均衡器和用于均衡的方法

专利名称：均衡器和用于均衡的方法
技术领域：
本发明的示例实施例涉及均衡器和用于均衡的方法，更具体的说，涉及具有较小尺寸和/或者更大带宽的均衡器。
背景技术：
用于连续时间信号处理的均衡器同时执行低通滤波功能和放大输入信号的高频区域从而均衡输入信号的功能。在DVD或者HDD PRML读取信道信号过程中，例如，均衡器同时执行使从存储在DVD或者HDD中的媒介输入的信号的脉冲波形变为目标波形的均衡功能，和减小从预放大器和VGA输入的高频噪声的滤波功能。
为了处理从高速光盘驱动器读出信道和各种媒介输入的信号，则期望有具有宽带宽和/或者高放大增益的均衡器。还期望有具有较低功耗和/或者较小电路面积的，例如，作为系统级芯片(SOC)的均衡器。因此，很难设计具有较宽带宽的均衡器。
宽带宽的均衡器可以使用开关电容(SC)滤波器或者跨导体电容(Gm-C)滤波器。Gm-C滤波器具有开环结构并且适合于高频工作。宽带宽的均衡器可以包括用于放大高频元件的电路。由跨导(gm)与积分电容(C)的比值，即gm/C确定Gm-C滤波器的-3dB频率。因此，为了增大Gm-C滤波器的带宽，应该增大跨导gm，并且应该减小电容C。-3dB频率是确定滤波器的AC响应特性的系数并且对应于滤波器增益变为-3dB位置的频率。
为了增大Gm-C滤波器的带宽，可以使用具有较小电容的积分电容器。可以通过缩放基于滤波器分阶(order)和滤波器类型(例如，Bessel，Butterworth，Equiripple滤波器)所确定的归一化积分电容，设计积分电容器。通过用期望系数缩放归一化电容所获得的实际电容必须大于寄生电容。例如，当三阶滤波器的归一化电容为C1＝0.1，C2＝0.2和C3＝0.3，并且缩放系数为5p时，实际电容为0.5pF、1.0pF和1.5pF。如果添加到由与用于放大的电路并行连接的多个跨导体所产生的每个积分节点上的寄生电容为1.0pF，则缩放系数必须大于10p。这是因为，当缩放系数为5p时，C2和C3所连接的节点没有问题，但是连接到C1的节点的电容0.5pF小于寄生电容1pF。
如果没有用于放大的电路连接在C1的节点上，而仅仅存在有多个跨导体所产生的0.4pF的寄生电容，则即使是在将0.1pF的积分电容加在C1的节点上时，缩放系数为5p，所有的电容也能被缩放。然而，根据增大或者缩小芯片尺寸的放大算法，整体电容能够放大或者缩小。
图1是传统均衡器100的电路图。参考图1，传统均衡器100是7阶均衡器，包括有损积分器102，三个Gm-C双四倍(biquad)电路104、106和108和放大电路110。均衡器100是equiripple型的，通过将一个放大电路100加入到7阶低通滤波器构成。
三个Gm-C双四倍电路104、106和108中每个都包括第一跨导体118，连接在输入节点112和双四倍带通节点114之间；第一电容120，连接在双四倍带通节点114和地电压之间；第二跨导体122，连接在双四倍带通节点114和双四倍低通节点116之间；第三跨导体124，连接在双四倍带通节点114和双四倍低通节点116之间，并与第二跨导体122构成反馈回路；第四跨导体126，以半反馈方式连接在双四倍低通节点116上；和第二电容128，连接在双四倍低通节点116和地电压之间。
双四倍电路是二阶滤波器，可以由图1所示的运算放大器或者跨导体组成。当多个双四倍电路串连连接时，能够获得具有多于四阶的滤波器。
放大电路110放大了均衡器的高频区域，并且包括连接在第一Gm-C双四倍电路104的输入节点和第二Gm-C双四倍电路106的输入节点之间的反相跨导体130和连接在第二Gm-C双四倍电路106的输入节点和第三Gm-C双四倍电路108的输入节点之间的非反相跨导体132。非反相跨导体输入和输出信号具有相同相位，反相跨导体输入和输出信号具有相位相差180°。
图1的7阶equiripple滤波器的归一化电容在表格1中示出。
表格1


在图1所示的均衡器100的结构中，用于放大的跨导体130和132的输出端连接在电容器C3和C5的积分节点上，即，连接在第一双四倍电路104的双四倍低通节点和第二双四倍电路106的双四倍低通节点上。因此，从跨导体130和132所生成的寄生电容添加到连接在电容器C3和C5的积分节点上，因此电容器C3和C5的积分节点的寄生电容大于电容器C1、C2、C4和C6的寄生电容。参考图1，均衡器100不关于电容器尺寸有效，这是因为电容器C3和C5的归一化电容比电容器C1或者C2的归一化电容小。即，将很大的寄生电容加在具有较小归一化电容的节点上，从而增大用于产生实际整体电容的缩放系数，因此，其他积分电容应该用很大的缩放系数进行放大。
为了产生使用相同跨导体的高频滤波器，每个积分节点的整体电容必须小。一个积分节点的整体电容由Ctot＝Cnor×Sf＝Sint×Cpar表示，其中Ctot指整体电容，Cnor指归一化电容，Sf为缩放系数，Sint为连接在电路上的积分电容，Spar为加在电路上的寄生电容。
N阶滤波器有N个积分节点、N个积分电容、N个归一化电容、N个寄生电容和一个缩放系数。如果在每个节点上寄生电容Cpar为0，Cnor×Sf＝Cint。然而，Cint＝Cnor×Sf-Cpar，这是因为在实际电路中寄生电容Cpar不为零。
例如，当在七阶滤波器中Cnor2＝1.2795，Cnor3＝0.5938，Sf＝3p和Cpar＝0时，Ctot2＝3.8385pF和Ctot3＝1.7814pF。当Cpar2＝2pF并且Cpar3＝1.5pF时，Cint2＝1.8385pF和Cint3＝0.2814pF。但，当Cpar2＝2pF并且Cpar3＝2.5pF时，第二节点进行正常缩放，而第三节点没有进行正确地缩放，这是因为Ctot3比Cpar3小。缩放系数Sf必须增大，因此所有的七个积分电容增大。这增大了电路尺寸。
在图1的均衡器100中，放大增益K由添加到均衡器100用于产生零的跨导体的跨导gmk与用于构成滤波器的跨导体的跨导gm的比值确定。即，K∝gmk/gm。因此，当将大尺寸的跨导体用于构成高频滤波器时，增加gm，因此用于放大的跨导体应该以相同比率增加以获得特定的放大增益K。此外，为了提高放大增益K，应该进一步增大加入到滤波器的跨导体的尺寸。
因此，传统均衡器可能有一个问题，即增大它的尺寸，以增大它的带宽，在高频获得特定放大增益和/或者增大放大增益。即，在传统均衡器中，当跨导增加以增大Gm-C滤波器的带宽时，整体电容增大，因此就不能增大带宽。当电容降低时，积分电容可能变得比寄生电容小。当积分电容和跨导增大时，芯片尺寸增大。此外，当使用传统均衡器增大放大增益时，跨导体的尺寸会增大，造成芯片尺寸增大。

发明内容
本发明的实施例提供了一种均衡器，它具有较小电路尺寸和/或者更大带宽同时保持所期望的放大增益。
本发明的实施例还提供了一种均衡器，它可以控制电容缩放和/或者放大增益，并在控制电容缩放和放大增益时，生成更小的寄生电容，从而使均衡器的特性不变化。
根据本发明的示例实施例，提供了一种均衡器，它包括第一和第二双四倍电路以及第一、第二和第三求和电路。第一双四倍电路包括第一输入节点、第一双四倍带通节点和第一双四倍低通节点。第二双四倍电路可以包括连接到第一双四倍低通节点的第二输入节点、第二双四倍带通节点和第二双四倍低通节点。第一求和电路可以对第二双四倍带通节点的输出和第一双四倍低通节点的输出求和。第二求和电路可以计算第一求和电路的输出减去第一双四倍低通节点的输出的差值，并且用一个恒量放大求和结果。第三求和电路可以对第二求和电路的输出和第二双四倍低通节点的输出求和。第一和第二双四倍电路可以是具有以自反馈方式分别连接在第一和第二双四倍带通节点上的跨导体的Gm-C双四倍电路。
第一和第三求和电路可以分别为第一和第二运算放大器，每个都对两个输入信号求和。第二求和电路可以包括第三运算放大器，用于从第一求和电路的输出中减去第一双四倍低通节点的输出；和第四运算放大器，使用一个恒量放大第三运算放大器的输出。
每个双四倍电路可以包括连接在每个双四倍电路的双四倍带通节点和输入节点之间的第一跨导体；连接在每个双四倍电路的双四倍带通节点和地电压之间的第一电容器；以自反馈方式连接到每个双四倍电路的双四倍带通节点上的第二跨导体；连接在每个双四倍电路的双四倍低通节点和双四倍带通节点之间的第三跨导体；连接在每个双四倍电路的双四倍低通节点和双四倍带通节点之间的第四跨导体，第四跨导体与第三跨导体形成反馈回路；和连接在每个双四倍电路的双四倍低通节点和地电压之间的第二电容器。
第一和第三跨导体可以是非反相跨导体，第二和第四跨导体可以是反相跨导体。
均衡器还可以包括多个双四倍电路，其中的最后一个连接在第一双四倍电路的第一输入节点；和有损积分器，连接在这些双四倍电路的第一个上。
有损积分器可以包括连接在输入节点和积分节点之间的第一跨导体，以自反馈方式连接在积分节点上的第二跨导体，和连接在积分节点和地电压之间的第一电容器。第一跨导体可以是非反相跨导体，第二跨导体可以是反相跨导体。
根据本发明的另外一个示例实施例，提供了一种均衡器，它包括有损积分器，第一、第二和第三双四倍电路，以及第一、第二和第三求和电路。有损电路可以包括第一输入节点和积分节点。第一双四倍电路可以包括连接在积分节点上的第二输入节点、第一双四倍带通节点和第一双四倍低通节点。第二双四倍电路可以包括连接在第一双四倍低通节点的第三输入节点、第二双四倍带通节点和第二双四倍低通节点。第三双四倍电路可以包括连接在第二双四倍低通节点的第四输入节点、第三双四倍带通节点和第三双四倍低通节点。第一求和电路可以计算第三双四倍带通节点的输出和第三双四倍低通节点的输出之和。第二求和电路可以从第一求和电路的输出中减去第二双四倍低通节点的输出，并且用一个恒量放大求和结果。第三求和电路可以计算第二求和电路的输出和第三双四倍低通节点的输出之和。第一、第二和第三双四倍电路可以是具有以自反馈方式分别连接到第一、第二和第三双四倍带通节点上的跨导体的Gm-C双四倍电路。
根据本发明的另外一个示例实施例，提供了一种均衡器，它包括n(这里n是一个≥2的整数)个双四倍电路，和第一、第二和第三求和电路。n个双四倍电路中的每一个可以包括输入节点、双四倍带通节点和双四倍低通节点。第一求和电路可以对第n双四倍电路的双四倍带通节点的输出和第n双四倍电路的双四倍低通节点的输出求和。第二求和电路可以从第一求和电路的输出中减去第(n-1)双四倍电路的双四倍低通节点的输出，并且用一个恒量放大求和结果。第三求和电路可以对第二求和电路的输出和第n双四倍电路的双四倍低通节点的输出求和。n个双四倍电路可以是具有以自反馈方式连接到相应的n个双四倍电路的双四倍带通节点的跨导体的Gm-C双四倍电路。
根据本发明的另外一个示例实施例，n(这里n是一个≥2的整数)个双四倍电路中的每一个包括至少一个跨导体，第一求和电路、第二求和电路以及第三求和电路中的每一个包括至少一个运算放大器。
根据本发明的另外一个示例实施例，均衡器可以包括滤波部分，该部分包括n(这里n是一个≥2的整数)个双四倍电路，每个电路包括至少一个跨导体，用于接收输入电压并输出经过滤波的电压，和均衡部分，该部分包括至少一个运算放大器，用于从滤波部分接收一个中间电压并输出经过均衡的电压。
根据本发明的另外一个示例实施例，均衡部分不包括跨导体。
根据本发明的另外一个示例实施例，均衡方法包括使用至少一个跨导体对输入电压进行滤波，并输出至少一个中间电压和经过滤波的电压，和接收至少一个中间电压并使用至少一个运算放大器放大经过均衡的电压。
根据本发明的另外一个示例实施例，放大在没有跨导体的情况下执行。


通过参考附图详细描述本发明的示例实施例，本发明的实施例的以上和其他特征和优点会变得更加清晰明了，在附图中图1是传统均衡器的电路图；图2是传统四阶Gm-C滤波器的电路图；图3是用在根据本发明的示例实施例的均衡器中使用的Gm-C滤波器的电路图；图4是根据本发明的示例实施例的均衡器的电路图；图5是根据本发明的另一个示例实施例的均衡器的电路图；图6阐述了在图5的均衡器中使用Gm-C滤波器而不是用于放大的运算放大器而获得的频率响应的例子；
图7阐述了在使用图5的示例均衡器，-3dB频率为1.35MHz时，响应恒量K的放大增益中的变化的例子；图8阐述了在使用图5的示例均衡器，-3dB频率为95.5MHz时，响应恒量K的放大增益中的变化的例子；和图9阐述了在使用图5的示例均衡器，-3dB频率为173.8MHz时，响应恒量K的放大增益中的变化的例子。
具体实施例方式
现在将参考附图更加全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的实施例。然而，本发明可以以多种不同的形式出现，并且不应该认为局限于这里所阐述实施例；相反地，提供这些实施例，以使公开会彻底和完整，并且会完整地将本发明的概念传递给本领域技术人员。在整个附图中，类似的附图标号指类似的元件。
在附图中示出了本发明的一些示例实施例，现在会参考附图更加全面的描述本发明的各种例子。在附图中，层的厚度和区域可以为了清晰而放大。
这里公开了本发明的详细叙述的实施例。然而，这里所公开的特定的结构上和功能上的细节仅仅对于描述本发明的实施例的目的而有代表性。然而，本发明可以以很多变化的形式体现，而不应该认为仅仅局限于这里所阐述的因此，本发明的实施例能够进行各种改变并采取各种形式，其实施例在附图中以例子方法示出，并且这里会进行详细描述。然而，应该理解的是，不是要把发明的示例实施例局限于所公开的特定形式，而是相反，本发明的示例实施例是为了涵盖本发明范围内的所有修改、等同物和改变。在附图的描述中类似的附图标号指类似的元件。
应该理解的是，尽管这里术语第一、第二等可以用于描述各种元件，但是这些元件不应该受这些术语的局限。这些术语仅仅用于将一个元件和另外一个元件相区别。例如，第一元件能够被称为第二元件，并且类似地，第二元件能够被称为第一元件。如这里所用到的，“和/或者”包括一个或者更多所列相关条目的任何和全部组合。
应该理解的是，当将元件称为与另外一个元件“相连”或者“耦合”时，它能够直接与其他元件相连或者耦合，或者可能存在中间元件。相反地，当将元件称为与另外一个元件“直接相连”或者“直接耦合”时，就不存在中间元件。用于描述元件之间关系的其他单词应该用类似的形式(例如，“在..之间”与“直接在..之间”，“相邻”与“直接相邻”等等)解释。
这里所使用的术语仅仅是为了描述特定实施例，而不是为了限定本发明的示例实施例。如这里所用到的，单数形式“一个”，“一个”和“该”其目的是也包括复数形式，直到内容明确地指示其他意思。还应该理解的是，术语“由...组成”、“组成”、“包括”和/或者“包括”，在这里进行使用时，指明所声明的特征、整数、步骤、操作、元件和/或者部件的存在，但是不排除存在或者添加一个或者多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或者其分组。
应该理解的是，当指元件或者层为与另外一个元件或者层的关系为“在其上面”，“与其相连”或者“与其耦合”时，它能够直接在另外一个元件或者层的上面、与其相连或者与其耦合，或者可能存在中间元件或者层。相反地，当指元件或者层为与另外一个元件或者层的关系为“直接在其上面”、“与其直接相连”或者“与其直接耦合”时，不存在中间元件或者层。全文中，类似的标号指类似的元件。如这里所用到的，术语“和/或者”包括一个或者多个所列相关条目的任何和全部组合。
应该理解的是，尽管术语第一、第二、第三等这里可以用于描述各种元件、部件、区域、层和/或者部分，这些元件、部件、区域、层和/或者部分不应该受限于这些术语。这些术语仅仅用于将一个元件、部件、区域、层或者部分与另一个区域、层或者部分相区分。因此，下面所述的第一元件、部件、区域、或者部分能够被称为第二元件、部件、区域、层或者部分，而不脱离本发明的实施例的范围。
空间相关术语，诸如“下面”、“下方”、“更低”、“上方”、“更上面”等在这里可以用于容易地理解图中所阐述的一个元件或者特征与另一个元件或者特征的关系。应该理解的是，空间相关术语目的是，在图中所描写的方位之外，还包含所使用设备或者操作的不同方位。例如，如果图中设备被翻转，描述为在其他元件或者特征的“下方”或者“下面”的元件会定位为该其他元件或者特征的“上方”。因此，例如，术语“下方”能够包含谁在上面和谁在下面两个方位。可以用其他方式对该设备定位(旋转90度或以其他方位观察或参考)，因此应该解释这里所使用的空间相关描述符。
这里所使用的术语仅仅是为了描述特定实施例，而不是为了限定本发明的示例实施例。如这里所用到的，单数形式“一个”、“一个”和“该”其目的是也包括复数形式，直到内容明确地指示其他意思。还应该理解的是，术语“由...组成”、“组成”、“包括”和/或者“包括”，在这里进行使用时，指明所声明的特征、整数、步骤、操作、元件和/或者部件的存在，但是不排除存在或者添加一个或者多个特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或者其分组。
此外，词语“混合物”既指单数混合物又指多个混合物。这些词语用于指明一个或者多个混合物，但是也可以仅指单个混合物。
这里所描述的示例实施例参考代表性的阐述，该阐述是理想化实施例(和中间结构)的示意性阐述。同样，作为例如，制造技术和/或者误差的结果，可以预期有不同于所描述形式的各种变化。例如，因此，本发明的示例实施例不应该认为是局限于这里所阐述的区域的特定形状，而可以包括由于例如，制造所造成的各种形状上的变化。例如，阐述为矩形区域的注入区域可以有圆形或者曲线特征，和/或者在其边缘有梯度(例如注入集中(implantconcentration))而不是突然从所注入区域变化到非注入区域。类似的，由注入所形成的埋置区域可以导致在所埋置区域和发生注入的表面之间的区域中的某些注入。因此，图中所阐述的区域实际上是示意性的，它们的形状没有必然地阐明设备区域的实际形状，且不限定本发明的范围。
还应该注意的是，在一些可以替换的实现中，所记录的功能/动作可以不同于图中所记录的顺序发生。例如，接连示出的两个图实际上可以完全同时地执行或者在很多情况下，可以以相反的顺序执行，这取决于所包含的功能/动作。
除非另有定义，否则这里所使用的所有术语(包括技术上的和科学上的术语)有与本发明的示例实施例所属的技术领域的技术人员的通常理解相同的含义。还应该理解的是，这些在通常词典中所定义的术语应该解释为与相关技术的上下文中它们的含义相一致的含义，不应以理想化或者过度正式化的理解进行解释，除非清楚地按照这里的定义。
为了更加明确地描述本发明的示例实施例，参考附图详细描述本发明的各个方面。然而，本发明不应局限于所描述的示例实施例。在图中，如果层是在另外一个层或者基片上形成的，这就表示该层是直接在另外一个层或者基片上形成的，或者在之间存在第三个层。在以下的描述中，相同的附图标号指相同的元件。
图2是传统四阶Gm-C滤波器200的电路图。参考图2，四阶Gm-C滤波器200包括串行连接的第一和第二Gm-C双四倍电路202和204。第一和第二Gm-C双四倍电路202和204中每一个可以包括至少两个非反相跨导体、至少两个反相跨导体、和/或者至少两个积分电容器。
均衡器必须有滤波功能和放大功能。滤波功能可以使用Gm-C滤波器实现，放大功能可以通过将放大跨导体连接在每个节点的输出信号上或者通过对输出信号的计算而实现。
均衡器的滤波和放大特性可以由传递函数的零点和极点值确定。传递函数的极点值可以确定经过滤波的频率带，零点值可以确定放大特性。
在图2所示的Gm-C滤波器中，从第一Gm-C双四倍电路202的输入节点Vin到第一Gm-C双四倍电路202的双四倍带通节点V3的传递函数可以表示为如下。
V3Vin=gm2S2C1C2+SC1gm+gm2]]>从第一Gm-C双四倍电路202的输入节点Vin到第二Gm-C双四倍电路204的双四倍带通节点V4的传递函数可以表示为如下。
V4Vin=SC2gm3+gm4(S2C1C2+SC1gm+gm2)(S2C3C4+SC3gm+gm2)]]>从第一Gm-C双四倍电路202的输入节点Vin到第二Gm-C双四倍电路204的双四倍低通节点Vout的传递函数可以表示为如下。
VoutVin=gm4(S2C1C2+SC1gm+gm2)(S2C3C4+SC3gm+gm2)]]>为了在放大操作中获得与频率无关的特定相位偏移率，必须在传递函数中产生实零。即，传递函数的分子的形式必须为-AS2+B，用于放大操作。
然而，即使是在用恒量乘以公式1，2和3的传递函数并将结果相加或者相减时，传递函数的分子的形式为-AS2+BS+C，生成复数零。即，项S留在分子中，因此，当使用图2的Gm-C滤波器构建均衡器时，在传递函数中生成复数零。
当使用图2的Gm-C滤波器时，在使用简单运算放大器而不使用获得放大增益的跨导体构造均衡器时就不能获得实零。因此，本发明的示例实施例针对使用经过修改的Gm-C滤波器的均衡器，例如图3的双四倍电路，该电路是从图2的双四倍电路修改得到的，用于解决上述问题。
图3是用在根据本发明的示例实施例的均衡器中的四阶Gm-C滤波器400的电路图。参考图3，四阶Gm-C滤波器400可以包括串连的第一和第二Gm-C双四倍电路302和304。
第一Gm-C双四倍电路302可以包括连接在第一输入节点306和第一双四倍带通节点308之间的第一跨导体312、连接在第一双四倍带通节点308和地电压之间的第一电容器314、以自反馈方式连接在第一双四倍带通节点308上的第二跨导体316、连接在第一双四倍带通节点308和第一双四倍低通节点310之间的第三跨导体318、连接在第一双四倍带通节点308和第一双四倍低通节点310之间并与第三跨导体318形成反馈回路的第四跨导体320、和/或者连接在第一双四倍低通节点310和地电压之间的第二电容器322。第一和第三跨导体312和318可以是非反相跨导体，第二和第四跨导体316和320可以是反相跨导体。
第二Gm-C双四倍电路304可以包括连接在第一双四倍低通节点310和第二双四倍带通节点324之间的第五跨导体328、连接在第二双四倍带通节点324和地电压之间的第三电容器330、以自反馈方式连接在第二双四倍带通节点324上的第六跨导体332、连接在第二双四倍带通节点324和第二双四倍低通节点326之间的第七跨导体334、连接在第二双四倍带通节点324和第二双四倍低通节点326之间并与第七跨导体334形成反馈回路的第八跨导体336、和/或者连接在第二双四倍低通节点326和地电压之间的第四电容器338。第五和第七跨导体328和334可以是非反相跨导体，第六和第八跨导体332和336可以是反相跨导体。
将双四倍电路302和304与双四倍电路202和204进行比较，具有自反馈方式的反相跨导体不是连接在双四倍低通节点上而是连接在双四倍带通节点上。
在图3的Gm-C滤波器300中，从第一Gm-C双四倍电路302的输入节点Vin到第一Gm-C双四倍电路302的双四倍带通节点V3的传递函数可以表示为如下。

V3Vin=gm2S2C1C2+SC1gm+gm2]]>从第一Gm-C双四倍电路302的输入节点Vin到第二Gm-C双四倍电路304的双四倍带通节点V4的传递函数可以表示为如下。
V4Vin=SC4gm3(S2C1C2+SC1gm+gm2)(S2C3C4+SC4gm+gm2)]]>从第一Gm-C双四倍电路302的输入节点Vin到第二Gm-C双四倍电路304的双四倍低通节点Vout的传递函数可以表示为如下。
VoutVin=gm4(S2C1C2+SC1gm+gm2)(S2C3C4+SC3gm+gm2)]]>当为了使均衡器的传递函数的分子仅仅有S的平方项和常数项，用-K，K和K+1分别与公式4、5和6相乘，并将结果相加时，就得到了公式7。
-KV3Vin+KV4Vin+(K+1)VoutVin=-S2KC3C4gm2+gm4(S2C1C2+SC2gm+gm2)(S2C3C4+SC4gm+gm2)]]>即，用-K、K和K+1分别与公式4、5和6相乘时，公式7的分子有对应于-AS2+B形式的值-S2KC3C4gm2+gm4。即去掉了项S，传递函数能够获得实数零。从公式7得到的零频率可以表示为如下。
S=±gmKC3C4]]>从公式8可以知道，放大增益是由恒量K确定的。即当K增加时，零频率可以降低从而增大放大增益，但是当K减小时，零频率增大从而降低放大增益。
即使在恒量K变化时，公式7的分母也不受经过改变的K的影响，因此极点频率不改变。因此，即使在恒量K变化时，可以仅仅改变放大增益而不改变Gm-C滤波器300的-3dB频率。即，由于极点频率不改变，经过滤波的频率范围不改变，仅仅是放大增益受控。
放大解析度由恒量K中的变化确定。即，在恒量K中的变化增大时，放大解析度可以提高。可以利用求和运算放大器和增益为K的运算放大器执行公式7的算术运算。
图4是根据本发明的示例实施例的均衡器400的电路图。示例的均衡器400使用图3的Gm-C滤波器体现了公式7。
参考图4，均衡器400包括具有第一输入节点414、第一双四倍带通节点416和第一双四倍低通节点418的第一双四倍电路402；具有连接在第一双四倍低通节点418的第二输入节点、第二双四倍带通节点432和第二双四倍低通节点434的第二双四倍电路404；第一运算放大器406，对第二双四倍带通节点432的输出和第二双四倍低通节点434的输出求和；第二运算放大器408，从第一运算放大器406的输出中减去第一双四倍低通节点418的输出；第三运算放大器410，用所期望的恒量K放大第二运算放大器408的输出；和/或者第四运算放大器412，对第三运算放大器410的输出和第二双四倍低通节点434的输出求和。
第一双四倍电路402可以包括连接在第一输入节点414和第一双四倍带通节点416之间的第一跨导体420，连接在第一双四倍带通节点416和地电压之间的第一电容器422，以自反馈方式连接在第一双四倍带通节点416上的第二跨导体424，连接在第一双四倍带通节点416和第一双四倍低通节点418之间的第三跨导体426，连接在第一双四倍带通节点416和第一双四倍低通节点418之间并与第三跨导体426形成反馈回路的第四跨导体428，和/或者连接在第一双四倍低通节点418和地电压之间的第二电容器430。第一和第三跨导体420和426可以是非反相跨导体，第二和第四跨导体424和428可以是反相跨导体。
第二双四倍电路404可以包括连接在第二输入节点418和第二双四倍带通节点432之间的第五跨导体436，连接在第二双四倍带通节点432和地电压之间的第三电容器438，以自反馈方式连接在第二双四倍带通节点432上的第六跨导体440，连接在第二双四倍带通节点432和第二双四倍低通节点434之间的第七跨导体442，连接在第二双四倍带通节点432和第二双四倍低通节点434之间并与第七跨导体442形成反馈回路的第八跨导体444，和/或者连接在第二双四倍低通节点434和地电压之间的第四电容器446。第五和第七跨导体436和442可以是非反相跨导体，第六和第八跨导体440和444可以是反相跨导体。
在图4中，均衡部分的输出对应于第四运算放大器412的输出Vout_eq，低通滤波器部分的输出对应于第二双四倍低通节点434的输出Vout_flt。
参考图4，为了获得放大增益，仅仅添加了三个求和运算放大器406、408和412和一个增益为K的运算放大器410。因此，与用使用具有很大芯片尺寸的跨导体的传统均衡器相比，示例均衡器400可以用更小的尺寸构成。
如上所述，Gm-C滤波器的带宽可以由gm/C确定。即使是为了增大频率带宽而增加跨导gm或者减小电容C时，添加到积分节点的寄生电容都足够小，以至于不会影响整体电容。由于即使是为了增大均衡器的频率带宽而减小电容时，所添加的寄生电容都相对小，使用具有小跨导值的跨导体在宽的频率带宽中执行滤波和均衡操作。
传统均衡器的放大增益由gmk/gm(其中gmk是用于放大的跨导体的跨导)确定，而根据本发明的示例实施例的均衡器不需要包括用于获得放大增益的具有gmk的跨导体，因此即使是增大gm以增大带宽时，也不会影响放大增益。此外，根据本发明的示例实施例的均衡器400可以仅仅控制运算放大器的增益K而控制放大增益。因此，就不需要控制跨导体的尺寸。此外，因为均衡器400不包括用于放大的跨导体，就不会产生由用于放大的跨导体而导致的更大的寄生电容。
在包括用于放大的独立跨导体的传统均衡器中，在均衡器使用具有很大尺寸的跨导体实现高频率滤波器时，应该增大用于放大的跨导体的尺寸，以获得特定放大增益。然而，根据本发明一个示例实施例的均衡器400即使当实现一个高频率滤波器时也不需要增加所添加的跨导体的尺寸，因为均衡器400不使用单独的跨导体用于放大。
图5是根据本发明另一个实施例的均衡器500的电路示意图。均衡器500可以包括有损积分器502，第一、第二和第三双四倍电路504、506和508，三个求和运算放大器510、512和516，和/或者增益运算放大器514。
均衡器500构成使用三个双四倍电路504、506和508和一个有损积分器502构成七阶Gm-C滤波器，使用四个运算放大器510、512、514和516构成均衡部分。均衡部分的输出对应于运算放大器516的输出Vout_eq，Gm-C滤波器的输出对应于第三双四倍低通节点的输出Vout_flt。
有损积分器502可以包括连接在输入节点518和积分节点520之间的非反相跨导体522，以自反馈形式连接在积分节点520上的反相跨导体524，和/或者连接在积分节点520和地电压之间的电容器526。第一、第二和第三双四倍电路504、506和508可以有类似图3和图4的那些双四倍电路的形式。
第一运算放大器510可以对双四倍带通节点的输出和第三双四倍电路508的双四倍低通节点的输出求和，第二运算放大器512可以从第一运算放大器510的输出减去第二双四倍电路506的双四倍低通节点的输出。第三运算放大器514将第二运算放大器512的输出放大K倍，第四运算放大器516可以对第三运算放大器514的输出和第三双四倍电路508的双四倍低通节点的输出求和。
均衡器500不在公式7的分子中产生项S，这是因为有损积分器502和双四倍电路504、506和508放置在图4的均衡器400的均衡单元之前，并且串行连接在均衡单元上。因此，第四运算放大器516的输出可以从实数零点获得放大增益。此外，均衡器500可以仅仅用运算放大器而不使用用于放大的独立跨导体构成均衡单元。因此，均衡器500的电路尺寸可以降低。而且，在均衡器500中由运算放大器所造成的寄生电容仅仅包括MOSFET的门电容，因此比传统均衡器的寄生电容小，几乎不影响整体积分电容。此外，均衡器500可以容易地执行更高频率的滤波和/或者扩大它的频率带宽，这是因为它能够简单地控制电容缩放。
在均衡器500中使用的积分电容器的归一电容表示在表格2中。
表格2

将表格2中的归一化电容与图1中的归一化电容进行比较，每个双四倍电路的电容器的位置改变了。即，除了构成有损积分器502的电容器C1之外，构成双四倍电路504、506、508中每一个的两个电容器的电容值改变了。
图6、7、8和9是图表，示出了通过缩放表格2的归一化电容以设计实例均衡器500而获得实例仿真结果。
图6阐述了实例均衡器500的第三双四倍电路508的双四倍低通节点的输出Vout_flt的频率响应实例。图6示出了缩放归一化电容和跨导体以将-3dB频率控制为1.35MHz、95.5MHz和173.8MHz的例子。从图6中可以示出，添加到第三双四倍电路508的带通节点和低通节点上的寄生电容是很小的。此外，可以示出，当恒量K为0时，滤波功能可以在频率带宽范围从1.35MHz到173.8MHz范围内执行，采用所期望的缩放系数对电容进行缩放，从而将其固定在特定值，并且改变跨导体。
图7示出了在使用图5的实例均衡器500，在-3dB频率为1.35MHz时，响应于恒量K的放大增益中的实例变化。即，图7示出了通过缩放电容从而使-3dB频率变为1.35MHz，和使用用于放大的运算放大器改变恒量K从而改变放大增益，从而获得的模拟结果的实例。恒量K变化为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9和10。在K＝0时没有获得放大增益，在K＝10时放大增益的影响变得很大。从图7中能够看出，实例均衡器500可以通过调节增益恒量K控制放大增益。此外，实例均衡器500可以仅仅通过控制增益恒量K获得所期望的放大增益，而不改变跨导体的尺寸，这是因为即使是在增益恒量K改变时，跨导体也不受增益恒量K的影响。
图8示出了在使用图5的实例均衡器500，在-3dB频率为95.5MHz时，响应于恒量K的放大增益中的实例变化，图9示出了在使用实例均衡器500，在-3dB频率为173.8MHz时，响应于恒量K的放大增益中的实例变化。
从图7、8和9中可以示出，实例均衡器500采用所期望的缩放系数对电容进行缩放，从而将电容固定在特定值，并且改变跨导体以改变-3dB频率，和/或者即使在放大增益随着-3dB频率而变化时也保持缩放特性。此外，即使是采用了小跨导，实例均衡器500也可以使用较小的电容缩放系数以获得所期望的-3dB频率，这是因为它有小的寄生电容。即，根据本发明的示例实施例的均衡器可以控制电容缩放和/或者放大增益。根据本发明的示例实施例的均衡器在控制电容缩放和放大增益时，可以产生较小的寄生电容，因此不需要改变均衡器的特性。
在上述的示例实施例中解释了使用四阶和七阶Gm-C滤波器的均衡器，而本发明的示例实施例的均衡器并不局限于四阶和七阶均衡器。
根据本发明的示例实施例，可以增大滤波器的带宽和保持特定放大增益，同时降低构成均衡器的电路的尺寸。此外，可以控制电容缩放和放大增益。此外，在对电容缩放和放大增益进行控制时，可以仅仅产生小的寄生电容，因此不需要改变均衡器的特性。
尽管已经参考其示例实施例详细地示出并描述了本发明，但本领域的技术人员应该理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种修改。
权利要求
1.一种均衡器，包括第一双四倍电路，包括第一输入节点、第一双四倍带通节点和第一双四倍低通节点；第二双四倍电路，包括连接在第一双四倍低通节点的第二输入节点、第二双四倍带通节点和第二双四倍低通节点；第一求和电路，对第二双四倍带通节点的输出和第一双四倍低通节点的输出求和；第二求和电路，从第一求和电路的输出减去第一双四倍低通节点的输出，并且用一个恒量放大求和结果；和第三求和电路，可以对第二求和电路的输出和第二双四倍低通节点的输出求和；其中，第一和第二双四倍电路可以是具有以自反馈方式分别连接在第一和第二双四倍带通节点上的跨导体的Gm-C双四倍电路。
2.如权利要求1的均衡器，其中第一和第三求和电路分别为第一和第二运算放大器，每个都对两个输入信号求和。
3.如权利要求2的均衡器，其中第二求和电路包括第三运算放大器，用于从第一求和电路的输出中减去第一双四倍低通节点的输出；和第四运算放大器，使用一个恒量放大第三运算放大器的输出。
4.如权利要求1的均衡器，其中第一双四倍电路包括第一跨导体，连接在第一输入节点和第一双四倍带通节点之间；第一电容器，连接在第一双四倍带通节点和地电压之间；第二跨导体，以自反馈方式连接在第一双四倍带通节点上；第三跨导体，连接在第一双四倍带通节点和第一双四倍低通节点之间；第四跨导体，连接在第一双四倍带通节点和第一双四倍低通节点之间，第四跨导体与第三跨导体形成反馈回路；和第二电容器，连接在第一双四倍低通节点和地电压之间。
5.如权利要求4的均衡器，其中第一和第三跨导体是非反相跨导体，第二和第四跨导体是反相跨导体。
6.如权利要求4的均衡器，其中第二双四倍电路包括第五跨导体，连接在第二输入节点和第二双四倍带通节点之间；第三电容器，连接在第二双四倍带通节点和地电压之间；第六跨导体，以自反馈方式连接在第二双四倍带通节点上；第七跨导体，连接在第二双四倍带通节点和第二双四倍低通节点之间；第八跨导体，连接在第二双四倍带通节点和第二双四倍低通节点之间，第八跨导体与第七跨导体形成反馈回路；和第四电容器，连接在第二双四倍低通节点和地电压之间。
7.如权利要求6的均衡器，其中第五和第七跨导体是非反相跨导体，第六和第八跨导体是反相跨导体。
8.如权利要求1的均衡器，还包括多个双四倍电路，多个双四倍电路的最后一个连接在第一双四倍电路的第一输入节点；和有损积分器，连接在所述多个双四倍电路的第一个上。
9.如权利要求8的均衡器，其中有损积分器包括第一跨导体，连接在输入节点和积分节点之间；第二跨导体，以自反馈方式连接在积分节点上；和第一电容器，连接在积分节点和地电压之间。
10.如权利要求9的均衡器，其中第一跨导体是非反相跨导体，第二跨导体是反相跨导体。
11.一种均衡器，包括n(这里n是一个≥2的整数)个双四倍电路，每一个包括输入节点、双四倍带通节点和双四倍低通节点；第一求和电路，对第n双四倍电路的双四倍带通节点的输出和第n双四倍电路的双四倍低通节点的输出求和；第二求和电路，从第一求和电路的输出中减去第(n-1)双四倍电路的双四倍低通节点的输出，并且用一个恒量放大求和结果；和第三求和电路，对第二求和电路的输出和第n双四倍电路的双四倍低通节点的输出求和，其中，n个双四倍电路是每个具有以自反馈方式连接到相应n个双四倍电路的双四倍带通节点的跨导体的Gm-C双四倍电路。
12.如权利要求11的均衡器，还包括有损积分器，连接在第一双四倍电路的输入节点上。
13.如权利要求12的均衡器，其中每个双四倍电路包括第一跨导体，连接在相应的双四倍电路的双四倍带通节点和输入节点之间；第一电容器，连接在相应的双四倍电路的双四倍带通节点和地电压之间；第二跨导体，以自反馈方式连接在相应的双四倍电路的双四倍带通节点上；第三跨导体，连接在相应的双四倍电路的双四倍低通节点和双四倍带通节点之间；第四跨导体，连接在相应的双四倍电路的双四倍低通节点和双四倍带通节点之间，第四跨导体与相应第三跨导体形成反馈回路；和第二电容器，连接在相应的双四倍电路的双四倍低通节点和地电压之间。
14.如权利要求12的均衡器，其中有损积分器包括第一跨导体，连接在输入节点和积分节点之间；第二跨导体，以自反馈方式连接在积分节点上；和第一电容器，连接在积分节点和地电压之间。
15.如权利要求12的均衡器，其中第一和第三求和电路分别为第一和第二运算放大器，每个都对两个输入信号求和。
16.如权利要求12的均衡器，其中第二求和电路包括第三运算放大器，从第一求和电路的输出中减去第(n-1)双四倍电路的双四倍低通节点的输出；和第四运算放大器，用一个恒量放大第三运算放大器的输出。
17.如权利要求12的均衡器，其中n(这里n是一个≥2的整数)个双四倍电路中的每一个包括至少一个跨导体、第一求和电路、第二求和电路和第三求和电路中的每一个包括至少一个运算放大器。
18.一种均衡器，包括滤波部分，包括n(这里n是一个≥2的整数)个双四倍电路，每个电路包括至少一个跨导体，用于接收输入电压并输出经过滤波的电压；和均衡部分，该部分包括至少一个运算放大器，用于从滤波部分至少接收一个中间电压并输出经过均衡的电压。
19.如权利要求18的均衡器，其中均衡部分不包括跨导体。
20.一种均衡方法，包括使用至少一个跨导体对输入电压进行滤波，并输出至少一个中间电压和经过滤波的电压；和接收至少一个中间电压并使用至少一个运算放大器放大经过均衡的电压。
21.如权利要求20的均衡方法，其中放大在没有跨导体的情况下执行。
全文摘要
本发明涉及一种均衡器和均衡方法，其中均衡器可以包括n(这里n是一个≥2的整数)个双四倍电路，每一个包括输入节点、双四倍带通节点和双四倍低通节点；第一求和电路，对第n个双四倍电路的双四倍带通节点的输出和第n双四倍电路的双四倍低通节点的输出求和；第二求和电路，从第一求和电路的输出减去第(n－1)双四倍电路的双四倍低通节点的输出，并且用一恒量放大求和结果；第三求和电路，对第二求和电路的输出和第n双四倍电路的双四倍低通节点的输出求和，其中，n个双四倍电路可以是每个具有以自反馈方式连接到相应n个双四倍电路的双四倍带通节点的跨导体的Gm－C双四倍电路。均衡器可增大滤波器带宽和/或保持特定放大增益，同时降低电路尺寸。
文档编号H03H11/04GK1822498SQ20051012167
公开日2006年8月23日 申请日期2005年12月28日 优先权日2004年12月28日
发明者高亨宗 申请人:三星电子株式会社