折叠顺序自适应均衡器的制作方法

专利名称：折叠顺序自适应均衡器的制作方法
技术领域：
本发明涉及自适应均衡器领域。
背景技术：
均衡器可以被用来补偿因在非理想介质中传输而造成的信号损失。这样的均衡器一般通过向接收到的信号施加具有与由传输介质引入的退化相反的增益特性和频率特性的传递函数，来补偿信号损失。传递函数l+aG(s)经常被用于在自适应均衡器中实现对电缆或其他传输介质的逆响应，该自适应均衡器被设计成能够处理不同程度的传输退化，例如由可变的电缆长度引入的不同程度的传输退化。常数项1代表在直流电流情况下(频率=0)没有电缆衰减， 传递函数G(S)为高频提升增益。系数α为适应系数，其取值范围从0到1，其中0对应0 米长电缆，1对应该均衡器设计使用的最大电缆长度。顺序单速率和多速率自适应均衡器的示例实现方式和操作说明已经在公开号为 2003/0043897Α1的美国专利申请中公开，该专利申请的所有者为本申请的受让人，通过引用将其并入本申请。


图1是典型数据通讯系统中均衡器的框图，在该数据通讯系统中输入信号通过传输介质后被接收；图2是显示发生在传输介质中的损失(分贝)的图，该损失被绘制为信号频率(f) 的函数，并且图中示出了两种不同长度(Li和L2)传输介质的损失以及两个均衡器的响应 (Rl和R2)，该两个均衡器响应被设计用于均衡由两种长度传输介质所导致的信号损失；图3是显示多级均衡器核心的框图；图4是显示多级自适应均衡器的两个不同传递函数的图，该两个不同的传递函数对应于该均衡器的两个增益提升级中每一个的最大激活(maximumactivation)；图5是显示图1中的多级均衡器核心中的增益控制信号如何根据传输介质的长度进行调整的图；图6是显示了具有四个级的多速率自适应均衡器核心的框图，其中，前两个级实现了可变带宽传递函数Ghbw(S)，后两个级实现了低带宽传递函数Gim(S)；图7是显示多速率自适应均衡器的五个不同传递函数的图，该五个不同的传递函数对应于该均衡器的四个顺序增益提升级中每一个的最大激活以及全部四个级的非激活；图8是显示在多速率自适应均衡器自动增益控制回路中四个增益控制信号和一个带宽控制信号的生成的框图；图9是显示多级均衡器核心中增益控制信号和带宽限制信号如何根据初级增益控制信号age进行调整的图；图10是显示根据本发明一个示例实施例的顺序折叠多速率自适应均衡器的框图；图11是显示图10中顺序折叠多速率自适应均衡器的自动增益控制回路的框图；图12是显示在图11的折叠多速率自适应均衡器自动增益控制回路中四个增益控制信号和一个折叠信号的电平相对于初级自动增益控制信号的图；图13是显示图10的均衡器的折叠多速率自适应均衡器核心的框图；图14是显示图10的折叠多速率自适应均衡器的五个不同传递函数的示例的图；图15是显示图13的折叠多速率自适应均衡器核心的单一增益级的框图；图15a是显示图13的折叠多速率自适应均衡器核心的单一增益级的另一个实施例的框图；图16是显示图15或图15a的增益级的三个不同传递函数的示例的图；图17是显示可以用于实现图15a的增益级的一组示例的差分晶体管对和RC电路的电路图。
具体实施例方式此处描述的示例实施例包括自适应均衡器，自适应均衡器通过应用传递函数来补偿因在非理想介质中传输所导致的信号损失，所述传递函数的增益和带宽分布(profile) 根据接收到的信号的特性而变化，其利用折叠函数以使用相同的增益提升电路来提升高带宽信号和低带宽信号。此处描述的自适应均衡器的示例实施例可以例如使用不同的数据速率和电缆长度而适于与各种数据通信系统一起使用，包括串行数字接口(SDI)。为了提供对于本发明的示例实施例的更好的理解，在介绍本发明的具体的特征之前，首先提供对自适应均衡器的一般说明。图1图示了在一个典型的数据通信系统中使用自适应均衡器1，其中输入信号2在经过传输介质传输之后被接收。该输入信号2被馈送经过实现传递函数G(S)的增益提升级3;该增益提升级3在调制器8处由与值α相应的自动增益控制(“age”)信号4调制，提升级3应用的增益与该增益控制信号4的强度成正比，导致应用在输入信号2上的传递函数CiG(S)馈入增益提升级3。然后级3的输出6在加法器7处与原始输入信号2相加，生成以传递函数1+α G(S)为特征的最终输出信号9。参考附图，图2显示了两条不同长度电缆的信号损失10、11和均衡器响应12、13， 其绘制成信号频率的函数。第一个、较短长度的电缆Ll造成的信号损失10由均衡器响应 Rl 12结合另外的低通滤波器来均衡，所述均衡器响应Rl 12接近具有Ll长度10的电缆的传递函数的逆，所述低通滤波器设计用于限制均衡造成的高频噪声放大的量。相似地，更长的电缆L2的更显著的损失传递函数11由更高增益的均衡器响应R2 13结合低通滤波器来均衡。除了在非常高的频率区域，应用上述传递函数12、13中的任一个到由相应的电缆长度10、11所产生的退化信号都可以产生平坦的输出信号5，其中在非常高的频率区域，输出信号衰减以消除高频噪声。自适应均衡器还可以使用几个顺序引入的增益级1，因为随着电缆长度的增加，信号退化的程度也增大。这些级1中的每一个应用与电缆给定长度成正比地均衡接收到的信号2的传递函数这样，设计用于调节最大长度为300米的电缆的示例性三级自适应均衡器将第一增益提升级1应用到最大长度为100米的电缆，将第一和第二级1应用到长度为100 米到200米之间的电缆，将所有三个级1应用到长度为200米到300米之间的电缆。适应系数α在这里可以分解到三个级——α 1, α 2和α 3——它们都从最小值开始并顺序增加到它们的最大值。这样，随着电缆长度的增加，首先α 1从0增加到1 ；在100米电缆处， α 1增加到其最大值1，α 2将随着电缆长度继续增加而开始增加。在200米电缆处，α 2增加到其最大值1，α 3开始增加。在300米电缆处，所有三个系数都处于各自最大值，达到了均衡器的适应上限。参考附图，图3显示了两级自适应均衡器14的操作。输入信号2顺序经过两个增益级15、16，每一个增益级都应用了旨在消除因传输介质造成的部分或全部的信号损失的传递函数，最终生成均衡的输出信号9。第一增益级15由自动增益控制信号agcl 17调制， 第二增益级16由自动增益控制信号agc2 18调制。图4显示了由图3中的两级自适应均衡器实现的传递函数的示例。其中显示了三个不同的传递函数19、20、21，对应于三组自动增益控制信号agcll7和agc2 18的值。当适应系数α (这里由增益控制信号age 4实现)为其最小值时，信号agcl 17和agc2 18都处于它们的最小值，两个增益级都处于非激活状态，结果为如第一传递函数19所显示的具有平坦增益的传递函数。当自动增益控制信号age 4增加时，第一增益控制信号agcl 17 从0增加到1，导致第一增益级15逐步激活直到达到其最大增益，显示为第二传递函数20。 随着自动增益控制信号age 4继续增加，第二增益控制信号agc2 18从0增加到1，导致第二增益级16逐步激活直到达到其最大增益，显示为第三传递函数21。图5显示了前两个图所示的两级均衡器14中的增益控制信号17、18是如何由自动增益控制回路根据age信号4的值来调整的。信号agcl 17和agc218是这样生成的通过将初级(Primary)agc信号4分别与第一 agcl参考电平24和第二 agc2参考电平25 (由虚线表示)相比较，并且随着age 4接近并超过信号的参考电平24、25，逐渐增加相应的增益控制信号17、18的值。在本例中，直到agcl 17达到了其最大电平27，agc2 18的值26 才开始增加。多级自适应均衡器14的进一步完善可结合仅向低带宽传输应用额外低频增益的一个或多个带宽限制的级，从而限制了信号9的带宽，但在提高增益的同时不相应增加高频噪声。首先应用一个或多个初始、可变带宽增益提升级，直到它们处于最大增益，该最大增益代表高频噪声阈值；在达到最大增益这一点之后，这些可变带宽级的带宽减小，并且应用一个或多个低带宽增益提升级，有效地将最大增益峰值移向较低频率并且过滤掉较高频率。均衡器使用自动增益控制回路来调制这些增益提升级中每一个的增益，并且限制可变带宽增益提升级的带宽。这样的多速率自适应均衡器体现了在其所均衡的信号的最大带宽和传输信号的最大电缆长度之间的权衡。参考附图，图6显示了多速率自适应均衡器41的一个示例的操作，所述多速率自适应均衡器41包括均衡器核心28，该均衡器核心28由增益和带宽控制信号17、18、33、34、35控制。接收到的信号2顺序通过四个增益提升级29-32中每一个的传递函数而被提升， 以生成均衡的输出信号9。第一可变带宽增益提升级29的传递函数的增益由自动增益控制信号agcl 17控制。第二可变带宽增益提升级30的传递函数的增益由自动增益控制信号 agc218控制。第一低带宽增益提升级31的传递函数的增益由自动增益控制信号agc3 33 控制。第二低带宽增益提升级32的传递函数的增益由自动增益控制信号agc4 34控制。两个可变带宽级29、30的传递函数的带宽由带宽限制信号35控制。图7显示了随着自动增益控制信号age 4的增加的多速率自适应均衡器核心28 的总传递函数的曲线图。图中显示了五个不同的传递函数36-40，对应自动增益控制信号 agcl 17、agc2 18、agc3 33和agc4 34的五组不同的值。第一传递函数36对应于四个自动增益控制信号17、18、33、34都处于其最小值的点agcl = 0、agc2 = 0、agc3 = 0以及 agc4 = 0。该第一传递函数36本质上是在除了在非常高的频率区域之外所有频率上的单位增益，其中在非常高的频率区域，其衰减以消除高频噪声。第二传递函数37对应于第一自动增益控制信号17达到其最大值的点agcl = 1、agc2 = 0、agc3 = 0以及agc4 = 0。 第三传递函数38对应于第二自动增益控制信号18达到其最大值的点agcl = 1、agc2 = 1、agc3 = 0以及agc4 = 0。第四传递函数39对应于第三自动增益控制信号33达到其最大值的点agcl = Uagc2 = Uagc3 = 1以及agc4 = 0。第五传递函数40对应于四个自动增益控制信号17、18、33、34都达到其最大值的点:agcl = 1、agc2 = 1、agc3 = 1以及 agc4 = 1。第四传递函数39和第五传递函数40体现了激活低带宽增益提升级31、32以及使用带宽控制信号35限制可变带宽级29、30的带宽的效果，其开始于第二可变带宽提升级 30达到其最大增益后信号9的带宽减小，但低频增益增加。图8图示了在多速率自适应均衡器41中用于提供age信号agcl、agc2、acg3和 agc4以及带宽信号35的增益控制回路23。输出信号9反馈回自动增益控制回路23并且与参考42相比较，生成对应于适应系数α的初级自动增益控制信号age 4。然后，该初级自动增益控制信号4与五个不同的参考电平44-48进行比较，并且对其应用五个不同的传递函数49-53以生成所述四个自动增益控制信号agcl 17、agc2 18、acg3 33和agc4 34， 以及带宽限制信号35。图9显示了绘制出由多速率自适应均衡器41的增益控制回路23生成的信号agcl 17，agc2 18，agc3 33，agc4 34的四条曲线，以及带宽限制信号35。信号17、18、33、34、35 中每一个的值都绘制在Y轴，初级增益控制信号agc4绘制在X轴。虚线表示五个信号17、 18、33、34、35的参考电平44-48。这些示了随着初级增益控制信号4的值的增加，五个信号17、18、33、34、35的操作。全部四个增益控制信号17、18、33、34开始于其最小值0，而带宽限制信号35开始于高带宽限制54。随着age 4的值的增加，首先agcll7从0增加到 1，然后agc2 18从0增加到1，然后带宽限制信号35开始向低带宽限制55减小而agc3 33 从0增加到1，最后带宽限制信号35继续向低带宽限制55减小而agc4 34从0增加到1。 这解释了图7中所示随age 4的值的增加，均衡器核心28的不同的传递函数36-40。自适应均衡器的示例的一般说明已经在上面提供，其具体的特征将通过本发明的实施例在这里进行描述。在这方面，图10是根据本发明的示例实施例的顺序折叠多速率自适应均衡器70的框图显示。折叠多速率自适应均衡器70通过应用传递函数来补偿因在非理想介质中传输而造成的信号损失，所述传递函数的增益和带宽分布根据接收到的信号的特性而改变，其利用折叠函数以使用相同的增益提升电路来提升高带宽信号和低带宽信号。所述自适应均衡器70包括自动增益控制回路71和均衡器核心73。顺序多速率折叠自适应均衡器70使用折叠自动增益控制回路71以应用额外增益到低带宽信号，而不需要采用以独立的增益提升电路实现的额外的低带宽增益提升级。均衡器核心73通过使用与将初始可变带宽增益级应用到其传递函数向下的频标 (frequency-scale)的提升电路相同的提升电路来操作，因为要求额外的低带宽增益超过初始高频增益阈值。这是通过激活折叠信号(folding signal) 76来完成的，折叠信号76 当高带宽电路通路到达其最大增益时启动，用于开启低带宽增益控制电路通路，该低带宽增益控制电路通路的使用随着需要的额外低带宽增益量的增加而增加。图13更详细地图示了均衡器核心73的一个示例实施例。在图示的实施例中，所述均衡器核心73包括两个可变频率增益级74和75。图17显示了一组示例的差分晶体管对和简单的电阻电容(“RC”)电路，其实现了能够用于实现如图13所示的均衡器核心73的增益级74或75。增益级74包括高带宽电路通路119和低带宽电路通路121，由折叠信号76触发两条通路之间的切换。由折叠信号76 触发的从高带宽电路通路119向低带宽电路通路121的切换不是硬切换(hard switch)，因为在切换开始时，调制低带宽增益提升级的信号agcm 94已经达到了其最小电平0 (对应参数α的最大值1)。当需要更多的低频增益提升时，信号agcm 94开始增加并且引起从高带宽信号通路向低带宽信号通路的软切换(soft switch) 0使用软切换消除了信号通路中的任何不连续性，并且避免了重新适应增益控制回路71的需要。除了避免任何不连续性，，软切换引起的带宽的平稳下降减轻了从在启动开始时可能发生的环闭锁(loop lock-up)的恢复。在一个示例实施例中，通过均衡器核心73的每一个增益级应用在接收到的信号2 上的传递函数的特性由以下这个方程体现l+α Ghbw(S)+F(l-a) GLBff(s)在该表达式中，常数项1代表单位增益平坦频率响应。高频增益通过提升传递函数的高带宽和低带宽形式(HBW和LBW)来实现。F是逻辑值1或0，其分别对应折叠信号的激活和非激活状态。值α (0到1之间)实现了如前述部分描述的多速率自适应均衡器41中的适应机制。如果适应回路71决定仅使用可从均衡的第一增益级74、75获得的增益，而不使用折叠，那么折叠信号76被禁止(F = 0)，并且均衡器70应用使高带宽信号通过的适量增益以支持高数据速率操作。在这种状态(regime)下，被实现的传递函数就是1+α G胃(s)， 其中α取值范围是0到1。(该传递函数因此可以被看作是根据不同的α值，在两个极端情况1和1+Ghbw(s)之间的插值。)由于需要更多的较低频的增益，因此适应回路71将传递折叠阈值78并且使能折叠信号。当折叠信号76被使能(F = 1)时，传递函数变为l+α Ghbw (s) + (l-a) GLBff(s)在本示例实施例中，在折叠阈值78发生的折叠信号76的激活使能传递函数之间的软切换。在折叠信号76开始激活时，适应参数α已经处于其最大值1，从而在折叠就要开始前和刚刚结束后的传递函数相同均为l+α G胃(S)。软切换确保了从无折叠状态下到折叠状态下的平滑切换，没有使均衡滤波器(equalizer filter)的响应以及适应回路71 的行为产生突发改变。一旦折叠信号76被激活，α的方向变化，并且由于适应继续促使均衡器70应用更多增益，α开始沿相反的方向从1到0变化。传递函数开始偏离其极端高带宽表达式l+GHBW(s)，逐渐接近其极端低带宽表达式1+Got(S)。在这个折叠状态下，均衡器传递函数可以被看作是在高带宽传递函数最大增益和低带宽传递函数最大增益两个极端情况之间的插值。参考附图，图11显示了根据一个示例实施例的折叠多速率自适应均衡器70的增益控制回路71的操作。来自均衡器70的输出信号9被馈回自动增益控制回路71并与参考79相比较，并且对所产生的信号进行积分来生成初级自动增益控制信号age 80。该初级 age信号80对应于非折叠状态期间适应系数α ；但是，一旦折叠信号被激活，初级age信号 80的进一步增加将使适应系数α减少，而不是增加适应系数α。该初级自动增益控制信号age 80与四个不同的参考电平85-88进行比较，以生成两个非折叠增益控制信号(非折叠的agcl 81和非折叠的agc2 82)和两个折叠的增益控制信号(折叠的agcl 83和折叠的agc2 84)。所述初级信号age 80还与折叠阈值电平78 进行比较，以生成折叠信号76。这样，在折叠阈值78处的age 80的值对应于α的最大值， α = 1。在age 80经过折叠阈值78后，α开始减回到其最小值0。折叠信号76的值被馈入两个逻辑门89、90，以确定是否使用折叠的83、84或非折叠的81、82的agcl和agc2的值来生成最终增益控制信号agcl 17和agc2 18 如果折叠信号76处于激活状态(F = 1)，则使用折叠的agcl 83和agc2 84的值，如果折叠信号76 处于非激活状态(F = 0)，则使用非折叠的agcl 81和agc2 82的值。然后通过应用一对传递函数97、98，将信号agcl 17的折叠83或非折叠81形式分成具有第一极性的第一形式 agclp 93和具有与第一极性相反的第二极性的第二形式agclm 94。同样地，然后通过应用一对传递函数99、100，将信号agc2 18的折叠84或非折叠82形式分成具有第一极性的第一形式agc2p 95和具有与第一极性相反的第二极性的第二形式agc2m 96。再次参考附图，图12显示了五条曲线，这五条曲线绘制了由示例的折叠多速率自适应均衡器70的增益控制回路71生成的信号agclp 93、agclm94、agc2p 95、agc2m 96以及折叠信号76。信号76、93-96的值绘制在Y轴，初级增益控制信号age 80绘制在X轴。 虚线表示用于信号agcl 17和agc2 18的非折叠的85、86和折叠的87、88的参考电平。这些曲线图示了五个信号76、93-96随着初级增益控制信号age 80的值的增加的操作。这里， 信号76、93-96对初级增益控制信号age 80的值的增加的响应与之前讨论的在图9中显示的多速率自适应均衡器41增益控制回路23的曲线所显示的响应不同。在该折叠的均衡器70的示例实施例中，当age 80为0时，信号agclp 93和agc2p 95处于它们的最小值0，而这些信号的相反极性形式agclm 95和agc2m 96处于它们的最大值1。折叠信号76处于其非激活状态值0。随着age 80的值增加，首先，agclp 93从0 增加到1，相应地，agclm 94从1减小到0。然后，agc2p 95从0增加到1，相应地，agc2m 96 从1减小到0。在此之后，折叠信号被激活，其值从0切换到1。在折叠信号76被激活后， 随着age 80的值继续增加，agclp 93从1减小到0，相应地，agclm 94从0增加到1。然后，agc2p 95开始从1减小到0，相应地，agc2m 96从0增加到1。然后，将这些不同的增益控制信号93-96馈入在图13的框图中描绘出的均衡器70 的两个增益级74、75中。两个具有相反极性的信号agclp 93和agclm 94用作第一增益级 74的输入，并且两个具有相反极性的信号agc2p 95和agc2m 96用作第二增益级75的输入。折叠信号76也用作两个级74和75的输入。输入信号2顺序馈通两个级74、75中的每一个，并且每一个级74、75对信号2应用传递函数，从而生成旨在复制预传输信号的输出信号9而没有由传输介质引入的失真。在每一个增益级74、75中，由正极性增益控制信号(agclp 93或agc2p95)调制的高带宽传递函数Ghbw(s)被应用到输入信号2。如果折叠信号76处于激活状态，则由负极性增益控制信号(agclm 94或agc2m 96)调制的低带宽传递函数Got(S)也被应用。将这两个传递函数的任一或两者应用到输入信号2产生总的传递函数，其特性由上面提到的方程体现l+α Ghbw(S)+F(l-a) GLBff(s)其中F是折叠信号76，α Ghbw(S)表示由正的增益控制信号agclp 93和agc2p 95 产生的总的传递函数，(1-a) Glbw(S)表示由负的增益控制信号agclm95和agc2m 96产生的总的传递函数。图14中显示了在折叠或不折叠情况下由两个增益级74、75应用的总的传递函数。 图中显示了五个不同的传递函数106-110，对应折叠信号76以及四个增益控制信号agclp 93,agclm 94、agc2p 95和agc2m 96的五组不同的值，其中增益绘制在Y轴而频率在X轴。 这五组不同的值对应初级增益控制信号age 80的五个不同的值。第一传递函数106显示单位增益平坦响应(unity gain flat response)，其中age 80处于其最小值，折叠信号 76处于其初始值0，信号agclp 93和agc2p 95处于它们的最小值0，并且相反极性的信号 agclm 94和agc2m 96相应地处于它们的最大值1。当age 80增加时，agclp 93的值从0 增加到1并且agclm 94从1减少到0，结果产生第二传递函数107。随着age 80继续增加超过此点，agc2p 95从0增加到1并且agc2m96从1减少到0，结果产生第三函数108。当 age 80继续增加并超过折叠阈值78，折叠信号76改变其值；然而，此时，折叠信号76的值不影响传递函数的分布(profile)，因为传递函数由折叠信号76启动的负极性信号agclm 94和agc2m 96的值为0。这样，当折叠信号76在该阈值78被激活时，并不对增益控制信号93-96或者输出信号9本身的通路造成任何不连续性，从而产生平滑的适应响应和增益控制回路响应。在折叠信号76被激活后，随着agc80继续增加，agclp 93的值从1减少到 0并且agclm 94从0增加到1，结果产生第四传递函数109。最后，当age 80继续增加到其最大值时，agc2p 95的值从1减少到0并且agc2m 96从0增加到1，其结果产生第五传递函数110。在一个示例的折叠多级自适应均衡器中，顺序采用的第一至第五传递函数106 110呈现低频增益(以分贝为单位测量)的单调增加。相似地，在上述两级折叠自适应均衡器的一个实施例中，顺序采用的第一至第三传递函数106 108呈现高频增益的单调增加。在这样一个实施例中，折叠前增益级序列呈现了所有频率上增益的单调增加，而折叠后增益级序列只呈现了低频增益的单调增加。在一个折叠多级均衡器核心73示例中的单一增益级的操作由图15中的框图显示。增益级74接收输入信号2、折叠信号76以及具有相反极性的两个增益控制信号agcp 93和agcm 94(分别对应于图13中的agclp和agclm)。当不需要增益或仅需要很少增益的时候，折叠信号76处于非激活状态。随着正极性增益控制信号agcp 93的电压增加，其被馈送到产生由正极性增益提升信号agcp 93调制的高带宽传递函数Ghbw(S)的高带宽增益提升通路119。该高带宽提升级119的输出与输入信号2相加，以产生输出信号9。当 agcp 93增加到其最大电压时，agcm 94处于其最小电压，并且如果需要更多低带宽增益， 则此时，激活折叠信号76。折叠信号76的激活开启了产生由负极性增益提升信号agcm 94 调制的低带宽传递函数Got(S)的低带宽增益提升通路121。随着对增益需求的增加，agcp 93的电压从其最大值开始减少，而agcm 94的电压从其最小值开始增加，从而减少了由高带宽提升通路119产生的高带宽增益的量但增加了由低带宽提升通路121产生的低带宽增益的量。由低带宽提升通路121产生的低带宽增益以及任何由高带宽通路119继续产生的高带宽增益与输入信号2相加以生成输出信号9。单一增益级的一个替代实施例由图15a中的框图显示。这里，产生高带宽传递函数Ghbw(S)的高带宽增益提升通路119和产生低带宽传递函数Got(S)的低带宽增益提升通路121中的每一个都与其本身产生平滑增益响应的平坦增益通路并行运作。由于这两个通路由一直取相反值的正极性增益提升信号agcp 93和负极性增益提升信号agcm 94调制， 所以该增益级产生的总的传递函数与图15中的级所产生的传递函数相同，该总的传递函数享有在两个没被任何增益控制信号调制的增益提升通路之间的单一的单位增益通路。鉴于图15中的级的传递函数可以被表示为l+α G胃(S)+F(l-a )Got(s)，图15a的传递函数可以被表示为从数学上看为相同的a+aG-W + a-cO+Fd-cOG^^s)，其简化后等同于表达式1+a G胃(s)+F (I-CI)Gim (S)。可以根据各种实际的原因选择是按照图15还是图15a 来实现增益级，本发明应用于根据任一图实现的增益级。图16中示出如图15或图15a所示的由单一的折叠增益级产生的传递函数。当初级增益控制信号age 80处于其最小值时，其表示没有信号衰减并且不需要增益，折叠增益级产生第一单位增益传递函数130。随着age 80的值的增加，其表示需要高带宽增益，agcp 93的电压从其最小值0增加到其最大值，最终产生了具有最大高带宽增益的第二传递函数 132，这时，流经高带宽提升通路119的信号处于其最大值。此时如果还需要更多的增益，折叠信号76被激活，agcp 93开始减小到其最小值，并且agcm 94开始从其最小值向其最大值增加，从而将信号从高带宽提升通路119移到低带宽提升通路121，并且有效地向左频移传递函数，最终的结果是产生具有最大低带宽增益的第三传递函数134。再次参考附图，图17显示了与图15a中框图对应的一个折叠增益级74的示例晶体管级电路实现装置111。输入信号2由正极引线112和负极引线113提供，输出信号9由其自己的正极引线114和负极引线115生成。自动增益控制信号age 122(相对于其正极和负极引线测量出)对应于增益控制信号agcp 93 当折叠信号76处于非激活状态时，该age 信号122的电压随着初级增益控制信号80电压的增加而增加，并且当折叠信号76处于激活状态时，该信号122的电压随着初级增益控制信号80电压的继续增加而减小。同样的道理，当使用相反的负极和正极的引线测量age信号122时，该age信号122对应于负极性增益控制信号agcm 94。在该示例的电路实现方式中，组成差分对的一组晶体管116、117实现对增益提升传递函数的调制。当agcl22处于其基准电压时，由age信号122的负极引线打开的晶体管117是完全开启的，并且随着电流通过固定电阻通路118而全部导向输出，实现了平坦增益。随着age 122的值的增加，由age信号122的正极引线打开的晶体管116的差分对开始开启，并使向电路的传递函数引入高频增益的高带宽高频提升通路119可用。 该高带宽提升通路119可以以简单的RC电路实现，所述RC电路使用电阻和电容的组合，所述电阻和电容的选择要考虑需要处理的传输介质和特定信号的属性。当该高带宽通路119 达到最大电流时，如果还需要更多的增益，则使用作为增益控制回路71的一部分的上述机制激活折叠信号76，并且折叠信号76的激活关闭了两个开关120，使低带宽、高频提升通路 121可用，其中该低带宽、高频提升通路121也以使用电容和电阻组合的简单的RC电路实现。随着对更多的低带宽增益的需要，age信号122的电压向其基准值降低，逐步关闭连接到age信号112正极引线的晶体管116的差分对并打开连接到age信号112负极引线的晶体管117差分对，从而允许电流从高带宽通路119移到低带宽通路121，并且有效地向较低带宽频移传递函数。通过在同一放大器核心内简单的RC电路实现折叠自适应均衡器级的两个增益提升传递函数，结合增益控制信号(从其最小值电压增加到最大值电压，然后当折叠信号激活时再从最大值电压减小到最小值电压)可以大大节省电路面积、功耗和发热量。由于减少了噪声源和例如分量噪声、变化和不匹配等缺陷，还提高了电路的性能。由于单个电路既可以用于高带宽增益提升又可以用于低带宽增益提升，因此电路面积减小了。类似地，由于消除了对独立的低带宽增益提升级的需要，电路的功耗和发热量都降低了。这是通过以下方式实现的将现有的曾经用来实现单位增益信号通路的有源元件重复使用和重复利用来还产生低带宽增益提升传递函数，同时仅在自适应均衡器的适应回路中对无源元件进行切换以及适当控制这个切换功能。这与其他的例如图6中所示的可变带宽均衡器的实现方式不同，其他实现方式通过简单的增加更多的均衡级来达到更高的低带宽增益提升，并不重复使用或重复利用已经被施加偏压并可用的有源元件。图13所示的多级均衡器核心可以使用图17所示的多于一个的增益级来实现。通过使用在每个不同的级中具有不同激活阈值的差分对晶体管，由不同级的高带宽和低带宽电路通路应用的增益的开始可以被设置为顺序级联(如图12所示)。正如本领域的技术人员可以推断的那样，折叠的方法可以用于具有任意个增益级的均衡器，而不止限于上述实施例。本领域技术人员还可以意识到，当需要更多的低带宽增益的时候，不使用顺序折叠所述级联的级的方法，而是让部分或全部的级同时折叠并被相同的age信号控制。这样，所有折叠的或非折叠的级的并行和顺序激活的可能组合都是可能的，并且都在本发明中介绍了。本领域技术人员还可以意识到，折叠信号从低电平到高电平的切换不需要以图12 中描述的阶跃函数那样实现，而是可以以更渐进的方式实现。在折叠信号电平上使用硬切换可以帮助确保折叠信号的变化与负极性增益控制信号agcm的值为0在同时发生，从而避免信号通路不连续；但在折叠信号电平之间使用更渐进的切换可以有实际的优点，它给出了避免输出信号通路不连续的替代机制(即通过从一开始就不引入不连续的折叠信号输入)。另外，图12中的曲线显示了时间间隔，在该时间间隔中，age继续增加，但是agelp、 agclm、agc2p和agc2m的值保持不变；在本发明的一个示例实施例中，在该时间间隔中，折叠信号可以逐渐从其低电平增加到其高电平而不会影响输出信号。还可以意识到，折叠信号的第二电平不必比第一电平高，而是可以比第一电平低。这里所描述的实施例只是具有与权利要求中所记载的本发明的元素相对应的示例结构、系统或方法。本说明书可以让本领域的技术人员制作和使用与权利要求中所记载的本发明的元素相对应的但是具有不同元件的实施例。因此，本发明的目的范围包括其他与权利要求文字语言的描述相同的结构、系统或方法，并且还包括其他与权利要求文字语言的描述没有实质性区别的结构、系统或方法。
权利要求
1.一种增益级，包括高带宽增益电路，所述高带宽增益电路对第一输入信号应用高带宽传递函数，所述高带宽传递函数具有由第二输入信号电平调制的高带宽增益；和低带宽增益电路，所述低带宽增益电路对第一输入信号应用低带宽传递函数，如果第三输入信号处于第一电平，所述低带宽传递函数具有零增益，并且如果第三输入信号处于第二电平，所述低带宽传递函数具有由第二输入信号电平反向调制的低带宽增益。
2.如权利要求1所述的增益级，其中第一输入信号包括通过非理想传输介质传输后由增益级接收的信号，第二输入信号包括自动增益控制信号。
3.如权利要求1或2所述的增益级，其中由高带宽增益模块和低带宽增益模块应用的传递函数具有频率相关增益。
4.如权利要求1到3中任意一项所述的增益级，其中第三输入信号的第一电平和第二电平之间的转换可以是连续或不连续的转换。
5.如权利要求1到4中任意一项所述的增益级，其中增益级产生输出信号，所述输出信号等于将高带宽增益电路和低带宽增益电路的传递函数应用于其上的第一输入信号。
6.如权利要求5所述的增益级，其中增益级还包括平坦增益通路，所述平坦增益通路与每一个增益电路贡献的增益相加，以产生增益级的输出信号。
7.如权利要求5所述的增益级，还包括第一平坦增益通路，所述第一平坦增益通路产生与由第二输入信号调制的第一输入信号相等的输出信号；第二平坦增益通路，所述第二平坦增益通路产生与由第二输入信号反向调制的第一输入信号相等的输出信号；和增益级的输出信号等于第一平坦增益通路的输出信号、第二平坦增益通路的输出信号、由高带宽增益电路贡献的增益、以及由低带宽增益电路贡献的增益之和。
8.如权利要求1到7中任意一项所述的增益级，其中高带宽增益电路和低带宽增益电路共享一些公共电路组件。
9.一种均衡器，包括增益控制回路，所述增益控制回路产生折叠信号以及至少一个增益控制信号；和与来自传输介质的输入信号耦合的均衡器核心，所述均衡器核心对输入信号应用高带宽传递函数和低带宽传递函数以产生输出信号；其中高带宽传递函数具有与所述至少一个增益控制信号成正比的高带宽增益；当折叠信号处于第一电平时，低带宽传递函数没有增益；以及当折叠信号处于第二电平时，低带宽传递函数具有与所述至少一个增益控制信号成反比的低带宽增益。
10.如权利要求9所述的均衡器，其中每一个传递函数具有频率相关增益。
11.如权利要求9或10所述的均衡器，其中由均衡器核心应用的传递函数的总增益接近在输入信号通过传输介质的传输中产生的损失的逆。
12.如权利要求9、10或11所述的均衡器，其中当均衡输入信号所需的低频增益的量小时，折叠信号处于第一电平，并且当均衡输入信号所需的低频增益的量超过预定的阈值时，折叠信号转换到第二电平。
13.如权利要求9到12中任意一项所述的均衡器，其中折叠信号在第一电平和第二电平之间的转换可以是连续或不连续的转换。
14.如权利要求9到13中任意一项所述的均衡器，其中所述至少一个增益控制信号根据两个状态操作当折叠信号处于其第一电平时，表征第一状态，所述至少一个增益控制信号的电平随着均衡输入信号所需的增益量的增加而增加；和当折叠信号处于其第二电平时，表征第二状态，所述至少一个增益控制信号的电平随着均衡输入信号所需的低频增益的量的增加而减少。
15.如权利要求9到14中任意一项所述的均衡器，其中 所述均衡器核心包括多个增益级；所述至少一个增益控制信号包括与所述多个增益级对应的多个增益控制信号； 每一个增益级对输入信号应用高带宽传递函数和低带宽传递函数； 由每一个增益级应用的高带宽传递函数具有与该级的增益控制信号成正比的高带宽增益；当折叠信号处于第一电平时，由每一个增益级应用的低带宽传递函数没有增益；和当折叠信号处于第二电平时，由每一个增益级应用的低带宽传递函数具有与该级的增益控制信号成反比的低带宽增益。
16.如权利要求15所述的均衡器，其中，当所述折叠信号处于其第一电平时，随着均衡输入信号所需的增益量的增加，每一个增益级的增益控制信号只在前一增益级的增益控制信号已经达到最大电平后才增加。
17.如权利要求15所述的均衡器，其中，当所述折叠信号处于其第二电平时，随着均衡输入信号所需的低带宽增益量的增加，每一个增益级的增益控制信号的电平只在前一增益级的增益控制信号已经达到最小电平后才减小。
18.如权利要求15所述的均衡器，其中，当所述折叠信号处于其第二电平时，随着均衡输入信号所需的低带宽增益的量的增加，两个或多个增益控制信号的电平同时减小。
19.如权利要求14所述的均衡器，其中所述两个状态之间的平滑转换是通过以下方式实现的当所述多个增益控制信号的电平导致由所述多个增益级应用的低带宽传递函数无增益时，使折叠信号在第一电平和第二电平之间进行转换。
20.一种均衡输入信号的方法，包括对输入信号应用均衡器核心的一个或多个增益级，每一个增益级对输入信号应用高带宽传递函数和低带宽传递函数；和当均衡信号所需的低带宽增益的量超过了预定的阈值时，使用增益控制回路将折叠信号从其第一电平转换到第二电平， 其中每一个增益控制级由增益控制回路产生的增益控制信号控制； 每一个高带宽传递函数的增益与该级的增益控制信号的电平成正比； 当折叠信号处于第一电平时，每一个低带宽传递函数的增益是平坦的，当折叠信号处于第二电平时，每一个低带宽传递函数的增益与该级的增益控制信号的电平成反比。
21.如权利要求20所述的方法，其中每一个高带宽传递函数和低带宽传递函数具有频率相关增益。
22.如权利要求20或21所述的方法，其中由均衡器核心应用的传递函数的总增益接近在输入信号通过传输介质的传输中产生的损失的逆。
23.如权利要求20、21或22所述的方法，其中当折叠信号处于其第一电平，表征第一状态，每一个增益级的增益控制信号的电平随着均衡输入信号所需的增益量的增加而增加；和当折叠信号处于其第二电平，表征第二状态，每一个增益级的增益控制信号的电平随着均衡输入信号所需的低频增益量的增加而减少。
24.如权利要求23所述的方法，其中，随着第一状态期间均衡输入信号所需的增益量的增加，通过让每一个增益级的增益控制信号的电平只在前一增益级的增益控制信号已经达到最大电平后才增加，来顺序激活每一个增益级。
25.如权利要求23所述的方法，其中，随着第二状态期间均衡输入信号所需的低带宽增益量的增加，通过让每一个增益级的增益控制信号的电平只在前一增益级的增益控制信号已经达到最小电平后才减小，来顺序频移每一个增益级的传递函数。
26.如权利要求23所述的方法，其中，随着第二状态期间均衡输入信号所需的低带宽增益量的增加，两个或多个增益控制信号的电平同时减小。
27.如权利要求23到26中任意一项所述的方法，其中所述两个状态之间的平滑转换是通过以下方式实现的当每一个增益级的增益控制信号处于导致每一个低带宽传递函数无增益的电平时，使折叠信号在第一电平和第二电平之间进行转换。
全文摘要
提供一种折叠自适应均衡器。该均衡器包括均衡器核心和自动增益控制回路。均衡器核心的均衡传递函数由自动增益控制回路生成的一个或多个增益控制信号以及由自动增益控制回路生成的折叠信号调制。当折叠信号处于非激活状态时，增益控制信号的增加使均衡器核心的传递函数的高频、高带宽增益增加。当折叠信号处于激活状态时，通过降低增益控制信号可以应用更多的增益，其导致均衡器核心的传递函数朝着较低带宽频移以及均衡器核心的传递函数的高频低带宽增益的增加。
文档编号H03G3/30GK102282774SQ200980154784
公开日2011年12月14日 申请日期2009年11月17日 优先权日2008年11月18日
发明者H·夏奇巴, M·莎莎尼 申请人:格努姆有限公司