TWI358200B - Continuous time-decision feedback equalizer - Google Patents

Description

13.58200 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 f db本ΓΤ、關於一種決策回饋等化器 feedback equalizer)，太、扣一從 m 氣訊號之連續時間決策回曰饋等=重建在傳輸中失真的電 【先前技術】 =回饋等化器（decisionfeedback_izer，刪)係

用以重建於-通輯道傳輸中失真的電氣訊號。等化器極 點與擺動設㈣經過（可程式暫存器或連續類比設定）調 整以抵銷失真的效應，並因此在接收器端重新產生原始傳 輸的訊號。 决策回饋荨化器的設定不是手動設定就是以固定極點 (pole)的方式設定’而擺動設定(swing setting)則是利用已 知决异法隨著時間最佳化地調整。後者的方法係揭示於 2005年4月21曰提出之美國專利申請公開號 2006/0239341 —案中，在此完整引用作為參考，該案即為 用來設定DFE的擺動（swing)設定。其他的方法可包括已下 的步驟：一、檢查所有可能的設定組合；二、量測一效能 尺度’像是位元錯誤發生的比率；三、設定擺動與極點以 最佳化效能尺度。這些步驟可於開始時或定期重複執行， 以隨著時間追蹤變數。 【發明内容】 本發明係與降低訊號失真的設備與方法有關。 本發明所揭示的一種連續時間決策回饋等化器，其包 含一加法器，其用於從一輸入減去一過濾回饋訊號；一符 5 13.58200 气外法 於根據一最小均方誤差準則同時地調整一極點幾* 適 動設定。該加法器、該符號決策裝置、以及該句^與 形成一回饋電路，用以重建一在傳輸中失真的電气 一種用以降低訊號失真之方法’包含傳送〜回 號決策裝置，其用於從該加法器接收一輪出；〜回 器’其用於過濾來自該符號決策裝置的一輸出輿傳，據竣 濾回饋訊號給該加法器，該回饋濾波器包含一可調壤讀過 放大器與一可調式極點濾波器；以及一適應性續攏動 器 決策；利用一適應性演算法過濾該回饋訊號決策^讀訊鱿 一過濾回饋訊號，該適應性演算法適於根據一最小以开^成 差準則同時地調整一極點設定與一擺動設定；以^方誤 入訊號減去該過濾、回饋訊號以產生一具有較少失直从進 號。 ，、之淨tfl 應可了解的是，前述的說明與接下的實施方 為例示，本發明所引用的圖表構成說明書的一部明僅 以舉例並配合說明書，用以解釋本發明的原則。刀，係用 【實施方式】 參考第一圖與第二圖，其中所示為連續時 等化器（CT-DFE)之方塊圖。 〜朿回饋 連續時間決策回饋等化ϋ 1()()利用—演算法同敕 擺動（swmg)與極點（pole)設定，以最佳 ^口正 或，”定做任何的手動奴。此外，該連續 = 饋寻化⑽並不f要每—助 /、 =紐在賴程式操作的任何地方都可正 連糾間決細鮮化H _比先前❹料動方法要亥 6 時。此外，該連續時間決策回饋等化11 100 比圭 二_下幾種變數所產生的不正確決策（錯誤）的 比年，包括：一、、、， 曰 。 、這特性（channel characteristic);二、 ϊ 以送(TX)與接收(RX));三、晶片内電 π Βμ /、），四、晶片内溫度（包括ΤΧ與RX); 括1nT 外’ ·’以及六、晶片内/外長期漂移（包 括TX、RX與通道）。 ，、土々間決策回饋等化器100包含加法器102、符 二東、置104、以及一回馈濾波II 106,如第一圖與第二 圖所示。 σ 102接收來自一進入訊號的一輸入與來自回 106的-輪出’加法器102,輸入及/或進入訊 自回ΐ濾波器106的輸出，產生-具有較少失真 、乎汛唬，以嘗試重建原始訊號。 梦w 乂决策裝置104接收加法器102的輸出，符號決策 二過—回饋電路傳送量化的偵測符號給回饋濾波 符说決策裝置104將偵測符號透過電路傳送給接 收态。 你哭回1 η貝'慮波态1〇6為線性的、連續時間濾波器，回饋濾 哭了 口 包含—可調式擺動放大器與一可調式極點濾波 丨回貝濾波态106接收來自符號決策裝置104的輸出， 茂。@用：'由、异法同時調整擺動和極點設定，以產生一輸出 ’讓加法器可用來從輸入訊號中減去該輸出訊號’以 算法^地重新產生原始的訊號。回饋濾波器106所用的演 靡性、、寅^稱為「適應性演算法(adaptati〇n alg〇rithm)」，適 ‘' / ''矢疋口饋遽波器10ό的轉移函數A/(l + st)的擺 動設定與極點設定，如第一圖與第二圖所示。擺動(A)以及 轉移函數極點（l/τ)係由適應性演算法調整。在此‘V，符號代 表複頻率拉氏轉換變數（complex frequency Laplace transform variable)。 在已知的連續時間決策回饋等化器中，最佳的數位決 策回饋等化器分接權重(tap weight) —般係與脈衝響應中的 後置符際干擾（post-cursor intersymbol interference(ISI))振 幅呈比例，如第三A圖之圖300所示。該連續時間決策回 饋等化器100的回饋滤波器1()6利用最佳極點與擺動數值 以符合通道的符際干擾，或具有與後置尾部(pGst_e_r㈣ 相近的形狀和高度，如第三B圖中的圖搬，其中該連續 時間決策回料化雜點為h2 GHz，而錢續時間決策

曾i為500 mv。舉例來說’該連續時間決策回 饋專化°°的_脈衝響應之的樣本（1T、2T ί權到重Tn() f、符合練（離散時'ΐ決策回料化器的分 所示。相似地2,回=Β圖所示之圖302 回饋等化器演算 (LMS)誤差準則。 M只現取小均方 吵々您怔演算法係由虛擬的二分 饋等化器，且利张1 A 接 P)數位決身 sign-sign變數推^而f人所广知的最小均方演算法 等化應用4:::=不同的誤差準則在-如 策回饋等化器中，：：二m吉果。在二分編 整以貫現最小均方誤差準則。適應性； ’、^r去根據以下| 13.58200 來調整山與d2分接權重 抓+〇) =他) + μ_△桃）；以及 dA+1) = d2(tn) + ^Ad2(tn) 其中μ>〇為一控制適應性發生的比 增益係數’㈣性演算法根據算 策回顏等化器擺動舆極點設定 設定與極點奴。該適應性演算法依循著純 ^動 動、△極點狀具有-1:1的映對。該適應性演算法，A攘 擬的分接權重’像是根據實際分接訊號樣本之^與^用虛 連續時間決策回饋等化器的極點與擺動設定係2插 第四A圖與第四B圖所示之表4〇〇與圖4〇2所示的 據 △cb’k之資訊而一起被調整。在這裡符號“△”代表 U與 用的τ，代表第κ個樣本。表_描述_、△里^ 四Ξ以斤△-極點設定的1:1映對’如第四Α圖所示。如第 器響應，如曲緩以- ' 續時間決策回饋等化 適應弟1B圖的圖402中其餘的曲線表示，= 與圖4〇2;，$者日寸間朝向曲線F調整的情形。在表4〇〇 與七兩2西貫例a、5與C所示正的⑽與⑽代表d b與e對庫而要=增加。如第四A圖之表40〇所示，曲線」 與圖4〇2‘; ^要增加△擺極點。如表_ 表…與二 線l、mCt少。如第四八圖之表_所示，曲 〜應的疋需要減少△擺動而不用改變極點。 9 13.58200 如表400與圖402所示，在案例χ中，Adi 而^ = ^ 因此，擺動與極點均須減少。在案例y中，_ , !二―地 =七因此’擺動與極點均須增加，如表4〇〇與圖4〇 示。 如第二圖所示，回饋電路可加 ⑽，使用二個回饋濾波器1〇6、⑽可能會有訊號延遲。 该適應性演异法均使用於回饋濾波器1% *

;·因此，擺動(Α^)與極點⑽為)均可調整。二; 饋遽波器1G6與1G8可針對二個不同的後置尾部斜率(卿 cursor tai丨slope)。回饋濾波器1〇6可針對具有較大極點與 增，之山與屯，而回饋濾波器1〇8可針對具有較小極點與 增益之屯至屯。回饋濾波器1〇6可利用△山 /△gU，*回饋濾波器1〇8可利用场2 “△如’。 在此以二個回饋濾波器說明，但本發明並不在此限。在回 饋電路中可利用數個回饋濾波器，而不會悖離本發明的範 疇與目的。

如第五圖與第六圖所示，在二種不同的等化應用中可 以二種不同的誤差準則提供最佳化結果：中心等化（ center based equalization ) 500 與邊緣等化（edge based equalization) 600。這兩種適應性誤差準則可於二種不同與 互補的系統應用中達到最小均方誤差效能。 已知的最小均方演算法的sign-sign變數，在用於中心 等化時如以下算式所示： △〜，k= sgn(ek)*sgn(ak·丨） △d2，k= sgn(ek)*sgn(ak_2) 10 13.58200 ek = yi<_ h〇 * ak. 如第五圖所示’符號決策樣本在時間k發生於資料位 元中央。中心等化的誤差準則是用來降低窗格中心樣本 (mid window sample)的差異以及窗格中心樣本的h◦尺度偏 移（scaled offset)的均方誤差。至於h〇是用來設定中間等級 樣本的平均水準，也有可能是固定等級或獨立地調整，作 為別置專化裔自動增益控制迴路(pre_eqUaHzer aut〇mauc gain control loop)的一部分。 對於中心等化來說’誤差準則是求出中間等級訊號樣 本與中間等級訊號樣本之個別的目標等級（+/_)h()之間的 差的最小均方誤差。要達到此誤差準則，一般無法顧及變 遷窗格(transition window)的寬度。因此，中心等化特別會 應用在光學通訊連結應用上，因為光功率等級會有限制， 而等級可預先設定或在前置等化器自動增益控制迴路 的控制下調整設定。 用於邊緣等化的誤差準則是用來將邊緣變遷窗格降至 最小，已知的最小均方演算法的sign_sign變數，在用於邊 緣等化時如以下算式所示： ' △di，k- sgn(ek)*sgn(Xk_3/2)，Xk-3/2 = ak_i + aw △d2，k= sgn(ek)*sgn(Xk.7/2)，Xk_7/2 = ak.3 + ak-4 ek ~ Yk-1/2 - h〇 * (ak+ ^k-l) 資料樣本在時間k發生於資料位元中央，而變遷大約 是發生在時間k-1/2。只有除了在變遷樣本（transiti如 sample)中之外，尺度係數h〇=〇.5迫使ek變為〇。在—變 遷樣本中，ek代表領先或落後的變遷。此外，如第六圖所 11 1358200 示，在算式中還需要k-3與k-4樣本，讓△山與Ad2呈現 不同的符號，以便進行極點調整。 對於邊緣等化來說，誤差準則是求出在發生變遷交又 的過私中的表小均方窗格持續時間。對單極點回饋連續時 間決策回饋等化器系統來說是最小值，而且是通道與任何 傳送滤波益專化(transmit filter equalization)的函數。要達 到最小變遷窗格，一般無法顧及窗格中央眼高（mid eye height)。所以’邊緣等化在處理高度分散的通訊背板通道 應用上特別有用，因為其中的時序邊際可被限制。 參考第七圖，其中所示為降低訊號失真的方法700。 方法700傳送一回饋訊號決策702。方法700利用適於根 據最小均方誤差準則同時調整極點設定與擺動設定之適應 性演算法’以線性濾波器過濾回饋訊號決策，並形成過滤 回饋訊號704。方法700將一進入訊號減去過濾回饋訊號 後產生一具有較少失真的淨訊號706。第一圖與第二圖所 示的電路可用來執行方法7〇〇。 連續時間決策回饋等化器100與降低訊號失真的方 法700可應用於通訊為主的系統中。然而，線性結合的分 接權重之映對方式可應用在任何電子機械或類似的系統 中，只要其中有涉及利用線性滤波器，例如此一說明書中 所述之濾波器來產生回饋訊號決策者，皆可適用。 因此’本說明書揭示了連續時間決策回饋等化器1〇〇 與用以降低訊號失真的方法700 ’可同時調整擺動與極點 设疋。该連續時間決策回饋等化器1 〇〇與方法70〇所用的 適應性演异法利用一虛構的二分接決策回饋等化器的分接 權重的變化與擺動及極點變化之間的1:1映對關係，代入 1358200 轉移函數中。此外，連續時間決策回饋等化器1〇〇與方法 700友：供種返！ ’讓通訊系統能夠達到最小均方誤差的 特性。還有’該連續時間決策回饋等化器100與方法700 可降低因為·一、通道特性（channel characteristic);二、 晶片内程序（包括傳送(TX)與接收(RX));三、晶片内電 壓（^括TX與RX);四、晶片内溫度（包括TX與RX); 五、晶片内/外雜訊；以及六、晶片内/外長期漂移（包 括TX'RX與通道）等所產生之系統變數。 在此所揭示的方法可利用一組指令，透過單一生產裝 置以及/或者透過多重生產裝置加以實施。此外，在方 法中所揭示的特定次序與步驟階層僅為示範方法的範例。 =據設計偏好’方法巾的特定次序與步驟階層皆可在不違 月本5兒明書的精神與範疇的情況下加以重新配置。所附的 方法是以示範的次序來說明各個步驟中的元件，並不意味 著本發明僅限於所述之特定次序或階層。 本說明書與其揭示之許多優點已透過上述的詳細說明 予以解說，熟悉此技藝者應可了解，在不違背本發明的精 神與範疇，或者是不犧牲原有優點的情況下，利用本發明 所揭示的元件進行各種有關形式、結構、以及配置的變化。 在此所描述的格式可能僅為說明甩途，而後續的申請專利 範圍應可包含與容納諸如此類之變化。 【圖式簡單說明】 第一圖係為連續時間決策回饋等化器（連續時間決策回 等化器）的方塊圖； 第二圖係為說明連續時間決策回饋等化器的方塊圖，其中 連續時間決策回饋等化器利用一第一回饋濾波器與一/第二 13 貝"思收盗’其中第一回饋濾波器與第二回饋濾波器 獨立的極點與擺動設定； /、 第三A圖係為在一脈衝響應中代表性的後置符 '丁、了硬 (post-cursor intersymbol interference (ISI))的振幅； 第三B圖係為比較連續時間決策回饋等化器與數位離散時 間（discrete time) 決策等化器對如第三A圖所示之後置尾 部的響應； 第四A圖的表係為Adi、Δ(12與△擺動設定、△極點設定 的1:1映對關係； 第四Β圖係為對應如第四Α圖的表所示之分接點dl與d2 的訊號時，會朝向理想的連續時間決策回饋等化器響應調 整的情形； 第五圖係為中心專化(center based equalization)的方塊圖·， 以及 弟六圖係為邊緣荨化(edge based equalization)之方塊圖。 第七圖係為用以降低訊號失真之方法之流程圖 【主要元件符號說明】 100 連續時間決策回饋等化器 102 加法器 104 符號決策裝置 106 第一回饋濾波器 108 第二回饋濾波器

Claims (1)

1358200 * —~' ---- •J 1〇0年8月22日修正替換頁 十、申請專利範圍： -— 1、 一種連續時間決策回饋等化器，其包含： 一加法器，其用於從一輸入減去一過濾回饋訊號； 一符號決策裝置，其用於從該加法器接收一輸出； 一回饋濾波器’其用於過濾來自該符號決策裝置的一輸出與 傳送該過濾回饋訊號給該加法器，該回饋濾波器包含一可調式擺 動放大器與一可調式極點濾波器；以及 • 一適應性演算法，其用於根據一最小均方誤差準則同時地調 整一極點設定與一擺動設定，其中該加法器、該符號決策裝置及 • °亥口饋據波形成一回饋電路，用以重建一在傳輸中失直的電氣 - 訊號’該適應性演算法係由虛擬的二分接(2 tap)數位決策回饋 專化器推導而來； 其中該適應性演算法包含： _η·π) = φ(ίη) + μ ·从仏）與邮州）=廿也)+ μ .从⑹； # 其中—為一控制適應性發生的比率之適應性增益係數； 其中山為第-分接的第—分接權重，&為第二分接的第二分 接權重’tn為第η個時點，tn+i為第n+1個時點，△代表變化量； 以及 ▲其中第-分接的第—分接權重與第二分接的第二分接權重之 變化與該獅設定酸化及絲點設定的變化具有—1:丨的映對。 2、 如申請專利範圍第1項之連續時間決策回饋等化器，其 更包含一第二回饋據波器，該第二回馈濾波器用於進-步過滤來 15 1J582〇〇 ， ^ 100年8月22日修正替 自餅餘綠置_輸㈣傳麟财 該第二回饋渡波器包含一可調式擺動放大器與一可調式極點據波 器。 ‘ ^ 3、 如申料利範圍第χ項之連續時間決策回鱗化器，其 係應用於一通訊系統中。 、 4、 如申請專利範圍第丄項之連續時間決策回饋等化器，其 係應用於一光學通訊連結應用中。 • 5、如申請專利範圍第工項之連續時間決策回饋等化器，其 係應用於一通訊背板通道應用中。 - 6、如申請專利範圍第1項之連續時間決策回饋等化器，其 提供因為-通道特性、一晶片内程序、一晶片内電壓、—晶片内 溫度、一晶片内雜訊、一晶片外雜訊、一晶片外長期漂移曰、曰或者 曰曰片内長期漂移的至少其中之一所造成的系統變異之補償。 7、一種用以降低訊號失真之方法，包含以下的步驟· 鲁 傳送-回饋訊號決策； 利用一適應性演算法過濾該回饋訊號決策用以形成—過遽回 饋汛號，該適應性演算法適於根據一最小均方誤差準則同時地調 整一極點設定與一擺動設定，且該適應性演算法係由虛擬的二 分接(2 tap)數位決策回饋等化器推導而來；以及 從一進入訊號減去該過濾回饋訊號以產生一具有較少失真之 淨訊號； 1358200 甘占 100年8月22曰修正替換頁 其中該適應性演算法包含： --〜一 、 dD =山⑹ + μ . Λ(1ιω 與桃+1)=紙)+ μ . ; 其中_為-控制適應性發生的比率之適應性增益係數； "其中d,為第-分接的第一分接權重，d2為第二分接的第二分 接權重’ tn為第n個時點’ tn+i為第n+1個時點，△代表 以及 又丨^里， %其^第—分接的第—分接權重與第二分接的第二分接權重之 變化與該定的變化及該極點設定的變化具有—丨:丨的映對。 —8、如申請專利_第7項之用崎低訊號失真之方法，其 中/用以降低訊號失真之方法係應用於一通訊系統中。 ▲ 9、如申請專利範圍第7項之用以降低訊號失真之方法，其 中。亥用以降低訊號失真之方法係朗於_光學軌連結應用中。 10、如中請專利範圍第7項之用以降低訊號失真之方法， 其中該用以降低訊號失真之方法係應用於—通訊她通道應用 中0 、如申請專纖15第7狀_降他號失真之方法， 其中該用以降低訊號失真之方法提供因為—通道特性、一晶片内 程序、一晶片内電壓、-晶片内溫度、-晶片内雜訊、一晶片外 雜訊、-晶片外長期漂移、或者―晶片内長期漂移的至少其中之 一所造成的系統變異之補償。