DE112021003481T5 - Verbesserter zeitdiskreter feedforward-entzerrer - Google Patents

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Abstract

Ein N-Abgriff Feedforward-Entzerrer (FFE) (100) umfasst einen Satz von N FFE-Abgriffen, die parallel miteinander gekoppelt sind, ein Filter (140), das zwischen den (N-1)-ten FFE-Abgriff und den N-ten FFE-Abgriff gekoppelt ist, und einen Summierer, der mit einem Ausgang des Satzes von N FFE-Abgriffen gekoppelt ist. Jeder FFE-Abgriff umfasst eine einzigartige Sample-and-Hold(S/H)-Schaltung (120, 130, 150), die ein eindeutiges zeitverzögertes Signal erzeugt, und eine einzigartige Transkonduktanzstufe (125, 135, 155), die eine eindeutige Transkonduktanzausgabe basierend auf dem eindeutigen zeitverzögerten Signal erzeugt. Das Filter bewirkt, dass der N-Abgriff-FFE das Verhalten von mehr als N Abgriffen aufweist. In einigen Beispielen ist das Filter ein Hochpassfilter erster Ordnung, das bewirkt, dass Koeffizienten größer als N eine entgegengesetzte Polarität zu dem N-ten Koeffizienten haben. In einigen Beispielen ist das Filter ein Tiefpassfilter erster Ordnung, das bewirkt, dass Koeffizienten größer als N die gleiche Polarität wie der N-te Koeffizient haben.

Description

  • HINTERGRUND
  • Entzerrung ist ein Prozess der Konditionierung eines elektrischen Signals, entweder am Sender oder am Empfänger, um kanalinduzierte Intersymbolinterferenzen (ISI) zu kompensieren und die Signalintegrität zu verbessern. Feedforward-Entzerrung (FFE) ist eine gängige Entzerrungstechnik, die ein Filter mit endlicher Impulsantwort (FIR-Filter) mit einer Reihe von Abgriffsgewichten verwendet, die so programmiert sind, dass sie die Impuls- und Frequenzantwort des Signals anpassen. Die Leistungsfähigkeit eines FFE entspricht der Anzahl der implementierten Abgriffe. FFE-Abgriffe können jedoch große Mengen an Energie verbrauchen, sodass die Verbesserung der Leistungsfähigkeit eines FFE auf Kosten eines erhöhten Energieverbrauchs geht.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Ein Feedforward-Entzerrer (FFE) umfasst einen Satz von N FFE-Abgriffen, die parallel miteinander gekoppelt sind, ein Filter, das zwischen den (N-1)-ten FFE-Abgriff und den N-ten FFE-Abgriff gekoppelt ist, und einen Summierer, der mit einem Ausgang des Satzes von N FFE-Abgriffen gekoppelt ist. Jeder FFE-Abgriff umfasst eine einzigartige Sample-and-Hold(S/H)-Schaltung, die ein eindeutiges zeitverzögertes Signal erzeugt, und eine einzigartige Transkonduktanzstufe, ausgelegt zum Erzeugen einer eindeutigen Transkonduktanzausgabe basierend auf dem eindeutigen zeitverzögerten Signal. Das zwischen den (N-1)-ten FFE-Abgriff und den N-ten FFE-Abgriff gekoppelte Filter bewirkt, dass der FFE das Verhalten von mehr als N Abgriffen aufweist.
  • In einigen Implementierungen ist das Filter ein Hochpassfilter erster Ordnung, und Koeffizienten größer als N haben eine entgegengesetzte Polarität zu einem N-ten Koeffizienten. In einigen Implementierungen ist das Filter ein Tiefpassfilter erster Ordnung, und Koeffizienten größer als N haben die gleiche Polarität wie der N-te Koeffizient. In einigen Implementierungen umfasst eine bestimmte S/H-Schaltung in einem bestimmten FFE-Abgriff eine erste Track-and-Hold(T/H)-Schaltung und eine zweite T/H-Schaltung. Die ersten und/oder die zweite T/H-Schaltung kann einen Vorverstärker und einen geschalteten Emitterfolger umfassen.
  • In einigen Beispielen umfasst der Vorverstärker einen Degenerationskondensator, dessen Kapazität so gewählt ist, dass sie eine Bandbreite des Vorverstärkers erweitert. In einigen Beispielen umfasst die ersten und/oder die zweite T/H-Schaltung einen Feedforward-Kondensator, der zwischen den Vorverstärker und den geschalteten Emitterfolger gekoppelt ist. Die Kapazität des Feedforward-Kondensators ist so gewählt, dass eine Hold-Modus-Durchkopplung reduziert wird. Für die N-te S/H-Schaltung kann der Vorverstärker der ersten T/H-Schaltung das zwischen den (N-1)-ten FFE-Abgriff und den N-ten FFE-Abgriff gekoppelte Filter umfassen, wie beispielsweise einen Filterkondensator.
  • Figurenliste
  • Für eine ausführliche Beschreibung verschiedener Beispiele wird nun auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen gilt:
    • 1 veranschaulicht einen Feedforward-Entzerrer mit erweiterten Abgriffen.
    • 2 zeigt einen Graphen, der Abtastimpulsantworten für verschiedene Filter in einem idealen Feedforward-Entzerrer mit drei Abgriffen veranschaulicht.
    • 3A-3B veranschaulichen einen Track-and-Hold-Verstärker zur Verwendung in einer Sample-and-Hold-Schaltung, die in dem in 1 gezeigten Feedforward-Entzerrer enthalten ist.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die beschriebenen N-Abgriff-Feedforward-Entzerrer können das Verhalten eines Feedforward-Equalizers mit mehr als N Abgriffen aufweisen, indem sie ein passives Filter vor der N-ten Sample-and-Hold(S/H)-Schaltung umfassen. Die Filter erzeugen Ausläufer der geeigneten Größe in den Nachläuferabgriffen, um mehr als N Abgriffe nachzuahmen. Da das Filter passiv ist, verbraucht es keine zusätzliche Energie. Handelt es sich bei dem Filter um ein Hochpassfilter erster Ordnung, so haben die Koeffizienten höherer Ordnung größer als N die entgegengesetzte Polarität des N-ten Koeffizienten. Handelt es sich bei dem Filter um ein Tiefpassfilter erster Ordnung, so haben die Koeffizienten höherer Ordnung größer als N die gleiche Polarität wie der N-te Koeffizient. Das Filter kann ein Filter beliebiger geeigneter Ordnung sein. In einigen Beispielen umfasst ein Vorverstärker in einer Master-Track-and-Hold(T/H)-Schaltung der N-ten S/H-Schaltung das Filter.
  • 1 veranschaulicht einen Feedforward-Entzerrer 100 mit erweiterten Abgriffen. Der Feedforward-Entzerrer 100 umfasst Sample-and-Hold(S/H)-Schaltungen 120, 130 und 150, ein programmierbares Filter 140, Transkonduktanzstufen 125, 135 und 155 und einen Widerstand RL. Die S/H-Schaltungen 120, 130 und 150 empfangen ein Taktsignal CLK 110. Die S/H-Schaltung 120 empfängt außerdem das Eingangssignal Vin 105. Die Ausgabe der S/H-Schaltung 120 wird an die Transkonduktanzstufe 125 und an die S/H-Schaltung 130 geliefert. Die Ausgabe der S/H-Schaltung 130 wird an die Transkonduktanzstufe 135 und das Filter 140 geliefert. Die Ausgabe des Filters 140 wird an die S/H-Schaltung 150 geliefert. Die Ausgabe der S/H-Schaltung 150 wird an die Transkonduktanzstufe 155 geliefert.
  • Die Ausgänge der Transkonduktanzstufen 125, 135 und 155 sind mit dem Widerstand RL gekoppelt, der ferner mit einer Versorgungsspannungsschiene Vcc 115 gekoppelt ist. Das Ausgangssignal Vout 160 wird an dem Knoten bereitgestellt, an dem die Ausgänge der Transkonduktanzstufen 125, 135 und 155 mit dem Widerstand RL gekoppelt sind. Die S/H-Schaltung 120 und die Transkonduktanzstufe 125 umfassen einen Vorläuferabgriff, die S/H-Schaltung 130 und die Transkonduktanzstufe 135 umfassen einen Hauptabgriff und die S/H-Schaltung 150 und die Transkonduktanzstufe 155 umfassen einen Nachläuferabgriff. In diesem Beispiel ist der Feedforward-Entzerrer 100 ein N-Abgriff-Feedforward-Entzerrer, wobei N gleich drei ist. In anderen Beispielen kann der Feedforward-Entzerrer 100 jedoch vier oder mehr Abgriffe aufweisen, indem er zusätzliche S/H-Schaltungen umfasst.
  • Der N-Abgriff-Feedforward-Entzerrer 100 kann so verbessert werden, dass er das Verhalten von > N Abgriffen aufweist, indem mit dem Filter 140 Ausläufer einer geeigneten Größe in dem Nachläuferabgriff erzeugt werden. Das Filter 140 kann ein passives Filter sein, sodass die Aufnahme des Filters 140 in dem Feedforward-Entzerrer 100 den Energieverbrauch des Feedforward-Entzerrers 100 nicht wesentlich ändert. Handelt es sich bei dem Filter 140 um ein Tiefpassfilter erster Ordnung, so haben die Koeffizienten höherer Ordnung größer als N die gleiche Polarität wie der N-te Koeffizient. Handelt es sich bei dem Filter 140 um ein Hochpassfilter erster Ordnung, so haben die Koeffizienten höherer Ordnung größer als N die entgegengesetzte Polarität des N-ten Koeffizienten. Das Filter 140 kann mit variablen Widerständen und Kondensatoren und Netzwerken aus Widerständen und Kondensatoren mit Schaltern zum Koppeln und Entkoppeln der Netzwerke programmierbar gemacht werden.
  • 2 zeigt einen Graphen 200, der Abtastimpulsantworten für verschiedene Filter in dem in 1 gezeigten idealen Feedforward-Entzerrer 100 mit drei Abgriffen veranschaulicht. Der Impuls zum Zeitpunkt 210 entspricht dem Vorläuferabgriff. Der Impuls zum Zeitpunkt 220 entspricht dem Hauptabgriff. Der Impuls zum Zeitpunkt 230 entspricht dem ersten Nachläuferabgriff. Die Abtastantwort 240 entspricht einem Hochpassfilter 140 erster Ordnung und die Koeffizienten höherer Ordnung größer als drei haben die entgegengesetzte Polarität zu dem dritten Koeffizienten. Die Abtastantwort 250 entspricht einem Filter 140 mit einer Übertragungsfunktion gleich eins ohne zusätzliche Abgriffe. Die Abtastantwort 260 entspricht einem Tiefpassfilter erster Ordnung 140 und die Koeffizienten höherer Ordnung größer als drei haben die gleiche Polarität wie der dritte Koeffizient.
  • Das Filter 140 kann ein Filter beliebiger Ordnung sein, um das gewünschte Filterverhalten zu erhalten. In einem Beispiel, in dem das Filter 140 ein Tiefpassfilter erster Ordnung ist, kann der N-te Koeffizient ctap(N) wie folgt dargestellt werden: G m ( N ) × R L × ( 1 − e − T b τ ) ,
    Figure DE112021003481T5_0001
    wobei Gm(N) die Verstärkung der Transkonduktanzstufe für den N-ten Abgriff darstellt, RL einen Widerstandswert des Widerstands RL darstellt, Tb eine Bitperiode für das Eingangssignal Vin 105 darstellt, und τ eine Zeitkonstante für das Filter 140 darstellt. Die Zeitkonstante τ für das Filter 140 kann basierend auf den Kanalverlustcharakteristiken ausgewählt werden. Der Koeffizient ctap(n) höherer Ordnung, bei dem n größer als N ist, kann wie folgt dargestellt werden: G m ( N ) × R L × ( 1 − e − T b τ ) ( e − n T b τ ) .
    Figure DE112021003481T5_0002
  • In einem Beispiel, in dem das Filter 140 ein Hochpassfilter erster Ordnung ist, kann der N-te Koeffizient ctap(N) dargestellt werden als: G m ( N ) × R L × ( − e − T b τ ) ,
    Figure DE112021003481T5_0003
    wobei Gm(N) die Verstärkung der Transkonduktanzstufe vor dem N-ten Abgriff darstellt. Der Koeffizient ctap(n) höherer Ordnung, bei dem n größer als N ist, kann wie folgt dargestellt werden: G m ( N ) × R L ×   ( − ( e − n T b τ ) ) ( 1 − e − T b τ ) .
    Figure DE112021003481T5_0004
  • 3A-B veranschaulichen einen beispielhaften Track-and-Hold(T/H)-Verstärker 300 zur Verwendung in einer S/H-Schaltung, wie etwa den in dem in 1 gezeigten Feedforward-Entzerrer 100 enthaltenen S/H-Schaltungen 120, 130 und 150. Der T/H-Verstärker 300 umfasst einen Vorverstärker 340 mit zwei geschalteten Emitterfolgern 350A-B. In 3A umfasst der Vorverstärker 340 einen Degenerationskondensator Cs 360A, der mit dem Degenerationswiderstand Rs parallel geschaltet ist. Der Vorverstärker 340 zeigt eine Polstelle bei ungefähr: 1 ( R L ) ( C 1 ) '
    Figure DE112021003481T5_0005
    wobei C1 eine Eingangskapazität des geschalteten Emitterfolgers 350A oder 350B darstellt, und eine Polstelle bei ungefähr: 1 + G m R s 2 R s C s ,
    Figure DE112021003481T5_0006
    wobei Gm die Transkonduktanz der Transistoren Q1 und Q2 darstellt. Der Vorverstärker 340 zeigt eine Nullstelle bei 1 ( R s ) ( C s ) '
    Figure DE112021003481T5_0007
  • Die Kapazität von Cs 360A kann so gewählt sein, dass die Nullstelle bei 1 ( R s ) ( C s )
    Figure DE112021003481T5_0008
    die Polstelle bei 1 ( R L ) ( C 1 ) '
    Figure DE112021003481T5_0009
    aufhebt, wodurch die Bandbreite des T/H-Verstärkers 300A erweitert wird. Feedforward-Kondensatoren Cf 370A-B sind jeweils zwischen den Vorverstärker 340 und die geschalteten Emitterfolger 350A-B gekoppelt und heben die Hold-Modus-Durchkopplung auf oder reduzieren sie, indem sie der Wirkung der Basis-Emitter-Kapazität der Transistoren QEF1 bzw. 2 entgegenwirken.
  • 3B veranschaulicht einen Master-T/H-Verstärker für die S/H-Schaltung 150, der so rekonfiguriert werden kann, dass der Vorverstärker 340 das Filterverhalten des Filters 140 aufweist und die Notwendigkeit einer separaten Filterschaltung 140 beseitigt. In einer Konfiguration ist der Degenerationskondensator Cs 360B in dem Vorverstärker 340 in dem Master-T/H-Verstärker 300B weggelassen. In einer anderen Konfiguration umfasst der Vorverstärker 340 in dem Master-T/H-Verstärker 300B den Degenerationskondensator Cs 360B und einen zusätzlichen Kondensator CL 380, der zwischen die Feedforward-Kondensatoren Cf 370A-B gekoppelt ist. In beiden Konfigurationen wirkt der Vorverstärker 340 als Filter 140 zusätzlich zu einem Teil des Master-T/H-Verstärkers für die S/H-Schaltung 150.
  • Der Begriff „koppeln“ wird in der gesamten Beschreibung verwendet. Der Begriff kann Verbindungen, Kommunikationen oder Signalpfade abdecken, die eine funktionale Beziehung in Übereinstimmung mit dieser Beschreibung ermöglichen. Wenn zum Beispiel eine Vorrichtung A ein Signal zum Steuern einer Vorrichtung B zum Durchführen einer Aktion erzeugt, ist in einem ersten Beispiel Vorrichtung A mit Vorrichtung B gekoppelt, oder ist in einem zweiten Beispiel Vorrichtung A über eine dazwischenliegende Komponente C mit Vorrichtung B gekoppelt, wenn die dazwischenliegende Komponente C die funktionale Beziehung zwischen Vorrichtung A und Vorrichtung B nicht wesentlich ändert, sodass Vorrichtung B durch Vorrichtung A über das durch Vorrichtung A erzeugte Steuersignal gesteuert wird.
  • Innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche sind Modifikationen der beschriebenen Ausführungsformen sowie andere Ausführungsformen möglich.

Claims (22)

  1. Feedforward-Entzerrer (FFE), der Folgendes umfasst: einen Satz von N FFE-Abgriffen, die parallel miteinander gekoppelt sind, wobei jeder FFE-Abgriff der N FFE-Abgriffe Folgendes umfasst: eine einzigartige Sample-and-Hold(S/H)-Schaltung, ausgelegt zum Erzeugen eines eindeutigen zeitverzögerten Signals; und eine einzigartige Transkonduktanzstufe, ausgelegt zum Erzeugen einer eindeutigen Transkonduktanzausgabe basierend auf dem eindeutigen zeitverzögerten Signal; ein Filter, das zwischen den (N-1)-ten FFE-Abgriff und den N-ten FFE-Abgriff gekoppelt ist; und einen Summierer, der mit einem Ausgang des Satzes von N FFE-Abgriffen gekoppelt ist.
  2. FFE nach Anspruch 1, wobei das Filter ein Hochpassfilter erster Ordnung umfasst, sodass Koeffizienten größer als N eine entgegengesetzte Polarität zu einem N-ten Koeffizienten haben.
  3. FFE nach Anspruch 1, wobei das Filter ein Tiefpassfilter erster Ordnung umfasst, sodass Koeffizienten größer als N die gleiche Polarität wie ein N-ter Koeffizient haben.
  4. FFE nach Anspruch 1, wobei eine bestimmte S/H-Schaltung in einem bestimmten FFE-Abgriff eine erste Track-and-Hold(T/H)-Schaltung und eine zweite T/H-Schaltung umfasst.
  5. FFE nach Anspruch 4, wobei die erste und/oder die zweite T/H-Schaltung in der bestimmten S/H-Schaltung Folgendes umfasst: einen Vorverstärker; und einen geschalteten Emitterfolger.
  6. FFE nach Anspruch 5, wobei der Vorverstärker einen Degenerationskondensator umfasst, wobei eine Kapazität des Degenerationskondensators so gewählt ist, dass sie eine Bandbreite des Vorverstärkers erweitert.
  7. FFE nach Anspruch 5, wobei die erste und/oder die zweite T/H-Schaltung ferner einen Feedforward-Kondensator umfasst, der zwischen den Vorverstärker und den geschalteten Emitterfolger gekoppelt ist, wobei eine Kapazität des Feedforward-Kondensators so gewählt ist, dass sie eine Hold-Modus-Durchkopplung reduziert.
  8. FFE nach Anspruch 5, wobei der bestimmte FFE-Abgriff der N-te FFE-Abgriff ist, wobei die bestimmte S/H-Schaltung die N-te S/H-Schaltung ist, wobei die erste und/oder die zweite T/H-Schaltung die erste T/H-Schaltung ist, wobei der Vorverstärker ferner das Filter umfasst, das zwischen den (N-1)-ten FFE-Abgriff und den N-ten FFE-Abgriff gekoppelt ist.
  9. FFE nach Anspruch 8, wobei der Vorverstärker einen Filterkondensator umfasst.
  10. Einrichtung, die Folgendes umfasst: einen Satz von N Sample-and-Hold(S/H)-Schaltungen, die in Reihe miteinander gekoppelt sind; ein Filter, das zwischen die (N-1)-te S/H-Schaltung und die N-te S/H-Schaltung gekoppelt ist; einen Satz von N Transkonduktanzstufen, wobei jede Transkonduktanzstufe mit einem Ausgang einer einzigartigen S/H-Schaltung in den N S/H-Schaltungen gekoppelt ist; und einen Summierer, der mit Ausgängen der N Transkonduktanzstufen gekoppelt ist.
  11. Einrichtung nach Anspruch 10, wobei das Filter ein Hochpassfilter erster Ordnung umfasst, sodass Koeffizienten größer als N eine entgegengesetzte Polarität zu einem N-ten Koeffizienten haben.
  12. Einrichtung nach Anspruch 10, wobei das Filter ein Tiefpassfilter erster Ordnung umfasst, sodass Koeffizienten größer als N die gleiche Polarität wie ein N-ter Koeffizient haben.
  13. Einrichtung nach Anspruch 10, wobei eine S/H-Schaltung in dem Satz von N S/H-Schaltungen eine Track-and-Hold(T/H)-Schaltung umfasst.
  14. Einrichtung nach Anspruch 10, wobei die T/H-Schaltung Folgendes umfasst: einen Vorverstärker, der mit einem Eingang der T/H-Schaltung gekoppelt ist; und einen geschalteten Emitterfolger, der mit einem Ausgang des Vorverstärkers und mit einem Ausgang der T/H-Schaltung gekoppelt ist.
  15. Einrichtung nach Anspruch 14, wobei der Vorverstärker einen Degenerationskondensator umfasst und wobei die T/H-Schaltung ferner einen Feedforward-Kondensator umfasst, der zwischen den Vorverstärker und den geschalteten Emitterfolger gekoppelt ist.
  16. Einrichtung nach Anspruch 14, wobei die S/H-Schaltung die N-te S/H-Schaltung ist, wobei der Vorverstärker ferner das Filter umfasst.
  17. Feedforward-Entzerrer (FFE), der Folgendes umfasst: eine erste Sample-and-Hold(S/H)-Schaltung, ausgelegt zum Empfangen eines Eingangssignals und eines Taktsignals und zum Ausgeben eines neu getimten Signals; einen ersten Verstärker, ausgelegt zum Empfangen des ersten neu getimten Signals und zum Ausgeben eines ersten gewichteten Signals; eine zweite S/H-Schaltung, ausgelegt zum Empfangen des ersten neu getimten Signals und des Taktsignals und zum Ausgeben eines zweiten neu getimten Signals; einen zweiten Verstärker, ausgelegt zum Empfangen des zweiten neu getimten Signals und zum Ausgeben eines zweiten gewichteten Signals; ein Filter, ausgelegt zum Empfangen des zweiten neu getimten Signals und zum Ausgeben eines gefilterten Signals; eine dritte S/H-Schaltung, ausgelegt zum Empfangen des gefilterten Signals und des Taktsignals und zum Ausgeben eines dritten neu getimten Signals; einen dritten Verstärker, ausgelegt zum Empfangen des dritten neu getimten Signals und zum Ausgeben eines dritten gewichteten Signals; und einen Summierer, ausgelegt zum Kombinieren des ersten, zweiten und dritten gewichteten Signals.
  18. FFE nach Anspruch 17, wobei das Filter ein Hochpassfilter erster Ordnung umfasst, sodass eine Entzerrung des FFE größer als drei Abgriffe ist, wobei Koeffizienten höherer Ordnung jenseits eines dritten Koeffizienten eine entgegengesetzte Polarität zu dem dritten Koeffizienten haben.
  19. FFE nach Anspruch 17, wobei das Filter ein Tiefpassfilter erster Ordnung umfasst, sodass eine Entzerrung des FFE größer als drei Abgriffe ist, wobei Koeffizienten höherer Ordnung jenseits eines dritten Koeffizienten eine gleiche Polarität wie der dritte Koeffizient haben.
  20. FFE nach Anspruch 17, wobei die dritte S/H-Schaltung eine Master-Track-and-Hold(T/H)-Schaltung und eine Slave-T/H-Schaltung umfasst.
  21. FFE nach Anspruch 20, wobei die Master-T/H-Schaltung Folgendes umfasst: einen Vorverstärker, wobei der Vorverstärker das Filter umfasst; und einen geschalteten Emitterfolger.
  22. FFE nach Anspruch 21, wobei der Vorverstärker ferner einen Degenerationskondensator umfasst, wobei die Master-T/H-Schaltung ferner einen Feedforward-Kondensator umfasst, der zwischen den Vorverstärker und den geschalteten Emitterfolger gekoppelt ist.
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