摺疊順序自適應均衡器的製作方法

2023-05-14 01:51:21 2

專利名稱：摺疊順序自適應均衡器的製作方法
技術領域：
本發明涉及自適應均衡器領域。
背景技術：
均衡器可以被用來補償因在非理想介質中傳輸而造成的信號損失。這樣的均衡器一般通過向接收到的信號施加具有與由傳輸介質引入的退化相反的增益特性和頻率特性的傳遞函數，來補償信號損失。傳遞函數l+aG(s)經常被用於在自適應均衡器中實現對電纜或其他傳輸介質的逆響應，該自適應均衡器被設計成能夠處理不同程度的傳輸退化，例如由可變的電纜長度引入的不同程度的傳輸退化。常數項1代表在直流電流情況下(頻率=0)沒有電纜衰減， 傳遞函數G(S)為高頻提升增益。係數α為適應係數，其取值範圍從0到1，其中0對應0 米長電纜，1對應該均衡器設計使用的最大電纜長度。順序單速率和多速率自適應均衡器的示例實現方式和操作說明已經在公開號為 2003/0043897Α1的美國專利申請中公開，該專利申請的所有者為本申請的受讓人，通過引用將其併入本申請。


圖1是典型數據通訊系統中均衡器的框圖，在該數據通訊系統中輸入信號通過傳輸介質後被接收；圖2是顯示發生在傳輸介質中的損失(分貝)的圖，該損失被繪製為信號頻率(f) 的函數，並且圖中示出了兩種不同長度(Li和L2)傳輸介質的損失以及兩個均衡器的響應 (Rl和R2)，該兩個均衡器響應被設計用於均衡由兩種長度傳輸介質所導致的信號損失；圖3是顯示多級均衡器核心的框圖；圖4是顯示多級自適應均衡器的兩個不同傳遞函數的圖，該兩個不同的傳遞函數對應於該均衡器的兩個增益提升級中每一個的最大激活(maximumactivation)；圖5是顯示圖1中的多級均衡器核心中的增益控制信號如何根據傳輸介質的長度進行調整的圖；圖6是顯示了具有四個級的多速率自適應均衡器核心的框圖，其中，前兩個級實現了可變帶寬傳遞函數Ghbw(S)，後兩個級實現了低帶寬傳遞函數Gim(S)；圖7是顯示多速率自適應均衡器的五個不同傳遞函數的圖，該五個不同的傳遞函數對應於該均衡器的四個順序增益提升級中每一個的最大激活以及全部四個級的非激活；圖8是顯示在多速率自適應均衡器自動增益控制迴路中四個增益控制信號和一個帶寬控制信號的生成的框圖；圖9是顯示多級均衡器核心中增益控制信號和帶寬限制信號如何根據初級增益控制信號age進行調整的圖；圖10是顯示根據本發明一個示例實施例的順序摺疊多速率自適應均衡器的框圖；圖11是顯示圖10中順序摺疊多速率自適應均衡器的自動增益控制迴路的框圖；圖12是顯示在圖11的摺疊多速率自適應均衡器自動增益控制迴路中四個增益控制信號和一個摺疊信號的電平相對於初級自動增益控制信號的圖；圖13是顯示圖10的均衡器的摺疊多速率自適應均衡器核心的框圖；圖14是顯示圖10的摺疊多速率自適應均衡器的五個不同傳遞函數的示例的圖；圖15是顯示圖13的摺疊多速率自適應均衡器核心的單一增益級的框圖；圖15a是顯示圖13的摺疊多速率自適應均衡器核心的單一增益級的另一個實施例的框圖；圖16是顯示圖15或圖15a的增益級的三個不同傳遞函數的示例的圖；圖17是顯示可以用於實現圖15a的增益級的一組示例的差分電晶體對和RC電路的電路圖。
具體實施例方式此處描述的示例實施例包括自適應均衡器，自適應均衡器通過應用傳遞函數來補償因在非理想介質中傳輸所導致的信號損失，所述傳遞函數的增益和帶寬分布(profile) 根據接收到的信號的特性而變化，其利用摺疊函數以使用相同的增益提升電路來提升高帶寬信號和低帶寬信號。此處描述的自適應均衡器的示例實施例可以例如使用不同的數據速率和電纜長度而適於與各種數據通信系統一起使用，包括串行數字接口(SDI)。為了提供對於本發明的示例實施例的更好的理解，在介紹本發明的具體的特徵之前，首先提供對自適應均衡器的一般說明。圖1圖示了在一個典型的數據通信系統中使用自適應均衡器1，其中輸入信號2在經過傳輸介質傳輸之後被接收。該輸入信號2被饋送經過實現傳遞函數G(S)的增益提升級3;該增益提升級3在調製器8處由與值α相應的自動增益控制(「age」)信號4調製，提升級3應用的增益與該增益控制信號4的強度成正比，導致應用在輸入信號2上的傳遞函數CiG(S)饋入增益提升級3。然後級3的輸出6在加法器7處與原始輸入信號2相加，生成以傳遞函數1+α G(S)為特徵的最終輸出信號9。參考附圖，圖2顯示了兩條不同長度電纜的信號損失10、11和均衡器響應12、13， 其繪製成信號頻率的函數。第一個、較短長度的電纜Ll造成的信號損失10由均衡器響應 Rl 12結合另外的低通濾波器來均衡，所述均衡器響應Rl 12接近具有Ll長度10的電纜的傳遞函數的逆，所述低通濾波器設計用於限制均衡造成的高頻噪聲放大的量。相似地，更長的電纜L2的更顯著的損失傳遞函數11由更高增益的均衡器響應R2 13結合低通濾波器來均衡。除了在非常高的頻率區域，應用上述傳遞函數12、13中的任一個到由相應的電纜長度10、11所產生的退化信號都可以產生平坦的輸出信號5，其中在非常高的頻率區域，輸出信號衰減以消除高頻噪聲。自適應均衡器還可以使用幾個順序引入的增益級1，因為隨著電纜長度的增加，信號退化的程度也增大。這些級1中的每一個應用與電纜給定長度成正比地均衡接收到的信號2的傳遞函數這樣，設計用於調節最大長度為300米的電纜的示例性三級自適應均衡器將第一增益提升級1應用到最大長度為100米的電纜，將第一和第二級1應用到長度為100 米到200米之間的電纜，將所有三個級1應用到長度為200米到300米之間的電纜。適應係數α在這裡可以分解到三個級——α 1, α 2和α 3——它們都從最小值開始並順序增加到它們的最大值。這樣，隨著電纜長度的增加，首先α 1從0增加到1 ；在100米電纜處， α 1增加到其最大值1，α 2將隨著電纜長度繼續增加而開始增加。在200米電纜處，α 2增加到其最大值1，α 3開始增加。在300米電纜處，所有三個係數都處於各自最大值，達到了均衡器的適應上限。參考附圖，圖3顯示了兩級自適應均衡器14的操作。輸入信號2順序經過兩個增益級15、16，每一個增益級都應用了旨在消除因傳輸介質造成的部分或全部的信號損失的傳遞函數，最終生成均衡的輸出信號9。第一增益級15由自動增益控制信號agcl 17調製， 第二增益級16由自動增益控制信號agc2 18調製。圖4顯示了由圖3中的兩級自適應均衡器實現的傳遞函數的示例。其中顯示了三個不同的傳遞函數19、20、21，對應於三組自動增益控制信號agcll7和agc2 18的值。當適應係數α (這裡由增益控制信號age 4實現)為其最小值時，信號agcl 17和agc2 18都處於它們的最小值，兩個增益級都處於非激活狀態，結果為如第一傳遞函數19所顯示的具有平坦增益的傳遞函數。當自動增益控制信號age 4增加時，第一增益控制信號agcl 17 從0增加到1，導致第一增益級15逐步激活直到達到其最大增益，顯示為第二傳遞函數20。 隨著自動增益控制信號age 4繼續增加，第二增益控制信號agc2 18從0增加到1，導致第二增益級16逐步激活直到達到其最大增益，顯示為第三傳遞函數21。圖5顯示了前兩個圖所示的兩級均衡器14中的增益控制信號17、18是如何由自動增益控制迴路根據age信號4的值來調整的。信號agcl 17和agc218是這樣生成的通過將初級(Primary)agc信號4分別與第一 agcl參考電平24和第二 agc2參考電平25 (由虛線表示)相比較，並且隨著age 4接近並超過信號的參考電平24、25，逐漸增加相應的增益控制信號17、18的值。在本例中，直到agcl 17達到了其最大電平27，agc2 18的值26 才開始增加。多級自適應均衡器14的進一步完善可結合僅向低帶寬傳輸應用額外低頻增益的一個或多個帶寬限制的級，從而限制了信號9的帶寬，但在提高增益的同時不相應增加高頻噪聲。首先應用一個或多個初始、可變帶寬增益提升級，直到它們處於最大增益，該最大增益代表高頻噪聲閾值；在達到最大增益這一點之後，這些可變帶寬級的帶寬減小，並且應用一個或多個低帶寬增益提升級，有效地將最大增益峰值移向較低頻率並且過濾掉較高頻率。均衡器使用自動增益控制迴路來調製這些增益提升級中每一個的增益，並且限制可變帶寬增益提升級的帶寬。這樣的多速率自適應均衡器體現了在其所均衡的信號的最大帶寬和傳輸信號的最大電纜長度之間的權衡。參考附圖，圖6顯示了多速率自適應均衡器41的一個示例的操作，所述多速率自適應均衡器41包括均衡器核心28，該均衡器核心28由增益和帶寬控制信號17、18、33、34、35控制。接收到的信號2順序通過四個增益提升級29-32中每一個的傳遞函數而被提升， 以生成均衡的輸出信號9。第一可變帶寬增益提升級29的傳遞函數的增益由自動增益控制信號agcl 17控制。第二可變帶寬增益提升級30的傳遞函數的增益由自動增益控制信號 agc218控制。第一低帶寬增益提升級31的傳遞函數的增益由自動增益控制信號agc3 33 控制。第二低帶寬增益提升級32的傳遞函數的增益由自動增益控制信號agc4 34控制。兩個可變帶寬級29、30的傳遞函數的帶寬由帶寬限制信號35控制。圖7顯示了隨著自動增益控制信號age 4的增加的多速率自適應均衡器核心28 的總傳遞函數的曲線圖。圖中顯示了五個不同的傳遞函數36-40，對應自動增益控制信號 agcl 17、agc2 18、agc3 33和agc4 34的五組不同的值。第一傳遞函數36對應於四個自動增益控制信號17、18、33、34都處於其最小值的點agcl = 0、agc2 = 0、agc3 = 0以及 agc4 = 0。該第一傳遞函數36本質上是在除了在非常高的頻率區域之外所有頻率上的單位增益，其中在非常高的頻率區域，其衰減以消除高頻噪聲。第二傳遞函數37對應於第一自動增益控制信號17達到其最大值的點agcl = 1、agc2 = 0、agc3 = 0以及agc4 = 0。 第三傳遞函數38對應於第二自動增益控制信號18達到其最大值的點agcl = 1、agc2 = 1、agc3 = 0以及agc4 = 0。第四傳遞函數39對應於第三自動增益控制信號33達到其最大值的點agcl = Uagc2 = Uagc3 = 1以及agc4 = 0。第五傳遞函數40對應於四個自動增益控制信號17、18、33、34都達到其最大值的點:agcl = 1、agc2 = 1、agc3 = 1以及 agc4 = 1。第四傳遞函數39和第五傳遞函數40體現了激活低帶寬增益提升級31、32以及使用帶寬控制信號35限制可變帶寬級29、30的帶寬的效果，其開始於第二可變帶寬提升級 30達到其最大增益後信號9的帶寬減小，但低頻增益增加。圖8圖示了在多速率自適應均衡器41中用於提供age信號agcl、agc2、acg3和 agc4以及帶寬信號35的增益控制迴路23。輸出信號9反饋回自動增益控制迴路23並且與參考42相比較，生成對應於適應係數α的初級自動增益控制信號age 4。然後，該初級自動增益控制信號4與五個不同的參考電平44-48進行比較，並且對其應用五個不同的傳遞函數49-53以生成所述四個自動增益控制信號agcl 17、agc2 18、acg3 33和agc4 34， 以及帶寬限制信號35。圖9顯示了繪製出由多速率自適應均衡器41的增益控制迴路23生成的信號agcl 17，agc2 18，agc3 33，agc4 34的四條曲線，以及帶寬限制信號35。信號17、18、33、34、35 中每一個的值都繪製在Y軸，初級增益控制信號agc4繪製在X軸。虛線表示五個信號17、 18、33、34、35的參考電平44-48。這些示了隨著初級增益控制信號4的值的增加，五個信號17、18、33、34、35的操作。全部四個增益控制信號17、18、33、34開始於其最小值0，而帶寬限制信號35開始於高帶寬限制54。隨著age 4的值的增加，首先agcll7從0增加到 1，然後agc2 18從0增加到1，然後帶寬限制信號35開始向低帶寬限制55減小而agc3 33 從0增加到1，最後帶寬限制信號35繼續向低帶寬限制55減小而agc4 34從0增加到1。 這解釋了圖7中所示隨age 4的值的增加，均衡器核心28的不同的傳遞函數36-40。自適應均衡器的示例的一般說明已經在上面提供，其具體的特徵將通過本發明的實施例在這裡進行描述。在這方面，圖10是根據本發明的示例實施例的順序摺疊多速率自適應均衡器70的框圖顯示。摺疊多速率自適應均衡器70通過應用傳遞函數來補償因在非理想介質中傳輸而造成的信號損失，所述傳遞函數的增益和帶寬分布根據接收到的信號的特性而改變，其利用摺疊函數以使用相同的增益提升電路來提升高帶寬信號和低帶寬信號。所述自適應均衡器70包括自動增益控制迴路71和均衡器核心73。順序多速率摺疊自適應均衡器70使用摺疊自動增益控制迴路71以應用額外增益到低帶寬信號，而不需要採用以獨立的增益提升電路實現的額外的低帶寬增益提升級。均衡器核心73通過使用與將初始可變帶寬增益級應用到其傳遞函數向下的頻標 (frequency-scale)的提升電路相同的提升電路來操作，因為要求額外的低帶寬增益超過初始高頻增益閾值。這是通過激活摺疊信號(folding signal) 76來完成的，摺疊信號76 當高帶寬電路通路到達其最大增益時啟動，用於開啟低帶寬增益控制電路通路，該低帶寬增益控制電路通路的使用隨著需要的額外低帶寬增益量的增加而增加。圖13更詳細地圖示了均衡器核心73的一個示例實施例。在圖示的實施例中，所述均衡器核心73包括兩個可變頻率增益級74和75。圖17顯示了一組示例的差分電晶體對和簡單的電阻電容(「RC」)電路，其實現了能夠用於實現如圖13所示的均衡器核心73的增益級74或75。增益級74包括高帶寬電路通路119和低帶寬電路通路121，由摺疊信號76觸發兩條通路之間的切換。由摺疊信號76 觸發的從高帶寬電路通路119向低帶寬電路通路121的切換不是硬切換(hard switch)，因為在切換開始時，調製低帶寬增益提升級的信號agcm 94已經達到了其最小電平0 (對應參數α的最大值1)。當需要更多的低頻增益提升時，信號agcm 94開始增加並且引起從高帶寬信號通路向低帶寬信號通路的軟切換(soft switch) 0使用軟切換消除了信號通路中的任何不連續性，並且避免了重新適應增益控制迴路71的需要。除了避免任何不連續性，，軟切換引起的帶寬的平穩下降減輕了從在啟動開始時可能發生的環閉鎖(loop lock-up)的恢復。在一個示例實施例中，通過均衡器核心73的每一個增益級應用在接收到的信號2 上的傳遞函數的特性由以下這個方程體現l+α Ghbw(S)+F(l-a) GLBff(s)在該表達式中，常數項1代表單位增益平坦頻率響應。高頻增益通過提升傳遞函數的高帶寬和低帶寬形式(HBW和LBW)來實現。F是邏輯值1或0，其分別對應摺疊信號的激活和非激活狀態。值α (0到1之間)實現了如前述部分描述的多速率自適應均衡器41中的適應機制。如果適應迴路71決定僅使用可從均衡的第一增益級74、75獲得的增益，而不使用摺疊，那麼摺疊信號76被禁止(F = 0)，並且均衡器70應用使高帶寬信號通過的適量增益以支持高數據速率操作。在這種狀態(regime)下，被實現的傳遞函數就是1+α G胃(s)， 其中α取值範圍是0到1。(該傳遞函數因此可以被看作是根據不同的α值，在兩個極端情況1和1+Ghbw(s)之間的插值。)由於需要更多的較低頻的增益，因此適應迴路71將傳遞摺疊閾值78並且使能摺疊信號。當摺疊信號76被使能(F = 1)時，傳遞函數變為l+α Ghbw (s) + (l-a) GLBff(s)在本示例實施例中，在摺疊閾值78發生的摺疊信號76的激活使能傳遞函數之間的軟切換。在摺疊信號76開始激活時，適應參數α已經處於其最大值1，從而在摺疊就要開始前和剛剛結束後的傳遞函數相同均為l+α G胃(S)。軟切換確保了從無摺疊狀態下到摺疊狀態下的平滑切換，沒有使均衡濾波器(equalizer filter)的響應以及適應迴路71 的行為產生突發改變。一旦摺疊信號76被激活，α的方向變化，並且由於適應繼續促使均衡器70應用更多增益，α開始沿相反的方向從1到0變化。傳遞函數開始偏離其極端高帶寬表達式l+GHBW(s)，逐漸接近其極端低帶寬表達式1+Got(S)。在這個摺疊狀態下，均衡器傳遞函數可以被看作是在高帶寬傳遞函數最大增益和低帶寬傳遞函數最大增益兩個極端情況之間的插值。參考附圖，圖11顯示了根據一個示例實施例的摺疊多速率自適應均衡器70的增益控制迴路71的操作。來自均衡器70的輸出信號9被饋回自動增益控制迴路71並與參考79相比較，並且對所產生的信號進行積分來生成初級自動增益控制信號age 80。該初級 age信號80對應於非摺疊狀態期間適應係數α ；但是，一旦摺疊信號被激活，初級age信號 80的進一步增加將使適應係數α減少，而不是增加適應係數α。該初級自動增益控制信號age 80與四個不同的參考電平85-88進行比較，以生成兩個非摺疊增益控制信號(非摺疊的agcl 81和非摺疊的agc2 82)和兩個摺疊的增益控制信號(摺疊的agcl 83和摺疊的agc2 84)。所述初級信號age 80還與摺疊閾值電平78 進行比較，以生成摺疊信號76。這樣，在摺疊閾值78處的age 80的值對應於α的最大值， α = 1。在age 80經過摺疊閾值78後，α開始減回到其最小值0。摺疊信號76的值被饋入兩個邏輯門89、90，以確定是否使用摺疊的83、84或非摺疊的81、82的agcl和agc2的值來生成最終增益控制信號agcl 17和agc2 18 如果摺疊信號76處於激活狀態(F = 1)，則使用摺疊的agcl 83和agc2 84的值，如果摺疊信號76 處於非激活狀態(F = 0)，則使用非摺疊的agcl 81和agc2 82的值。然後通過應用一對傳遞函數97、98，將信號agcl 17的摺疊83或非摺疊81形式分成具有第一極性的第一形式 agclp 93和具有與第一極性相反的第二極性的第二形式agclm 94。同樣地，然後通過應用一對傳遞函數99、100，將信號agc2 18的摺疊84或非摺疊82形式分成具有第一極性的第一形式agc2p 95和具有與第一極性相反的第二極性的第二形式agc2m 96。再次參考附圖，圖12顯示了五條曲線，這五條曲線繪製了由示例的摺疊多速率自適應均衡器70的增益控制迴路71生成的信號agclp 93、agclm94、agc2p 95、agc2m 96以及摺疊信號76。信號76、93-96的值繪製在Y軸，初級增益控制信號age 80繪製在X軸。 虛線表示用於信號agcl 17和agc2 18的非摺疊的85、86和摺疊的87、88的參考電平。這些曲線圖示了五個信號76、93-96隨著初級增益控制信號age 80的值的增加的操作。這裡， 信號76、93-96對初級增益控制信號age 80的值的增加的響應與之前討論的在圖9中顯示的多速率自適應均衡器41增益控制迴路23的曲線所顯示的響應不同。在該摺疊的均衡器70的示例實施例中，當age 80為0時，信號agclp 93和agc2p 95處於它們的最小值0，而這些信號的相反極性形式agclm 95和agc2m 96處於它們的最大值1。摺疊信號76處於其非激活狀態值0。隨著age 80的值增加，首先，agclp 93從0 增加到1，相應地，agclm 94從1減小到0。然後，agc2p 95從0增加到1，相應地，agc2m 96 從1減小到0。在此之後，摺疊信號被激活，其值從0切換到1。在摺疊信號76被激活後， 隨著age 80的值繼續增加，agclp 93從1減小到0，相應地，agclm 94從0增加到1。然後，agc2p 95開始從1減小到0，相應地，agc2m 96從0增加到1。然後，將這些不同的增益控制信號93-96饋入在圖13的框圖中描繪出的均衡器70 的兩個增益級74、75中。兩個具有相反極性的信號agclp 93和agclm 94用作第一增益級 74的輸入，並且兩個具有相反極性的信號agc2p 95和agc2m 96用作第二增益級75的輸入。摺疊信號76也用作兩個級74和75的輸入。輸入信號2順序饋通兩個級74、75中的每一個，並且每一個級74、75對信號2應用傳遞函數，從而生成旨在複製預傳輸信號的輸出信號9而沒有由傳輸介質引入的失真。在每一個增益級74、75中，由正極性增益控制信號(agclp 93或agc2p95)調製的高帶寬傳遞函數Ghbw(s)被應用到輸入信號2。如果摺疊信號76處於激活狀態，則由負極性增益控制信號(agclm 94或agc2m 96)調製的低帶寬傳遞函數Got(S)也被應用。將這兩個傳遞函數的任一或兩者應用到輸入信號2產生總的傳遞函數，其特性由上面提到的方程體現l+α Ghbw(S)+F(l-a) GLBff(s)其中F是摺疊信號76，α Ghbw(S)表示由正的增益控制信號agclp 93和agc2p 95 產生的總的傳遞函數，(1-a) Glbw(S)表示由負的增益控制信號agclm95和agc2m 96產生的總的傳遞函數。圖14中顯示了在摺疊或不摺疊情況下由兩個增益級74、75應用的總的傳遞函數。 圖中顯示了五個不同的傳遞函數106-110，對應摺疊信號76以及四個增益控制信號agclp 93,agclm 94、agc2p 95和agc2m 96的五組不同的值，其中增益繪製在Y軸而頻率在X軸。 這五組不同的值對應初級增益控制信號age 80的五個不同的值。第一傳遞函數106顯示單位增益平坦響應(unity gain flat response)，其中age 80處於其最小值，摺疊信號 76處於其初始值0，信號agclp 93和agc2p 95處於它們的最小值0，並且相反極性的信號 agclm 94和agc2m 96相應地處於它們的最大值1。當age 80增加時，agclp 93的值從0 增加到1並且agclm 94從1減少到0，結果產生第二傳遞函數107。隨著age 80繼續增加超過此點，agc2p 95從0增加到1並且agc2m96從1減少到0，結果產生第三函數108。當 age 80繼續增加並超過摺疊閾值78，摺疊信號76改變其值；然而，此時，摺疊信號76的值不影響傳遞函數的分布(profile)，因為傳遞函數由摺疊信號76啟動的負極性信號agclm 94和agc2m 96的值為0。這樣，當摺疊信號76在該閾值78被激活時，並不對增益控制信號93-96或者輸出信號9本身的通路造成任何不連續性，從而產生平滑的適應響應和增益控制迴路響應。在摺疊信號76被激活後，隨著agc80繼續增加，agclp 93的值從1減少到 0並且agclm 94從0增加到1，結果產生第四傳遞函數109。最後，當age 80繼續增加到其最大值時，agc2p 95的值從1減少到0並且agc2m 96從0增加到1，其結果產生第五傳遞函數110。在一個示例的摺疊多級自適應均衡器中，順序採用的第一至第五傳遞函數106 110呈現低頻增益(以分貝為單位測量)的單調增加。相似地，在上述兩級摺疊自適應均衡器的一個實施例中，順序採用的第一至第三傳遞函數106 108呈現高頻增益的單調增加。在這樣一個實施例中，摺疊前增益級序列呈現了所有頻率上增益的單調增加，而摺疊後增益級序列只呈現了低頻增益的單調增加。在一個摺疊多級均衡器核心73示例中的單一增益級的操作由圖15中的框圖顯示。增益級74接收輸入信號2、摺疊信號76以及具有相反極性的兩個增益控制信號agcp 93和agcm 94(分別對應於圖13中的agclp和agclm)。當不需要增益或僅需要很少增益的時候，摺疊信號76處於非激活狀態。隨著正極性增益控制信號agcp 93的電壓增加，其被饋送到產生由正極性增益提升信號agcp 93調製的高帶寬傳遞函數Ghbw(S)的高帶寬增益提升通路119。該高帶寬提升級119的輸出與輸入信號2相加，以產生輸出信號9。當 agcp 93增加到其最大電壓時，agcm 94處於其最小電壓，並且如果需要更多低帶寬增益， 則此時，激活摺疊信號76。摺疊信號76的激活開啟了產生由負極性增益提升信號agcm 94 調製的低帶寬傳遞函數Got(S)的低帶寬增益提升通路121。隨著對增益需求的增加，agcp 93的電壓從其最大值開始減少，而agcm 94的電壓從其最小值開始增加，從而減少了由高帶寬提升通路119產生的高帶寬增益的量但增加了由低帶寬提升通路121產生的低帶寬增益的量。由低帶寬提升通路121產生的低帶寬增益以及任何由高帶寬通路119繼續產生的高帶寬增益與輸入信號2相加以生成輸出信號9。單一增益級的一個替代實施例由圖15a中的框圖顯示。這裡，產生高帶寬傳遞函數Ghbw(S)的高帶寬增益提升通路119和產生低帶寬傳遞函數Got(S)的低帶寬增益提升通路121中的每一個都與其本身產生平滑增益響應的平坦增益通路並行運作。由於這兩個通路由一直取相反值的正極性增益提升信號agcp 93和負極性增益提升信號agcm 94調製， 所以該增益級產生的總的傳遞函數與圖15中的級所產生的傳遞函數相同，該總的傳遞函數享有在兩個沒被任何增益控制信號調製的增益提升通路之間的單一的單位增益通路。鑑於圖15中的級的傳遞函數可以被表示為l+α G胃(S)+F(l-a )Got(s)，圖15a的傳遞函數可以被表示為從數學上看為相同的a+aG-W + a-cO+Fd-cOG^^s)，其簡化後等同於表達式1+a G胃(s)+F (I-CI)Gim (S)。可以根據各種實際的原因選擇是按照圖15還是圖15a 來實現增益級，本發明應用於根據任一圖實現的增益級。圖16中示出如圖15或圖15a所示的由單一的摺疊增益級產生的傳遞函數。當初級增益控制信號age 80處於其最小值時，其表示沒有信號衰減並且不需要增益，摺疊增益級產生第一單位增益傳遞函數130。隨著age 80的值的增加，其表示需要高帶寬增益，agcp 93的電壓從其最小值0增加到其最大值，最終產生了具有最大高帶寬增益的第二傳遞函數 132，這時，流經高帶寬提升通路119的信號處於其最大值。此時如果還需要更多的增益，摺疊信號76被激活，agcp 93開始減小到其最小值，並且agcm 94開始從其最小值向其最大值增加，從而將信號從高帶寬提升通路119移到低帶寬提升通路121，並且有效地向左頻移傳遞函數，最終的結果是產生具有最大低帶寬增益的第三傳遞函數134。再次參考附圖，圖17顯示了與圖15a中框圖對應的一個摺疊增益級74的示例電晶體級電路實現裝置111。輸入信號2由正極引線112和負極引線113提供，輸出信號9由其自己的正極引線114和負極引線115生成。自動增益控制信號age 122(相對於其正極和負極引線測量出)對應於增益控制信號agcp 93 當摺疊信號76處於非激活狀態時，該age 信號122的電壓隨著初級增益控制信號80電壓的增加而增加，並且當摺疊信號76處於激活狀態時，該信號122的電壓隨著初級增益控制信號80電壓的繼續增加而減小。同樣的道理，當使用相反的負極和正極的引線測量age信號122時，該age信號122對應於負極性增益控制信號agcm 94。在該示例的電路實現方式中，組成差分對的一組電晶體116、117實現對增益提升傳遞函數的調製。當agcl22處於其基準電壓時，由age信號122的負極引線打開的電晶體117是完全開啟的，並且隨著電流通過固定電阻通路118而全部導向輸出，實現了平坦增益。隨著age 122的值的增加，由age信號122的正極引線打開的電晶體116的差分對開始開啟，並使向電路的傳遞函數引入高頻增益的高帶寬高頻提升通路119可用。 該高帶寬提升通路119可以以簡單的RC電路實現，所述RC電路使用電阻和電容的組合，所述電阻和電容的選擇要考慮需要處理的傳輸介質和特定信號的屬性。當該高帶寬通路119 達到最大電流時，如果還需要更多的增益，則使用作為增益控制迴路71的一部分的上述機制激活摺疊信號76，並且摺疊信號76的激活關閉了兩個開關120，使低帶寬、高頻提升通路 121可用，其中該低帶寬、高頻提升通路121也以使用電容和電阻組合的簡單的RC電路實現。隨著對更多的低帶寬增益的需要，age信號122的電壓向其基準值降低，逐步關閉連接到age信號112正極引線的電晶體116的差分對並打開連接到age信號112負極引線的電晶體117差分對，從而允許電流從高帶寬通路119移到低帶寬通路121，並且有效地向較低帶寬頻移傳遞函數。通過在同一放大器核心內簡單的RC電路實現摺疊自適應均衡器級的兩個增益提升傳遞函數，結合增益控制信號(從其最小值電壓增加到最大值電壓，然後當摺疊信號激活時再從最大值電壓減小到最小值電壓)可以大大節省電路面積、功耗和發熱量。由於減少了噪聲源和例如分量噪聲、變化和不匹配等缺陷，還提高了電路的性能。由於單個電路既可以用於高帶寬增益提升又可以用於低帶寬增益提升，因此電路面積減小了。類似地，由於消除了對獨立的低帶寬增益提升級的需要，電路的功耗和發熱量都降低了。這是通過以下方式實現的將現有的曾經用來實現單位增益信號通路的有源元件重複使用和重複利用來還產生低帶寬增益提升傳遞函數，同時僅在自適應均衡器的適應迴路中對無源元件進行切換以及適當控制這個切換功能。這與其他的例如圖6中所示的可變帶寬均衡器的實現方式不同，其他實現方式通過簡單的增加更多的均衡級來達到更高的低帶寬增益提升，並不重複使用或重複利用已經被施加偏壓並可用的有源元件。圖13所示的多級均衡器核心可以使用圖17所示的多於一個的增益級來實現。通過使用在每個不同的級中具有不同激活閾值的差分對電晶體，由不同級的高帶寬和低帶寬電路通路應用的增益的開始可以被設置為順序級聯(如圖12所示)。正如本領域的技術人員可以推斷的那樣，摺疊的方法可以用於具有任意個增益級的均衡器，而不止限於上述實施例。本領域技術人員還可以意識到，當需要更多的低帶寬增益的時候，不使用順序摺疊所述級聯的級的方法，而是讓部分或全部的級同時摺疊並被相同的age信號控制。這樣，所有摺疊的或非摺疊的級的並行和順序激活的可能組合都是可能的，並且都在本發明中介紹了。本領域技術人員還可以意識到，摺疊信號從低電平到高電平的切換不需要以圖12 中描述的階躍函數那樣實現，而是可以以更漸進的方式實現。在摺疊信號電平上使用硬切換可以幫助確保摺疊信號的變化與負極性增益控制信號agcm的值為0在同時發生，從而避免信號通路不連續；但在摺疊信號電平之間使用更漸進的切換可以有實際的優點，它給出了避免輸出信號通路不連續的替代機制(即通過從一開始就不引入不連續的摺疊信號輸入)。另外，圖12中的曲線顯示了時間間隔，在該時間間隔中，age繼續增加，但是agelp、 agclm、agc2p和agc2m的值保持不變；在本發明的一個示例實施例中，在該時間間隔中，摺疊信號可以逐漸從其低電平增加到其高電平而不會影響輸出信號。還可以意識到，摺疊信號的第二電平不必比第一電平高，而是可以比第一電平低。這裡所描述的實施例只是具有與權利要求中所記載的本發明的元素相對應的示例結構、系統或方法。本說明書可以讓本領域的技術人員製作和使用與權利要求中所記載的本發明的元素相對應的但是具有不同元件的實施例。因此，本發明的目的範圍包括其他與權利要求文字語言的描述相同的結構、系統或方法，並且還包括其他與權利要求文字語言的描述沒有實質性區別的結構、系統或方法。
權利要求
1.一種增益級，包括高帶寬增益電路，所述高帶寬增益電路對第一輸入信號應用高帶寬傳遞函數，所述高帶寬傳遞函數具有由第二輸入信號電平調製的高帶寬增益；和低帶寬增益電路，所述低帶寬增益電路對第一輸入信號應用低帶寬傳遞函數，如果第三輸入信號處於第一電平，所述低帶寬傳遞函數具有零增益，並且如果第三輸入信號處於第二電平，所述低帶寬傳遞函數具有由第二輸入信號電平反向調製的低帶寬增益。
2.如權利要求1所述的增益級，其中第一輸入信號包括通過非理想傳輸介質傳輸後由增益級接收的信號，第二輸入信號包括自動增益控制信號。
3.如權利要求1或2所述的增益級，其中由高帶寬增益模塊和低帶寬增益模塊應用的傳遞函數具有頻率相關增益。
4.如權利要求1到3中任意一項所述的增益級，其中第三輸入信號的第一電平和第二電平之間的轉換可以是連續或不連續的轉換。
5.如權利要求1到4中任意一項所述的增益級，其中增益級產生輸出信號，所述輸出信號等於將高帶寬增益電路和低帶寬增益電路的傳遞函數應用於其上的第一輸入信號。
6.如權利要求5所述的增益級，其中增益級還包括平坦增益通路，所述平坦增益通路與每一個增益電路貢獻的增益相加，以產生增益級的輸出信號。
7.如權利要求5所述的增益級，還包括第一平坦增益通路，所述第一平坦增益通路產生與由第二輸入信號調製的第一輸入信號相等的輸出信號；第二平坦增益通路，所述第二平坦增益通路產生與由第二輸入信號反向調製的第一輸入信號相等的輸出信號；和增益級的輸出信號等於第一平坦增益通路的輸出信號、第二平坦增益通路的輸出信號、由高帶寬增益電路貢獻的增益、以及由低帶寬增益電路貢獻的增益之和。
8.如權利要求1到7中任意一項所述的增益級，其中高帶寬增益電路和低帶寬增益電路共享一些公共電路組件。
9.一種均衡器，包括增益控制迴路，所述增益控制迴路產生摺疊信號以及至少一個增益控制信號；和與來自傳輸介質的輸入信號耦合的均衡器核心，所述均衡器核心對輸入信號應用高帶寬傳遞函數和低帶寬傳遞函數以產生輸出信號；其中高帶寬傳遞函數具有與所述至少一個增益控制信號成正比的高帶寬增益；當摺疊信號處於第一電平時，低帶寬傳遞函數沒有增益；以及當摺疊信號處於第二電平時，低帶寬傳遞函數具有與所述至少一個增益控制信號成反比的低帶寬增益。
10.如權利要求9所述的均衡器，其中每一個傳遞函數具有頻率相關增益。
11.如權利要求9或10所述的均衡器，其中由均衡器核心應用的傳遞函數的總增益接近在輸入信號通過傳輸介質的傳輸中產生的損失的逆。
12.如權利要求9、10或11所述的均衡器，其中當均衡輸入信號所需的低頻增益的量小時，摺疊信號處於第一電平，並且當均衡輸入信號所需的低頻增益的量超過預定的閾值時，摺疊信號轉換到第二電平。
13.如權利要求9到12中任意一項所述的均衡器，其中摺疊信號在第一電平和第二電平之間的轉換可以是連續或不連續的轉換。
14.如權利要求9到13中任意一項所述的均衡器，其中所述至少一個增益控制信號根據兩個狀態操作當摺疊信號處於其第一電平時，表徵第一狀態，所述至少一個增益控制信號的電平隨著均衡輸入信號所需的增益量的增加而增加；和當摺疊信號處於其第二電平時，表徵第二狀態，所述至少一個增益控制信號的電平隨著均衡輸入信號所需的低頻增益的量的增加而減少。
15.如權利要求9到14中任意一項所述的均衡器，其中 所述均衡器核心包括多個增益級；所述至少一個增益控制信號包括與所述多個增益級對應的多個增益控制信號； 每一個增益級對輸入信號應用高帶寬傳遞函數和低帶寬傳遞函數； 由每一個增益級應用的高帶寬傳遞函數具有與該級的增益控制信號成正比的高帶寬增益；當摺疊信號處於第一電平時，由每一個增益級應用的低帶寬傳遞函數沒有增益；和當摺疊信號處於第二電平時，由每一個增益級應用的低帶寬傳遞函數具有與該級的增益控制信號成反比的低帶寬增益。
16.如權利要求15所述的均衡器，其中，當所述摺疊信號處於其第一電平時，隨著均衡輸入信號所需的增益量的增加，每一個增益級的增益控制信號只在前一增益級的增益控制信號已經達到最大電平後才增加。
17.如權利要求15所述的均衡器，其中，當所述摺疊信號處於其第二電平時，隨著均衡輸入信號所需的低帶寬增益量的增加，每一個增益級的增益控制信號的電平只在前一增益級的增益控制信號已經達到最小電平後才減小。
18.如權利要求15所述的均衡器，其中，當所述摺疊信號處於其第二電平時，隨著均衡輸入信號所需的低帶寬增益的量的增加，兩個或多個增益控制信號的電平同時減小。
19.如權利要求14所述的均衡器，其中所述兩個狀態之間的平滑轉換是通過以下方式實現的當所述多個增益控制信號的電平導致由所述多個增益級應用的低帶寬傳遞函數無增益時，使摺疊信號在第一電平和第二電平之間進行轉換。
20.一種均衡輸入信號的方法，包括對輸入信號應用均衡器核心的一個或多個增益級，每一個增益級對輸入信號應用高帶寬傳遞函數和低帶寬傳遞函數；和當均衡信號所需的低帶寬增益的量超過了預定的閾值時，使用增益控制迴路將摺疊信號從其第一電平轉換到第二電平， 其中每一個增益控制級由增益控制迴路產生的增益控制信號控制； 每一個高帶寬傳遞函數的增益與該級的增益控制信號的電平成正比； 當摺疊信號處於第一電平時，每一個低帶寬傳遞函數的增益是平坦的，當摺疊信號處於第二電平時，每一個低帶寬傳遞函數的增益與該級的增益控制信號的電平成反比。
21.如權利要求20所述的方法，其中每一個高帶寬傳遞函數和低帶寬傳遞函數具有頻率相關增益。
22.如權利要求20或21所述的方法，其中由均衡器核心應用的傳遞函數的總增益接近在輸入信號通過傳輸介質的傳輸中產生的損失的逆。
23.如權利要求20、21或22所述的方法，其中當摺疊信號處於其第一電平，表徵第一狀態，每一個增益級的增益控制信號的電平隨著均衡輸入信號所需的增益量的增加而增加；和當摺疊信號處於其第二電平，表徵第二狀態，每一個增益級的增益控制信號的電平隨著均衡輸入信號所需的低頻增益量的增加而減少。
24.如權利要求23所述的方法，其中，隨著第一狀態期間均衡輸入信號所需的增益量的增加，通過讓每一個增益級的增益控制信號的電平只在前一增益級的增益控制信號已經達到最大電平後才增加，來順序激活每一個增益級。
25.如權利要求23所述的方法，其中，隨著第二狀態期間均衡輸入信號所需的低帶寬增益量的增加，通過讓每一個增益級的增益控制信號的電平只在前一增益級的增益控制信號已經達到最小電平後才減小，來順序頻移每一個增益級的傳遞函數。
26.如權利要求23所述的方法，其中，隨著第二狀態期間均衡輸入信號所需的低帶寬增益量的增加，兩個或多個增益控制信號的電平同時減小。
27.如權利要求23到26中任意一項所述的方法，其中所述兩個狀態之間的平滑轉換是通過以下方式實現的當每一個增益級的增益控制信號處於導致每一個低帶寬傳遞函數無增益的電平時，使摺疊信號在第一電平和第二電平之間進行轉換。
全文摘要
提供一種摺疊自適應均衡器。該均衡器包括均衡器核心和自動增益控制迴路。均衡器核心的均衡傳遞函數由自動增益控制迴路生成的一個或多個增益控制信號以及由自動增益控制迴路生成的摺疊信號調製。當摺疊信號處於非激活狀態時，增益控制信號的增加使均衡器核心的傳遞函數的高頻、高帶寬增益增加。當摺疊信號處於激活狀態時，通過降低增益控制信號可以應用更多的增益，其導致均衡器核心的傳遞函數朝著較低帶寬頻移以及均衡器核心的傳遞函數的高頻低帶寬增益的增加。
文檔編號H03G3/30GK102282774SQ200980154784
公開日2011年12月14日 申請日期2009年11月17日 優先權日2008年11月18日
發明者H·夏奇巴, M·莎莎尼 申請人:格努姆有限公司