专利名称：对具有反向信道通信的高速串行器/解串器使用频分复用的制作方法
对具有反向信道通信的高速串行器/解串器使用频分复用相关申请的交叉引用本申请涉及2009年8月17日提交的标题为"USING FREQUENCYDIVISIONAL MULTIPLEXING FOR A HIGH SPEEDSERIALIZER/DESERIALIZER WITH BACK CHANNELCOMMUNI CAT I ON “并在这里称为‘484申请的美国临时专利申请序列号 61/234，484 (律师签号SE-2465)。本申请由此要求美国临时专利申请号61/234，484的优 先权。‘484申请由此通过引用被并入。附图当鉴于实施方式的描述和下面的附图考虑时，本发明的实施方式将被更容易理解 且另外的优点及其使用更容易明显，其中
图1是实现双向通信的系统的一个实施方式的结构图。图2是用于双向通信的电路的一个实施方式的结构图。图3是使用频分复用的串行器/解串器的反向信道驱动器的实施方式的示意图。图4是在使用低通滤波器的串行器/解串器中的频分复用的电路的实施方式的示 意图。图5A是使用频分复用的双向通信系统的一个实施方式的结构图。图5B是通过图5A的系统传输的信号的一个实施方式的时序图。图6A是用于通过通信介质进行双向通信的方法600的一个实施方式的流程图。图6B和6C是用于操作串行器/解串器的方法的实施方式的流程图。根据常例，各种所述特征并不按比例绘制，而是被绘制成强调与本发明有关的特 征。参考符号在附图和正文中始终表示相似的元件。详细描述在下面的详细描述中，对形成其一部分且作为特定的例证性实施方式示出的附图 进行参考，在这些实施方式中可实践本发明。这些实施方式被足够详细地描述以使本领域 技术人员能够实践本发明，且应理解，可利用其它实施方式，以及可进行逻辑、机械和电子 变化而不偏离本发明的范围。因此下面的详细描述不在限制的意义上被理解。这里所述的实施方式公开了通过通信介质双向通信的串行器/解串器(SerDes)。 SerDes实现到通信介质的AD耦合和DC耦合。该SerDes电路使用通过AC耦合的前向信道 来传递高速数据并使用通过DC耦合的反向信道来传递低速数据。这个AC耦合的网络产生 用于高速前向数据传输的频带和用于低速反向数据传输的频带。在前向信道上的高速信号 和反向信道上的低速信号之间的频分复用(FDM)提供了反向信道能力。FDM将信号复用到 非重叠频带中，以便信号在通过相同的传输介质传输之后可恢复。该FDM解决方案允许发 送机和接收机为上行和下行传输提供连续的专用带宽。这里所述的实施方式解决现有串行 通信系统在前向信道和反向信道上同时发送数据方面所面临的限制。图1是实现双向通信的系统100的一个实施方式的结构图。系统100包括通过第 一 SerDes 108耦合到通信介质106的第一电路102和通过第二 SerDes 110耦合到通信介 质106的第二电路104。通信介质106作为第一和第二电路102和104之间的传输线起作用。通信介质106的实施方式包括有线链路例如电缆(例如，挠性扁平电缆)、电路板迹线、 双绞线或其它通信介质。第一和第二电路102和104之间的通信在这个共享通信介质106 上是双向的。串行器/解串器108和110中的每个以两种方式耦合到通信介质106以实现双向 通信。首先，SerDes 108和110中的每个使用终端电阻器和耦合电容器被AC耦合到通信介 质106，以建立用于从第一电路102到第二电路104的通信的前向信道120。前向路径120 一般传输较高速的通信，例如在视频源和视频显示屏之间的视频数据。AC耦合电容器和终 端电阻器产生AC耦合网络，其隔离将在较高的频带内传递的信号。其次，串行器/解串器108和110中的每个被直接DC耦合到通信介质106，以建立 用于将数据从第二电路104传递到第一电路102的反向信道122。该反向信道122 —般传 输较低速的信号，例如控制信息或DC功率信号。第一电路102通过并行接口耦合到SerDes 108。SerDes 108在通过通信介质106 的前向信道120发送数据之前串行化从第一电路102接收的数据。串行化高速并行数据信 号导致高频串行数据信号。串行数据信号的实施方式包含嵌入式时钟信号。串行数据信号 的其它实施方式包括转换成高频包的低速数据信号(例如，控制信号)。除了数据信号信息 以外，高频包包括控制位(例如，速度位)，其向接收机(例如，SerDes 110)指示将高频包 解释为低速信号。当从前向信道120接收到高频数据信号时，SerDes 110使信号解串并向第二电路 104提供解串的信号。SerDes 110 —般从第二电路104接收低速信号。类似地，SerDes 110 串行化来自第二电路104的低速数据信号，之后，在反向信道122上通过通信介质106发送 信号。串行化低速数据信号导致低频数据信号。随后，SerDes 108使它在反向路径122上 接收的数据解串。该频分复用(FDM)方法实现通过通信介质106的双向通信。也就是说，SerDes 108 和SerDes 110同时分别在前向信道120和反向信道122上发送数据，而没有实质的干扰。 在前向信道120上发送的高速信号在第一频带内，而在反向信道122上发送的低速信号在 第二频带内。在一个实施方式中，第二频带不与第一频带重叠。图2是用于双向通信的电路200的一个实施方式的结构图。第一 SerDes 208在 前向信道220上通过通信介质206将数据发送到第二 SerDeS210。SerDes 210在反向信道 222上通过通信介质206发送数据。SerDes 210也称为高速数据接收机，因为它从SerDes 208接收高速数据。SerDes 210使用电感模拟器作为反向信道驱动器201-B，以限制在反向 信道122上的通信。用于限制在反向信道122上的通信的其它技术被设想。SerDes 208包括前向信道驱动器202-A、具有电阻Rt的终端电阻器203-A、以及接 收机201-A。SerDes 208在输入207-A并在输出207-B处耦合到通信介质206。输出207-B 将终端电阻器203-A连接到AC耦合电容器214-A的第一侧。AC耦合电容器214-A连同终 端电阻器203-A—起产生高通传递函数。AC耦合网络阻挡低频信道，因此，SerDes 208可 只将高频信道发送到通信介质206上。输入207-A将接收机201-A的输入连接到AC耦合 电容器214-A的第二侧。这形成绕过AC耦合电容器的DC耦合，并形成反向信道222的一 部分。DC耦合使接收机201-A能够从SerDedlO接收低频信号。SerDes 210包括反向信道驱动器201-B、具有电阻Rt的终端电阻器203-B、以及接收机202-B。SerDes 210在输入209-A处耦合到通信介质206。输入209-A将终端电阻器 203-B连接到AC耦合电容器214-B的第一侧。AC电容器214-B连同终端电阻器203-B — 起也产生允许高频信号通过的高通传递函数。SerDes 210在输出209-B处DC耦合到通信介质206。输出209-B将反向信道驱 动器201-B的输出连接到AC耦合电容器214-B的第二侧，以产生反向信道222。AC耦合电容器214-A和214-B使电路200能够利用频分复用，这实现在通信介质 206上的双向通信。前向信道220通过AC耦合电容器214-A传递由前向信道驱动器202-A 输出的相对高频的信号，这些信号通过通信介质206传输并通过AC耦合电容器214-B传 递，以被接收机202-B接收。在反向信道222上，反向信道驱动器201-B传递相对低频的信 号，这些信号通过DC耦合绕过AC耦合电容器214-B，通过通信介质206传输，绕过AC耦合 电容器214-A，并通过DC耦合由接收机201-A接收。例如与通信介质206的高速串行链路的信号的完整性受到由于沿着信号路径的 阻抗失配而产生同的反射、来自底板材料的信号衰减、归因于串扰和符号间干扰而导致增 加的噪声的影响。信号完整性以不同的方法提高。例如，终端电阻器203-A和203-B减少 了在通信介质206上的有害的反射，并提高了信号的质量。在电路200的其它实施方式中， 终端电阻器203-A和203-B分别放置在SerDes 208和210的外部。在又一些其它实施方 式中，终端电阻器203-A的电阻大约等于终端电阻器203-B的电阻。在电路200的另外的 实施方式中，终端电阻器203-A的电阻不等于终端电阻器203-B的电阻。在前向信道220上的数据传输率一般高于在反向信道222上的传输率。电路200 的示例性数据传输率包括在前向信道220上的大约100Mb/S到1600Mb/s和在反向信道222 上的大约IMb/s ；然而，电路200的其它实施方式使用不同的数据率。电路200的实施方式 包括在反向信道222上的信号到低频带的功率频谱密度(PSD)，以便维持前向信道220的信 号质量。降低反向信道122的带宽也增加了前向信道120上的信号完整性，例如，通过降低 抖动(Tj)。抖动与AC耦合网络的-3dB截止频率成比例。前向信道120中的抖动可被得到 为
权利要求
1.一种系统，包括第一电子设备；第二电子设备；第一串行器/解串器，其包括前向信道驱动器，其中所述第一串行器/解串器耦合到所 述第一电子设备；第二串行器/解串器，其包括反向信道驱动器，其中所述第二串行器/解串器耦合到所 述第二电子设备；通信介质，其耦合在所述第一串行器/解串器和所述第二串行器/解串器之间；以及其中所述第一串行器/解串器和所述第二串行器/解串器AC耦合到所述通信介质以 提供高频前向信道，并DC耦合到所述通信介质以提供低频反向信道。
2.如权利要求1所述的系统，还包括第一 AC耦合电容器，其将所述第一串行器/解串器耦合到所述通信介质；以及第二 AC耦合电容器，其将所述第二串行器/解串器耦合到所述通信介质。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述反向信道驱动器包括电感模拟器。
4.如权利要求3所述的系统，其中所述电感模拟器在高频时有高阻抗而在低频时有低 阻抗。
5.如权利要求3所述的系统，其中所述电感模拟器包括至少一个跨导放大器。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述第二串行器/解串器还包括低通滤波器，其中所 述低通滤波器作为预驱动器起作用。
7.如权利要求1所述的系统，其中第一频带的带宽大于或等于频率极点，而第二频带 的带宽小于或等于频率零点。
8.如权利要求1所述的系统，其中所述通信介质是线缆、电路板迹线和双绞线之一。
9.如权利要求1所述的系统，还包括其中所述第一电子设备是主处理器，其中所述主处理器通过所述前向信道向所述第一 串行器/解串器提供高速图形信号；以及其中所述第二电子设备是显示设备，其中所述显示设备通过所述反向信道向所述第二 串行器/解串器提供确认信号。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述第一串行器/解串器以具有速度控制位的高频 信号包向所述第二串行器/解串器发送低速信号。
11.如权利要求1所述的系统，其中所述第二串行器/解串器包括具有可调节的振幅和 相位的滤波器，其中所述滤波器抵消所测量的回声路径。
12.如权利要求1所述的系统，其中所述第二串行器/解串器通过所述反向信道将DC 功率信号发送到所述第一串行器/解串器。
13.如权利要求1所述的系统，其中所述第一电子设备和所述第二电子设备实现I2C协议。
14.一种串行器/解串器，包括前向信道驱动器，其配置成从电路接收数据信号，其中所述前向信道驱动器通过通信 介质的前向信道发送所述数据信号；终端电阻器，其耦合到所述前向信道驱动器，其中所述终端电阻器配置成通过AC耦合电容器AC耦合到所述通信介质；以及接收机，其用于接收反向信道通信，其中所述接收机配置成DC耦合到所述通信介质。
15.如权利要求14所述的串行器/解串器，还包括 其中所述数据信号是低速数据信号；以及其中所述串行器/解串器配置成将所述低速数据信号打包成高频数据包并通过所述 通信介质发送所述高频数据包。
16.一种串行器/解串器，包括反向信道驱动器，其配置成通过通信介质的反向信道发送数据，其中所述反向信道驱 动器配置成DC耦合到所述通信介质；接收机，其用于从所述通信介质的前向信道接收通信，其中所述接收机配置成AC耦合 到所述通信介质；以及终端电阻器，其耦合到所述接收机。
17.如权利要求16所述的串行器/解串器，其中所述反向信道驱动器是电感模拟器。
18.如权利要求17所述的串行器/解串器，其中所述电感模拟器包括背对背和并联配 置的至少两个Gm积分器。
19.如权利要求17所述的串行器/解串器，其中所述电感模拟器的阻抗在低频时低而 在高频时高。
20.如权利要求16所述的串行器/解串器，还包括低通滤波器，其中所述低通滤波器作为预驱动器起作用并耦合到所述反向信道驱动器 的输入。
21.如权利要求16所述的串行器/解串器，还包括低频串扰消除器。
22.—种操作串行器/解串器的方法，包括 接收数据信号；通过AC耦合传递所述数据信号用于在通信介质的前向信道上传输；以及 通过到所述通信介质的DC耦合接收在所述通信介质的反向信道上的低速数据信号。
23.如权利要求22所述的方法，还包括将所述数据信号串行化成高频信号，其中所述高频信号的频率在第一频带内；以及 其中所述低速数据信号具有在第二频带内的频率，其中所述第二频带低于所述第一频带ο
24.如权利要求22所述的方法，其中所述数据信号包括低速数据信号和低速指示符。
25.一种操作串行器/解串器的方法，包括在接收机从通信介质的前向信道接收高速数据信号，其中所述接收机在所述串行器/解串器的输入处AC耦合到所述通信介质；以及使用反向信道驱动器通过所述通信介质的反向信道发送低速数据信号，其中所述反向 信道驱动器在所述串行器/解串器的输出处DC耦合到所述通信介质。
26.如权利要求25所述的方法，还包括从电子设备接收数据信号用于在所述反向信道上发送；当所述数据信号的频率低于预定频率时通过所述反向信道驱动器传递所述数据信号；以及当所述数据信号的频率高于所述预定频率时阻止所述数据信号通过所述通信介质发送。
27.一种用于通过通信介质双向通信的方法，包括通过通信介质的前向信道从第一串行器/解串器发送高速数据信号，其中所述第一串 行器/解串器的前向信道驱动器AC耦合到所述通信介质；在第二串行器/解串器的接收机处接收所述高速数据信号，其中所述第二串行器/解 串器的所述接收机AC耦合到所述通信介质；通过所述第二串行器/解串器的反向信道驱动器传递低速数据信号； 通过所述通信介质的反向信道从所述反向信道驱动器发送所述低速数据信号，其中所 述反向信道驱动器DC耦合到所述通信介质；以及在所述第一串行器/解串器的接收机处接收所述低速数据信号，其中所述第一串行器 /解串器的所述接收机DC耦合到所述通信介质。
28.如权利要求27所述的方法，还包括使用低通滤波器对所述第二串行器/解串器的输出滤波以产生低频包络；以及 将所述低频包络从所述第二串行器/解串器的输入减去。
29.—种通信方法，包括将第一数据信号从第一电子设备发送到第一串行器/解串器； 在所述第一串行器/解串器处串行化所述第一数据信号，其中串行化的第一数据信号 的频率在第一频带内；通过所述第一串行器/解串器对通信介质的AC耦合发送所述串行化的第一数据信号， 其中所述AC耦合在所述通信介质上产生前向信道；在第二串行器/解串器处接收所述串行化的第一数据信号，其中所述第二串行器/解 串器AC耦合到所述通信介质；将第二数据信号从第二电子设备发送到所述第二串行器/解串器； 当所述第二数据信号的频率在第二频带内时通过所述第二串行器/解串器的反向信 道驱动器传递所述第二数据信号，其中所述第二频带低于所述第一频带；通过所述第二串行器/解串器对所述通信介质的DC耦合发送所述第二数据信号，其中 所述DC耦合在所述通信介质上产生反向信道；以及在所述第一串行器/解串器处接收所述第二数据信号，其中所述第一串行器/解串器 DC耦合到所述通信介质。
30.如权利要求29所述的方法，包括在所述第二串行器/解串器处使所述第一数据信号解串；以及将解串的第一数据信号从所述第二串行器/解串器转发到所述第二电子设备。
全文摘要
提供了包括耦合到第一电子设备的第一串行器/解串器和耦合到第二电子设备的第二串行器/解串器的系统。第一串行器/解串器包括前向信道驱动器，而第二串行器/解串器包括反向信道驱动器。通信介质耦合在第一和第二串行器/解串器之间，且第一和第二串行器/解串器AC耦合到通信介质以提供高频前向信道，并DC耦合到通信介质以提供低频反向信道。
文档编号H04L5/00GK101997667SQ20101025893
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月16日 优先权日2009年8月17日
发明者P·塔, 王炜 申请人:英特赛尔美国股份有限公司