專利名稱：一種高速接口電路自適應均衡方法及電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于高速接口電路的自適應均衡方法及電路，屬于射頻集成電路 領域。
背景技術：
新興的應用如多媒體應用和海量數(shù)據(jù)存儲應用等的發(fā)展促進了帶寬需求的持續(xù) 增長，現(xiàn)在CPU的頻率可高達3GHz，而CPU前端總線的頻率也將近1GHz，因而使得I/O接口 成為了高性能系統(tǒng)如圖形系統(tǒng)和存儲系統(tǒng)的一個瓶頸。I/O接口的帶寬可以通過提高頻率 或數(shù)據(jù)寬度來達到，并行接口由于其自身的限制如碼間干擾、信號偏移、串音干擾和直流偏 置等而難以實施。而高速的串行接口則采用了嵌入式時鐘、點對點連接、低壓差分信號模式 和數(shù)據(jù)編碼等技術，可獲得上千兆的傳輸頻率和更遠的傳輸距離。從而成為了國際上新的 互連接口發(fā)展方向。針對高速串行/解串器(SERDEQ系統(tǒng)市場是一個十億美元級的、同時還在高速成 長的市場，諸如lGb/10Gb Ethernet、USB、PCI Express、DSP和SATA等串行差動接口，正在 數(shù)字電視和家庭媒體中心等消費電子，移動電話、GPS和數(shù)字媒體播放器等便攜設備，服務 器、筆記本電腦等計算設備，通訊系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)等大小系統(tǒng)中得到應用。高速SERDES模塊設計需要面臨很多挑戰(zhàn)比如信號完整性、阻抗和功率要求、高 可互通性、均衡方案、噪聲免疫力等。其中用于高速SERDES的均衡方案是在系統(tǒng)設計中的 難點之一，因為在高速PCB板互聯(lián)中，板間走線對于高頻信號有衰減，而且走線長度不同、 接口不同，衰減的程度也不同，所以在SERDES設計的發(fā)送\接收端需要有預加重或均衡模 塊，來補償高頻衰減對信號完整性的損失。本發(fā)明提出了適用于高速接口(SERDES)電路接收端的高可移植性自適應均衡方案。

發(fā)明內容
面向高速傳輸速率下PCB板上串行通信的應用環(huán)境，本發(fā)明的目的在于提出了一 種高速接口電路自適應均衡方法及電路，該方案能夠對PCB板上傳輸高速數(shù)據(jù)的衰減進行 自適應補償，從而還原得到高質量的數(shù)據(jù)信號(如圖1所示)。此方案的優(yōu)點是采用了單環(huán) 路控制，鎖定時間和穩(wěn)定性都比傳統(tǒng)雙環(huán)路方案有了顯著改進，因此與傳統(tǒng)結構相比，該方 案具備低功耗的優(yōu)勢。此外，該方案可拓展性強，可適用于更高頻段(如10(ibpS以上)的 自適應均衡方案。另外一個特點就是可移植性強，此方案獨立于CDR環(huán)路，可在不同的系統(tǒng) 中獨立使用。此方案的原理是利用高速數(shù)據(jù)流NRZ碼(不歸零碼)的頻譜特征(如圖2所示) 對于一定數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)，其1/2頻率附近能量的大小與直流處能量的大小有著相對確定的 關系，即利用這個關系來得到均衡信號的反饋分量，來實現(xiàn)自適應均衡的控制。根據(jù)上述性 質，設計了圖3所示的基于混頻器的單環(huán)路均衡方案。通過對比1/2頻率處和直流處的能量差，從而產生補償控制信號，調節(jié)均衡放大器的補償，直到兩頻率處的能量差正好為設計值。本發(fā)明的技術方案為一種高速接口電路自適應均衡方法，其步驟為1)將輸入的NRZ碼信號經一峰值放大器進行放大、整形；2)將整形后的數(shù)據(jù)分成兩路，將一路信號依次進行低通濾波、整形后輸入誤差放 大器的一輸入端，將另一路信號進行1/2頻率下變頻為直流信號后依次進行低通濾波、整 形后輸入所述誤差放大器的另一輸入端；3)所述誤差放大器對兩路輸入信號進行比較后輸出一電壓，來反饋控制所述峰值 放大器的零點。進一步的，采用1/2頻率混頻器進行1/2頻率下變頻。進一步的，所述1/2頻率混頻器為無源混頻器。進一步的，采用二階有源低通濾波器進行低通濾波。進一步的，所述有源低通濾波器為加入控制位的有源低通濾波器。一種高速接口電路自適應均衡電路，其特征在于包括1/2頻率混頻器、兩低通濾 波器、兩整流器、峰值放大器、誤差放大器；其中，所述峰值放大器的輸出端分別經支路1、 支路2與所述誤差放大器的兩輸入端連接，所述誤差放大器的輸出端與所述峰值放大器的 零點電壓控制端連接；所述1/2頻率混頻器的輸出端經一所述低通濾波器與一所述整流器 的輸入端連接構成所述支路1，另一所述低通濾波器的輸出端與另一所述整流器的輸入端 連接構成所述支路2。進一步的，所述1/2頻率混頻器為四管結構的無源混頻器。進一步的，所述低通濾波器為二階有源低通濾波器。進一步的，所述二階有源低通濾波器為加入控制位的二階有源低通濾波器。 如圖3所示，混頻器將信號的1/2頻率下變頻為直流信號。經過濾波和放大后，通 過整流器和原來的直流頻率做比較，產生兩者的電壓差，得到控制信號。通過設計兩條不 同的支路，使直流信號經過的支路比1/2頻率經過的直流增益小4dB，即可實現(xiàn)前述的均衡 關系。環(huán)路鎖定時，誤差放大器兩輸入端相等，從而保證輸出點1/2頻率處與直流處有4dB 差。其中，混頻器采用四管結構的簡單無源混頻器來實現(xiàn)；低通濾波器采用二階有源低通濾 波器架構，且采用數(shù)字控制位來可控制端電阻來控制不同的增益對應的均衡效果。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點1.本發(fā)明采用單環(huán)路控制，鎖定時間和穩(wěn)定性都比傳統(tǒng)雙環(huán)路方案有了顯著改
.、1· 口 ，2.本發(fā)明實現(xiàn)架構簡單，所需的模塊少，具有低功耗優(yōu)勢；3.本發(fā)明可拓展性強，采用混頻器架構的該發(fā)明比現(xiàn)有結構更適用與高頻段(如 10(ibpS及以上)應用；4.本發(fā)明可移植性強，該方案獨立于時鐘恢復電路(CDR)，在不同的系統(tǒng)中均衡 獨立應用。


圖1是均衡前后的輸入輸出信號的時域波形(示意)；(a)均衡前的輸入輸出信號的時域波形，(b)均衡后的輸入輸出信號的時域波形，圖2是理想NRZ頻譜示意圖；圖3基于混頻器的單環(huán)路均衡方案結構圖；其中，1-1/2頻率混頻器，2—低通濾波器，3-整流器4_峰值放大器5_誤差放大 器，圖4無源混頻器結構圖；其中，8a、8b隔直電容，6a、6b、6c、6d :M0S 管，7a、7b 電阻，9a、9b 電容，VB_L0 偏置電壓信號輸入端，0P、0N 輸出端，7c、7d 電阻，VB_MIXER 偏置電壓輸入端，圖5加入控制位的有源低通濾波器。
具體實施例方式本發(fā)明所述的具體實施方案如下如圖3所示架構，串行信號在接收端信號進來后，經過一個峰值放大器4來進行放 大(高頻補償)，這個放大器的零點是由電壓控制；然后將放大之后的數(shù)據(jù)進行整形，而整 形之后的數(shù)據(jù)分成兩路，一路被低通濾波器2濾波并經過整流器3從而進入誤差放大器5 的一端，另外一路信號與1/2頻率混頻器1混頻并經過低通濾波器2、整流器3整形進入誤 差放大器的另一端，這樣，通過誤差放大器的比較，輸出電壓來反饋控制峰值放大器，根據(jù) 輸入信號的頻譜特性從而實現(xiàn)自適應均衡。本發(fā)明中不僅混頻器1的增益需要嚴格控制，由于輸入信號為NRZ碼的大信號，因 此對混頻器1的線性度也提出了較高的要求，根據(jù)上述特點可選擇了四管結構的簡單的無 源混頻器，如圖4所示，其由四個MOS管6a、6b、6c、6d構成，其中在輸入端增加了兩個電容 8a、8b來隔離直流分量，電阻7a、7b和電容9a、9b構成低通濾波器，另外MOS管的柵級收到 本振(LO)的信號控制L0_N、L0_P，本振的直流偏置信號VB_L0和輸出信號的直流電平VB_ MIXER均由偏置電路提供，此組成的混頻器其增益固定為-4dB，輸出端是OP、ON。在圖3中所使用的有源濾波器的結構采用單極點放大器，但需要適當?shù)恼{整增 益，如圖5所示，輸入信號首先經過了 RC濾波(RC濾波器由電容Cin，電阻Rin組成)接入 到兩個MOS管Ml和M2的柵上，其輸入的共模電平Vcm由偏置電路提供，Ml和M2兩個的源 端接了一組開關控制的電阻Rsl、Rs2、Rs3、Rs4，且接到了兩個尾電流源上面，兩個輸出端 VoutP, VoutN之間接了一個電容C，來提供一個極點得到濾波特性由于混頻器有-4dB的損 耗，而混頻器支路要比直流支路增益大4dB，因此，需要調節(jié)源端的電阻，使得兩個濾波器的 增益相差8dB。另外，雖然有源放大器的增益是依靠兩個電阻的比值來確定的，電阻之比的 波動相對較小，但是在不同工藝角下依然很難保證的嚴格的8dB增益差。因此，加入了控制 位(即圖5中的控制開關)來調節(jié)源端電阻以提供更好的覆蓋范圍。
權利要求
1.一種高速接口電路自適應均衡方法，其步驟為1)將輸入的NRZ碼信號經一峰值放大器進行放大、整形；2)將整形后的數(shù)據(jù)分成兩路，將一路信號依次進行低通濾波、整形后輸入誤差放大器 的一輸入端，將另一路信號進行1/2頻率下變頻為直流信號后依次進行低通濾波、整形后 輸入所述誤差放大器的另一輸入端；3)所述誤差放大器對兩路輸入信號進行比較后輸出一電壓，來反饋控制所述峰值放大 器的零點。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于采用1/2頻率混頻器進行1/2頻率下變頻。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于所述1/2頻率混頻器為無源混頻器。
4.如權利要求1或2或3所述的方法，其特征在于采用二階有源低通濾波器進行低通 濾波。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于所述有源低通濾波器為加入控制位的有源低 通濾波器。
6.一種高速接口電路自適應均衡電路，其特征在于包括1/2頻率混頻器、兩低通濾波 器、兩整流器、峰值放大器、誤差放大器；其中，所述峰值放大器的輸出端分別經支路1、支 路2與所述誤差放大器的兩輸入端連接，所述誤差放大器的輸出端與所述峰值放大器的零 點電壓控制端連接；所述1/2頻率混頻器的輸出端經一所述低通濾波器與一所述整流器的 輸入端連接構成所述支路1，另一所述低通濾波器的輸出端與另一所述整流器的輸入端連 接構成所述支路2。
7.如權利要求6所述的電路，其特征在于所述1/2頻率混頻器為四管結構的無源混頻器。
8.如權利要求6或7所述的電路，其特征在于所述低通濾波器為二階有源低通濾波器。
9.如權利要求8所述的電路，其特征在于所述二階有源低通濾波器為加入控制位的二 階有源低通濾波器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高速接口電路自適應均衡方法及電路，屬于射頻集成電路領域。本發(fā)明的方法為首先對輸入信號進行放大、整形，之后將數(shù)據(jù)分成兩路，將一路信號依次進行低通濾波、整形后輸入誤差放大器的一輸入端，將另一路信號進行1/2頻率下變頻為直流信號后依次進行低通濾波、整形后輸入誤差放大器的另一輸入端；誤差放大器對兩路輸入信號進行比較后輸出一電壓，來反饋控制所述峰值放大器的零點。本發(fā)明電路包括1/2頻率混頻器、兩低通濾波器、兩整流器、峰值放大器、誤差放大器，采用了單環(huán)路控制，鎖定時間和穩(wěn)定性都比傳統(tǒng)雙環(huán)路方案有了顯著改進，具有低功耗、可拓展性強、自適應均衡、可移植性強的特點。
文檔編號H04L25/03GK102065039SQ20101053067
公開日2011年5月18日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權日2010年10月29日
發(fā)明者侯中原, 劉軍華, 葉樂, 廖懷林, 張興, 楊帆, 王川 申請人:北京大學