，还用于根据所述第二数字信号的所述频段功率产生低频控制参数和高频控制参数；

所述低频控制参数，用于调整所述低频增益调整参数；

所述高频控制参数，用于调整所述高频增益调整参数。

8.根据权利要求2所述的串行信号传输调整电路，其特征在于，

所述参数调整电路，还用于根据所述第二数字信号产生第二控制参数；

所述第二控制参数，用于调整所述增益调整电路的第二增益调整参数。

9.一种高速串行接口设备，其特征在于，包括：处理器、信号接收端口、前馈及判决反馈均衡电路、判决器以及权利要求1至8任一项所述的串行信号传输调整电路。

10.一种串行信号传输调整方法，其特征在于，包括步骤：

通过线性均衡电路配置第一增益调整参数，接收外部发送的第一模拟信号，并根据所述第一增益调整参数补偿所述第一模拟信号的频率衰减，产生第二模拟信号；

通过增益调整电路配置第二增益调整参数，并根据所述第二增益调整参数调整所述第二模拟信号的信号幅度；

通过模数转换电路转换所述第二模拟信号为第一数字信号；

通过硬件加速电路采集所述第一数字信号，并转换所述第一数字信号为第二数字信号，并对所述第二数字信号进行频段划分；

通过参数调整电路分析所述第二数字信号的频段功率，根据频段划分结果计算频段信号相对衰减值；

通过所述参数调整电路根据所述频段信号相对衰减值调整所述第一增益调整参数和所述第二增益调整参数。

11.根据权利要求10所述的串行信号传输调整方法，其特征在于，通过所述参数调整电路根据所述频段功率调整所述第一增益调整参数和所述第二增益调整参数，具体包括：

根据所述第二数字信号计算所述第二数字信号的各个频段功率和总功率；

根据各个所述频段功率计算所述频段信号相对衰减值；

判断所述频段信号相对衰减值是否满足第一功率阈值；

当所述频段信号相对衰减值不满足所述第一功率阈值，则调整所述第一增益调整参数；

当所述频段信号相对衰减值满足所述第一功率阈值，则判断所述总功率是否满足预设的总功率阈值范围；

当所述总功率不满足所述总功率阈值范围，则调整所述第一增益调整参数或调整所述第二增益调整参数；

当所述总功率满足预设所述总功率阈值范围，则完成串行信号传输调整。

12.根据权利要求11所述的串行信号传输调整方法，其特征在于，

通过所述硬件加速电路将所述第二数字信号的频段分为低频段、中频段和高频段；

所述频段信号相对衰减值为中频段功率与低频段功率的差值以及高频段功率与所述低频段功率的差值；

所述第一功率阈值包括中频段信号相对衰减阈值和高频段信号相对衰减阈值；

当所述中频段功率与低频段功率的差值大于所述中频段信号相对衰减阈值，并且所述高频段功率与所述低频段功率的差值大于所述高频段信号相对衰减阈值时，通过所述参数调整电路判断出所述频段信号相对衰减值满足所述第一功率阈值。

13.根据权利要求12所述的串行信号传输调整方法，其特征在于，所述总功率阈值范围包括第二功率阈值和第三功率阈值；

判断所述总功率是否满足所述总功率阈值范围，具体包括：

判断总功率是否满足所述第二功率阈值；

当所述总功率满足所述第二功率阈值时，则调整所述第一增益调整参数；

当所述总功率不满足所述第二功率阈值时，则判断所述总功率是否满足所述第三功率阈值；

当所述总功率满足所述第三功率阈值时，则调整所述第二增益调整参数；

当所述总功率不满足所述第三功率阈值时，则完成所述串行信号传输调整。

14.根据权利要求13所述的串行信号传输调整方法，其特征在于，

所述的当所述频段信号相对衰减值不满足所述第一功率阈值，则调整第一增益调整参数，具体包括：

通过所述参数调整电路调整所述第一增益调整参数中的低频增益调整参数；

所述的当所述总功率满足所述第二功率阈值时，则调整所述第一增益调整参数，具体包括：

通过所述参数调整电路调整所述第一增益调整参数中的高频增益调整参数。

15.根据权利要求14所述的串行信号传输调整方法，其特征在于，

在所述调整所述第一增益调整参数前，通过所述线性均衡电路判断调整的所述第一增益调整参数是否超出预设的第一增益调整参数的调整范围；

当超出所述第一增益调整参数的调整范围时，则所述线性均衡电路报错；

在调整所述第二增益调整参数前，通过所述增益调整电路判断调整的所述第二增益调整参数是否超出预设的第二增益调整参数的调整范围；

当超出所述第二增益调整参数的调整范围时，则所述增益调整电路报错。

16.根据权利要求15所述的串行信号传输调整方法，其特征在于，还包括：

通过所述硬件加速电路累积所述第二数字信号的功率谱，根据累积后的功率谱获取平均功率谱；

通过所述参数调整电路根据所述平均功率谱计算各个频段的所述频段功率，并根据所述频段功率计算所述总功率。