专利名称：均衡器、均衡方法和发射机的制作方法
技术领域：
本发明涉及到均衡器、均衡方法、和发射机。尤其是，本发明涉及到一种均衡器和一种均衡方法，和一种发射机。该方法用于补偿由于传输线导体的趋肤效应、印刷电路板材料等的电介质损耗所引起的高频分量衰减，传输导体和电路板是在高速互连系统中位于多个印刷电路板组成的大容量通讯装置[比如，IP(网络协议)路由器]，或者交叉连接器，或者大规模信息处理装置(比如，超级计算机)之间。
在通过模式布线20传输的电信号比特率超过1千兆位/每秒的范围内，由于形成模式布线20的导体的趋肤效应所引起的传输损耗的增加，以及构成除导体电阻外的印刷电路板1和背板2的绝缘体电介质损耗的增加，在电信号的传输特性上产生频率相关。更具体地说，由于所谓传输信号的高频分量的显著衰减而使波形畸变所引起的符号间的干扰，导致产生接收编码错误。图2显示一个具有高频分量显著地衰减的接收波形的例子。
为了解决这样的问题，一种包含传输时实现均衡的称为预加重的技术已经为大家所了解。这种预加重技术是描述在A.Fiedler及其他文件中，见文章“具有2×重复采样的1.0625千兆位/每秒的无线电收发机和发送信号预加重”，发表于IEEE(电气与电子工程师协会)会刊，国际第一次固态电路会议，技术论文文摘238-239页，1997年IEEE出版，由美国新泽西州Piscataway(皮斯卡塔韦)市，M.Fukaishi、K.Nakamura、M.Yotsuyanagi等人发表；以及文章“为超-高分辨率数字显示使用的20-Gb/s CMOS(互补型金属氧化物半导体)多通道发射机和接收器芯片”，发表于2000ISSCC(国际固体电路会议)技术报告汇编260-261页，2000年2月，旧金山。图3显示一个传输时均衡信号波形的测量例子。
在这种预加重方法中，用于加重高频分量的均衡电路提供给发送电路11a，以便在信号传输时加重要传输信号频谱的高频分量和补偿传输线中高频分量的衰减。因此，在接收信号上符号相互干扰的影响减少了，而且实现没有编码错误的发送和接收。
在传输时执行均衡的上述方法中，由于下列两种原因必须为每个发送电路设置均衡参数。
(1)在模式布线20中高频分量的衰减取不同的数值。从该装置结构的观点看，模式布线20的长度是不同的。模式布线20是连接相邻背板的印刷电路板上的一些部件，并且是连接印刷电路板两端的背板上的一部分。例如，模式布线的长度范围可以从10厘米到100厘米。因此，模式布线长度在一定范围内变化，而且根据它的传输距离，高频分量的衰减在一定范围内变化。
(2)对于某一长度的模式布线存在唯一的最佳均衡参数。当由于均衡使高频分量的加重过度时，眼图张开度变小，同时最大振幅变大，因此不利地降低了接收容限。
参考图4，简单描述构成有关均衡参数设置电路的结构。因为没有自动识别发送电路11a和接收电路12b彼此连接的模式布线长度的手段。所以在该设备装配后，必须为发送电路11a设置不同的均衡参数S1301。
上述提到的已有技术中，在每次开启电源时进行的均衡参数S1301的设置已经普遍地通过使用存储装置(如非易失存储器)而得以避免。然而，它必须在该设备装配后至少执行一次手动地设置。这是因为，在装配该设备时，当印刷电路板1a和1b连接到背板2时，要第一次确定与某个发送电路11a连接的模式布线20，在此之前，没有用于确认模式布线20的长度的任何手段，所以无法确定均衡参数S1301。
由于要进行这种人工设置，为该设置所需要的劳动成本以及为库存储备调整所需要的时间周期都上升，因此使得设备的价格增加。
为了实现上述目的，根据本发明的均衡器包括用于观测第一输入信号的第一特征参数的波形检测电路，用于根据预定的均衡参数来改变第二输入信号的均衡发送电路，以及用于根据第一特征参数来设置均衡参数的均衡参数设置电路。第一和第二输入信号是通过具有相互类似传输特性的传输线输入。
均衡器还可以包括初始化控制电路，其用于在预定的范围内扫描均衡参数。
均衡器还可以包括存贮器，其用于储存第一特征参数与所扫描出的均衡参数之间的关系。
均衡发送电路可以如此构成，以至于对第二输入信号提供在预定截止频率或更高频率上衰减降低的预加重。
截止频率可以用作为均衡参数。
替代地，上述衰减变化率可以用作均衡参数。
第一输入信号是二进制的信号，而眼图张开度可以用作为第一特征参数。
二进制信号可能包含一个伪随机模式。
替代地，二进制信号可能包含多个不同的固定模式。
根据本发明的均衡方法包括观测第一输入信号的第一特征参数的波形检测步骤，根据第一特征参数来设置均衡参数的均衡参数设置步骤，以及根据均衡参数改变第二输入信号的均衡发送步骤。第一和第二输入信号是通过具有相互类似传输特性的传输线输入。
该均衡方法还可以包括在预定范围内扫描均衡参数的初始化控制步骤。
该均衡方法还可以包括存储第一特征参数与所扫描出均衡参数之间的关系的存储步骤。
可以将均衡发送步骤构成为能够将在预定截止频率或更高频率上衰减降低的预加重提供给第二输入信号。
截止频率可以被用作均衡参数。
替代地，衰减变化率可以用作均衡参数。
第一输入信号是二进制信号，而眼图张开度可以被用作第一特征参数。
二进制信号可以包含一个伪随机模式。
替代地，二进制信号可以包含多个不同的固定模式。
可以将均衡参数设置步骤构成为，致使信号幅度与多个不同固定模式的比被用作眼图张开度。
根据本发明的发射机包括第一发送-接收电路和第二发送-接收电路，以及与第一和第二发送-接收电路连接的第一传输线与第二传输线。第一和第二发送-接收电路具有上述的均衡器。
由于采用本发明的均衡器、均衡方法和发射机，均衡参数可以自动地设置，借此能够期望减少设备成本。
图13A和13B是设置均衡参数的步骤的流程图；图14是说明本发明实施例的视图；图15是说明本发明实施例的视图；图16是说明本发明实施例的视图；图17是说明本发明实施例的视图；图18是设置均衡参数的步骤的流程图；图19是说明本发明实施例的原理的示意图。
在详细描述这些实施例之前，首先将描述本发明的原理。根据本发明用于控制均衡参数的方法具有一种结构，它选择最佳均衡参数作为发送-接收电路在设备电源开启时初始化的例行程序。更具体地说，作为电源开启之后一系列初始化步骤的一步，最佳的均衡参数是根据以下过程设置的。
(1)在印刷电路板1a和1b上的那些均衡参数设置电路130具有一些相互同步或者同时工作的计数器。在随机信号模式S1101从发送电路110发送的同时，在由两个计数器确定的共同时间内，对均衡参数S1301进行从最小值到最大值的扫描。
(2)在接收电路123中，通过利用接收信号S1201与总幅值的眼图张开度，或者利用测量接收波形形状的方式，存储在所接收信号的眼图张开度达到最大值处的一计数值。
(3)与上述(2)中获得的计数器值相对应的均衡参数S1301被设置作为发送电路的最佳均衡参数，该发送电路与接收电路123配套，而且与接收电路123设置在相同的印刷电路板上。
在本发明申请的均衡参数控制方法的设备结构中，在印刷电路板1a与1b之间的信号传送不是单向传输。通常，提供如图7所示的全双工电路，而且在印刷电路板1a和1b上的一对模式布线20a和20b的两端，提供一对发送电路和接收电路(11a和12a，以及11b和12b)。
在设计背板2和与背板2连接的印刷电路板1时，全双工结构中的模式布线20的长度可以设计为相等的长度。该线路可以设计为以致于在印刷电路板之间两个传输方向上的高频分量衰减比相等。
在这种全双工线路结构的范围内，接收电路12a与发送电路11a设置在相同的印刷电路板1上发送，接收电路12a可以接收与位于发送电路11a相对远端的接收电路12b所接收的波形相同的波形。这就是，当模式布线20a和20b的布线状态相同时，可以说接收电路12a和接收电路12b是等效的。
因此，在模式布线20a和20b对两端的发送电路11与接收电路12中，通过同时开始上述步骤(1)到(3)所获得的最佳均衡参数，只能通过一对相邻的发送与接收电路检测到，如图5所示。
利用上面描述的控制方式，与在印刷电路板之间任意位置关系的布线相关的固有均衡参数，可以在设备初始化过程中自动地检测。
此外，假设均衡是通过发送一方的预加重来完成。即，用于执行预加重的电路是提供在均衡发送电路110中。这个电路对于输入信号的低频分量具有恒定的传递系数，同时对于预定频率或更高的高频分量它具备增加的传递系数。在这种情况下，作为均衡参数，可以使用在该处恒定的传递系数变成增加的传递系数的一频率(截止频率)或者高频范围内的传递系数增长率。
在下文中，本发明将参考更具体的实施例进行详细的描述。第一实施例参考图5，将要描述根据本发明均衡发送-接收电路的实施例。
完成设置的电路包括一个均衡发送电路110、一个眼图张开度检测电路123、一个均衡参数设置电路130，和一个初始化控制电路30。
此外，在下文中，具有脉冲分量比如“01”的波形幅度定义为Vs，同样编码连续波形的幅度定义为Vc，而眼图张开度比定义为Vc/Ns。如图10所示，因为高频分量通过均衡发送被加重，所以Vs在数值上变得比Vc大。
初始化控制电路30启动设置均衡参数的步骤，作为整个设备一系列初始化步骤的一个步骤。
均衡发送电路110使传输的输入信号S1102受到相当于均衡参数输入S1301强度的传输均衡处理，并且将具有加重高频分量的发送信号S1101发送到模式布线20a。
眼图张开度检测电路123测量通过模式布线20b传输的接收信号S1201的眼图张开度比。
根据用于启动设置最佳均衡参数处理的信号S3003的接收，均衡参数设置电路130以预定时间间隔T分隔计数器到N个等级并且从最大值扫描到最小值，如图8中所示。均衡参数S1301根据计数器的值来变化。
当均衡参数设置电路130中的计数器是0时，均衡发送电路的输出具有如图9所示的普通眼图。由于高频分量的衰减，所以通过模式布线20传输之后接收的波形S1201变形，如图2或图11所示，Vs变得小于Vc，得不到足够的眼图张开度，因此接收特性变差。
当均衡参数设置电路130中的计数器等于最大值N时，来自均衡发送电路110的输出信号S1101具有如图3或者10所示的波形。由于高频分量的衰减，所以通过模式布线20传输之后的波形S1201如12所示的变形。在这种情况下，因为高频分量通过保持均衡来加重，所以Vs变得大于VC，眼图张开度与总幅值的比稍微有所减小，结果接收性质下降。
此外，当计数器是0与N之间的某一个值时，均衡发送电路110的输出S1101是利用图10与图11之间的中间的Vs/Vc波形传输。依据传输信号发送之后的接收，通过模式布线传输之后的波形变成一个具有适当地补偿高频损失的Vs＝Vc的波形，如图9中图解说明，并且获得最大眼图张开度比。此时，最稳定的接收变成可能。
接下来，将利用图10A描述上述结构中最佳均衡参数设置的步骤。
根据均衡参数设置处理的开始，首先，计数器设置为0。然后，对于均衡发送电路，设置对应于计数器值的均衡参数，而且发送具有均衡参数补偿的波形。要传输的信号使用随机模式。于是，在接收电路中，测量接收波形的眼图张开度比Vs/Vc。如上所述，通常，当计数器是0时，由于高频分量在模式布线中相当大的损失，因此眼图张开度比Vs/Vc取小于1的值，而且如计数器的值变大，均衡的比率变大，于是眼图张开度比Vs/Vc接近1。
在眼图张开度比测量电路中测量的眼图张开度比小于1时，计数器的值增加1，而且处理返回到对传输电路均衡参数的设置。一系列这种处理步骤以预定的时间间隔T重复。当眼图张开度比超过1时，计数器的值就被固定作为均衡参数，因此完成均衡参数设置的处理。当计数器的值变成0时，即使眼图张开度比Vs/Vc小于1，也能够确定均衡的效果最大，而且N取作为均衡参数。一系列这种处理步骤也是由提供在模式布线相对一侧的类似电路来完成，而且在模式布线的两侧，这些步骤同时启动，并且以时间间隔T的同样方式重复。
上述步骤将更详细地描述。
根据设置初始信号S3003的接收，均衡参数设置电路130将它的计数器复位到0。然后，在均衡发送电路110设置一个零值以致于传输一个具有眼图张开度比(Vs/Vc)是1(如图9所示)的非-均衡波形给模式布线20a。在接收电路一侧的眼图张开度检测电路123测量如图11所示接收波形的眼图张开度比(Vs/Vc)，信号S1201是通过模式布线20b从与电路123同时工作的相对发送电路发送。通常对于高频分量的衰减实际上Vs/Vc取值小于1。在这种眼图张开度比的测量中，一种方法包括执行多次采样和由此确定它能使用的平均值，以便减少由测量误差和噪音而引起的测量值上的变化。例如，当测量以100毫秒的间隔重复而且采样频率是1kHz时，能够完成100次测量，然后对这100个采样取平均值，因此可以取得足够稳定的测量。
然后，计数器加1，而当计数器的值超过最大值N(例如，N＝16)时，则最大值16被认为是一个均衡参数。当计数器的值小于或者等于N(＝16)时，则确定测量的均衡眼图张开度比是大于1或者等于1。当眼图张开度比大于或者等于1时，此时的计数器值被固定作为最佳均衡参数。当眼图张开度比小于1时，计数器的值增加1，而且该处理再返回到均衡参数的设置。
通过上述步骤的重复，最佳均衡参数的设置完成。第二实施例参考图6，将描述本发明第二实施例的结构。图13B显示第二实施例步骤的流程图。
在本结构中，在上述的第一实施例中连接到均衡参数设置电路130的存贮器131还要使用，以便实现最佳眼图张开度比的严格估算。
更具体地说，在均衡参数设置处理的开始，对于从0到最大值N范围的计数器的所有值，眼图张开度比是在眼图张开度测量电路12测量，而且眼图张开度比的测量值存储在存贮器131中，其按照与计数器值相关的眼图张开度比数据格式存储。完成N次测量，电路123脱离处理循环后，在存贮器中寻找接近于1的眼图张开度比，而对应于比率最接近的计数器值被固定作为最佳均衡参数。第三实施例参考图14，将详细描述全双工电路的实施例。
本实施例包括彼此相对的印刷电路板1a和1b，包括一对模式布线20a和20b，以及包括初始化控制电路30。
初始化控制电路30给出共同的起始信号S3001，以致于印刷电路板1a和1b上的均衡参数设置电路130a和130b同时启动工作。位于印刷电路板1上的均衡发送电路110的前端提供经过选择器121的模式生成电路113。在均衡参数设置处理期间，选择器112选择模式形成电路113。这些模式生成电路产生具有1/2标志位的伪随机模式，或者产生类似于均衡参数设置处理期间模式的模式。接收端的电路将通过模式布线20传输的信号S1201分解成两部分，而且将它们分配给眼图张开度检测电路120和接收电路123。
在图14显示的同样结构中，根据初始化控制电路30的起始信号S3001，上述设置最佳均衡参数的程序步骤以同样方式的开始。在设置完成以后，均衡参数设置电路130将一个设置完成信号传送给初始化控制电路30，由此均衡参数的设置完成，而整个设备的初始化继续进行。第四实施例例如，假设每次当计数器的值向上从0到最大值N＝256时，执行100毫秒的采样过程，最佳均衡参数设置处理大约用30秒。当设备的电源关闭一次然后再打开时，为了避免重复同样设置处理，一次设置的均衡参数存储在印刷电路板中的非易失性存储器。这种结构显示在图15中。
在通过上述步骤完成最佳均衡参数设置之后，这些设置值存储在与均衡参数设置电路30连接的非易失性存贮器132中。
在设备电源打开之后初始均衡参数设置处理开始，首先，均衡参数设置电路130检查均衡参数是否放置在非易失性存贮器132中。如果没有，均衡参数设置电路130执行上述均衡参数设置处理。如果均衡参数是放置在非易失性存贮器132中，均衡参数设置电路130将一个设置完成信号发送给初始化控制电路30，而不执行上述均衡参数设置处理。
为了适应设备电源切断时模式布线20传输条件的变化(比如印刷电路板1的替换)和背板2上连接点的变化，除了最佳均衡参数之外，每个印刷电路板都有一个ID(标识符)编码，而非易失性存贮器132具有相对应的印刷电路板的ID编码和背板2上连接点(时隙数)的信息。然后，当电源再接通时，检查非易失性存贮器132中均衡参数的存在，而且检查相对应的印刷电路板的ID和时隙数。只有当证实不存在印刷电路板的结构与连接状态不一致时，省略均衡参数设置处理，而当存在不一致时，执行设置处理。第五实施例参考图16，将描述结合具有图15显示电路排列的单一集成电路芯片(IC)14组成的结构。该集成电路14将M个信道的低速并行信号时分多路复用为一个高速率信号信道。因此，它有一个M∶1的并串转换器141和一个M∶1的解串器142。第六实施例如图17所示，能够利用固定模式生成电路114(其输出两种类型固定模式)和幅度测量电路124分别地替代模式生成电路113(其输出伪随机模式)和上述电路结构的眼图张开度比检测电路120。
这种结构作为确定来自伪随机模式的眼图张开度比方法的一种替代者。
根据来自均衡参数设置电路130的控制信号S1303，模式生成电路114产生两种类型的固定模式，即模式A和模式B。模式A和B采用常规的具有1/2标记位的不同周期的形成持续模式的矩形波。模式A是对应于最大比特率的“010101...”。模式B是足够长周期模式，不受来自背板上线路高频分量衰减影响，而且低于或者等于相关传输信号元件的相同编码连续地强制检验。
用于测量接收波形幅度的电路124是由包含整流和平滑电路的已知的包络检波电路组成。
测量原理显示在图19中。在接收波形的高频分量(即，短周期模式)幅度等于波形的低频分量(即，长周期模式)幅度时，获得最佳眼图张开度。
根据利用短周期模式A和长周期模式B进行两次测量获得的Va(0)和Vb(0)，高频分量的衰减比率可以确定为Va(0)/Vb(0)。这就是，在传输波形的高频分量被加重到Va(0)/Vb(0)倍数时，可以在发送之后获得最佳眼图张开度发送。
测量步骤的过程显示在图18中。均衡参数设置为0，于是模式A被传送而不用进行传输均衡。然后，测量所接收波形的幅度Va(0)并且将其存储在存贮器131中。然后，利用相同传输设置来传送模式B，而且测量所接收波形的幅度Vb(0)，并且将其存储在存贮器131中。根据这个结果，通过如此设置均衡参数，以致于传输波形的Vs与Vc之间的关系变成Vs＝Vc×Va(0)/Vb(0)，完成最佳均衡参数的设置。
按照本实施例的测量方法，可以缩短设置最佳均衡参数所需要的时间。例如，当均衡参数的最大值N是256时，在第一实施例中测量必须重复256次。当一次测量时间周期T是100毫秒时，这大约花费30秒的时间。相反，在本实施例中，测量仅仅重复两次，因此可以获得明显的200毫秒的时间减少，与整个设备初始时间比较这是足够短。
如上所述，本发明可以为每个模式布线自动地检测和设置最佳均衡参数，因此减少已有技术中需要的工时以及减少调整时间。因此，不象已有技术中，鉴于背板上线路的长度，手动地为每个印刷电路板设置均衡参数，而用于生产设备的成本可以减少，而且可以获得设备价格的降低。
在结合几个实施例公开本发明的同时，对于那些技术精通的人来说，是很容易将本发明以各种其它方式付诸于实实施的。
权利要求
1.一种均衡器，其特征在于包括用于观测第一输入信号的第一特征参数的波形检测电路，均衡发送电路，它用于输出根据预定的均衡参数通过改变第二输入信号所获得均衡发送信号，以及用于根据第一特征参数来设置均衡参数的均衡参数设置电路，其中提供第一输入信号的传输线和输出均衡发送信号的传输线具有相互类似的传输特性。
2.根据权利利要求1所述的均衡器，其特征在于还包括一个初始化控制电路，其用于在预定的范围内扫描均衡参数。
3.根据权利利要求2所述的均衡器，其特征在于还包括一个存贮器，其用于储存扫描出的均衡参数与均衡参数之间的关系。
4.根据权利要求1所述的均衡器，其特征在于所述均衡发送电路对第二信号提供在预定截止频率或更高频率上衰减降低的预加重。
5.根据权利利要求4所述的均衡器，其特征在于所述均衡参数是截止频率。
6.根据权利利要求4所述的均衡器，其特征在于所述均衡参数是衰减变化率。
7.根据权利要求1所述的均衡器，其特征在于所述第一输入信号是二进制信号，以及第一特征参数是眼图的张开度比。
8.根据权利要求7所述的均衡器，其特征在于所述二进制信号包括一个伪随机模式。
9.根据权利要求7所述的均衡器，其特征在于所述二进制信号包括多个不同的固定模式。
10.一种均衡方法，其特征在于包括观测第一输入信号的第一特征参数的波形检测步骤，根据第一特征参数来设置均衡参数的均衡参数设置步骤，以及根据均衡参数改变第二输入信号的均衡发送步骤，其中第一和第二输入信号是通过具有相互类似传输特性的传输线输入。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于还包括在预定范围内扫描均衡参数的初始化控制步骤。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于还包括存储扫描均衡参数与所扫描出的均衡参数之间的关系的存储步骤。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于在均衡发送步骤中，将第二输入信号提供在预定截止频率或更高频率上衰减降低的预加重。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于所述均衡参数是截止频率。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于所述均衡参数是衰减变化率。
16.根据权利要求10所述的方法，其特征在于所述第一输入信号是二进制信号，以及第一特征参数是眼图的张开度比。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于所述二进制信号包括一个伪随机模式。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于所述二进制信号包括多个不同的固定模式。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于所述均衡参数设置步骤利用信号幅度与多个不同固定模式的比作为眼图张开比。
20.一种发射机，其特征在于包括第一发送-接收电路，第二发送-接收电路，以及与第一和第二发送-接收电路连接的第一传输线与第二传输线，其中第一和第二发送-接收电路具有权利要求1到9中任何一个所述的均衡器。
全文摘要
一种均衡器包括波形检测电路、均衡发送电路和均衡参数设置电路。波形检测电路观测第一输入信号的第一特征参数。均衡发送电路输出根据预定的均衡参数改变第二输入信号获得的均衡发送信号。均衡参数设置电路根据第一特征参数来设置均衡参数。提供第一输入信号的传输线和输出均衡发送信号的传输线具有相互类似的传输特性。
文档编号H04B3/14GK1469607SQ0314236
公开日2004年1月21日 申请日期2003年6月10日 优先权日2002年6月10日
发明者高桥成五 申请人:日本电气株式会社