异步眼图均衡方法、装置及系统

本发明设计信号传输技术领域，尤其涉及一种异步眼图均衡方法、装置及系统。

背景技术：

随着通信技术和计算机技术的发展，不同设备间数据传输与交换量与日俱增，影响数据传输的主要限制因素是不同设备之间的接口速率，高速串行接口已成为高速数据传输的必然选择。高速串行接口的关键性能指标包括传输速率、眼图性能、误码率、数据抖动。然而，有线传输信道的非理想因素会导致信道噪声和频率衰减，严重降低接收信号质量，限制信号传输速率与通信链路长度，并且数据衰减会随传输速率上升严重加剧，是影响高速串行通信的瓶颈。由于无法完整预估信道特性，接收端的均衡技术具有更高的应用价值。此外，不同协议均有向下兼容的要求，兼容不同数据率的要求，而且串行通信的实际信道环境也会随信道种类和长度等因素变化，因此采用自适应均衡技术可以提升接收机模拟前端的应用灵活性。

为了解决接收机眼图无法直观得到、以及接收机模拟均衡兼容性难以实现的问题，目前亟待解决的技术问题是，提供一种异步混合架构自适应接收机前端均衡系统，实现自适应均衡系统，根据不同数据率和不同信道产生的实际衰减，提供频率自适应和信道自适应的均衡补偿，杜绝过补偿导致的功耗浪费，实现高能效均衡。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，解决接收机眼图无法直观得到、以及接收机模拟均衡兼容性难以实现的问题，本发明根据欠采样的眼图统计原理，在接收机模拟前端采用连续时间线性均衡技术，结合数字眼开追踪器，提供一种异步眼图均衡方法、装置及系统，根据不同数据率和不同信道产生的实际衰减，提供频率自适应和信道自适应的均衡补偿，杜绝过补偿导致的功耗浪费，实现高能效均衡，具体方案如下。

一种异步眼图均衡方法，包括：

获取眼图信号数据；

均衡器采用j个均衡档位对所述眼图信号数据执行欠采样以获得均衡后数据，根据所述均衡后数据的幅值设置i级参考电平，根据每一级参考电平对所述均衡后数进行预处理，得到所述j个均衡档位各自的所有级参考电平对应的眼图统计数据；

根据预设条件对所述j个均衡档位各自的所有级参考电平对应的眼图统计数据执行筛选以获得调整均衡档位；以及

输出所述调整均衡档位至所述均衡器，以便所述均衡器执行自适应地均衡档位调整；

其中i、j均为整数，且j≥2，8≤i≤64。

根据本发明的一些实施例，所述根据每一级参考电平对所述均衡后数进行预处理，得到所述j个均衡档位各自的所有级参考电平对应的眼图统计数据包括：

对一级均衡档位的均衡后数据与每一级参考电平比较大小，并对比较结果进行计数统计，以获得与一级均衡档位的每一级参考电平对应的统计数据；以及

重复上述操作获得与所有级均衡档位的每一级参考电平对应的统计数据。

根据本发明的一些实施例，所述对一级均衡档位的均衡后数据与每一级参考电平比较大小，并对比较结果进行计数统计包括：

若所述均衡后数据小于等于所述一级参考电平，则所述一级参考电平计数为“1”；

若所述均衡后数据大于所述一级参考电平，则所述一级参考电平计数为“0”；以及

对计数结果进行统计获得一级均衡档位的所有级参考电平的统计数据。

根据本发明的一些实施例，所述根据预设条件对所述j个均衡档位各自的所有级参考电平对应的眼图统计数据执行筛选以获得调整均衡档位包括：

取与一级均衡档位的每一级参考电平对应的统计数据中的最大值作为一级均衡档位的最大值；

重复上述操作获得所有级均衡档位最大值，取其中最大数值和次大数值；以及

将所述最大数值与所述次大数值做差，并将差值的绝对值与预设容差值比较大小：

若所述绝对值小于等于所述预设容差值，则输出所述最大数值对应的均衡档位至所述均衡器，进行自适应均衡档位调整；

若所述绝对值大于所述容差值，则进行容差判断选择对应的均衡档位至所述均衡器，进行自适应均衡档位调整。

根据本发明的一些实施例，所述进行容差判断选择对应的均衡档位至所述均衡器包括：

若所述最大数值对应的参考电平的级数小于等于所述次大数值对应的参考电平的级数，则输出所述次大数值对应的均衡档位至所述均衡器；以及

若所述最大数值对应的参考电平的级数大于所述次大数值对应的参考电平的级数，则输出所述最大数值对应的均衡档位至所述均衡器。

本发明还公开一种异步眼图均衡装置，包括：

采样模块，对眼图信号数据欠采样获得均衡后数据；

均衡器模块，用于为所述采样模块提供均衡档位；

数据处理模块，用于根据所述均衡后数据的幅值设置i级参考电平，根据每一级参考电平对所述均衡后数进行预处理，得到所述j个均衡档位各自的所有级参考电平对应的眼图统计数据；以及

数据筛选模块，根据预设条件对所述j个均衡档位各自的所有级参考电平对应的眼图统计数据执行筛选以获得调整均衡档位并输出至所述均衡器模块，所述均衡器模块根据所述调整均衡档位自适应地进行均衡档位的调整。

根据本发明的一些实施例，所述根据每一级参考电平对所述均衡后数进行预处理，得到所述j个均衡档位各自的所有级参考电平对应的眼图统计数据包括：

对一级均衡档位的均衡后数据与每一级参考电平比较大小，并对比较结果进行计数统计，以获得与一级均衡档位的每一级参考电平对应的统计数据；以及

重复上述操作获得所有级均衡档位的每一级参考电平对应的统计数据。

根据本发明的一些实施例，所述对一级均衡档位的均衡后数据与每一级参考电平比较大小，并对比较结果进行计数统计包括：

若所述均衡后数据小于等于所述一级参考电平，则所述一级参考电平计数为“1”；

若所述均衡后数据大于所述一级参考电平，则所述一级参考电平计数为“0”；以及

对计数结果进行统计获得一级均衡档位的所有级参考电平统计数据。

根据本发明的一些实施例，所述根据预设条件对所述j个均衡档位各自的所有级参考电平对应的眼图统计数据执行筛选以获得调整均衡档位包括：

取与一级均衡档位的每一级参考电平对应的统计数据中最大值为一级均衡档位的最大值；

重复上述操作获得所有级均衡档位最大值，取其中最大数值和次大数值；以及

将所述最大数值与所述次大数值做差，并将差值的绝对值与预设容差值比较大小：

若所述绝对值小于等于所述预设容差值，则输出所述最大数值对应的均衡档位至所述均衡器，进行自适应均衡档位调整；

若所述绝对值大于所述容差值，则进行容差判断选择对应的均衡档位至所述均衡器，进行自适应均衡档位调整，所述容差判断包括：

若所述最大数值对应的参考电平的级数小于等于所述次大数值对应的参考电平的级数，则输出所述次大数值对应的均衡档位至所述均衡器；

若所述最大数值对应的参考电平的级数大于所述次大数值对应的参考电平的级数，则输出所述最大数值对应的均衡档位至所述均衡器。

本发明还公开一种异步眼图均衡系统，包括：

如上述的异步眼图均衡装置，所述异步眼图均衡装置筛选出最优均衡档位，并输出至连续时间性均衡电路；

数模转换器，用于为所述异步眼图均衡装置提供参考电平；以及

所述连续时间性均衡电路，用于实现均衡档位的设置和切换。

本发明通过上述技术方案，通过异步欠采样自适应均衡方法，配合使用统计方法以及使用低速时钟在一定周期内对数据进行采样统计，既可以获得实际眼图信息，又缓解了采样电路时序压力，降低均衡系统设计复杂度，可以保障在若干眼开良好的档位中，选择出眼高最大的信号作为最优均衡档位，提升均衡后的眼图质量。

附图说明

图1示意性示出了本发明实施例的异步眼图均衡方法的流程图；

图2示意性示出了本发明实施例的异步眼图均衡方法的异步采样原理示意图；

图3示意性示出了本发明实施例的异步眼图均衡方法在最优均衡档位的眼图和统计结果示意图；

图4示意性示出了本发明实施例的异步眼图均衡方法在过补偿均衡档位的眼图和统计结果示意图；

图5示意性示出了本发明一实施例的异步眼图均衡方法的流程示意图；

图6示意性示出了本发明实施例的异步采样自适应均衡系统的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”表明了特征、步骤、操作的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

图1示意性示出了本发明实施例的异步眼图均衡方法的流程图，如图1所示，本发明公开一种异步眼图均衡方法，包括如下步骤。

s1：获取眼图信号数据。

s2：均衡器采用j个均衡档位对眼图信号数据执行欠采样以获得均衡后数据，根据均衡后数据的幅值设置i级参考电平，根据每一级参考电平对均衡后数进行预处理，得到j个均衡档位各自的所有级参考电平对应的眼图统计数据。

s3：根据预设条件对j个均衡档位各自的所有级参考电平对应的眼图统计数据执行筛选以获得调整均衡档位。

s4：输出调整均衡档位至均衡器，以便均衡器执行自适应地均衡档位调整。

根据本发明的一些实施例，其中i、j均为整数，且j≥2，8≤i≤64。

根据本发明的一些实施例，均衡器的均衡档位数量j与均衡电路的档位保持一致。

图2示意性示出了本发明实施例的异步眼图均衡方法的异步采样原理示意图，如图2所示，采样时钟的频率远低于被采样的数据信号，但是由于采用的是异步时钟，只要对采样时间进行合理的设置，且获得的样本量足够，就可以得到表征数据特性的采样统计结果(如图2中最下面的采样数据的图形，虚线部分，与串行数据的波形大体一致)。采用该方式进行采样，虽然获得的不是实时的数据，但是数据信息完整且正确的，而采用低速时钟的方式可以大大降低时钟电路复杂度和功耗。

图3示意性示出了本发明实施例的异步眼图均衡方法在最优均衡档位的眼图和统计结果示意图；图4示意性示出了本发明实施例的异步眼图均衡方法在过补偿均衡档位的眼图和统计结果示意图。

根据本发明的一些实施例，异步眼图追踪判决依据为：在相同数目的采样周期内对均衡后的数据进行统计采样，根据实际眼图特性可以得到，眼图眼皮厚度越薄，则统计数据集中度越高，同时，眼图张开幅度越大，则统计数据最集中的位置对应的参考电平值较大；相反的，衰减严重的数据，在整个眼图范围内均有分布，数据集中度差。

根据本发明的一些实施例，以图3和图4所示采样结果为例进行说明，眼图的统计结果中，第一步，对比统计值最大的位置，对应的参考电平值代表眼图的眼开幅度，图3中为0.4v，图4中为0.5v，第二步，对比统计值的绝对值，样本量的集中度代表眼图质量，图3为3520，图4为3200，第三步，算法分析，在一定容差分范围内，虽然图3眼开略小于图4，但是图4眼图存在过补偿问题，而图3眼图质量明显更高，因此，算法选择图3对应的均衡系数作为算法判决结果，反馈至均衡电路。

根据本发明的一些实施例，根据每一级参考电平对均衡后数进行预处理，得到j个均衡档位各自的所有级参考电平对应的眼图统计数据包括如下子步骤：

对一级均衡档位的均衡后数据与每一级参考电平比较大小，并对比较结果进行计数统计，以获得与一级均衡档位的每一级参考电平对应的统计数据；以及

重复上述操作获得与所有级均衡档位的每一级参考电平对应的统计数据。

根据本发明的一些实施例，对一级均衡档位的均衡后数据与每一级参考电平比较大小，并对比较结果进行计数统计包括如下步骤：

若均衡后数据小于等于一级参考电平，则一级参考电平计数为“1”；

若均衡后数据大于一级参考电平，则一级参考电平计数为“0”；以及

对计数结果进行统计获得一级均衡档位的所有级参考电平的统计数据。

根据本发明的一些实施例，根据预设条件对j个均衡档位各自的所有级参考电平对应的眼图统计数据执行筛选以获得调整均衡档位包括如下步骤：

取与一级均衡档位的每一级参考电平对应的统计数据中的最大值作为一级均衡档位的最大值；

重复上述操作获得所有级均衡档位最大值，取其中最大数值和次大数值；以及

将最大数值与次大数值做差，并将差值的绝对值与预设容差值比较大小：

若绝对值小于等于预设容差值，则输出最大数值对应的均衡档位至均衡器，进行自适应均衡档位调整；

若绝对值大于容差值，则进行容差判断选择对应的均衡档位至均衡器，进行自适应均衡档位调整。

根据本发明的一些实施例，进行容差判断选择对应的均衡档位至均衡器包括如下步骤：

若最大数值对应的参考电平的级数小于等于次大数值对应的参考电平的级数，则输出次大数值对应的均衡档位至均衡器；以及

若最大数值对应的参考电平的级数大于次大数值对应的参考电平的级数，则输出最大数值对应的均衡档位至均衡器。

图5示意性示出了本发明一实施例的异步眼图均衡方法的流程示意图。

根据本发明的一些实施例，如图5所示，以一具体实施例对本发明的方法进行进一步阐述，需要说明的是，该具体实施例仅为帮助本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，而不应视为对本发明的保护范围的限定。具体的流程如下。

以采用15级参考电平值vrefi为例(可以采用更多级参考电平提升算法精度)，从而将数据眼图根据幅度值划分为16级，同时采用16级均衡档位eqj。

步骤1，首先确定一组均衡档位，并输出参考电平码字至dac(数模转换器)，控制dac输出第一级参考电平值，在m(例如8192)个clk(时钟)采样周期内，比较相应参考电平值vref和均衡后数据eqout，将比较结果cs传送至数字模块进行计数统计，获得相应参考电平级数对应的统计数据hi，然后，算法控制dac依次输出15级参考电平值，进行比较、计数，从而得到相应均衡档位16级参考电平级数下的眼图统计结果。

步骤2，依次遍历16个均衡档位，对每一组均衡档位，重复上述过程，获得16均衡档位对应的眼图统计结果，完成数据眼图信息统计过程。

步骤3，由数字算法模块选取数据集中度最高、同时对应参考电平幅度最大的均衡档位，作为最优均衡档位，输出至均衡器模块，完成自适应均衡全过程，具体的，找出16个均衡档位对应的眼图统计结果中的最大值sa和次大值sb，最大值sa对应的均衡档位为x，参考电平级数为a，次大值sb对应的均衡档位为y，参考电平级数为b，然后判定|sa-sb|与预设容差值d的大小，若|sa-sb|＜d，则输出均衡档位x为调整均衡档位，若|sa-sb|＞d，则进行容差判决：

如果a＜b，则输出均衡档位y为调整均衡档位；

如果a＞b，则输出均衡档位x为调整均衡档位。

根据本发明的一些实施例，参考电平码字vrefi为i级参考电平，eqj为j级均衡档位，cs表示参考电平计数为“0”或“1”，hi表示i级参考电平的统计数据，d表示预设容差值。

本发明还公开一种异步眼图均衡装置，包括采样模块、均衡器模块、数据处理模块和数据筛选模块。

根据本发明的一些实施例，采样模块用于对眼图信号数据欠采样获得均衡后数据；

根据本发明的一些实施例，均衡器模块用于为采样模块提供均衡档位；

根据本发明的一些实施例，数据处理模块用于根据均衡后数据的幅值设置i级参考电平，根据每一级参考电平对均衡后数进行预处理，得到j个均衡档位各自的所有级参考电平对应的眼图统计数据；

根据本发明的一些实施例，数据筛选模块用于根据预设条件对j个均衡档位各自的所有级参考电平对应的眼图统计数据执行筛选以获得调整均衡档位并输出至均衡器模块，均衡器模块根据调整均衡档位自适应地进行均衡档位的调整。

根据本发明的一些实施例，根据每一级参考电平对均衡后数进行预处理，得到j个均衡档位各自的所有级参考电平对应的眼图统计数据包括：

对一级均衡档位的均衡后数据与每一级参考电平比较大小，并对比较结果进行计数统计，以获得与一级均衡档位的每一级参考电平对应的统计数据；以及

重复上述操作获得所有级均衡档位的每一级参考电平对应的统计数据。

根据本发明的一些实施例，对一级均衡档位的均衡后数据与每一级参考电平比较大小，并对比较结果进行计数统计包括：

若均衡后数据小于等于一级参考电平，则一级参考电平计数为“1”；

若均衡后数据大于一级参考电平，则一级参考电平计数为“0”；以及

对计数结果进行统计获得一级均衡档位的所有级参考电平统计数据。

根据本发明的一些实施例，根据预设条件对j个均衡档位各自的所有级参考电平对应的眼图统计数据执行筛选以获得调整均衡档位包括：

取与一级均衡档位的每一级参考电平对应的统计数据中最大值为一级均衡档位的最大值；

重复上述操作获得所有级均衡档位最大值，取其中最大数值和次大数值；

将最大数值与次大数值做差，并将差值的绝对值与预设容差值比较大小：

若绝对值小于等于预设容差值，则输出最大数值对应的均衡档位至均衡器，进行自适应均衡档位调整；以及

若绝对值大于容差值，则进行容差判断选择对应的均衡档位至均衡器，进行自适应均衡档位调整，容差判断包括：

若最大数值对应的参考电平的级数小于等于次大数值对应的参考电平的级数，则输出次大数值对应的均衡档位至均衡器；

若最大数值对应的参考电平的级数大于次大数值对应的参考电平的级数，则输出最大数值对应的均衡档位至均衡器。

本发明还公开一种异步眼图均衡系统，包括：

如上述的异步眼图均衡装置，异步眼图均衡装置筛选出最优均衡档位，并输出至连续时间性均衡电路；

数模转换器，用于为异步眼图均衡装置提供参考电平；以及

连续时间性均衡电路，用于实现均衡档位的设置和切换。

图6示意性示出了本发明实施例的异步采样自适应均衡系统的示意图，如图6所示，示出了本发明公开的系统的原理，其中偏置电路数模转换器提供基准电压vbg；通过数模转换器模块设置参考电平vref；连续时间线性均衡电路完成均衡档位设置与切换；全差分比较器完成比较采样，将结果传递值数字算法模块；数字控制器完成数据统计与眼图判决，由数字控制器完成统计和判决，并输出参考电平控制字refi和均衡系数控制字eqj进行算法控制。

本发明通过上述技术方案，通过异步欠采样自适应均衡方法，配合使用统计方法以及使用低速时钟在一定周期内对数据进行采样统计，既可以获得实际眼图信息，又缓解了采样电路时序压力，降低均衡系统设计复杂度，可以保障在若干眼开良好的档位中，选择出眼高最大的信号作为最优均衡档位，提升均衡后的眼图质量。

除此之外，本发明所提出的方法具有算法容差功能，样本容量等参数可以根据需要配置，提高自适应灵活性，容差功能可以保障在若干眼开良好的档位中，选择出眼高最大的信号作为最优均衡档位，进一步提升均衡后的眼图质量。

进一步的，本发明提出的自适应均衡系统采用混合架构实现，模拟电路实现均衡采样，数字电路实现算法判决，降低电路整体的复杂度和功耗，并提供了更全面的自适应功能，通过额外配置相应的输入输出接口，可选择外接模块完成算法判决，具有更强的灵活性和移植性，并以类似方法可扩展至各类串行接口均衡系统设计。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各零部件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

还需要说明的是，在本公开的具体实施例中，除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的尺寸、范围条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到“约”的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

本领域技术人员可以理解，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本发明中。特别地，在不脱离本发明精神和教导的情况下，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本发明的范围。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。