TWI517563B - 接收裝置及其放大倍率的控制方法 - Google Patents

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Description

接收裝置及其放大倍率的控制方法
本發明是關於一種通訊網路系統之參數調整技術,特別是關於一種接收裝置及其放大倍率的控制方法,其可適用於通訊網路系統中。
在接收器中,類比自動增益控制器(programmable gain amplifier;PGA)的增益在啟動程序中決定後即不再改變。然而,環境的變化會造成相關參數的變動,進而導致類比數位轉換器(analog-to-digital converter;ADC)的輸出信號發生削波(clipping)現象。
舉例來說,在乙太網路(Ethernet)系統中,同一條纜線(cable)在-40℃至125℃之不同溫度下,對其所量測到信號的饋入損失(insertion loss)換算等效線長大約會從10公尺變化到100公尺以上。當環境溫度對纜線的影響造成饋入損失變化劇烈時,信號的高峰值對平均功率比(peak-to-averagepower ratio;PAPR)亦會隨之改變,因而造成削波現象發生。
在一實施例中,一種接收裝置之放大倍率的控制方法包括偵測一纜線的等效線長的第一變化量、偵測一數位自動增益控制器的放大倍率的第二變化量、根據第一變化量以及第二變化量決定一類比自動增益控制器的放大倍率的第一更新值、計算第一更新值與類比自動增益控制器的放大倍率的當前值之間的調整比率、根據調整比率計算數位自動增益控制器的放大倍率的第二更新值、依據第一更新值更新類比自動增益控制器的放大倍率的設定值、以及依據第二更新值更新數位自動增益控制器的放大倍率的設定值。
在一實施例中,一種接收裝置包括一前端接收電路、一前饋等化器、一加法電路、一數位自動增益控制器、一回授等化器、一通道估測器以及一控制單元。
前端接收電路具有一類比自動增益控制器。前饋等化器電性連接前端接收電路。加法電路電性連接前饋等化器。數位自動增益控制器電性連接在前饋等化器與加法電路之間。回授等化器電性連接加法電路。通道估測器用以估算一纜線的等效線長。控制單元電性連接類比自動增益控制器、數位自動增益控制器以及通道估測器,並且用以根據等效線長的變化量以及數位自動增益控制器的放大倍率的變化量決定類比自動增益控制器的放大倍率的一第一更新值、根據第一更新值與類比自動增益控制器的放大倍率的當前值之間的調整比率決定數位自動增益控制器的放大倍率的一第二更新值以及依據第一更新值以及第二更新值分別更新類比自動增益控制器與數位自動增益控制器的些放大倍率的設定值。
綜上,根據本發明之接收裝置及其放大倍率的控制方法應用於通訊網路系統中,其可監控環境溫度的變化並適應性調整自動增益控制器的放大倍率,藉以加速系統的收斂並增進信號品質,進而避免系統中斷連線(link down)並提升系統效能。
第1圖為根據本發明一實施例之接收裝置的概要示意圖。此接收裝置10可應用於通訊網路系統中。於此,通訊網路系統可例如乙太(Ethernet)網路系統,但不限於此。
參照第1圖,接收裝置10包括一前端接收電路110、一雜訊消除裝置120、一前饋等化器(feed-forwardequalizer;FFE)130、一數位自動增益控制器(digital automatic gain controller;DAGC)140、一加法電路150、一回授等化器(feedback equalizer;FBE)160、一時序回復器170、一決策回授序列估測器(decision-feedback sequence estimation;DFSE)180、一資料決策器(slicer)190、一通道估測器200及一控制單元210。
前端接收電路110、雜訊消除裝置120、前饋等化器130、數位自動增益控制器140、加法電路150以及決策回授序列估測器180依序電性連接(串接)。換言之,雜訊消除裝置120電性連接在前端接收電路110與前饋等化器130之間,而數位自動增益控制器140電性連接在前饋等化器130與加法電路150之間。
回授等化器160電性連接至加法電路150,並且時序回復器170電性連接在前端接收電路110與回授等化器160之間。於此,加法電路150的二輸入端分別電性連接前饋等化器130以及回授等化器160,並且加法電路150的輸出端電性連接決策回授序列估測器180。其中,資料決策器190電性連接在加法電路150的輸出端與回授等化器160之間。
控制單元210電性連接至前端接收電路110、數位自動增益控制器140及通道估測器200。
前端接收電路110用以接收遠端傳送之輸入訊號並將其轉換成數位訊號。雜訊消除裝置120用以將信號中之近端干擾消除。前饋等化器130用以消除訊號中碼際干擾(inter-symbol interference,ISI)之前游標(precursor)成分。加法電路150用以依據其他近端接收器之經過近端干擾消除、時序回復及通道等化的數位輸入訊號將信號中之遠端干擾消除。回授等化器160用以消除碼際干擾之後游標(postcursor)成分。時序回復器170用以執行訊號時序的回復,以使接收端之時脈訊號的頻率及相位與傳輸端之時脈訊號的頻率及相位同步。決策回授序列估測器180用以進行解碼並消除訊號中的碼際干擾之後游標成分。通道估測器200係對主/從收送裝置之間的通道長度(即,耦接在主/從收送裝置之間之一纜線的等效線長L)進行估測,以便預設及更新各項元件參數,藉以加速系統的收斂並增進信號品質。
基本上,前端接收電路110的架構與運作為本領域所熟知,舉例來說,參照第2圖,在一些實施例中,前端接收電路110可包括:一雜訊消除裝置111、一類比自動增益控制器(analog  automatic gain controller;AAGC)112、一低通濾波器(low pass filter,LPF)113、一取樣/保持電路(S/H circuit)114、一反相部份響應濾波器(inverse partial response,IPR)115與一類比至數位轉換器(analog-to-digital converter,ADC)116。
雜訊消除裝置111、類比自動增益控制器112、低通濾波器113、取樣/保持電路114、反相部份響應濾波器115與類比至數位轉換器116及雜訊消除裝置120依序電性連接(串接)。時序回復器170電性連接在類比至數位轉換器116與回授等化器160之間。
輸入信號由雜訊消除裝置111接收後,依序經由雜訊消除裝置111、類比自動增益控制器112、低通濾波器113、取樣/保持電路114、反相部份響應濾波器115與類比至數位轉換器116處理後輸出給雜訊消除裝置120。
基本上,雜訊消除裝置120的架構與運作為本領域所熟知,舉例來說,在一些實施例中,雜訊消除裝置120可包括一迴音消除器(echo canceller)、多個近端串音消除器(near-end crosstalk canceller,NEXT canceller)以及一加法器。迴音消除器以及近端串音消除器電性連接至加法器的另一輸入端。加法器的輸出端則電性連接至前饋等化器130。
基本上,通道估測器200的估算等效線長L的方法為本領域所熟知,舉例來說,估算方法可以是例如藉由接收信號在過渡期間(transition period)的斜率(slope)來估測、利用量測接收訊號能量(measure received signal energy)來估測、藉由Israel Greiss所提出利用6MHz與43MHz的通道響應來估測、基於Israel Greiss的理論採用簡化的離散傅立葉轉換(discrete fourier transform;DFT)來估測(例如:我國第TWI2205611號專利)、或利用前饋等化器130以及回授等化器160的通道樣本來估測(例如:我國第102129205號專利申請案)等,但在此並不對其限制。
在一些實施例中,數位自動增益控制器140以及類比自動增益控制器112可分別由可程式化增益放大器(programmable gain amplifier;PGA)實現。
一般而言,在接收裝置10的啟動程序中,控制單元210會預設好各元件的元件參數。在本案中,於接收裝置10的運作過程(完成啟動程序後)中,控制單元210更依據環境溫度變化調整自動增益控制器的放大倍率。
參照第3圖,控制單元210執行溫度監控程式(步驟S30),以透過偵測等效線長L的變化量(以下稱之為第一變化量)及數位自動增益控制器140的放大倍率G1的變化量(以下稱之為第二變化量)來偵測環境溫度的變化。
於此,控制單元210控制通道估測器200估算一纜線的等效線長L以取得估算出的等效線長L(即,當前值)(步驟S310),以及讀取數位自動增益控制器140的放大倍率G1(即,當前值)(步驟S330)。
然後,控制單元210根據得到的等效線長L的當前值與前一次得到的先前值(即,前一次估算出的等效線長L)計算第一變化量,即,計算等效線長L的當前值與先前值之間的差距(步驟S350)。
並且,控制單元210根據得到的放大倍率G1的當前值與前一次得到的先前值(即,前一次讀取到的放大倍率G1)計算第二變化量,即,計算放大倍率G1的當前值與先前值之間的差距(步驟S370)。
其中,控制單元210可電性連接一儲存單元220。在每次得到的等效線長L及放大倍率G1的當前值時,控制單元210會將得到的等效線長L及放大倍率G1的當前值儲存在儲存單元220中,以作為下次用以計算變化量的先前值。
控制單元210再比較第一變化量與第一閥值以及比較第二變化量與第二閥值,以判定環境溫度是否劇烈變化(步驟S390)。其中,第一閥值與第二閥值為預設好的既定值。例如:接收裝置10出廠時即以韌體或軟體設定並儲存在接收裝置10的儲存單元220中。
當第一變化量大於第一閥值、或第二變化量大於第二閥值、或兩者皆大於各自對應的閥值時,控制單元210判定環境溫度劇烈變化並啟動調整程式(tuning program)(步驟S40)。
當第一變化量不大於第一閥值且第二變化量不大於第二閥值(即,兩者皆不大於各自對應的閥值)時,控制單元210判定環境溫度未劇烈變化。
參照第4及5圖,於判定環境溫度劇烈變化時,控制單元210執行調整程式S40,以重設自動增益控制器的放大倍率。
於此,控制單元210根據等效線長L的當前值計算一目標平均功率(步驟S410)。
並且,控制單元210計算類比自動增益控制器212的平均輸出功率(步驟S430)。
然後,控制單元210比較平均輸出功率與目標平均功率來判斷類比自動增益控制器212的放大倍率G2的調整方向(增加或減少)(步驟S450)。
當平均輸出功率小於目標平均功率時,控制單元210判定調整方向為增加放大倍率(以下標示為G2)(步驟S470),並依據調整方向增加類比自動增益控制器212的放大倍率G2的檔位以得到類比自動增益控制器212的放大倍率G2的更新值(以下稱之為第一更新值)(步驟S490)。
當平均輸出功率不小於目標平均功率時,控制單元210判定調整方向為減少放大倍率G2(步驟S472),並依據調整方向減少類比自動增益控制器212的放大倍率G2的檔位以得到第一更新值(步驟S492)。
然後,控制單元210比較得到的第一更新值與放大倍率G2的臨界值(即,最大值與最小值)(步驟S510)。其中,臨界值為預設好的既定值。例如:接收裝置10出廠時即以韌體或軟體設定並儲存在接收裝置10的儲存單元220中。
當第一更新值落在臨界值內(即,最大值與最小值之間)時,控制單元210計算得到之第一更新值與類比自動增益控制器212的放大倍率G2的當前值之間的調整比率(步驟S530)。舉例來說,假設當前值為檔位3(即,將信號放大0.2)而第一更新值為檔位4(即,將信號放大0.3),則調整比率則為1.5(=0.3/0.2)。
控制單元210根據調整比率計算數位自動增益控制器140的放大倍率G1的更新值(以下稱之為第二更新值)(步驟S550)。舉例來說,假設調整比率為1.5,第二更新值=放大倍率G1的當前值/1.5。
控制單元210依據第一更新值更新類比自動增益控制器212的放大倍率G2的設定值(步驟S570)。換言之,控制單元210將第一更新值代入類比自動增益控制器212中以作為放大倍率G2的設定值。
然後,控制單元210依據第二更新值更新數位自動增益控制器140的放大倍率G1的設定值(步驟S590)。換言之,控制單元210將第二更新值代入數位自動增益控制器140中以作為放大倍率G1的設定值。
於此,控制單元210可在執行步驟S570後,先等待一既定時間(以下稱之為第一時間)(步驟S580),然後才執行步驟S590,以確保資料的連續。換言之,類比自動增益控制器212的放大倍率G2與數位自動增益控制器140的放大倍率G1不同時更新,而是兩者更新時間之間具有一第一時間的延遲。
其中,第一時間相應於串接在類比自動增益控制器與數位自動增益控制器之間的元件數量。換言之,第一時間為同一筆資料從由類比自動增益控制器輸出到由數位自動增益控制器輸出所需之時間。
於此,控制單元210會記錄此次調整方向(例如:儲存在儲存單元220中)(步驟S610)。
並且,控制單元210等待一既定時間(以下稱之為第二時間)(步驟S630)以使系統收斂後,重新執行調整程式S40。於此,在步驟S410中,控制單元210可記錄計算出目標平均功率(例如:儲存在儲存單元220中),而於重新執行時,則無需再次計算。換言之,於系統收斂後,控制單元210返回至步驟S430,以重新執行步驟S430至步驟S630。
於此,控制單元210可透過偵測調整方向是否改變來決定是否結束調整程式(步驟S40)。換言之,在得到調整方向(步驟S470或步驟S472)後,控制單元210先比較得到之調整方向與前次記錄之調整方向以確定調整方向是否改變(步驟S480)。
當調整方向未改變時,控制單元210才接續執行步驟S490或步驟S492。
當調整方向改變或第一更新值落在臨界值外(即,大於最大值或小於最小值)時,控制單元210則結束調整程式(步驟S40)。
於結束前,控制單元210會先清除調整方向的記錄(即,清除儲存單元220中所儲存的調整方向)。
在一些實施例中,溫度監控程式可為一背景程式。並且,控制單元210每隔一既定時間(以下稱之為第三時間)啟動執行溫度監控程式(步驟S30)。
於此,上述之第一時間、第二時間與第三時間的等待則可利用計時器來實現。在一些實施例中,控制單元210可電性連接一個或多個計時器230。於需等待時,控制單元210啟動計時器230計時。於計時器230計時達既定時間時,再觸發控制單元210接續執行後續步驟。
舉例來說,當控制單元210完成啟動程序、判定環境溫度未劇烈變化或結束調整程式S40時,控制單元210啟動計時器230進行計時(步驟S80)。於計時器230計時達第三時間時,觸發控制單元210啟動執行溫度監控程式(步驟S30)。
在一些實施例中,控制單元210及通道估測器200可由一個或多個處理元件所實現。於此,處理元件可以是例如微控制器(microcontroller;MCU)、嵌入式控制器(embedded controller)、微處理器(microprocesser;MPU)或特定應用積體電路(application specific integrated circuit;ASIC)等,但在此並不對其限制。
舉例來說,假設控制單元210可為一微處理器及一微控制器。溫度監控程式及調整程序可為微處理器的工作。
溫度監控程式可為一背景程式,並且控制一調整旗標(tuning flag)。此調整旗標能儲存在儲存單元220中。當判定環境溫度劇烈變化時,溫度監控程式會調整旗標設為1。當判定環境溫度未劇烈變化時,溫度監控程式則維持調整旗標為0。
在資料模式(data mode)下,微控制器會不斷的檢查調整旗標。當發現調整旗標為1時,微控制器則呼叫調整程式以致使微處理器啟動執行調整程式(步驟S40)並暫停溫度監控程式。
在省電模式(energy-sufficientEthernet mode;EEEmode)下,當發現調整旗標為1時,微控制器會從省電模式回到資料模式,並且在資料模式呼叫調整程式。
儲存單元220可由一個或多個儲存元件所實現。於此,儲存元件可以是例如記憶體或暫存器等,但在此並不對其限制。計時器230可以是例如中斷計時器等,但在此並不對其限制。
應可理解的是,在實施例中各步驟的描述順序並非用以限制其執行順序,在合理範圍中,各步驟的執行順序可任意變動。舉例來說,步驟S310只需在步驟S330之前執行即可,並且步驟S310、步驟S320及步驟S340之間並無先後順序之需求;同樣地,步驟S330只需在步驟S310及步驟S350之間執行即可,並且步驟S330、步驟S320及步驟S340之間並無先後順序之需求。
綜上,根據本發明之接收裝置及其放大倍率的控制方法應用於通訊網路系統中,其可監控環境溫度的變化並適應性調整自動增益控制器的放大倍率,藉以加速系統的收斂並增進信號品質,進而避免系統中斷連線(link down)並提升系統效能。
雖然本發明以前述之實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何熟習相像技藝者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作些許之更動與潤飾,因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧接收裝置
110‧‧‧前端接收電路
111‧‧‧雜訊消除裝置
112‧‧‧類比自動增益控制器
113‧‧‧低通濾波器
114‧‧‧取樣/保持電路
115‧‧‧反相部份響應濾波器
116‧‧‧類比至數位轉換器
120‧‧‧雜訊消除裝置
130‧‧‧前饋等化器
140‧‧‧數位自動增益控制器
150‧‧‧加法電路
160‧‧‧回授等化器
170‧‧‧時序回復器
180‧‧‧決策回授序列估測器
190‧‧‧資料決策器
200‧‧‧通道估測器
210‧‧‧控制單元
220‧‧‧儲存單元
230‧‧‧計時器
L‧‧‧等效線長
G1‧‧‧放大倍率
S30‧‧‧執行溫度監控程式
S310‧‧‧估算一纜線的等效線長
S330‧‧‧讀取數位自動增益控制器的放大倍率
S350‧‧‧根據等效線長的當前值與先前值計算第一變化量
S370‧‧‧根據數位自動增益控制器的放大倍率的當前值與先前值計算第二變化量
S390‧‧‧比較第一變化量與第一閥值以及比較第二變化量與第二閥值
S40‧‧‧啟動調整程式
S410‧‧‧根據等效線長計算目標平均功率
S430‧‧‧計算類比自動增益控制器的平均輸出功率
S450‧‧‧比較平均輸出功率與目標平均功率
S470‧‧‧調整方向為增加
S472‧‧‧調整方向為減少
S480‧‧‧調整方向是否相反?
S490‧‧‧增加類比自動增益控制器的放大倍率以得到第一更新值
S492‧‧‧減少類比自動增益控制器的放大倍率以得到第一更新值
S510‧‧‧第一更新值是否落在臨界值內?
S530‧‧‧計算第一更新值與類比自動增益控制器的放大倍率的當前值之間的調整比率
S550‧‧‧根據調整比率計算數位自動增益控制器的放大倍率的第二更新值
S570‧‧‧依據第一更新值更新類比自動增益控制器的放大倍率的設定值
S580‧‧‧等待一第一時間
S590‧‧‧依據第二更新值更新數位自動增益控制器的放大倍率的設定值
S610‧‧‧記錄調整方向
S630‧‧‧等待一第二時間
S70‧‧‧清除調整方向之記錄
S80‧‧‧啟動計時
[第1圖]為根據本發明一實施例之接收裝置的概要示意圖。[第2圖]為第1圖中前端接收電路之一實施例的概要示意圖。[第3至5圖]為根據本發明一實施例之接收裝置之放大倍率的控制方法的流程圖。
S30‧‧‧執行溫度監控程式
S310‧‧‧估算一纜線的等效線長
S330‧‧‧讀取數位自動增益控制器的放大倍率
S350‧‧‧根據等效線長的當前值與先前值計算第一變化量
S370‧‧‧根據數位自動增益控制器的放大倍率的當前值與先前值計算第二變化量
S390‧‧‧比較第一變化量與第一閥值以及比較第二變化量與第二閥值
S40‧‧‧啟動調整程式
S80‧‧‧啟動計時

Claims (12)

  1. 一種接收裝置之放大倍率的控制方法,包括:偵測一纜線的一等效線長的一第一變化量;偵測一數位自動增益控制器的放大倍率的一第二變化量;根據該第一變化量以及該第二變化量決定一類比自動增益控制器的放大倍率的一第一更新值;計算該第一更新值與該類比自動增益控制器的該放大倍率的當前值之間的一調整比率; 根據該調整比率計算該數位自動增益控制器的該放大倍率的一第二更新值;依據該第一更新值更新該類比自動增益控制器的該放大倍率的設定值;以及依據該第二更新值更新該數位自動增益控制器的該放大倍率的設定值。
  2. 如請求項1所述之接收裝置之放大倍率的控制方法,其中該些偵測步驟是由一背景程式實現。
  3. 如請求項2所述之接收裝置之放大倍率的控制方法,其中該背景程式是由一計時器觸發。
  4. 如請求項1所述之接收裝置之放大倍率的控制方法,其中該決定步驟包括:比較該第一變化量與一第一閥值;比較該第二變化量與一第二閥值;當該第一變化量大於該第一閥值時,根據該等效線長及該類比自動增益控制器的一平均輸出功率調整該類比自動增益控制器的該放大倍率以得到該第一更新值;當該第二變化量大於該第二閥值時,根據該等效線長及該類比自動增益控制器的一平均輸出功率調整該類比自動增益控制器的該放大倍率以得到該第一更新值;以及當該第一變化量不大於該第一閥值且該第二變化量不大於該第二閥值時,維持該類比自動增益控制器的該放大倍率。
  5. 如請求項4所述之接收裝置之放大倍率的控制方法,其中各該調整步驟包括:根據該等效線長計算一目標平均功率;計算該類比自動增益控制器的該平均輸出功率;以及根據該目標平均功率與該平均輸出功率選擇性增加或減少該類比自動增益控制器的該放大倍率以得到該第一更新值。
  6. 如請求項1所述之接收裝置之放大倍率的控制方法,其中該數位自動增益控制器的該更新步驟是在該類比自動增益控制器的該更新步驟執行後執行且該些更新步驟相距一既定時間。
  7. 如請求項6所述之接收裝置之放大倍率的控制方法,其中該既定時間為相應於串接在該類比自動增益控制器與該數位自動增益控制器之間的元件數量。
  8. 一種接收裝置,包括:一前端接收電路,具有一類比自動增益控制器;一前饋等化器,電性連接該前端接收電路;一加法電路,電性連接該前饋等化器;一數位自動增益控制器,電性連接在該前饋等化器與該加法電路之間;一回授等化器,電性連接該加法電路;一通道估測器,以估算一纜線的一等效線長;以及一控制單元,電性連接該類比自動增益控制器、該數位自動增益控制器以及該通道估測器,用以根據該等效線長的變化量以及該數位自動增益控制器的放大倍率的變化量決定該類比自動增益控制器的放大倍率的一第一更新值、根據該第一更新值與該類比自動增益控制器的該放大倍率的當前值之間的調整比率決定該數位自動增益控制器的該放大倍率的一第二更新值以及依據該第一更新值以及該第二更新值分別更新該類比自動增益控制器與該數位自動增益控制器的該些放大倍率的設定值。
  9. 如請求項8所述之接收裝置,更包括:一中斷計時器,用以根據一既定時間觸發該控制單元以背景程式偵測該纜線的該等效線長的該變化量以及該數位自動增益控制器的該放大倍率的該變化量。
  10. 如請求項8所述之接收裝置,其中當該等效線長的該變化量不大於一第一閥值且該數位自動增益控制器的該放大倍率的該變化量不大於一第二閥值時,該控制單元維持該類比自動增益控制器的該放大倍率;反之,該控制單元根據該等效線長及該類比自動增益控制器的一平均輸出功率調整該類比自動增益控制器的該放大倍率以及根據該調整比率調整該數位自動增益控制器的該放大倍率。
  11. 如請求項8所述之接收裝置,其中該控制單元在更新該類比自動增益控制器後一既定時間之後更新該數位自動增益控制器。
  12. 如請求項11所述之接收裝置,其中該既定時間為相應於串接在該類比自動增益控制器與該數位自動增益控制器之間的元件數量。
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