一種兩步自適應均衡器及其邏輯控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種兩步自適應均衡器及其邏輯控制方法，所述均衡器采用了兩步法去訓練均衡器而不是采用并發和連續雙回路自適應。使用數字控制邏輯和狀態機控制均衡化也使得系統能夠非常容易滴監控和操控均衡化；在模擬閉環訓練完成之后，DAC將接管對均衡濾波器的控制，由于DAC輸出的控制電壓更平穩安靜，因此均衡器本身所產生的抖動以及噪聲會更小。所以與傳統的連續自適應均衡器相比，本發明的均衡器總體抖動性能得到了增強。其均衡濾波器的高頻和低頻部分的增益通過狀態機分別訓練，所以不用擔心兩個環路之間的沖突。均衡濾波器的訓練的結果可以很容易的讀出以去監控鏈路的狀態和變化；也可以更容易的從數字芯片中操控均衡增益。
【專利說明】一種兩步自適應均衡器及其邏輯控制方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種模擬自適應均衡器，具體是一種兩步自適應均衡器及其邏輯控制方法。
【背景技術】
[0002]1.US6819166B1，公開了一種
[0003]Continuous-time, low-frequency-gain/high-frequency-boosting jointadaptation equalizer and method.[0004]該專利描述的是雙回路模擬型連續時間自適應均衡器。在這種結構中，均衡器的低頻增益和高頻增益一起自適應調整，這樣做的目的是為了避免當低頻增益固定的時候只有高頻分量補償可能引起的較差性能。信號由均衡濾波器進行濾波，該濾波器包括兩條路徑，一條低頻路徑和一條高頻路徑。均衡濾波器的輸出隨后被送入到一個比較器或限幅放大器以產生一個信號，該信號的上升/下降速率和幅度作為將作為后面比較器比較的一個參考輸入。電路的其余部分構成了兩個自適應環路，以自適應地調整均衡濾波器的低頻和高頻增益。這包括一對低通濾波器和一對在低頻回路中的整流器來提取低頻功率。均衡濾波器的低頻輸出功率和比較器的低頻功率由誤差放大器進行比較，然后通過回路電容C轉換為控制電壓。高頻回路中，高通濾波器被用來提取信號的高頻功率，除此之外其它和低頻回路相似。
[0005]該結構有以下缺點:
[0006]本電路連續運行來調整均衡濾波器的低頻和高頻增益。這意味著受數據影響的紋波和噪聲電壓會出現在環路控制電壓上，因此輸出數據會一直被這些紋波和噪聲電壓調制。
[0007](1)低頻回路的控制電壓不僅調節均衡濾波器的低頻增益，還會調節高頻增益。因此，為了避免低頻和高頻回路打架，高頻回路的響應速度必須遠快于低頻回路，以補償均衡器低頻回路控制電壓所造成的零點頻率變化。
[0008](2)較差的可控性。完全模擬的實現方式很難操控來自外部世界的控制電壓。同時也很難讀出內部的模擬控制電壓以進行鏈路工作狀況的監測。
[0009]2.US6169764B1 公開了一種 Analog adaptive line equalizer.一個低成本和低功耗自適應電纜均衡器，特別適用于快速以太網的數據通訊中披露。根據該發明各實施例中，第一和第二階自適應均衡器是使用CMOS連續時間模擬信號處理實現的，具有可變電阻器，線性電容和高速運算放大器。
【發明內容】
[0010]本發明是在之前的工作上的改進，提供了一種在任何需要低頻和高頻增益調節的地方都可以使用的兩步自適應均衡器及其邏輯控制方法，所述均衡器采用了兩步法去訓練均衡器而不是采用并發和連續雙回路自適應。使用數字控制邏輯和狀態機控制均衡化也使得系統能夠非常容易滴監控和操控均衡化。
[0011]為實現上述目的，本發明提供如下技術方案:
[0012]一種兩步自適應均衡器，包括:模擬調諧回路和邏輯控制模塊；模擬調諧回路包括均衡濾波器、限幅放大器、低頻回路和高頻回路，接收到的輸入信號經Rx終端阻抗進入均衡濾波器，被均衡濾波器均衡后，送入限幅放大器，產生一個有參考幅度和上升下降沿的輸出信號；進入限幅放大器前后的信號都被送到低頻回路和高頻回路；低頻回路包括一對直流去耦電路、一對低頻濾波器、一個整流器和一個放大器，信號通過一對直流去耦電路和一對低頻濾波器得到信號的低頻成分，然后經整流器進行整流和比較；低頻成分在進入均衡濾波器前，較小的信號區由放大器放大并經過電容進行濾波，以調整低頻增益；高頻回路包括一對高頻濾波器、一個整流器和一個放大器，信號通過一對高頻濾波器得到信號的高頻成分，然后經整流器進行整流和比較；高頻成分在進入均衡濾波器前，較小的信號區由放大器放大并經過電容進行濾波，以調整高頻增益；低頻回路和高頻回路的放大器分別通過邏輯控制模塊連接均衡濾波器，邏輯控制模塊包括比較器、數模轉換器、開關、計數器、時鐘模塊。
[0013]作為本發明進一步的方案:所述數模轉換器為6位數模轉換器，計數器為6位遞增/遞減計數器。
[0014]作為本發明進一步的方案:所述限幅放大器的偏置電路，包括與偏置電流復制電路和一個限幅器的CML級，所述與偏置電流復制電路利用一個運算放大器來等同偏置電路基本偏置管子的Vds與CML的偏置晶體管。
[0015]作為本發明進一步的方案:所述直流去耦濾波器為可編程直流去耦濾波器。
[0016]作為本發明進一步的方案:所述低頻濾波器為可編程低頻濾波器。
[0017]所述兩步自適應均衡器的邏輯控制方法，在鏈路初始化的時候，高頻回路先開始訓練模式，此時控邏輯控制模塊經由G_DAC提供一個固定電壓為VDD/2的低頻控制電壓；訓練結束后，計數器開始增加，直到Z_DAC輸出電壓等于高頻回路的放大器的輸出zctrl，這便是高頻回路均衡訓練的結果；然后，開關切換到Z_DAC輸出，計數器的輸出被鎖定；高頻回路訓練之后，第二步是低頻回路訓練，此時控邏輯控制模塊經由Z_DAC提供一個固定電壓為VDD/2的高頻控制電壓；訓練結束后，計數器開始增加，直到G_DAC輸出電壓等于低頻回路的放大器的輸出gctrl，這便是低頻回路均衡訓練的結果；然后，開關切換到G_DAC輸出，計數器的輸出被鎖定，第一輪訓練結束；然后將第一輪訓練的結果作為初始值進行第二輪訓練；重復訓練，直到符合要求后輸出。
[0018]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0019]1.本發明的模擬閉環訓練完成之后，DAC將接管對均衡濾波器的控制，由于DAC輸出的控制電壓更平穩安靜，因此均衡器本身所產生的抖動以及噪聲會更小。所以與傳統的連續自適應均衡器相比，本發明的均衡器總體抖動性能得到了增強。
[0020]2.由于本發明的均衡濾波器的高頻和低頻部分的增益通過狀態機分別訓練，所以不用擔心兩個環路之間的沖突。
[0021]3.本發明的均衡濾波器訓練的結果可以很容易的讀出以去監控鏈路的狀態和變化；也可以更容易的從數字芯片中操控均衡增益。【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為兩步自適應均衡器的結構圖；
[0023]圖2為兩步自適應均衡器的邏輯控制模塊的結構圖；
[0024]圖3為遞增-應用的邏輯控制的流程圖(HI代表高頻環路，L0代表低頻環路)；
[0025]圖4為限幅放大器的一級與偏置電流源復制電路的電路圖；
[0026]圖5為可編程直流去耦濾波器的電路圖；
[0027]圖6為可編程低頻濾波器的電路圖。
【具體實施方式】
[0028]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0029]請參閱圖1和圖2，一種兩步自適應均衡器，包括:模擬調諧回路和邏輯控制模塊；模擬調諧回路包括均衡濾波器、限幅放大器、低頻回路和高頻回路，接收到的輸入信號經Rx終端阻抗進入均衡濾波器，被均衡濾波器均衡后，送入限幅放大器，產生一個有參考幅度和上升下降沿的輸出信號；進入限幅放大器前后的信號都被送到低頻回路和高頻回路；低頻回路包括一對直流去耦電路、一對低頻濾波器、一個整流器和一個放大器，信號通過一對直流去耦電路和一對低頻濾波器得到信號的低頻成分，然后經整流器進行整流和比較；低頻成分在進入均衡濾波器前，較小的信號區由放大器放大并經過電容進行濾波，以調整低頻增益；高頻回路包括一對高頻濾波器、一個整流器和一個放大器，信號通過一對高頻濾波器得到信號的高頻成分，然后經整流器進行整流和比較；高頻成分在進入均衡濾波器前，較小的信號區由放大器放大并經過電容進行濾波，以調整高頻增益；低頻回路和高頻回路的放大器分別通過邏輯控制模塊連接均衡濾波器，邏輯控制模塊包括比較器、數模轉換器、開關、計數器、時鐘模塊。
[0030]作為本發明進一步的方案:所述數模轉換器為6位數模轉換器，計數器為6位遞增/遞減計數器。
[0031]在兩步自適應均衡器中，限幅放大器是除了均衡濾波器外很重要的模塊，它提供了參考電壓值和上升/下降時間作為控制回路的參考值，即限幅器提供了低頻和高頻增益作為參考來調整均衡濾波器。因此限幅放大器的偏置至關重要的，需要確保每級限幅器的電流都能準確地跟蹤工藝電壓溫度角PVT (process, voltage, temperature)下的的偏置電流。限幅放大器通常用CML來實現。作為本發明進一步的方案:如圖3所示，一個限幅放大器的偏置電路，左邊的是與偏置電流復制電路，利用一個運算放大器來等同偏置電路基本偏置管子的Vds與CML的偏置晶體管；右邊的是一個限幅器的CML級。
[0032]頻譜濾波器用于從信號中提取低頻和高頻分量，本發明包括直流去耦濾波器、低頻濾波器和高頻濾波器。除了高頻濾波器有固定的截止頻率，其他兩個都是2比特可編程，請參閱圖4，所述直流去耦濾波器為可編程直流去耦濾波器；請參閱圖5，所述低頻濾波器為可編程低頻濾波器。
[0033]鎖定到模擬誤差電壓有兩種控制算法。一種就是上面描述的“遞增-應用”，也就是在模擬訓練后DAC遞增輸出電壓直到和模擬誤差電壓相同然后鎖定DAC此時的輸出到均衡濾波器。另一個方法是“跟蹤-應用”，是指在模擬訓練的階段DAC —直跟蹤誤差放大器的輸出，特定時間之后切換DAC的輸出到均衡濾波器。
[0034]請參閱圖6，所述兩步自適應均衡器的邏輯控制方法，在鏈路初始化的時候，高頻回路先開始訓練模式，此時控邏輯控制模塊經由G_DAC提供一個固定電壓為VDD/2的低頻控制電壓；訓練結束后，計數器開始增加，直到Z_DAC輸出電壓等于高頻回路的放大器的輸出zctrl，這便是高頻回路均衡訓練的結果；然后，開關切換到Z_DAC輸出，計數器的輸出被鎖定；高頻回路訓練之后，第二步是低頻回路訓練，此時控邏輯控制模塊經由Z_DAC提供一個固定電壓為VDD/2的高頻控制電壓；訓練結束后，計數器開始增加，直到G_DAC輸出電壓等于低頻回路的放大器的輸出gctrl，這便是低頻回路均衡訓練的結果；然后，開關切換到G.DAC輸出，計數器的輸出被鎖定，第一輪訓練結束；然后將第一輪訓練的結果作為初始值進行第二輪訓練；重復訓練，直到符合要求后輸出。
[0035]對于本領域技術人員而言，顯然本發明不限于上述示范性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。
[0036]此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。
【權利要求】
1.一種兩步自適應均衡器，其特征在于，包括:模擬調諧回路和邏輯控制模塊；模擬調諧回路包括均衡濾波器、限幅放大器、低頻回路和高頻回路，接收到的輸入信號經RX終端阻抗進入均衡濾波器，被均衡濾波器均衡后，送入限幅放大器，產生一個有參考幅度和上升下降沿的輸出信號；進入限幅放大器前后的信號都被送到低頻回路和高頻回路；低頻回路包括一對直流去稱電路、一對低頻濾波器、一個整流器和一個放大器，信號通過一對直流去耦電路和一對低頻濾波器得到信號的低頻成分，然后經整流器進行整流和比較；低頻成分在進入均衡濾波器前，較小的信號區由放大器放大并經過電容進行濾波，以調整低頻增益；高頻回路包括一對高頻濾波器、一個整流器和一個放大器，信號通過一對高頻濾波器得到信號的高頻成分，然后經整流器進行整流和比較；高頻成分在進入均衡濾波器前，較小的信號區由放大器放大并經過電容進行濾波，以調整高頻增益；低頻回路和高頻回路的放大器分別通過邏輯控制模塊連接均衡濾波器，邏輯控制模塊包括比較器、數模轉換器、開關、計數器、時鐘模塊。
2.根據權利要求1所述的兩步自適應均衡器，其特征在于，所述數模轉換器為6位數模轉換器，計數器為6位遞增/遞減計數器。
3.根據權利要求1所述的兩步自適應均衡器，其特征在于，所述限幅放大器的偏置電路，包括與偏置電流復制電路和一個限幅器的CML級，所述與偏置電流復制電路利用一個運算放大器來等同偏置電路基本偏置管子的Vds與CML的偏置晶體管。
4.根據權利要求1所述的兩步自適應均衡器，其特征在于，所述直流去耦濾波器為可編程直流去耦濾波器。
5.根據權利要求1所述的兩步自適應均衡器，其特征在于，所述低頻濾波器為可編程低頻濾波器。
6.一種如權利要求1-5之一所述的兩步自適應均衡器的邏輯控制方法，其特征在于，在鏈路初始化的時候，高頻回路先開始訓練模式，此時控邏輯控制模塊經由G_DAC提供一個固定電壓為VDD/2的低頻控制電壓；訓練結束后，計數器開始增加，直到Z_DAC輸出電壓等于高頻回路的放大器的輸出zctrl，這便是高頻回路均衡訓練的結果；然后，開關切換到Z_DAC輸出，計數器的輸出被鎖定；高頻回路訓練之后，第二步是低頻回路訓練，此時控邏輯控制模塊經SZ_DAC提供一個固定電壓為VDD/2的高頻控制電壓；訓練結束后，計數器開始增加，直到G_DAC輸出電壓等于低頻回路的放大器的輸出gctrl，這便是低頻回路均衡訓練的結果；然后，開關切換到G_DAC輸出，計數器的輸出被鎖定，第一輪訓練結束；然后將第一輪訓練的結果作為初始值進行第二輪訓練；重復訓練，直到符合要求后輸出。
【文檔編號】H04L25/03GK103685104SQ201310631628
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月3日 優先權日:2013年12月3日
【發明者】劉海齊 申請人:蘇州仙林力齊電子科技有限公司