專利名稱：可編程數字均衡控制電路及方法
技術領域：
0001本發(fā)明涉及數字數據通信，特別是涉及產生控制輸入以調節(jié)均衡電路提供的增益量的電路和方法。
背景技術：
0002均衡電路可以是一種配置成接收數據信號的接收器的組件，數據信號由驅動器在傳輸媒體(例如信號板)上傳送。均衡電路可以向數據信號提供增益，以補償由傳輸媒體引起的衰減。
0003均衡電路可以包括均衡級，這些均衡級由控制輸入控制，以確定提供給數據信號的增益量。2005年7月14日提交的Maangat等人的美國專利申請第11/182,658號中較詳細地討論了均衡電路和級，在此以引用方式將其全部內容并入本文。
0004傳統(tǒng)上，用于均衡級的控制輸入已經用模擬電路產生，例如比較器、電荷泵、以及電容器。特別地，比較器可以通過輸出脈沖確定均衡級是否提供太多或太少的增益。響應于接收來自比較器的脈沖，電荷泵可以增加或減少電容器上的電壓，以調節(jié)給均衡級的控制輸入。
0005但是，這個方法有許多不利的方面。一個不利的方面是，電荷泵必須提供充電/放電電流以維持電容器上的電壓電平。因此，將很難精確調節(jié)均衡電路中的增益量，因為電荷泵的充電/放電動作取決于電流值和來自比較器的使能時間脈沖的持續(xù)時間，而這兩者都是很難控制的。另一個不利的方面是，電容器的電流泄漏增加了抖動，并且在給均衡電路的合適的控制輸入已經被確定之后，控制輸入不能被鎖定。滯后作用不能被添加來幫助減少這種模擬方法中的抖動，因為在最佳均衡中，電容器充電50％時間，并且放電50％時間。

發(fā)明內容
0006數字控制電路可以用于確定均衡級的控制輸入，以致均衡級向衰減的數據信號提供合適的增益量。數字控制電路可以包括比較器、可編程加/減計數器、一個或多個數模(D/A)轉換器、以及滯后電路。
0007比較器可以比較數據信號和均衡級的輸出，并產生指示均衡級是否向數據信號提供太多或太少增益的輸出信號。
0008計數器可以基于比較器的輸出調節(jié)其計數值。計數值直接影響由均衡產生的增益量。例如，如果比較器指出均衡級提供了太多增益，那么計數器可以調節(jié)計數值，以致均衡級提供更少的增益。在另一個例子中，如果比較器指出均衡級沒有提供足夠的增益，那么計數器可以調節(jié)計數值，以致均衡級提供更多的增益。
0009D/A轉換器可以被配置成產生參考電壓內的固定增量的模擬電壓。輸入D/A轉換器的計數值指示所產生的模擬輸出。模擬電壓可以作為控制輸入施加于均衡級之一?？梢詾槊總€均衡級提供一個D/A轉換器。
0010計數器可以包括狀態(tài)機，其確定一個用于確定均衡級的控制輸入的順序。在這種方案中，狀態(tài)機可以一次一個地向D/A轉換器提供計數值。
0011計數器和D/A轉換器的分辨率可以是可編程的。例如，提高計數器和D/A轉換器的分辨率可以允許均衡電路更精確地補償數據信號的衰減。在一些實施例中，計數器中的狀態(tài)機可以調節(jié)計數器和D/A轉換器的分辨率，從而為均衡級確定更精確的控制輸入。
0012滯后電路可以選擇性地向計數器提供時鐘信號。時鐘信號可以確定均衡電路能夠多快地補償數據信號的衰減。如果比較器的輸出是穩(wěn)定的(即，在時鐘信號的一定數目的周期內，輸出并沒有改變)，那么滯后電路可以將時鐘信號路由至計數器。如果比較器的輸出是不穩(wěn)定的(即，在時鐘信號的一定數目的周期內，輸出改變)，那么滯后電路可以把時鐘信號與計數器隔離。這經常是一個指示，以指出均衡電路向數據信號大致提供了補償數據信號衰減所需的增益量。
0013根據附圖和下面的對優(yōu)選實施例的詳細描述，本發(fā)明的其他特征，及其本性和各種優(yōu)點將更加明顯。


0014圖1是根據現有技術的利用模擬控制的均衡電路的說明電路圖。
0015圖2是根據本發(fā)明的利用數字控制的均衡電路的說明電路圖。
具體實施例方式
0016圖1是根據現有技術的具有模擬控制的均衡電路的說明性電路圖。均衡電路100可以包括均衡級102、模擬控制電路104、以及比較器112。
0017均衡級102可以包括任意合適數目的串聯連接的級。作為具有單個級的均衡級102將在下文中進行討論。均衡級102可以處理數據信號并向數據信號提供增益。均衡級102可以通過給其傳遞函數加入一個零點來提供增益，并且增益量可以由控制輸入控制，該控制輸入指出將零點放置在何處?？刂戚斎肟梢岳镁哂心M控制電路104的反饋回路中的比較器112確定。
0018比較器112可以比較均衡級102的輸出和輸入數據信號，以確定均衡級102是否已經為輸入信號提供足夠的增益來補償數據信號的衰減。例如，比較器112可以確定均衡級112的輸出的能量是否等于輸入數據信號加上一個等于數據信號的預料衰減的偏移量后的能量。比較器112可以產生輸出信號，其指示均衡級112是否已經向數據信號提供太多增益或不夠的增益。在一些實施例中，比較器112的輸出可以是一個脈沖。
0019模擬控制電路104可以接收來自比較器的輸出，以調節(jié)用于均衡級102的控制輸入。模擬控制電路104可以包括可編程電流源106和108，以及積分電容器110。在一些實施例中，可編程電流源106和108以及積分電容器110可以一起實現作為電荷泵。基于比較器的輸出，模擬控制電路104可以增加或減少控制輸入，其接著影響由均衡級102提供給數據信號的增益量。如果比較器112的輸出是脈沖，模擬控制電路104可以在脈沖持續(xù)時間內調節(jié)由均衡級102提供的增益。
0020控制輸入可以隨著均衡級102的增益單調增加或單調減少。例如，如果比較器112指出均衡級102的增益應該增加了，并且如果控制輸入是隨著均衡級102的增益單調增加的，則模擬控制電路104可以增加控制輸入。在另一個例子中，如果比較器112指出均衡級102的增益應該增加，并且如果控制輸入是隨著均衡級102的輸出單調減少的，模擬控制電路104可以減少控制輸入。
0021增加控制輸入可以通過相對于可編程電流源108的電流輸出，增加可編程電流源106的電流輸出來完成。減少控制輸入可以通過相對于可編程電流源106的電流輸出，增加可編程電流源108的電流輸出來完成。
0022雖然均衡電路100實現起來相對簡單，但在利用模擬電路控制均衡級102方面仍有不利的方面。首先，可編程電流源106和108之一必須不斷地提供電流以維持積分電容器110上的電荷。提供給數據信號的增益量不能被精確地控制，因為其取決于電流值和由比較器112產生的脈沖的持續(xù)時間，而它們兩個都是很難控制的。其次，來自電容器110的電流泄漏增加了抖動，并且模擬控制電路104不能被用來鎖定控制輸入，即使在已經確定合適的控制輸入之后。滯后作用不能被添加來幫助減少這種模擬方法中的抖動，因為在最佳均衡中，電容器充電50％的時間，并且放電50％的時間。這些在均衡級利用模擬控制電路的不利方面可以通過如下文中所描述的在均衡級實現數字控制電路來克服。
0023圖2是根據本發(fā)明的具有數字控制的均衡電路200的說明電路圖。均衡電路200可以包括均衡級202、計數器206、數模(D/A)轉換器208和210、比較器212、以及滯后電路214。
0024均衡級202，其類似于均衡級102(圖1)，可以通過向傳遞函數插入一個或多個零點來產生增益。該增益可以被施加于輸入數據信號，以補償數據信號的衰減。出于說明的目的而不是限制，下文將討論具有兩個級的均衡級202。本領域技術人員應該明白，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，均衡級202可以包括任意數量的級。
0025每個均衡級202可以接收一個模擬控制輸入，其控制這個級的零點的位置。在一些實施例中，零點位置可以選自不同范圍，以允許零點交錯通過寬范圍的頻率。用于均衡數據信號的控制輸入可以通過實現具有計數器204和D/A轉換器208和210的反饋回路中的比較器212來確定。
0026類似于比較器112(圖1)，比較器212可以確定均衡級202是否向數據信號提供足夠的增益以補償數據信號衰減。在一些實施例中，比較器212可以包括可配置的RAM，該可配置的RAM可以由用戶配置來存儲等于數據信號的預料衰減量的偏移量。該偏移量可以用于確定均衡級202是否向數據信號提供了足夠增益。例如，用戶可以設置偏移量等于每1Gbps數據信號15dB。如果比較器212確定均衡級202沒有向數據信號提供足夠增益，比較器212可以輸出信號，指示均衡級202是否應該產生更多或更少的增益。
0027數字控制電路可以調節(jié)均衡級202的控制輸入，以致均衡級202根據比較器212的輸出產生更多或更少增益。計數器204和D/A轉換器208和210可以被提供來調節(jié)給均衡級202的控制輸入。
0028計數器204可以是加/減計數器，其能夠選擇性的在2^n值的范圍內增加或減少n位計數器值。計數器204可以基于比較器212的輸出增加或減少計數值。在一些實施例中，計數值可以隨著數據信號的增益單調增加。在這種方案中，當它接收一個上升控制信號時，計數器204可以增加計數值。在一些實施例中，計數值可以隨著數據信號的增益單調減少。在這個方法中，當它接收一個上升控制信號時，計數器204可以減少計數值。
0029計數器204還可以接收時鐘信號，其確定均衡電路200補償數據信號的衰減的速率。例如，每兩毫秒一次調節(jié)計數值的計數器204，不能跟每一毫秒一次調節(jié)計數值的計數器204一樣快地，補償數據信號的衰減。在一些實施例中，計數器204可以上升沿對準的。在這種方案中，計數器204能夠在時鐘信號上升沿增加或減少計數值。在一些實施例中，計數器204可以下降沿對準的。在這個方法中，計數器204被使能在時鐘信號的下降沿增加或減少計數值。
0030在一些實施例中，計數器204可以是可編程的。計數器204可以被編程為增加或減少任意合適的位長度的計數值。例如，用戶可以編程計數器204，以增加或減少3位計數值或8位計數值。計數器204可以通過設定計數值的增加的最高有效位為零，增加計數值中的位數。計數器204可以通過移除必要數目的最低有效位，減少計數值中的位數。在一些實施例中，計數器204可以包括可配置RAM，其可配置來存儲設置計數值中的位數的值。
0031計數器204可以包括狀態(tài)機206。在一些實施例中，狀態(tài)機206可以確定計數值，在這個計數值，初始化計數器204。計數器204可以在0到2^n-1的范圍內的任意合適的計數值初始化。在一些實施例中，狀態(tài)機206可以選擇一個計數值，其接近于導致補償數據信號衰減的計數值。例如，如果計數值
產生補償數據信號的衰減的控制輸入，則狀態(tài)機206可以在[1111111]初始化計數值，因為它將導致確定正確的控制輸入，比如果計數值在
初始化時更快。
0032狀態(tài)機206還可以控制計數器204向D/A轉換器208和210提供計數值的順序。例如，狀態(tài)機206可以首先允許D/A轉換器208確定給耦合于D/A轉換器208的均衡級的控制輸入，然后允許D/A轉換器210確定給耦合于D/A轉換器210的均衡級的控制輸入。在另一個例子中，狀態(tài)機206可以允許在轉換至另一個D/A轉換器之前，給D/A轉換器208和210的計數值增加或減少一定數目的次數。計數器204可以包括給D/A轉換器208和210之一或兩者存儲上一個計數值的存儲器，以允許狀態(tài)機206在D/A轉換器208和210之間轉換，而不丟失計數值的蹤跡(track)。在這種方案中，用于D/A轉換器208和210中一個的當前計數值可以存儲在存儲器中，而D/A轉換器208和210中的另一個則可從存儲器中取回該計數值。
0033狀態(tài)機206還可以調節(jié)計數器204和D/A轉換器208和210的分辨率。在一些實施例中，這種調節(jié)可以執(zhí)行來減少校準均衡級202所需的計數值調節(jié)的次數。例如，狀態(tài)機206可以給計數值增加位，以一次一個的確定位值。狀態(tài)機206一開始可以設置計數值大小為1，以確定給均衡級202的校正控制輸入屬于輸出電壓范圍的哪一半(例如，第一個一半)。然后狀態(tài)機206可以增加計數值大小為二，以確定給均衡級202的理想控制輸入屬于輸出電壓的哪個四分之一(例如，第一個一半時的第二個一半)。狀態(tài)機206可以連續(xù)增加計數值大小，直到校正控制輸入已經被確定了。與搜索計數值范圍直到校正計數值被確定相比，這個方法大量地減少了計數值調節(jié)的次數。
0034在一些實施例中，狀態(tài)機206可以被配置成維持計數值，如果計數值已經降低到下極值(例如，
或者 )，或者增加到上極值(例如，[111]或者 )。在這種方案中，狀態(tài)機206阻止計數器204重新將計數值設置為相反極值，并且阻止僅僅為達到相同的極值就重新遍歷計數值的整個范圍。在一些實施例中，當計數值已經增加或減少到極值之一時，狀態(tài)機206可以增加計數器中的位數目。
0035D/A轉換器208和210可以分別轉換計數器204的計數值為模擬電壓，其值在兩個參考電壓的范圍內。如果呈現超過兩個均衡級202，附加D/A轉換器可以被提供來給每個均衡級產生控制輸入。
0036在一些實施例中，D/A轉換器208和210提供有相同的參考電壓。在一些實施例中，D/A轉換器208和210可以提供有不同的參考電壓，以允許均衡級在不同頻率范圍插入零點。
0037D/A轉換器208和210可以被配置成接收跟計數器204產生的一樣多的位值。在一些實施例中，D/A轉換器208和210可以是可編程的，以把任意位長度計數器204的計數值轉換為模擬電壓。在一些實施例中，D/A轉換器208和210可以包括可配置RAM，其存儲設置D/A轉換器的分辨率的值。
0038D/A轉換器208和210可以被配置成產生它們分別的參考電壓內的固定增量的模擬電壓。輸入D/A轉換器的計數值指示已經產生的模擬輸出。例如，如果一個3-位計數值被輸入D/A轉換器208，D/A轉換器208能夠產生8個均勻隔開的在參考電壓內的模擬輸出。如果計數值是
，模擬輸出是來自參考電壓之一的第三電壓，取決于D/A轉換器208是怎樣配置的。D/A轉換器能夠基于計數值一貫地、精確地再現模擬輸出。
0039滯后電路214可以被提供來控制均衡電路200的適應速率。滯后電路214可以接收時鐘信號和來自比較器212的輸出。來自比較器212的輸出可以路由至計數器204。
0040不像來自比較器212的輸出，滯后電路214可以選擇性地提供時鐘信號給計數器204。特別地，如果比較器212的輸出不穩(wěn)定(即輸出值頻繁的變化)，則這是一個指示，指出控制輸入接近于用于補償數據信號的衰減的校正控制輸入。如果比較器212表現出不穩(wěn)定性，校正控制輸入很可能不能用D/A轉換器208和210提供的離散模擬電壓輸出獲得。在這種情況下，滯后電路214可以不提供時鐘信號給計數器204，以阻止計數器204不必要地改變均衡級202的控制輸入。如果比較器的輸出是穩(wěn)定的(即，輸出在預定數目的時鐘周期內沒有變化)，則滯后電路214可以提供時鐘信號給計數器204。
0041在一些實施例中，當檢測到不穩(wěn)定時，滯后電路214還可以指示狀態(tài)機增加計數器204的分辨率。這可以允許D/A轉換器208和210在停止控制輸入的調節(jié)之前，產生更精確的控制輸入。
0042前述內容僅僅是為了說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，本領域技術人員可以做出各種改進。
權利要求
1.用于控制提供給已衰減數據信號的增益量的電路，包括均衡級，其被配置成向所述數據信號提供增益，其中所述增益響應于控制信號；比較器，其被配置成產生輸出，所述輸出指示所述增益是否小于或大于補償所述數據信號的衰減所需的增益量；計數器，其被配置成基于所述比較器的輸出調節(jié)計數值；以及數模轉換器，其被配置成基于所述計數值產生所述控制信號。
2.根據權利要求1所述的電路，進一步包括滯后電路，其被配置成選擇性地向所述計數器施加時鐘信號，其中所述計數器在所述時鐘信號中某些躍變處調節(jié)所述計數值。
3.根據權利要求2所述的電路，其中如果在所述時鐘信號的預定數目的周期內所述比較器的輸出變化，則所述時鐘信號不被施加到所述計數器。
4.根據權利要求2所述的電路，其中如果在所述時鐘信號的預定數目的周期內所述比較器的輸出沒有變化，則所述時鐘信號被施加到所述計數器。
5.根據權利要求1所述的電路，進一步包括附加均衡級，其串聯耦合于所述均衡級，以提供附加增益，其中所述附加增益響應于附加控制信號；以及附加數模轉換器，其被配置成基于所述計數值產生所述附加控制信號。
6.根據權利要求5所述的電路，其中所述計數器進一步包括狀態(tài)機，其被配置成確定所述數模轉換器和所述附加數模轉換器接收所述計數值的順序。
7.根據權利要求1所述的電路，其中所述計數器是可編程的，以控制所述計數值中的位數。
8.根據權利要求1所述的電路，其中所述數模轉換器是可編程的，以控制所述控制信號的分辨率。
9.根據權利要求1所述的電路，其中所述數模轉換器被配置成接收兩個參考電壓，以定義所述控制信號的電壓范圍。
10.根據權利要求1所述的電路，其中所述比較器是可編程的，以定義足夠補償所述數據信號的衰減的增益量。
11.一種用于控制提供給已衰減數據信號的增益量的方法，包括向所述數據信號提供增益，其中所述增益量響應于控制信號；確定所述增益是否小于或大于補償所述數據信號的衰減所需的增益量；基于所述增益是否小于或大于所需增益量，為計數器調節(jié)計數值；以及基于所述計數值，利用數模轉換器產生所述控制信號。
12.根據權利要求11所述的方法，進一步包括選擇性地向所述計數器施加時鐘信號，其中調節(jié)所述計數值發(fā)生在所述時鐘信號的某些躍變處。
13.根據權利要求12所述的方法，其中如果在所述時鐘信號的預定數目的周期內所述確定的結果變化，則所述時鐘信號不被施加到所述計數器。
14.根據權利要求12所述的方法，其中如果在所述時鐘信號的預定數目的周期內所述確定的結果變化，則所述時鐘信號被施加到所述計數器。
15.根據權利要求11所述的方法，進一步包括基于所述計數值，為附加均衡級產生附加控制信號。
16.根據權利要求15所述的方法，進一步包括確定出利用所述計數值產生所述控制信號和所述附加控制信號的順序。
17.根據權利要求11所述的方法，其中所述計數器是可編程的，以控制所述計數值中的位數。
18.根據權利要求11所述的方法，其中所述數模轉換器是可編程的，以控制所述控制信號的分辨率。
19.根據權利要求11所述的方法，進一步包括利用所述數模轉換器接收兩個參考電壓，以定義所述控制信號的電壓范圍。
20.根據權利要求11所述的方法，其中所述比較器是可編程的，以定義足夠補償所述數據信號的衰減的增益量。
全文摘要
均衡電路可以用來補償由傳輸介質引起的數據信號的衰減。用于均衡電路的控制電路可以產生給均衡級的控制輸入，其控制提供給所述數據信號的增益量。比較器可以確定來自所述均衡電路的增益是否比所需增益量更少或更多。可編程加/減計數器可以基于比較器的輸出調節(jié)計數值。所述計數值可以利用一個或多個數模轉換器轉換為一個或多個模擬電壓。這些模擬電壓可以作為控制輸入被提供于所述均衡級。所述控制電路還可以包括滯后電路，當由所述均衡級產生的增益接近于所需的增益量時，其阻止所述計數值被調節(jié)。
文檔編號H03G3/20GK1941757SQ20061015993
公開日2007年4月4日 申請日期2006年9月26日 優(yōu)先權日2005年9月28日
發(fā)明者T·賴, S·舒馬拉耶夫, S·瑪安戈特, W·王 申請人:阿爾特拉公司