TWI454074B - 調節通訊接收器之切片器的系統及方法 - Google Patents

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調節通訊接收器之切片器的系統及方法
本發明係有關一種通訊網路，特別是關於一種調節乙太網路接收器之切片器(slicer)的系統及方法。
乙太網路為一種廣泛使用的電腦網路技術，可用以建構區域網路。例如，規範於IEEE 802.3的10BASE-TX，其傳送速率可達每秒10百萬位元，且資料可傳送於額定長度之無屏障雙絞線(unshielded twisted-pair,UTP)。
乙太網路接收器通常使用切片器用以將接收信號映射至多個預設值之一。切片器將接接信號與一或多個固定臨界值作比較，以決定映射輸出。
然而，當無屏障雙絞線(UTP)長度擴增或置於雜訊環境時，則接收端的接收信號可能被衰減或降低信號雜訊比(signal-to-noise ratio,SNR)。接收器之切片器的臨界值往往無法跟得上信號的衰減，因而使得接收器的效能下降。
鑑於傳統接收器無法於雜訊環境中有效地接收資料，因此 亟需提出一種接收器，其可自動偵測及調整接收器的參數。
鑑於上述，本發明實施例的目的之一在於提出一種適應(adaptively)調節通訊接收器之切片器的系統及方法，使得接收器可有效地且正確地回復資料。
根據本發明實施例，乙太網路接收器包含切片器、媒體相關介面(MDI)及臨界值調節器。切片器根據至少一臨界值對一接收信號執行切片操作，以產生多位準之切片輸出信號。媒體相關介面(MDI)接收切片輸出信號，據以得到一資料符號。臨界值調節器耦接至媒體相關介面，並根據切片輸出信號適應地(adaptively)調節臨界值。其中，臨界值調節器包含零值交點(zero-crossing)累加器及臨界值決定單元。零值交點(zero-crossing)累加器自媒體相關介面接收切片輸出信號，並據以決定一累加值，其代表切片輸出信號的零值交點長度。臨界值決定單元根據累加值以調節切片器的至少一臨界值。
20‧‧‧切片器
22‧‧‧媒體相關介面(MDI)
220‧‧‧信號偵測器
222‧‧‧符號時序回復(STR)單元
224‧‧‧解碼器
24‧‧‧PMA/PLS子層
26‧‧‧媒體獨立介面(MII)
28‧‧‧臨界值調節器
280‧‧‧零值交點累加器
282‧‧‧迴路濾波器
284‧‧‧臨界值決定單元
SFD‧‧‧訊框開始定義符號
TP_IDL‧‧‧訊框結束符號
+Vth‧‧‧原始正臨界值
-Vth‧‧‧原始負臨界值
+Vth_new‧‧‧新調節正臨界值
-Vth-new‧‧‧新調節負臨界值
第一圖顯示乙太網路之訊框(frame)結構的典型波形。
第二圖顯示本發明實施例之通訊接收器的方塊圖。
第三A圖例示接收信號及根據原始臨界值所得到的切片輸出信號。
第三B圖例示衰減之接收信號及根據原始臨界值所得到的錯誤切片輸出信號。
第三C圖例示衰減之接收信號及根據新調節臨界值所得到的正確切 片輸出信號。
第四圖顯示第二圖之調節器的細部方塊圖。
第一圖顯示乙太網路之訊框(frame)結構的典型波形，其傳送速率為每秒10百萬位元(或10BASE-T)。每一訊框包含四部分：前置符元(preamble)、訊框開始定義符號(SFD)、資料及訊框結束符號TP_IDL。其中，前置符元包含交替的”0”和”1”，作為接收器的同步之用。緊接著前置符元的是訊框開始定義符號(start of frame delimiter,SFD)，其包含一特定型樣(pattern)，例如第一圖所示的1101，用來決定資料的起始。緊接著資料的是訊框結束符號TP_IDL，例如一預設長度的高位準並返回零位準，用以表示訊框的結束。
如第一圖所示，10BASE-T的波形採用曼徹斯特(Manchester)編碼，其中每一位元包含至少一轉變(transition)。例如，低至高位準轉變代表位元”1”，而高至低位準轉變代表位元”0”。由於高位準及低位準分別為2.5伏特及-2.5伏特，因此，曼徹斯特編碼不具直流成份。再者，由於每一資料位元佔用相同時間，因此接收器可據以回復得到時脈信號。
第二圖顯示本發明實施例之通訊接收器的方塊圖。雖然本實施例的資料以每秒10百萬位元速率傳送於乙太網路(10BASE-T)的無屏障雙絞線(UTP)，然而本實施例也可適用於其他採用曼徹斯特 (Manchester)或類似編碼的通訊接收器，其每一資料位元包含至少一轉變(transition)。
在本實施例中，接收器包含切片器20、媒體相關介面(medium dependent interface,MDI)22、實體媒體連接/實體訊號處理(physical medium attachment/physical layer signaling,PMA/PLS)子層24、媒體獨立介面(medium independent interface,MII)26及臨界值調節器28。其中，媒體相關介面(MDI)22包含信號偵測器220、符號時序回復(symbol timing recovery,STR)單元222及解碼器224(例如曼徹斯特解碼器)。在本實施例中，切片器20操作於類比域，而其他方塊(22至28)則操作於數位域。
切片器20接收信號且根據至少一臨界值以執行切片操作，以產生多位準(例如三位準)切片輸出信號。第三A圖例示接收信號及根據原始臨界值所得到的切片輸出信號。當接收信號大於正臨界值+Vth時，切片器20產生高位準(”1”)切片輸出信號；當接收信號小於負臨界值-Vth時，切片器20產生低位準(”-1”)切片輸出信號。高位準切片輸出信號與相鄰的低位準切片輸出信號之間，則是零值交點(zero-crossing)位準切片輸出信號。換句話說，當接收信號小於正臨界值+Vth但大於負臨界值-Vth時，切片器20產生零值交點(zero-crossing)位準切片輸出信號。
接下來，切片輸出信號被饋至媒體相關介面(MDI)22，以得到資料符號，其速率可為每秒10百萬位元。其中，信號偵測器220偵測切片輸出信號的出現，並據以啟動實體媒體連接/實體訊號處理(PMA/PLS)子層24。符號時序回復(STR)單元222根據零值交點 (zero-crossing)位準以決定較佳符號取樣點。解碼器224(例如曼徹斯特解碼器)對切片輸出信號進行解碼，以得到資料符號，其速率可為每秒10百萬位元。在本實施例中，信號偵測器220耦接至切片器20的輸出，符號時序回復(STR)單元222耦接至信號偵測器220的輸出，而解碼器224則耦接至符號時序回復(STR)單元222的輸出。
接著，媒體相關介面(MDI)22的輸出饋至實體媒體連接/實體訊號處理(PMA/PLS)子層24，其輸出再饋至媒體獨立介面(MII)26，因而產生MII信號，其速率為每秒2.5百萬位元。MII信號接著由媒體存取控制(media access control,MAC)層(未顯示)來處理。關於”MDI”、”STR”、”PMA”、”PLS”及”MII”的進一步細節，可參閱IEEE 802.3規格書。
當纜線或/且雜訊干擾增加時，接收信號將會受到嚴重的信號衰減，使得符號時序復原變得困難甚至產生錯誤。第三B圖例示衰減之接收信號及根據原始臨界值所得到的錯誤切片輸出信號。根據圖式，於時間t0-t1期間，零值交點(zero-crossing)長度較第三A圖來得長；於時間t1-t2期間，零值交點(zero-crossing)佔了(衰減)接收信號的整個週期。一般來說，接收信號的衰減程度愈大，則其零值交點(zero-crossing)會愈長。
根據本實施例的特徵之一，臨界值調節器28可適應地(adaptively)調節或調整切片器20的臨界值(例如+Vth及-Vth)。雖然本實施例使用二臨界值+Vth及-Vth，然而臨界值的數目可異於二。再者，正臨界值+Vth的絕對值不一定要同於負臨界值-Vth的絕對值。
第四圖顯示本發明實施例之調節器28的細部方塊圖。在本實施例中，零值交點(zero-crossing)累加器280自媒體相關介面(MDI)22的符號時序回復(STR)單元222接收切片輸出信號或其導出信號。零值交點(zero-crossing)累加器280藉由累加零值交點的時控取樣(clocked samples)數目，以決定零值交點長度。對零值交點進行取樣的時脈頻率一般大於接收信號(或切片輸出信號)的頻率。
得自零值交點累加器280的累加值(或等效的零值交點長度)被饋至迴路濾波器282，例如一階低通濾波器，其係用以平滑化目前訊框與至少前一訊框之間的累加值。藉此，可避免累加值的突然變化，因而可得到穩定效能。得自迴路濾波器282的濾波(或平滑化)輸出信號被饋至臨界值決定單元284，其根據平滑化累加值(或等效的平滑化零值交點長度)以調節切片器20的臨界值。在本實施例中，臨界值決定單元284根據目前訊框之平滑化累加值以調節下一訊框的臨界值。
第三C圖例示衰減之接收信號及根據新調節臨界值+Vth_new及-Vth_new所得到的正確切片輸出信號。在此例子中，由於接收信號受到衰減且零值交點長度變長，因此，分別降低原始臨界值+Vth及-Vth的絕對值以得到新調節臨界值+Vth_new及-Vth_new(第三B圖)。一般來說，當零值交點變長(或累加值變大)時，降低臨界值的絕對值；反之，當零值交點變短(或累加值變小)時，則增大臨界值的絕對值。
以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。
20‧‧‧切片器
22‧‧‧媒體相關介面(MDI)
220‧‧‧信號偵測器
222‧‧‧符號時序回復(STR)單元
224‧‧‧解碼器
24‧‧‧PMA/PLS子層
26‧‧‧媒體獨立介面(MII)
28‧‧‧臨界值調節器

Claims (24)

  1. 一種調節通訊接收器之切片器的系統，包含：一零值交點(zero-crossing)累加器，用以自一切片器接收具有多位準之一切片輸出信號，並據以決定該切片輸出信號的零值交點長度，該切片輸出信號係由該切片器根據至少二臨界值對一接收信號執行切片所產生；及一臨界值決定單元，其根據該零值交點長度以決定該接收信號的衰減程度，並根據該零值交點長度適應性地調節該切片器之該些臨界值，使該些臨界值隨著該接收信號的衰減程度而變化。
  2. 如申請專利範圍第1項所述調節通訊接收器之切片器的系統，其中上述之零值交點(zero-crossing)累加器藉由累加該零值交點之複數時控取樣(clocked samples)，以決定該零值交點長度，因而得到一累加值。
  3. 如申請專利範圍第1項所述調節通訊接收器之切片器的系統，其中上述之臨界值決定單元根據目前訊框的該零值交點長度以調節下一訊框的該些臨界值。
  4. 如申請專利範圍第1項所述調節通訊接收器之切片器的系統，更包含一迴路濾波器，用以平滑化目前訊框與至少前一訊框之間的複數該零值交點長度，其中該平滑化零值交點長度被饋至該臨界值決定單元。
  5. 如申請專利範圍第1項所述調節通訊接收器之切片器的系統，當該零值交點長度變長時，該臨界值決定單元降低該臨界值的絕對 值；當該零值交點長度變短時，該臨界值決定單元增大該臨界值的絕對值。
  6. 如申請專利範圍第1項所述調節通訊接收器之切片器的系統，其中上述之切片器採用一編碼，其中每一資料位元包含至少一轉變(transition)。
  7. 如申請專利範圍第6項所述調節通訊接收器之切片器的系統，其中上述之編碼為曼徹斯特(Manchester)編碼。
  8. 一種乙太網路接收器，包含：一切片器，根據至少二臨界值對一接收信號執行切片操作，以產生多位準之切片輸出信號；一媒體相關介面(MDI)，其接收該切片輸出信號，據以得到一資料符號；及一臨界值調節器，耦接至該媒體相關介面，該臨界值調節器根據該切片輸出信號決定該切片輸出信號的零值交點長度以判定該接收信號的衰減程度，並根據該零值交點長度適應地(adaptively)調節該些臨界值，使該些臨界值隨著該接收信號的衰減程度而變化。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之乙太網路接收器，其中上述之臨界值調節器包含：一零值交點(zero-crossing)累加器，用以自該媒體相關介面接收該切片輸出信號，並據以決定一累加值，其代表該切片輸出信號的零值交點長度；及一臨界值決定單元，其根據該累加值以調節該切片器的至少一臨界值。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之乙太網路接收器，其中上述之零值交點(zero-crossing)累加器藉由累加該零值交點之複數時控取樣(clocked samples)，以決定該累加值。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之乙太網路接收器，其中上述之臨界值決定單元根據目前訊框的該累加值以調節下一訊框的該至少一臨界值。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之乙太網路接收器，更包含一迴路濾波器，用以平滑化目前訊框與至少前一訊框之間的複數該累加值，其中該平滑化累加值被饋至該臨界值決定單元。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之乙太網路接收器，當該零值交點長度變長時，該臨界值決定單元降低該臨界值的絕對值；當該零值交點長度變短時，該臨界值決定單元增大該臨界值的絕對值。
  14. 如申請專利範圍第8項所述之乙太網路接收器，其中上述之媒體相關介面包含：一符號時序回復(STR)單元，其根據該切片輸出信號之零值交點以決定一較佳符號取樣點；及一解碼器，對該切片輸出信號進行解碼，以得到該資料符號。
  15. 如申請專利範圍第8項所述之乙太網路接收器，更包含：一實體媒體連接/實體訊號處理(PMA/PLS)子層，耦接至該媒體相關介面(MDI)的輸出；及一媒體獨立介面(MII)，耦接至該實體媒體連接/實體訊號處理(PMA/PLS)子層的輸出； 其中來自該媒體獨立介面(MII)的MII信號經由一媒體存取控制(MAC)層進行處理。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之乙太網路接收器，其中上述之解碼器採用一編碼，其中每一資料位元包含至少一轉變(transition)。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之乙太網路接收器，其中上述之編碼為曼徹斯特(Manchester)編碼。
  18. 一種調節通訊接收器之切片器的方法，包含：自一切片器接收一切片輸出信號，該切片輸出信號係由該切片器根據至少二臨界值對一接收信號執行切片所產生；決定該切片輸出信號之一零值交點(zero-crossing)長度；及根據該零值交點長度以決定該接收信號的衰減程度，並根據該零值交點長度適應性地調節該切片器的該些臨界值，使該些臨界值隨著該接收信號的衰減程度而變化。
  19. 如申請專利範圍第18項所述調節通訊接收器之切片器的方法，其中上述決定該零值交點長度之步驟包含：累加該零值交點之複數時控取樣(clocked samples)，以決定一累加值。
  20. 如申請專利範圍第18項所述調節通訊接收器之切片器的方法，其中上述調節該臨界值之步驟包含：根據目前訊框之該零值交點長度以調節下一訊框。
  21. 如申請專利範圍第18項所述調節通訊接收器之切片器的方法，於上述調節該臨界值之步驟前，更包含： 平滑化目前訊框與至少前一訊框之間的複數該零值交點長度。
  22. 如申請專利範圍第18項所述調節通訊接收器之切片器的方法，其中上述調節該臨界值之步驟包含：當該零值交點長度變長時，降低該臨界值的絕對值；及當該零值交點長度變短時，增大該臨界值的絕對值。
  23. 如申請專利範圍第18項所述調節通訊接收器之切片器的方法，其中上述之切片輸出信號採用一編碼，其中每一資料位元包含至少一轉變(transition)。
  24. 如申請專利範圍第23項所述調節通訊接收器之切片器的方法，其中上述之編碼為曼徹斯特(Manchester)編碼。
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