用于提高有线互连的频谱效率的Σ-Δ调制器和系统的制作方法

本发明涉及能够提高有线互连(wiredinterconnection)的频谱效率的σ-δ调制器(sigma-deltamodulator，sdm)和相关系统，更具体地，涉及通过利用在通带(passband)处具有频域陷波(frequency-domainnotch)的修正噪声传递函数来对噪声进行整形以提高频谱效率的sdm和相关系统，因而能够承载低通(low-pass)基带信号之外，还可承载附加的带通信号(bandpasssignal)。

背景技术：

sdm广泛应用于现代电子系统中，例如涉及以采样频率采样的离散时间数字信号的系统。请参考图1，图1示出了低通带处的基带信号的传统频谱布置。由于诸多实际工程考虑因素(例如，匹配参考频率的整数倍)，信号的采样频率fs通常被设置为远高于信号的奈奎斯特(nyquist)采样频率f_n。因此，频谱具有未被充分利用的较大空缺(largevacancy)，其从低通带延伸到采样频率的一半(fs/2)。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种用于提高有线互连的频谱效率的σ-δ调制器(sdm)和系统。

根据至少一个实施方式，提供了一种用于提高有线互连的频谱效率的sdm(例如，图2中的120)，所述sdm包括主电路(例如，121)和噪声整形电路(例如，122)。主电路用于通过信号传递函数(例如，stf(z))来变换聚合信号。噪声整形电路耦接到主电路，用于通过修正的噪声传递函数(例如，mntf(z))将噪声从低通带(例如，lb)整形出去。修正的噪声传递函数的频率响应(例如，126)在通带(例如，pb)处具有陷波(例如，124)，并且所述通带不与所述低通带重叠。

根据至少一个实施方式，提供了一种用于提高有线互连的频谱效率的系统(例如，图2中的100)，系统可以包括聚合电路(例如，110)、sdm(例如，120)和发送器(例如，132)。聚合电路，用于对一个或多个带通信号(例如，s1和/或s2)和低通信号(例如，d3)求和，以得到聚合信号。sdm耦接至聚合电路，用于调制聚合信号(例如，sa1)，以通过修正的噪声传递函数(例如，mntf(z))将噪声从低通带整形出去，从而形成互连信号(例如，sb1)，并且修正的噪声传递函数的频率响应在通带处具有陷波。发送器耦接到sdm，用于通过有线通道发送互连信号。一个或多个带通信号处于通带中，低通信号处于低通带中，并且通带不与低通带重叠。

本发明通过充分利用由于过采样而导致的空闲的通带，可以提高有线互连的频谱效率。

在阅读各个附图中例示的优选实施例的如下详细描述之后，本发明的这些和其他目的对本领域技术人员来说无疑将变得显而易见。

附图说明

图1示出了低通带处的基带信号的传统频谱布置。

图2示出了根据本发明实施例的系统100。

图3示出了根据本发明实施例的系统100的另一示意图。

图4示出了根据本发明实施例的sdm的内部电路。

图5示出了图4所示的sdm相关的不同噪声传递函数的频率响应。

图6中示出了故障/错误检测滤波器150的传递函数的频率响应。

具体实施方式

在说明书及后续的权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的组件。本领域一般技术人员应可理解，电子设备制造商可以会用不同的名词来称呼同一组件。本说明书及后续的权利要求并不以名称的差异来作为区别组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区别的基准。在通篇说明书及后续的权利要求当中所提及的“包含”是开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。此外，“耦接”一词在此是包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置电性连接于第二装置，则代表该第一装置可直接连接于该第二装置，或通过其他装置或连接手段间接地连接至该第二装置。

请参考图2。图2示出了根据本发明实施例的系统100。系统100可以包括聚合电路(aggregationcircuit)110、sdm120、发送器132、接收器134和分离电路(separationcircuit)140。聚合电路110可以：通过将源信号d1乘以发送器振荡信号to1形成带通信号s1来实现乘法器111；通过将源信号d2乘以发送器振荡信号to2形成带通信号s2来实现乘法器112；通过对信号s1和信号s2求和形成相加的带通信号(也称为总和带通信号(summedbandpasssignal))ss1来实现求和模块113；以及通过对信号ss1和另一源信号d3求和形成聚合信号sa1来实现另一求和模块114。

信号d1、d2和d3可以是低通带lb处的离散时间(discrete-time)数字基带信号，并且信号d1、d2和d3均可以包含期望的数据和/或信息。信号to1和to2均可以是以采样频率fs采样的离散时间数字信号。信号s1的每个样本s1[n]可以是信号d1的样本d1[n]与信号to1的样本to1[n]的乘积，即，s1[n]＝d1[n]*to1[n]；信号s2的每个样本s2[n]可以是信号d2的样本d2[n]与信号to2的样本to2[n]的乘积，即s2[n]＝d2[n]*to2[n]，其中n可以为1、2、3……。

信号to1和to2都是频率为fp的周期性信号，因此信号s1＝d1*to1和s2＝d2*to2可以是在包含频率fp的通带pb处的带通信号。如图2所示，通带pb可以不与低通带lb重叠。通过对低通信号d3与带通信号s1和s2求和，由聚合电路110产生的信号sa1可以不仅包含在低通带lb处的期望信号，还可以包含在通带pb处的期望信号。

在一个实施例中，信号to1和to2可以是相同频率fp的正弦信号，但是信号to1的相位可以与信号to2的相位不同，例如相差90度。例如，在实施例中，信号to1的每个样本to1[n]可以是cos(2*pi*n/m)，信号to2的每个样本to2[n]可以是sin(2*pi*n/m)，m是将采样频率fs除以频率fp得到的比率。因此，信号s1的每个样本s1[n]可以表示为s1[n]＝d1[n]*cos(2*pi*n/m)，信号s2的每个样本s2[n]可以表示为s2[n]＝d2[n]*sin(2*pi*n/m)。在一个实施例中，比率m＝fs/fp可以是4的整数倍，即m＝4*m0，其中m0是常数整数；例如，比率m可以设定为等于4、8或12等；也就是说，频率fp可以设置为等于fs/4、fs/8或fs/12等。通过将比率m设置为4的整数倍，聚合电路110可以通过低复杂性的电路来形成带通信号ss1。

例如，在一个实施例中，比率m＝fs/fp可以等于4，因此信号to1的每四个样本to1[4*k]、to1[4*k+1]、to1[4*k+2]和to1[4*k+3]可以分别等于1、0、-1和0，并且信号s1的相应的四个样本s1[4*k]、s1[4*k+1]、s1[4*k+2]和s1[4*k+3]将因此等于d1[4*k]、0、-d1[4*k+2]和0。即，通过将比率m设定为等于4，聚合电路110可以实际上不需要物理乘法电路以将信号d1和to1相乘来形成信号s1；聚合电路110可以简单地通过以下方式形成信号s1的每四个样本s1[4*k]、s1[4*k+1]、s1[4*k+2]和s1[4*k+3]：设置信号s1的样本s1[4*k]等于信号d1的样本d1[4*k]，设置信号s1的样本s1[4*k+1]等于零，设置信号s1的样本s1[4*k+2]等于信号d1的样本d1[4*k+2]的互补码(即，s1[4*k+2]＝-d1[4*k+2])，并将信号s1的样本s1[4*k+3]设置为等于零。类似地，通过设置m＝4，信号to2的每四个样本to2[4*k]、to2[4*k+1]、to2[4*k+2]和to2[4*k+3]将分别等于0、1、0和-1，以及信号s2的相应的四个样本s2[4*k]、s2[4*k+1]、s2[4*k+2]和s2[4*k+3]因此将等于0、d2[4*k+1]、0、-d2[4*k+3]。因此，求和信号ss1＝s1+s2的每四个样本ss1[4*k]、ss1[4*k+1]、ss1[4*k+2]和ss1[4*k+3]将分别等于d1[4*k]、d2[4*k+1]、-d1[4*k+2]和-d2[4*k+3]。

也就是说，通过将频率fp设置为基本上等于采样频率fs的四分之一，使得比率m＝fs/fp设置为4(即，fp＝fs/4)，图2中的聚合电路110可以由如图3所示的聚合电路110a来实现。图3示出了根据本发明实施例的系统100的另一示意图。如图3所示，聚合电路110a可以包括两个补码转换器(complementconverter)311和312、切换器(例如，多路复用器)313和求和模块(sumblock)314。补码转换器311可以耦接到信号d1，用于形成信号d1的样本d1[n]的补码。补码转换器312可以耦接到信号d2，以形成信号d2的样本d2[n]的补码。切换器313可以耦接到信号d1和d2以及补码转换器311和312，用于：如果n＝4*k，则选择样本d1[n]作为样本ss1[n]；如果n＝4*k+1，则选择样本d2[n]作为样本ss1[n]；如果n＝4*k+2，则选择补码样本-d1[n]作为样本ss1[n]；如果n＝4*k+3，则选择补码样本-d2[n]作为样本ss1[n]。换句话说，聚合电路110a可以通过如下方式形成信号ss1的每四个样本ss1[4*k]、ss1[4*k+1]、ss1[4*k+2]和ss1[4*k+3]：将信号ss1的样本ss1[4*k]设置为等于信号d1的样本d1[4*k]；将信号ss1的样本ss1[4*k+1]设置为等于样本d2信号d2[4*k+1]；将信号ss1的样本ss1[4*k+2]设置为等于信号d1的样本d1[4*k+2]的补码，即，-d1[4*k+2]；将信号ss1的样本ss1[4*k+3]设置为等于信号d2的样本d2[4*k+3]的补码，即，-d2[4*k+3]。求和模块314可以对信号ss1和d3求和以计算信号sa1。因此，应注意，通过将比率m设定为4，可以消除在计算信号ss1＝d1*to1+d2*to2时所涉及的乘法运算，以及聚合电路110(图2)中的乘法器111、112和求和模块113可以被简化为聚合电路110a(图3)中的补码转换器311、312和切换器313。

在比率m＝fs/fp设置为8(即，fp＝fs/8)的实施例中，聚合电路110(图2)可以通过如下方式形成信号ss1的每八个样本ss1[8*k]到ss1[8*k+7]：将样本ss1[8*k]设置为等于信号d1的样本d1[8*k]，将样本ss1[8*k+1]设置为等于c0*(d1[8*k+1]+d2[8*k+1])，将样本ss1[8*k+2]设置为等于信号d2的样本d2[8*k+2]，将样本ss1[8*k+3]设置为等于c0*(-d1[8*k+3]+d2[8*k+3])，将样本ss1[8*k+4]设置为等于样本d1[8*k+4]的补码(即-d1[8*k+4])，将样本ss1[8*k+5]设置为等于c0*(-d1[8*k+5]-d2[8*k+5])，将样本ss1[8*k+6]设置为等于样本d2[8*k+6]的补码(即-d2[8*k+6])，并将样本ss1[8*k+7]设置为等于c0*(d1[8*k+7]-d2[8*k+7])，其中c0是等于2的平方根一半的常数，即因此，应注意，通过将比率m设定为8，可以将在计算信号ss1＝d1*to1+d2*to2时所涉及的乘法运算简化为常数c0的乘法，并且因而可以降低聚合电路110的电路复杂度。

在图2中所示的系统100中，sdm120可以耦接在聚合电路110和发送器132之间，并且可以通过噪声整形将信号sa1调制为调制信号sb1。在一个实施例中，sdm120的调制可以减少每个样本的比特数和/或吞吐量，例如，sdm120可以将每个样本更多比特数和/或更高吞吐量的信号sa1调制为每个样本更少比特数和/或更低吞吐量的信号sb1。

如图2所示，sdm120可以包括主电路121、噪声整形电路122和求和模块123。主电路121可以通过信号传递函数stf(z)(关于z变换)来变换信号sa1。噪声整形电路122可以耦接到求和模块123，用于通过修正的噪声传递函数mntf(z)将噪声从低通带lb中整形出去。求和模块123可以耦接到主电路121和噪声整形电路122，并且可以通过对主电路121和噪声整形电路122的变换结果求和，来提供信号sb1。因此，sdm120的操作可以表示为sb1(z)＝stf(z)*sa1(z)+mntf(z)*q(z)，其中sa1(z)和sb1(z)表示信号sa1和sb1的z变换，q(z)表示噪声。如图2所示，修正的噪声传递函数mntf(z)的频率响应126可以在通带pb处具有陷波124。由于通带pb处的陷波124，sdm120不会将噪声整形到通带pb中，然后可以通过使得通带pb被期望的带通信号s1和s2利用，来提高频谱效率。

在一个实施例中，如图2所示，修正的噪声传递函数mntf(z)的频率响应126还可以在高通带hb处具有第二陷波125，并且高通带hb可以不与通带pb和低通带重叠；高通带hb的频率fh可以高于通带pb的频率fp，频率fp可以高于低通带lb的频率fl。在一个实施例中，高通带hb的频率fh可以基本上等于采样频率fs的一半。由于陷波125，sdm120不会将噪声整形到高通带hb中。干净的高通带hb可有利于故障/错误的检测和/或校正。

图4示出了根据本发明实施例的sdm的内部电路。在sdm120中，主电路121、噪声整形电路122和求和模块123可以由图4所示的内部电路220形成。如图4所示，内部电路220可以包括前端电路(frontcircuit)222、反馈电路229、量化器226和求和模块228和224。前端电路222可以耦接到信号sa1和sb1，用于分别通过第一传递函数l1(z)和第二传递函数-l2(z)来变换信号sa1和信号sb1(例如，通过第一传递函数l1(z)变换信号sa1，以及通过第二传递函数-l2(z)来变换信号sb1)，以形成第一信号x1。反馈电路229可以经由求和模块224耦接到前端电路222，用于通过第三传递函数l3(z)变换第三信号x3以形成第四信号x4。量化器226可以耦接到前端电路222和反馈电路229，用于量化第二信号x2以形成信号sb1。通过求和模块224和228，信号x2可以是信号x1和信号x4之和，信号x3可以是信号sb1和信号x2之间的差。在一个实施例中，图2中的sdm120可以是多比特sdm，其可以将信号sa1调制为每个样本多个比特的信号sb1；即，图4中的量化器226可以是多比特量化器。

内部电路220的操作可以表示为sb1(z)＝l1(z)*sa1(z)/(1+l2(z))+(1+l3(z))*q(z)/(1+l2(z))，因此，信号传递函数stf(z)可以等于l1(z)/(1+l2(z))，并且修正的噪声传递函数mntf(z)可以等于(1+l3(z))/(1+l2(z))。在1/(1+l2(z))是固有(intrinsic)噪声传递函数intf(z)的情况下，修正的噪声传递函数mntf(z)可以表示为(1+l3(z))*intf(z)。图5示出了图4所示的sdm相关的不同噪声传递函数的频率响应。如图5所示，固有噪声传递函数intf(z)的频率响应326可以被配置为将噪声从低通带lb中整形到包括通带pb和高通带hb的其他频带中去。另一方面，如前所述，修正的噪声传递函数mntf(z)的频率响应126可以被配置为在通带pb处具有陷波124，并且在高通带hb处具有陷波125，因此噪声将不会被整形到通带pb和高通带hb中。陷波124和125可以通过等于1与传递函数l3(z)之和的修正函数(1+l3(z))来形成，因为修正的传递函数mntf(z)可以是固有噪声传递函数intf(z)和修正函数(1+l3(z))的乘积。例如，在一个实施例中，修正函数(1+l3(z))可以包括因子(1+z^(-2))，以在-1的算术平方根处具有一个或多个零，从而在频率fp＝fs/4处形成陷波124。在一个实施例中，修正函数(1+l3(z))可以在-1处具有一个或多个零，以便在频率fh＝fs/2处形成陷波125。

在图2中所示的系统100中，来自sdm120的调制信号sb1可以是有线互连的互连信号；发送器132可以耦接到聚合电路110和sdm120的级联，并且可以经由两个半导体芯片(晶粒(dice))之间的有线通道10(例如，serdes信道)将信号sb1发送到接收器134。也就是说，系统100可以包括分别形成在两个半导体芯片上的两个部分p1和p2；部分p1可以包括聚合电路110、sdm120和发送器132，并且部分p2可以包括接收器134和分离电路140。接收器134可以经由有线通道10耦接到发送器132，用于从发送器134接收信号sb1以形成信号sc1。在一个实施例中，发送器132可以是数字物理层电路，用于将信号sb1的样本封装到分组，并将分组发送到接收器134；接收器134可以是另一个数字物理层电路，用于接收由发送器132发送的分组，并从分组中取出样本以形成信号sc1的样本。

分离电路140可以耦接到接收器134，并且可以包括乘法器141和142以及滤波器143、144和145。乘法器141可以耦接到信号sc1和接收器振荡信号ro1，用于将信号sc1和ro1相乘以形成第一分离信号sd1。乘法器142可以耦接到信号sc1和另一接收器振荡信号ro2，用于将信号sc1和ro2相乘以形成第二分离信号sd2。在一个实施例中，类似于信号to1和to2，信号ro1和ro2可以是相同频率fp下的周期性信号，但具有不同的相位。滤波器143可以耦接到乘法器141，用于对信号sd1进行滤波以形成低通基带信号dr1，因此部分p1处的信号d1可以被接收作为部分p2处的信号dr1。滤波器144可以耦接到乘法器142，用于对信号sd2进行滤波以形成低通基带信号dr2，因此部分p1处的信号d2可以被接收作为部分p2处的信号dr2。滤波器145可以耦接到接收器134，用于对信号sc1进行滤波以形成低通基带信号dr3，因此部分p1处的信号d3可以被接收作为部分p2处的信号dr3。在一个实施例中，滤波器143、144和145可以是级联积分梳状(cascadedintegrator-comb，cic)滤波器。

如前所述，通过将频率fp设置为基本上等于采样频率fs的四分之一，比率m＝fs/fp可以等于4，并且图2中的聚合电路110可以简化为图3中的聚合电路110a；类似地，图2中的分离电路140可以简化为图3中的分离电路140a。如图3所示，图2中的乘法器141和142可以简化为耦接在接收器134与滤波器143和144之间的切换器146，用于选择信号sc1的样本sc1[2*n]以形成信号sd1的样本sd1[n]，选择信号sc1的样本sc1[2*n+1]以形成信号sd2的样本sd2[n]。也就是说，切换器146可以将接收信号sc1的每两个连续样本sc1[2*n]和sc1[2*n+1]分别设置为信号sd1的样本sd1[n]和信号sd2的样本sd2[n]。

如前所述，sdm120的修正的噪声传递函数mntf(z)可以保持信号sb1在高通带hb处干净不含有噪声，以便于检测/校正故障/错误。当信号sb1从部分p1传送到部分p2以形成信号sc1时，如果在传送期间发生故障/错误，则故障/错误将给高通带hb带来非零分量，因此信号sc1在高通带hb处将不会被清空。因此，信号sc1在高通带hb处是否被清空可以被用来指示是否发生故障/错误。例如，在图2所示的实施例中，系统100还可以包括与分离电路140并联耦接到接收器134的故障/错误检测滤波器147，其中图6中示出了故障/错误检测滤波器150的传递函数hd(z)的频率响应，用于通过传递函数hd(z)对信号sc1进行滤波以形成检测信号sx1，并且传递函数hd(z)的频率响应151可以在高通带hb处具有峰值。如果在传送期间发生故障/错误并因此给高通带hb带来非零分量，则高通带hb处的非零分量将通过传递函数hd(z)被增强，并且信号sd1将饱和(saturate)至预定信号范围的边界。通过检查信号sd1是否饱和，系统100可以检测是否发生故障/错误。在一个实施例中，传递函数hd(z)可以在-1处具有一个或多个极点，以在频率fh＝fs/2处形成峰值；例如，在一个实施例中，传递函数hd(z)可以等于c1/(1+z^(-1))，其中c1是常数。

综上所述，通过充分利用由于过采样而导致的空闲的通带，本发明的系统可以将多个基带数据流(例如，信号d1至d3)聚合成单个信号流(例如，信号sa1)用于有线互连，本发明系统中的sdm可以避免将噪声整形到通带中，以支持聚合。因此，本发明的系统可以提高有线互连的频谱效率。

尽管已经根据实施例描述了本发明，但是应该理解，本发明并不限于所公开的实施例。相反，本发明旨在覆盖所附权利要求的精神和范围内包含的各种修改和类似设置，所附权利要求的精神和范围符合最宽泛解释从而包含所有这些修改和类似结构。