全双工通信中的增强的回波消除的制作方法

本公开涉及消除全双工通信中的回波，并且更具体地涉及使用虚设引脚和电路元件虚设驱动器以及全双工收发器中的终端(termination)来更有效地消除回波。

背景技术：

全双工通信广泛地用于网络中，以在相同的信号路径上在两个方向上同时传输信号。用于全双工通信的收发器设置在两个通信设备上。每个收发器通过相同的路径发送其信号，同时还提取通过相同路径从对端收发器发送的信号。由于信号同时被发送去往和来自每个接收器，所以全双工通信可以实现网络中设备之间的有效通信。

在实现全双工通信的收发器中的很多挑战之一是回波消除。回波消除是一种消除收发器中的发送信号以提取接收信号的方案。在很多实现中，仍然存在一定程度的消除残余误差，这在高速和长电缆应用中变得明显。这种残余误差增加了所提取的信号中的误差。

技术实现要素：

实施例涉及一种全双工收发器，包括具有耦合到第一驱动器的第一焊盘和耦合到第二驱动器的第二焊盘的集成电路封装件。第一驱动器从数据输入电路接收数字信号，并且根据所接收的数字信号生成去往第一焊盘的第一信号。第一焊盘经由第一部件耦合到在全双工收发器与对端全双工收发器之间的通信信道。第二驱动器接收数字信号，并且根据所接收的数字信号生成去往第二焊盘的对应于第一信号的第二信号。第二焊盘经由第二部件耦合到全双工收发器中的终端。

在一个实施例中，第一部件包括在第一焊盘与集成电路封装件的第一引脚之间的传导元件，并且第二部件包括在第二焊盘与集成电路封装件的第二引脚之间的传导元件。

在一个实施例中，第一部件还包括第一印刷电路板(pcb)迹线、连接到第一pcb迹线的第一无源电路元件以及在第一无源电路元件与通信信道之间的连接器。第二组件还包括第二印刷电路板(pcb)迹线以及在第二pcb迹线与终端之间的第二无源电路元件。

在一个实施例中，终端的传输线参数和rlc参数与在对端全双工收发器的集成封装件中的终端的传输线参数和rlc参数相同，对端全双工收发器的集成封装件中的终端连接到与全双工收发器的第一驱动器相对应的对端全双工收发器的驱动器。

在一个实施例中，第一和第二无源电路元件中的每个包括静电放电保护电路和共模扼流(cmc)电路中的至少一项。

在一个实施例中，均衡器耦合到回波消除电路的输出。均衡器(i)补偿被包括在差信号中的接收信号的衰减，并且(ii)向数据输出电路提供接收信号的补偿版本。

在一个实施例中，数据输入电路包括串行化器，并且数据输出电路包括并行化器。

在一个实施例中，第一驱动器和第二驱动器中的每个包括差分输出。

在一个实施例中，第一驱动器的负输出和第二驱动器的负输出被置于第一驱动器的正输出与第二驱动器的正输出之间。

在一个实施例中，第一驱动器的正输出和第二驱动器的正输出被置于第一驱动器的负输出与第二驱动器的负输出之间。

实施例还涉及一种执行全双工通信的方法，其中第一驱动器向第一焊盘传输第一信号，并且第二驱动器向第二焊盘传输第二信号。第一和第二驱动器从数据输入电路接收数字信号。第一信号经由全双工收发器中的第一部件从第一焊盘传输到在全双工收发器与对端全双工收发器之间的通信信道。第二信号从第二焊盘传输到全双工收发器中的终端。由回波消除电路生成表示第一焊盘与第二焊盘之间的电压差的差信号。

附图说明

图1是示出根据一个实施例的全双工通信系统的框图。

图2是根据一个实施例的用于执行图1的全双工通信的收发器中的收发器集成电路(ic)封装件的框图。

图3a是根据一个实施例的由图2的ic封装件中的主驱动器生成的发送信号的时序图。

图3b是根据一个实施例的由图2的ic封装件中的虚设驱动器生成的复制信号的时序图。

图3c是根据一个实施例的指示误差信号的时序图，误差信号表示图3a的发送信号与图3b的复制信号之间的差异。

图4a是根据一个实施例的由图2的ic封装件中的主驱动器在由于阻抗失配而经历反射时生成的发送信号的时序图。

图4b是表示根据一个实施例的指示图4a的发送信号与图3b的复制信号之间的误差信号的时序图。

图5a和5b是根据一个实施例的增强型全双工通信系统的框图。

图6是根据一个实施例的图5的收发器ic封装件的框图。

图7是根据一个实施例的指示误差信号的时序图误差信号表示发送信号与由图6的虚设驱动器生成的复制信号之间的差异。

图8是根据一个实施例的指示误差信号的时序图，误差信号表示发送信号与由图6的虚设驱动器在经历信号反射时生成的复制信号之间的差异。

图9a和9b是根据实施例的使用差分信号的全双工通信系统的芯片封装件的框图。

图10是示出根据一个实施例的执行增强型全双工通信的过程的流程图。

图11是根据一个实施例的用于执行与全双工收发器中的集成电路相关联的设计操作的计算设备的框图。

具体实施方式

本文中参考附图描述实施例。然而，本文中公开的原理可以以很多不同的形式来实施，并且不应当被解释为限于本文中阐述的实施例。在描述中，可以省略公知的特征和技术的细节，以避免不必要地模糊实施例的特征。

在附图中，附图中相同的附图标记表示相同的元件。为了清楚起见，图的形状、尺寸和区域等可能被夸大。

实施例涉及通过提供连接到虚设驱动器的信号路径来增强用于全双工通信的收发器集成电路(ic)中的回波消除，该虚设驱动器复制主驱动器与对端收发器ic之间的信号路径。连接到虚设驱动器的信号路径包括如下电路元件，该电路元件的传输线参数和rlc参数复制在主驱动器与对端收发器ic中的另一主驱动器之间的信号路径中的电路元件的传输线参数和rlc参数。用于来自主驱动器和虚设驱动器的信号的信号路径具有相同的属性，并且因此由虚设驱动器生成的复制信号更好地匹配由主驱动器生成的信号。通过在虚设驱动器处生成更好地匹配主信号的发送信号的复制信号，可以减少复制信号与发送信号之间的误差。因此，可以在收发器ic处提取更准确的接收信号。

本文中描述的电路元件是指用于将信号从信号源传输到信号接收点的任何电子部件。示例电路元件可以包括电阻器、电容器、电感器、印刷电路板(pcb)迹线和无源电子电路(例如静电放电(esd)电路)。

图1是示出根据一个实施例的全双工通信系统100的框图。除了其他部件，全双工通信系统100可以包括收发器120a、对端收发器120b、以及在两个收发器120a、120b之间的物理介质150。物理介质150可以被实施为包括导体的双绞线对的电缆。收发器120a、120b通过相同的物理介质150发送和接收信号。

收发器120a可以是通过物理介质150发送和接收信号的电子设备的一部分。收发器120a可以包括例如收发器ic封装件140a、印刷电路板(pcb)传输线(t-线)130a、无源pcb电路126a和连接器124a。收发器ic封装件140a包括用于处理接收信号和发送信号的电路部件，如下面参考图2详细描述的。pcbt线130a将收发器ic封装件140a连接到无源pcb电路126a，并且然后连接到连接器124a。无源pcb电路126是用于各种目的的设置在收发器ic封装件140a外部的电路，诸如静电放电(esd)电路和共模扼流(cmc)电路。连接器124a将收发器120a连接到物理介质150。

收发器120b可以是与包括收发器120a的电子设备通信的另一电子设备的一部分。收发器120b包括与收发器120a的部件执行基本上相同功能的部件(例如，收发器ic封装件140b、印刷电路板(pcb)传输线(t线)130b、无源pcb电路126b和连接器124b)。

图2是根据一个实施例的用于执行全双工通信的收发器120a、120b中的集成电路(ic)封装件140的框图。ic封装件140可以包括芯片管芯200、引脚焊盘接合件248和引脚252。芯片管芯200使用半导体制造工艺制造并且执行与全双工通信相关联的操作。芯片管芯200经由传导性引脚焊盘接合件248和芯片封装件140中的pcb迹线(未示出)连接到引脚252。尽管图2中仅示出了单个引脚252，但是典型的芯片封装件120包括用于传输或接收各种数据或接收电源电压的多个引脚。在一个实施例中，可以使用球栅阵列(bga)布线来代替引脚焊盘接合件248。

芯片管芯200包括用于实施具有回波消除特征的全双工通信电路的电路。除了其他部件，芯片管芯200可以包括串行化器220、并行化器230、主驱动器224、虚设驱动器240、终端226、均衡器238、回波消除器242和焊盘244。串行化器220是接收用于通过物理介质150从设备中的芯片封装件140传输到另一设备的输入数据的电路。输入数据可以经由芯片封装件140的引脚和焊盘(未示出)从设备中的另一电路接收。

串行化器220将输入数据串行化并且将串行化的数据发送到主驱动器224和虚设驱动器240。主驱动器224生成发送信号227，发送信号227引起经由终端226连接的焊盘224处的电压根据串行化的输入数据而增加或减小。焊盘224处的电压电平根据发送信号227的电压变化以及从其他电子设备发送的接收信号的电压变化来确定。在其他实施例中，可以使用除串行化器220之外的其他数据输入电路。

发送信号227经由焊盘244和连接到焊盘244的引脚被传输到收发器120a中的其他部件，该引脚经由传导性引脚焊盘接合件248和芯片封装件140中的pcb迹线(未示出)连接到焊盘244。

虚设驱动器240、回波消除器242和均衡器238共同操作以检测从另一电子设备发送的接收信号。来自串行化器220的串行化输入数据也被馈送到虚设驱动器240，以生成与由主驱动器224生成的发送信号227基本上相同的复制信号241。发送信号227和复制信号241都被馈送到回波消除器242。

回波消除器242生成指示发送信号227与复制信号241之间的电压差的差信号v243。差信号v243包括从另一个设备发送的接收信号的衰减版本以及表示发送信号227与复制信号241之间的差异的误差信号。在一个实施例中，回波消除器242被实施为差分模拟加法器。

回波消除器242的输出连接到均衡器238以补偿从对端收发器发送的接收信号的衰减。当信号通过信号路径从另一设备发送到芯片管芯200时，接收信号的不同频率分量经历不同水平的衰减。因此，均衡器238以不同的放大因子放大接收信号的不同频率分量，以生成接收信号的均衡版本237。

然后，均衡的接收信号237被馈送到并行化器230以生成输出信号。输出信号经由芯片管芯200的焊盘和芯片封装件140的对应引脚(未示出)被发送到电子设备的其它部件。在其他实施例中，可以使用除并行化器之外的其他数据输出电路。

终端226也可以设置在主驱动器224与焊盘244之间以防止接收信号的反射。终端226提供收发器120a的主驱动器的输入阻抗与收发器120b的主驱动器的输出阻抗的阻抗匹配。阻抗匹配防止在ic封装件140a、140b之间传输的信号的反射，并且从而提高数据传输的精度。

此外，为了提高数据传输的准确性，有利的是生成与发送信号227紧密地匹配的复制信号24。随着复制信号241变得更接近于发送信号227，差信号v243变为由其他电子设备发送的接收信号的更接近的表示。为了使复制信号241能够更接近于发送信号227，有利的是使用具有接近于主驱动器224的属性(例如，阻抗和增益)的虚设驱动器240。尽管发送信号227和复制信号241的幅度相对容易匹配，但是更难以匹配发送信号227和复制信号241的上升沿和下降沿，这是因为，除了其他原因之外，(i)主驱动器224的负载与虚设驱动器240的负载的差异以及(ii)由传输线中的阻抗失配引起的信号的反射。

具体地，由于发送信号227传送通过焊盘244、接合件248、引脚252、pcbt线130a、130b、无源电路126a、126b、连接器124a、124b和物理介质150到对端ic芯片管芯，而虚设驱动器240将复制的信号241直接输出到回波消除器242的输入节点，所以与虚设驱动器240相比，图2中的主驱动器224总体上具有更高的负载。因此，如下面参考图3a至3c所述，复制信号241趋向于比发送信号227更快地上升和下降。此外，发送信号227可能由于阻抗失配而从对端收发器被反射回主驱动器224。这种阻抗失配使得焊盘244处的电压电平基于反射信号分量而波动，并且因此导致差信号v243与接收信号的偏差增大。

图3a是根据一个实施例的由图2的芯片封装件140中的主驱动器224生成的发送信号227的时序图，其中阻抗被匹配以避免信号反射。发送信号227根据来自串行化器220的输入信号在时间帧上在高电压电平vh与低电压电平vl之间波动。发送信号227的上升时间和下降时间可能受到主驱动器224的负载、主驱动器224与对端收发器之间的路径的属性、以及发送信号227的频率分量的影响。

图3b是根据一个实施例的由图2的芯片封装件140中的虚设驱动器240生成的复制信号241的时序图。复制信号241紧密地复制发送信号227，以根据来自串行化器220的输入信号，在基本上相同的时间帧上在高电压电平vh'与低电压电平vl'之间波动。高电压电平vh'和低电压电平vl'可以分别与高电压电平vh和低电压电平vl基本上相同。然而，如以上参考图2所述，复制信号241的上升时间和下降时间可能由于例如虚设驱动器240的负载和主驱动器224的负载的差异而偏离发送信号227的上升时间和下降时间，甚至沿信号路径没有发送信号227的反射。

图3c是根据一个实施例的指示图3a的发送信号227与图3b的复制信号241之间的误差信号verr的时序图。由于发送信号227和复制信号241的上升时间和下降时间的差异，误差信号verr中出现正电压尖峰310和负电压尖峰320。误差信号verr被加到所接收的信号的衰减版本，以产生偏离所接收的信号的差信号v243。

图4a是根据一个实施例的由图2的芯片封装件200中的主驱动器224在经历发送信号的反射时生成的发送信号的时序图。由于反射，与图3a的发送信号227相比，发送信号227在图4a中更加失真。因此，指示图4a的发送信号与图3b的复制信号之间的差电压verr的图4b的时序图具有更显著的电压尖峰。

如图3a至3c、4a和4b所示，差电压verr具有显著的尖峰，特别是在发送信号227的上升沿和下降沿处。这样的尖峰增加了差信号v243与接收信号的偏差，导致并行化器230处的所接收的信号的检测不准确。为了提高检测所接收的信号的准确性，有利的是生成在波形以及上升时间和下降时间方面与发送信号227紧密地匹配的复制信号241。

图5a和5b是根据一个实施例的增强型全双工通信系统的框图。收发器520a包括收发器ic封装件540a、印刷电路pcbt线130a、无源pcb电路126a和连接到物理介质150的连接器124a。收发器520b还包括收发器ic封装件540b、pcbt线130b、无源pcb电路126b和连接到物理介质150的连接器124b。图5a和5b中的pcbt线130a、130b、无源pcb电路126a、126b、连接器124a、124b和物理介质150的结构、功能和操作与图1的相同，并且为了简洁起见，本文中省略了其详细描述。

与图1的全双工通信系统100相比，图5a和5b的全双工通信系统包括收发器520a、520b中的附加信号路径、以及用于将虚设驱动器连接到这些附加信号路径的附加引脚。具体地，图5a的收发器520a包括附加信号路径，该附加信号路径包括pcbt线550a、无源pcb电路554a和终端558a。类似地，图5b的收发器520b具有包括pcbt线550b、无源pcb电路554b和终端558b的附加信号路径。

pcbt线550a和无源pcb电路554a具有与pcbt线130a和无源pcb电路126a的属性基本上相同的属性。此外，终端558a具有与连接到芯片封装件540b的主驱动器的芯片封装件540b中的终端的属性基本上相同的传输属性和rlc属性。

类似地，pcbt线550b和无源pcb电路554b具有与pcbt线130b和无源pcb电路126b基本上相同的属性。此外，终端558b具有与连接到芯片封装件540a的主驱动器的芯片封装件540a中的终端的属性基本上相同的传输属性和rlc属性。

在一个实施例中，终端558a、558b的属性通过模拟或实验到芯片封装件540b、540a的信号传输来确定。基于从模拟或实验确定的参数，可以设置终端558a、558b的属性值用于在实际电路中使用。

参考图6，收发器520a、520b中的ic封装件540包括芯片管芯600、引脚焊盘接合件248、618和引脚252、620。芯片管芯540基本上与图2的芯片管芯200相同，除了虚设驱动器240经由终端612连接到引脚620并且终端612经由引脚焊盘接合件618连接到焊盘616。终端612具有与终端226的属性基本上相同的属性(例如，传输属性和lrc属性)。焊盘616、引脚焊盘接合件618和引脚620的属性具有与焊盘244、引脚焊盘接合件248和引脚252的属性基本上相同的属性。此外，引脚620经由pcbt线550a(或550b)和无源pcb电路558a(或558b)连接到终端558a(或558b)。

因为耦合到主驱动器224和虚设驱动器240的信号路径具有基本上相同的属性，所以虚设驱动器240经历与主驱动器224基本上相同的负载以及经历类似的信号反射。因此，与图2的复制信号241相比，由图6的虚设驱动器240生成的复制信号613更好地匹配发送信号227。

除了其他部件，芯片管芯540可以包括串行化器220、并行化器230、主驱动器224、终端226、均衡器238、回波消除器242和焊盘244。芯片管芯540的这些部件具有与上面参考图2描述的芯片管芯200的部件相同的结构和功能，并且为了简洁起见，本文中省略了其描述。

图7是根据一个实施例的指示误差信号verr的时序图，误差信号verr表示发送信号227与由图6的虚设驱动器240生成的复制信号613之间的差异。因为与图2的复制信号241相比，图6的复制信号613具有更接近于发送信号227的波形和上升/下降沿，所以与图3c的误差信号verr中的电压尖峰相比，图7的误差信号verr中的电压尖峰具有较小的幅度。

图8是根据一个实施例的指示误差信号verr的时序图，误差信号verr表示发送信号227与由图6的虚设驱动器240在经历信号反射时生成的复制信号613之间的差异。由于虚设驱动器240经历与主驱动器224基本上相同的负载，并且连接到具有与连接到主驱动器224的信号路径类似的属性的信号路径，所以复制信号613包括类似于与发送信号227相关联的反射信号的反射信号。因此，与图2的复制信号241相比，图6的复制信号613更好地匹配发送信号227。因此，图8的误差信号verr示出了没有示出显著的尖峰的误差信号verr。

再次参考图5b，收发器520c、520d基本上与收发器520a、520b相同，除了终端570a、570b等效于连接到芯片封装件540a、540b中的主驱动器的芯片封装件540a、540b中的终端。终端570a包括电路部件(例如，电阻器、电容器或电感器)，以匹配连接到芯片封装件540b中的主驱动器的芯片封装件540b中的终端的属性。类似地，终端570b还具有与连接到芯片封装件540a中的主驱动器的芯片封装件540a中的终端的属性基本上相同的属性。终端570a、570b使得虚设驱动器能够生成更好地匹配由主驱动器生成的发送信号的复制信号，而不必在收发器520c、520d的主驱动器之间的信号路径中提供实际的电路或部件。

图9a和9b是根据实施例的使用差分信号的全双工通信系统的芯片封装件940a、940b的框图。芯片封装件940a、940b具有与图6的芯片封装件540类似的部件和功能，但是芯片封装件940a、940b中的部件接收、处理和输出差分信号。芯片封装件940a、940b分别包括芯片管芯900a、900b。

芯片封装件940a包括串行化器920、并行化器930、主驱动器924a、虚设驱动器940a、误差消除器942、均衡器938、终端912、916和焊盘942a、944a、946a、948a。这些部件的功能与图6的串行化器220、并行化器230、主驱动器224、虚设驱动器240、误差消除器242、均衡器242、终端226、612和焊盘244、616基本上相同，除了图9a的部件处理差分信号。

在图9a的实施例中，在主驱动器924a的负端子处发送负信号mn的同时，在主驱动器924a的正输出端子处发送正信号mp。类似地，在虚设驱动器940a的负输出端子处发送负信号dn的同时，在虚设驱动器940a的正输出端子处发送正信号dp。用于传输负信号mn的信号线与用于传输负信号dn的另一信号线相邻，而用于传输正信号mp、dp的信号线位于用于mn和dn的信号线之外。也就是说，信号线按照用于mp的线、用于mn的线、用于dn的线和用于dp的线这一顺序布置。通过增加相反极性的信号线(即mp线与dn线以及mn线与dp线)之间的距离，可以减小信号之间的干扰。

信号线的顺序可以延伸到收发器中的引脚焊盘接合件、引脚和随后的电子部件，以进一步减少信号之间的干扰。

除了切换用于传输信号的信号线的顺序之外，芯片封装件940b与芯片封装件940a基本上相同。也就是说，用于传输负信号mn、dn的信号线位于用于芯片管芯900b的mp、dp的信号线之外。也就是说，信号线按照用于mn的线、用于mp的线、用于dp的线和用于dn的线这一顺序布置。通过增加相反极性的信号线(即mp线与dn线以及mn线与dp线)之间的距离，也可以减小信号之间的干扰。

图10是示出根据一个实施例的执行全双工通信的方法的流程图。在全双工收发器中的第一驱动器和第二驱动器处从数据输入电路接收1010数字信号。根据数字信号从第一驱动器向收发器的芯片封装件中的芯片管芯的第一焊盘传输1014第一信号。

经由全双工收发器中的第一部件从第一焊盘向在全双工收发器与对端全双工收发器之间的通信信道传输1018第一信号。

根据数字信号，从第二驱动器向收发器的芯片封装件中的芯片管芯的第二焊盘传输1022第二信号。从第二焊盘向全双工收发器中的终端传输1026第二信号。

由回波消除电路生成1030表示第一焊盘与第二焊盘之间的电压差的差信号。可以处理差信号以提取从对端全双工收发器发送的接收信号。

上文参考图10描述的步骤和步骤顺序仅仅是说明性的。例如，可以与第二信号的传输1022并行地执行第一信号的传输1014，而不是顺序执行这些处理。此外，代替生成1030差信号，可以生成不同的信号以确定从对端全双工收发器接收的信号。

图11是根据一个实施例的用于执行与全双工收发器中的集成电路相关联的设计操作的计算设备1100的框图。除了其他部件，计算机设备1100可以包括处理器1112、输入模块1116、输出模块1120、存储器1126和用于连接这些部件的总线1127。处理器1112执行存储在存储器1126中的指令。输入模块1116可以包括用于接收用户输入的各种设备，包括键盘和定点设备(例如鼠标和触摸屏)。输出模块520包括显示设备或用于与显示设备通信的接口设备。

存储器1126是存储库1130、电子设计自动化(eda)应用1134和集成电路(ic)设计1136等的非暂态计算机可读存储介质。库1130可以包括关于各种电路部件的数据，包括本文中描述的集成电路的实例。eda应用1134可以包括用于设计ic的各种软件程序，包括布局和布线工具、综合工具和验证工具。由eda应用1134处理的设计可以存储在ic设计1136中。ic设计1136可以是整个操作电路或更大的ic电路的一部分。

本文中描述的实施例仅仅是说明性的。可以使用本文中描述的原理来使用各种其它实施例。