JP4764814B2 - 波形等化係数調整方法および回路、レシーバ回路、ならびに伝送装置 - Google Patents

波形等化係数調整方法および回路、レシーバ回路、ならびに伝送装置 Download PDF

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Description

本発明は、波形等化係数調整技術に関し、特に、PC、ルータ、サーバ、長距離信号伝送装置などの情報機器に適用して有効な技術に関する。
本発明者が検討したところによれば、従来の波形等化係数調整技術に関しては、以下のような技術が考えられる。たとえば、受信した全ての信号の符号反転時間を測定し、ジッタが最小になる等化係数を求める方法が挙げられる(非特許文献1)。
IEEE 1−4244−0006−6/06 p242、p240
ところで、前記のような波形等化係数調整技術に関して、本発明者が検討した結果、以下のようなことが明らかとなった。たとえば、前述した従来の波形等化係数調整技術では、伝送損失が大きくなると、符号反転時間の評価精度を上げることが必要になり、調整に時間がかかるという問題が考えられる。以下において、図10〜図15を用いて、具体的に説明する。
近年、情報機器(PC、ルータ、サーバなど)で扱われる伝送容量の増加に伴い、信号線1本あたりの伝送容量はGbps超に増加している。このような伝送容量の増加は、図10(a)に示すような伝送線路を介したドライバ回路とレシーバ回路間で伝送速度の増加につながり、図10(b)に示すように、ドライバ回路からレシーバ回路への信号の伝送線路での損失を増加させるため、図10(c)(d)に示すように、送信波形に対する受信波形を見ると、伝送波形が劣化し、符号誤りの発生率を増加させる。
波形劣化を補償する技術として、エンファシス、ハイパスフィルタが用いられる。図11(a)(b)は、エンファシスあり、エンファシスなしの場合の送信波形と受信波形を示す。また、伝送損失が大きい場合には、レシーバ回路で判定したデータをフィードバックして波形等化を行う判定帰還型イコライザ(DFE:Decision Feedback Equalizer)が用いられることもある。
従来のエンファシスやハイパスフィルタなどの波形等化係数調整は、ドライバ回路から送信された信号をレシーバ回路で受信し、受信した全ての信号の符号反転時間の分布を測定して、図12に示すような調整なしから最適までの波形等化による波形変化(図12では4段階の例)に対して、図13に示すように、時間方向(時間に対する符号反転タイミング分布)の評価関数(たとえば符号反転のピーク、半値幅、σ)が最適になるように等化係数を調整、すなわちジッタが最小になる等化係数を求めていた。あるいは、図14に示すように、振幅方向(電圧に対する振幅分布)の評価関数(たとえば符号反転のピーク、半値幅、σ)が最適になるように等化係数を調整、すなわちジッタのピークとピークの中間タイミングにおける受信した全ての信号の振幅の分布が最小になるように等化係数を調整していた。
しかしながら、従来方法では、送信信号がランダムパターンで、かつ伝送線路の損失が大きい場合に、前述したジッタ分布や振幅分布に顕著な差が現れにくく、分布に差がつきにくいものとなっている。たとえば、図15に示すように、時間に対する符号反転タイミング分布の場合、符号反転時間の分布に差がつきにくく、この分布に差をつけるには積算回数を増やさなければならず、等化係数調整に時間がかかることが問題であった。
そこで、本発明の目的は、波形等化係数の調整時間を短縮することが可能な波形等化係数調整技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
本発明は、上記目的を達成するために、任意の信号列の場合のみジッタまたは振幅を測定し、波形等化係数を調整する波形等化係数調整方法が特徴である。特に、受信信号の内、010または101信号以外の信号を用いて、符号反転時間を測定するものである。このような信号を用いた場合の符号反転時間は、従来の技術に比べてより急峻になるため、波形等化係数の調整時間を短縮することができる。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
本発明によれば、任意の信号列の場合のみジッタまたは振幅を測定し、波形等化係数を調整することで、波形等化係数の調整時間を短縮することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
また、実施の形態の説明においては、本発明の特徴を分かりやすくするために、必要に応じて本発明に対する比較技術と対応させて説明する。
(波形等化係数調整方法)
図1は、本実施の形態と比較技術の波形等化係数調整方法の一例を示す図((a):比較技術、(b):本実施の形態)である。
図1に示すように、本発明の実施の形態は、比較技術に対して、レシーバ回路で受信した信号のうち、任意の信号のみを用いてジッタあるいは振幅を測定する回路を設ける調整方法である。波形等化係数に対して評価関数の変動が大きくなるような信号パターンを波形等化係数の調整に用いることで、波形等化係数の調整時間を短縮することが可能となる。
特に、受信信号のうち、1ビット前と1ビット後の符号が受信データの符号と反転した場合(010および101)に、ジッタあるいは振幅を測定しないように波形等化係数調整回路を構成することで、符号反転分布(時間(UI)に対する符号反転頻度)に差がつき、大きな効果が得られる。まず、010および101信号以外の信号を用いてジッタあるいは振幅を測定して、分布が小さくなるように波形等化係数を粗調整し、次に全ての信号を用いてジッタあるいは振幅の分布が小さくなるように波形等化係数を微調整することにより、従来に比べて調整時間を短縮することが可能となる。
(波形等化係数調整回路)
図2は、比較技術の波形等化係数調整回路の一例を示す図((a):波形等化係数調整回路の構成図、(b):波形図、(c):符号反転分布図)である。図3は、本実施の形態の波形等化係数調整回路の一例を示す図((a):波形等化係数調整回路の構成図、(b):010/101信号除去回路のOFF時の入出力データ表、(c):010/101信号除去回路のON時の入出力データ表)である。
比較技術の波形等化係数調整回路としては、図2(a)に示すように、n個のラッチFF1,FF2,…,FFn、n−1個の遅延素子DL1・2,DL2・3,…,DL(n-1)・n、n−1個のXORゲートXOR1・2,XOR2・3,…,XOR(n-1)・nからなる回路構成において、受信データDataが入力されるラッチFF1〜FFnを複数(n)個並列に接続して設け、これらを遅延素子DL1・2〜DL(n-1)・nによるタイミングの異なるクロックClockに同期させて動作させ、隣り合うラッチFF1〜FFnのデータ符号が反転した場合にXORゲートXOR1・2〜XOR(n-1)・nから信号を出力して、カウンタでカウントする方法が一般的な符号反転タイミングの測定方法である。この場合の等化係数調整による波形(時間:Time(ns)に対する電圧:Voltage(V))は、図2(b)のようになる。また、この等化係数の調整では、図2(c)に示すように、符号反転のピーク高さ、分布のσ値、半値幅などの、符号反転時間の評価関数が最適になるように調整される。
これに対して、本実施の形態の波形等化係数調整回路は、前述した図1(b)の波形等化係数調整方法を適用し、受信データを1ビットずつ遅延させるラッチと、任意のデータ列の場合にカウンタにデータを出力する比較回路を追加することで実現できる。すなわち、図3(a)に示すように、受信データが入力され、並列に接続された2段からなるn×2個のラッチFF1a,FF2a,…,FFna,FF1b,FF2b,…,FFnb、n×2個のラッチをタイミングの異なるクロックに同期させて動作させるn−1個の遅延素子DL1・2,DL2・3,…,DL(n-1)・n、n×2個のラッチにおいて、隣り合うラッチのデータ符号が反転した場合に信号を出力するn−1個のXORゲートXOR1・2,XOR2・3,…,XOR(n-1)・nに加えて、010/101信号除去回路が付加されている。
この010/101信号除去回路は、受信データを1ビットずつ遅延させる直列に接続された3個のラッチFF11,FF12,FF13と、XORゲートXOR1・2〜XOR(n-1)・nとカウンタの間に挿入されたn−1個の比較回路CM1・2,CM2・3,…,CM(n-1)・nから構成される。比較回路CM1・2〜CM(n-1)・nは、2個のラッチFF11,FF12を介して入力されるデータD0端子、3個のラッチFF11〜FF13を介して入力される1シンボル前のデータD-1端子、1個のラッチFF11を介して入力される1シンボル後のデータD1端子、各XORゲートXOR1・2〜XOR(n-1)・nから入力されるデータDT端子、カウンタへの出力端子Qを備えている。
このような回路構成において、比較回路CM1・2〜CM(n-1)・nで、データD0と、1シンボル前のデータD-1および1シンボル後のデータD1の符号が反転した場合に、カウンタにデータを出力しないようになっている。すなわち、図3(c)に示すように、010/101信号除去回路のOFF時(b)に対して、010/101信号除去回路のON時は、D-1が“0”、D0が“1”、D1が“0”で、DTが“1”の場合には、OFF時であればQは“1”となるところを、本実施の形態の図3(a)のような回路構成とすることで、Qを“0”にすることができる。同様に、D-1が“1”、D0が“0”、D1が“1”で、DTが“1”の場合には、本実施の形態の回路構成ではQを“0”にすることができる。
このような波形等化係数調整回路を用いて、波形等化係数を調整することで調整時間を短縮することが可能となる。なお、遅延素子は、1ビット遅延のラッチに限定されず、インバータやディレイラインなどを用いても実現できる。また、図3(a)に示す波形等化係数調整回路は、シリアルデータのまま、ジッタまたは振幅を評価する構成であるが、シリアルデータをパラレルデータに変換してジッタまたは振幅を評価する構成にしても同様の効果が得られる。
(ドライバ回路とレシーバ回路)
図4〜図6は、本実施の形態において、ドライバ回路とレシーバ回路の一例を示す図である。
図4(a)に示すように、ドライバ回路10とレシーバ回路20は、伝送線路30で接続されている。ドライバ回路10は、信号を送信する回路であり、波形等化回路(EQ)11と、この波形等化回路11の後段に接続された出力バッファ12などから構成される。レシーバ回路20は、ドライバ回路10から送信された信号を受信する回路であり、この送信された信号を受信する入力バッファ21と、この入力バッファ21の後段に接続されたラッチ(FF)22およびCDR23などから構成され、CDR23の出力はラッチ22のクロックとして入力されている。
特に、レシーバ回路20には、前述した図3(a)の波形等化係数調整回路24が入力バッファ21の後段に付加されて接続されており、この波形等化係数調整回路24の測定結果は伝送線路30を通じて、波形等化係数調整信号としてドライバ回路10の波形等化回路11にフィードバックされている。このレシーバ回路20の構成において、波形等化係数調整回路24の測定結果は、図4(c)に示すように、比較技術の図4(b)に示す測定結果に比べて、符号反転タイミング分布に差をつけることができる。
また、図5に示すように、レシーバ回路20aは、入力バッファ21の後段にある、クロック再生回路25を含むCDR23の中に波形等化係数調整回路24を備え、この波形等化係数調整回路24から波形等化係数調整信号をドライバ回路10の波形等化回路11に出力するように構成することも可能である。このような回路構成にすることで、図4(a)に比べて、実装面積の増加を抑えることができる。
また、図6に示すように、レシーバ回路20bは、入力バッファ21の後段にFIR型(HPFなど)のFIR型波形等化回路26を接続し、その後段に波形等化係数調整回路24を接続して、波形等化係数調整信号をドライバ回路10の波形等化回路11およびレシーバ回路20bのFIR型波形等化回路26に出力するように構成することも可能である。このような回路構成は、ドライバ回路10側のみの波形等化に比べて、より高品質の信号波形を得ることができる。
(波形等化回路の波形等化係数調整フロー)
図7は、前述した図6のドライバ回路とレシーバ回路を例に波形等化係数調整フローの一例を示す図である。
FIR型波形等化回路26の場合(フロー1)には、図7(a)に示すように、まず、波形等化係数調整回路24内の010/101信号除去回路をONにして、010/101信号以外の信号を用いてジッタあるいは振幅を測定して、分布が小さくなるようにFIR型波形等化係数を粗調整する。次に、010/101信号除去回路をOFFにして、全ての信号を用いてジッタあるいは振幅の分布が小さくなるようにFIR型波形等化係数を微調整する。そして、通常動作に移行する。
また、図8に示すように、波形等化回路として、FIR型だけでなく、FIR型波形等化回路26とIIR型(DFEなど)のIIR型波形等化回路27を組み合わせた回路を用いたレシーバ回路20cにおいても、同様の効果を得ることができる。このIIR型波形等化回路27の一例としては、閾値レベルを受信信号に応じて変化させる第1の方式と、閾値レベルの異なるラッチの信号を受信信号に応じて切り替えて出力する第2の方式があり、どちらの場合でも有効である。
第1の方式の場合は、図9(a)に示すように、データDATAが入力される加算器41と、ラッチ42および積算器43などからなる回路構成で、閾値レベルを受信信号に応じて変化させることができる。一方、第2の方式の場合は、図9(b)に示すように、データDATA、参照電圧ref1,ref2が入力される並列に接続した比較器51,52と、セレクタ53およびラッチ54などからなる回路構成で、閾値レベルの異なる信号を受信信号に応じて切り替えて出力することができる。
このFIR型波形等化回路26とIIR型波形等化回路27を組み合わせた回路構成の場合、波形等化係数の調整方法として、フロー2、フロー3が考えられる。フロー2の場合には、図7(b)に示すように、まず、フロー1と同様に、波形等化係数調整回路24内の010/101信号除去回路をONにしてFIR型波形等化回路26の波形等化係数を粗調整し、次に、010/101信号の除去回路をOFFにしてFIR型波形等化回路26の波形等化係数を微調整する。その後、IIR型波形等化回路27の波形等化係数を調整する。そして、通常動作に移行する。
また、フロー3の場合には、図7(c)に示すように、フロー2に対して、FIR型波形等化回路26の波形等化係数の微調整、IIR型波形等化回路27の波形等化係数の調整を繰り返した後、通常動作に移行する。
このように、FIR型波形等化回路26の波形等化係数を粗調整してから、FIR型波形等化回路26の波形等化係数の微調整およびIIR型波形等化回路27の波形等化係数を調整することにより、時間効率のよい波形等化調整が可能となる。
(LSI、伝送装置、情報機器)
前述したレシーバ回路20,20a〜20cは、半導体基板上に形成してLSIとして構成することができる。さらに、このLSIを用いて、PC、ルータ、サーバ、長距離信号伝送装置など、さらにこれらを含む情報機器を構成することができる。このような伝送装置、情報機器を構成することで、波形等化係数の調整時間を短縮することができるため、電源投入後の通常動作までの時間を短縮することができる。また、通常動作を止めて波形等化係数を再調整した場合においても、通常動作への復帰が従来に比べて、早くなるという効果がある。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
本発明の波形等化係数調整技術は、PC、ルータ、サーバ、長距離信号伝送装置など、さらにこれらを含む情報機器に利用可能である。
本発明の一実施の形態と比較技術の波形等化係数調整方法の一例を示す図((a):比較技術、(b):本実施の形態)である。 本発明に対する比較技術の波形等化係数調整回路の一例を示す図((a):波形等化係数調整回路の構成図、(b):波形図、(c):符号反転分布図)である。 本発明の一実施の形態の波形等化係数調整回路の一例を示す図((a):波形等化係数調整回路の構成図、(b):010/101信号除去回路のOFF時の入出力データ表、(c):010/101信号除去回路のON時の入出力データ表)である。 本発明の一実施の形態において、ドライバ回路とレシーバ回路の一例を示す図((a):構成図、(b):比較技術の符号反転タイミング分布、(c):本実施の形態の符号反転タイミング分布)である。 本発明の一実施の形態において、別のドライバ回路とレシーバ回路の一例を示す図(構成図)である。 本発明の一実施の形態において、さらに別のドライバ回路とレシーバ回路の一例を示す図(構成図)である。 本発明の一実施の形態において、図6のドライバ回路とレシーバ回路を例に波形等化係数調整フローの一例を示す図((a):FIR型、(b):FIR型+IIR型、(c):FIR型+IIR型)である。 本発明の一実施の形態において、さらに別のドライバ回路とレシーバ回路の一例を示す図(構成図)である。 本発明の一実施の形態において、IIR型波形等化回路の一例を示す図((a):第1の方式、(b):第2の方式)である。 従来技術において、ドライバ回路とレシーバ回路の一例を示す図((a):構成図、(b):損失特性、(c):送信波形、(d):受信波形)である。 従来技術において、エンファシスあり、エンファシスなしの場合の送信波形と受信波形の一例を示す図((a):送信波形、(b):受信波形)である。 従来技術において、調整なしから最適までの波形等化による波形変化の一例を示す図である。 従来技術において、波形等化係数調整方法(時間に対する符号反転タイミング分布)の一例を示す図である。 従来技術において、波形等化係数調整方法(電圧に対する振幅分布)の一例を示す図である。 従来技術において、損失が大きい場合の波形等化係数調整方法(時間に対する符号反転タイミング分布)の一例を示す図である。
符号の説明
10…ドライバ回路、11…波形等化回路、12…出力バッファ、
20,20a,20b,20c…レシーバ回路、21…入力バッファ、22…ラッチ、23…CDR、24…波形等化係数調整回路、25…クロック再生回路、26…FIR型波形等化回路、27…IIR型波形等化回路、
30…伝送線路、
41…加算器、42…ラッチ、43…積算器、
51,52…比較器、53…セレクタ、54…ラッチ、
FF…ラッチ、DL…遅延素子、XOR…XORゲート、CM…比較回路。

Claims (8)

  1. 信号を送信するドライバ回路と、前記ドライバ回路から送信された信号を受信するレシーバ回路とを有する伝送装置における波形等化係数調整方法であって、
    前記ドライバ回路から送信された信号を前記レシーバ回路で受信し、前記レシーバ回路内の波形等化係数調整回路で、010および101の信号列以外の全ての信号列データである任意の信号列の場合のみジッタを測定し、この測定結果に応じて前記ドライバ回路内の波形等化回路の波形等化係数を調整することを特徴とする波形等化係数調整方法。
  2. 波形等化回路の波形等化係数を調整する波形等化係数調整回路であって、
    受信データが入力され、n個並列に接続された2段からなるn×2個のラッチと、
    前記n×2個のラッチをタイミングの異なるクロックに同期させて動作させるために、クロック信号が入力され、直列に接続され、出力が前記n×2個のラッチのクロックとして用いられるn−1個の遅延素子と、
    前記n×2個のラッチにおいて、タイミングの異なるクロックのうち、隣り合うタイミングのクロックに同期して動作するラッチの出力データ符号が反転した場合に信号を出力するn−1個のXORゲートと、
    前記受信データを1ビットずつ遅延させる直列に接続された3個のラッチと、
    前記3個のラッチのうち、2個のラッチを介して入力されるデータD0と、3個のラッチを介して入力される1シンボル前のデータD-1および1個のラッチを介して入力される1シンボル後のデータD1の符号が反転した場合に、前記n−1個のXORゲートの出力データを出力しないようにするn−1個の比較回路と
    前記n−1個の比較回路のそれぞれの出力をカウントするために対応して設けられたn−1個のカウンタと、を有し、
    前記受信データが010および101の信号列以外の全ての信号列データである任意の信号列の場合のみ、前記n−1個のカウンタのそれぞれが対応する前記n−1個の比較回路の出力をカウントすることでジッタを測定し、この測定結果に応じて前記波形等化回路の波形等化係数を調整することを特徴とする波形等化係数調整回路。
  3. 波形等化回路の波形等化係数を調整する波形等化係数調整回路を有するレシーバ回路であって、
    前記波形等化係数調整回路は、
    受信データが入力され、n個並列に接続された2段からなるn×2個のラッチと、
    前記n×2個のラッチをタイミングの異なるクロックに同期させて動作させるために、クロック信号が入力され、直列に接続され、出力が前記n×2個のラッチのクロックとして用いられるn−1個の遅延素子と、
    前記n×2個のラッチにおいて、タイミングの異なるクロックのうち、隣り合うタイミングのクロックに同期して動作するラッチの出力データ符号が反転した場合に信号を出力するn−1個のXORゲートと、
    前記受信データを1ビットずつ遅延させる直列に接続された3個のラッチと、
    前記3個のラッチのうち、2個のラッチを介して入力されるデータD0と、3個のラッチを介して入力される1シンボル前のデータD-1および1個のラッチを介して入力される1シンボル後のデータD1の符号が反転した場合に、前記n−1個のXORゲートの出力データを出力しないようにするn−1個の比較回路と
    前記n−1個の比較回路のそれぞれの出力をカウントするために対応して設けられたn−1個のカウンタと、を有し、
    前記受信データが010および101の信号列以外の全ての信号列データである任意の信号列の場合のみ、前記n−1個のカウンタのそれぞれが対応する前記n−1個の比較回路の出力をカウントすることでジッタを測定し、この測定結果に応じて前記波形等化回路の波形等化係数を調整することを特徴とするレシーバ回路。
  4. ドライバ回路から送信された信号を受信するレシーバ回路であって、
    前記ドライバ回路から送信された信号を受信する入力バッファと、
    前記入力バッファの後段に接続されたCDRと、
    前記入力バッファの後段に接続され、前記CDRの出力をクロックとするラッチと、
    前記入力バッファの後段に接続され、受信データが010および101の信号列以外の全ての信号列データである任意の信号列の場合のみジッタを測定し、前記ジッタの分布が小さくなるように前記ドライバ回路内の波形等化回路の波形等化係数を第1の精度で調整し、全ての信号列のデータを用いて、前記ジッタを測定し、前記ジッタの分布が小さくなるように前記波形等化回路の波形等化係数を前記第1の精度より高い第2の精度で調整する波形等化係数調整回路とを有することを特徴とするレシーバ回路。
  5. ドライバ回路から送信された信号を受信するレシーバ回路であって、
    前記ドライバ回路から送信された信号を受信する入力バッファと、
    前記入力バッファの後段に接続されたCDRと、
    前記入力バッファの後段に接続され、前記CDRの出力をクロックとするラッチとを有し、
    前記CDRは、受信データが010および101の信号列以外の全ての信号列データである任意の信号列の場合のみジッタを測定し、前記ジッタの分布が小さくなるように前記ドライバ回路内の波形等化回路の波形等化係数を第1の精度で調整し、全ての信号列のデータを用いて、前記ジッタを測定し、前記ジッタの分布が小さくなるように前記波形等化回路の波形等化係数を前記第1の精度より高い第2の精度で調整する波形等化係数調整回路を有することを特徴とするレシーバ回路。
  6. ドライバ回路から送信された信号を受信するレシーバ回路であって、
    前記ドライバ回路から送信された信号を受信する入力バッファと、
    前記入力バッファの後段に接続された波形等化回路と、
    前記波形等化回路の後段に接続されたCDRと、
    前記波形等化回路の後段に接続され、前記CDRの出力をクロックとするラッチと、
    前記波形等化回路の後段に接続され、受信データが010および101の信号列以外の全ての信号列データである任意の信号列の場合のみジッタを測定し、前記ジッタの分布が小さくなるように前記波形等化回路および前記ドライバ回路内の波形等化回路の波形等化係数を第1の精度で調整し、全ての信号列のデータを用いて、前記ジッタを測定し、前記ジッタの分布が小さくなるように前記波形等化回路および前記ドライバ回路内の波形等化回路の波形等化係数を前記第1の精度より高い第2の精度で調整する波形等化係数調整回路とを有することを特徴とするレシーバ回路。
  7. 請求項のいずれか1項に記載のレシーバ回路において、
    前記レシーバ回路は、半導体基板上に形成してLSIとして構成されることを特徴とするレシーバ回路。
  8. 請求項記載のレシーバ回路を用いた伝送装置であって、
    前記半導体基板上に形成したLSIを用いて構成されることを特徴とする伝送装置。
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