用于高速通信信道的接收器的制作方法

1.公开内容的领域

本公开内容涉及一种接收器，更具体地，涉及一种用于从高速通信信道恢复数据的接收器。

2.对相关技术的描述

在高速通信系统中，发送装置通过高速通信信道向接收装置发送数据。接收装置从表示所发送的数据的通信信道接收模拟信道信号。信道信号可能受到信道损伤如插入损耗、串扰和光学色散的影响。为了解决这种损害，接收装置使用信号处理技术从信道信号中恢复数据。然而，使用传统的信号处理技术恢复数据可能消耗大量的功率，这在功率受限(例如，能量高效的数据中心或者在移动装置中)时是有问题的。

技术实现要素：

本公开内容的实施方式包括取决于信道信号的信号质量而以不同的信号处理模式操作的减小功耗的接收器。在一个实施方式中，公开了一种用于从通信信道的信道信号中恢复数据的接收器。该接收器包括量化电路，该量化电路用于生成与信道信号对应的量化码。第一判决电路在第一信号处理模式中基于信道信号的量化表示来恢复信道信号的数字数据。第二判决电路在第二信号处理模式中基于信道信号的量化表示来恢复信道信号的数字数据。控制器基于指示信道信号的信号质量的参数在第一信号处理模式与第二信号处理模式之间进行选择。

在本说明书中描述的特征和优点不全是包括性的，并且具体地，鉴于附图、说明书和权利要求书，许多附加的特征和优点对于本领域普通技术人员将是显而易见的。此外，应当注意，在说明书中使用的语言主要是为了可读性和指导目的而选择的，并且可能不是被选择以用于描述或限制本发明的主题。

附图说明

通过结合附图考虑以下详细描述，可以容易地理解本公开内容的实施方式的教导。

附图(图)1是根据实施方式的包括接收器的高速通信系统。

图2A是根据实施方式的简单判决电路的详细视图。

图2B是根据另一实施方式的简单判决电路的详细视图。

图3是根据实施方式的信号质量检测器的详细视图。

图4是根据另一实施方式的信号质量检测器的详细视图。

图5是根据实施方式的接收器中的操作方法的流程图。

图6是根据另一实施方式的包括接收器的高速通信系统。

具体实施方式

附图(图)和以下描述仅通过说明的方式涉及本公开内容的优选实施方式。现在将详细参考本公开内容的几个实施方式，在附图中示出了这些实施方式示例。注意，在可行的情况下，在附图中可以使用类似或相似的附图标记，并且类似或相似的附图标记可以指示类似或相似的功能。本领域普通技术人员从以下描述中将容易地认识到，在不脱离本文所描述的本公开内容的原理的情况下，可以采用本文所示的结构和方法的替代实施方式。

本公开内容的实施方式包括取决于所接收的信道信号的信号质量以不同的信号处理模式操作的减小功耗的接收器。信号处理模式可以包括高功率信号处理模式和低功率信号处理模式，在高功率信号处理模式期间高级信号处理功能被接通，在低功率信号处理模式期间高级信号处理功能被禁用。接收器取决于信道信号的信号质量在模式之间进行选择。

图1是根据实施方式的包括接收器10的高速通信系统。接收器10耦接至通信信道12，并且通过通信信道12从远程发射器(未示出)接收信道信号161。通信信道12例如可以是在计算背板中找到的承载单端信号或差分信号的铜通信信道。通信信道12例如还可以是承载光信号的光通信信道。

通过信道12接收的信道信号161表示由远程发送装置发送的数字数据。接收器10从信道信号161中恢复数字数据，并且生成表示信道信号161的估计数字值的数字数据输出152。在一些实施方式中，接收器10可以是较大装置的一部分如专用集成电路(ASIC)。如图所示，接收器10包括模拟前端160、量化电路101、代码转换电路160、信号质量检测器110、控制器120、简单判决电路130、高级判决电路140和多路复用器150。在一个实施方式中，这些部件中的每一个可以用硬件电路来实现。

模拟前端160使用模拟处理技术对信道信号161执行预处理以生成模拟输入信号162。模拟处理技术的示例包括增益调整、连续时间均衡滤波器或模拟有限脉冲响应均衡。模拟输入信号162具有通常与信道信号161的电平对应的模拟电压电平，并且可以包括由AFE引入的变化。由于信道损伤如插入损耗、串扰、符号间干扰和光学色散，信道信号161可能是非理想的，并且这些非理想性中的许多仍反映在模拟输入信号162中。在其他实施方式中，模拟前端160可以简单地为接收信道信号161的输入端子。

量化电路101将模拟输入信号162量化成量化数字输入码105。量化输入码105是k位数字值，该k位数字值是信道信号161(经由输入信号162)的样本的模拟信号电平的量化表示。量化将模拟电压四舍五入成几个可能的量化级中最接近的一个量化级。对输入信号162的不同样本执行量化，以生成一系列数字输入码104。量化电路101可以被视为将模拟电压转换成其最接近的数字值的模数转换器(ADC)。

量化电路101包括m个比较器102和代码转换电路160。比较器102中的每一个接收模拟输入信号162，并且将模拟输入信号162与相应的参考电压Vref_1至Vref_m进行比较。参考电压Vref的电压电平从Vref_1增加到Vref_m(例如，Vref_1具有最低电压电平，而Vref_m具有最高电压电平)。

比较器102的输出信号形成m位数字温度计码104(也称为一元编码)。作为简单示例，模拟输入信号162的电压电平可以被量化并且映射到4位温度计码104，如下：

·0V至0.1V→0000

·0.1V至0.2V→0001

·0.2V至0.3V→0011

·0.3V至0.4V→0111

·0.4V至0.5V→1111

该特定量化映射包括0.1V的量化步长。在其他实施方式中，量化步长的大小可以不同，并且可以有更大数目的量化级(例如64个量化级)。

然后，代码转换电路160对一系列温度计码104执行温度计到二进制转换，以生成一系列量化输入码105。代码转换级160包括将具有m位的温度计码104转换成具有k位的二进制码的组合逻辑。例如，组合逻辑可以将8位的温度计码00000011转换成3位的二进制码010。二进制码被用作量化输入码105。在其他实施方式中，在没有代码转换级160的情况下，温度计码104可以被用作量化输入码105。

简单判决电路130接收量化输入码105，并且从量化输入码105中恢复由信道信号161传送的数据。具体地，判决电路130关于量化输入码105表示哪个逻辑值(即0或1)做出判决。简单判决电路130然后输出表示由信道信号161传送的数据的估计逻辑值的数字数据132。简单判决电路140实现消耗非常少的功率并且能够考虑只有很小信道损伤的简单信号处理算法。简单判决电路130的示例是在从量化输入码105中恢复数据时考虑符号间干扰的自适应均衡器如判决反馈均衡器(DFE)。

类似地，高级判决电路140接收量化输入码105，并且从量化输入码105中恢复由信道信号161传送的数据。具体来说，高级判决电路140关于量化输入码105表示哪个逻辑值(即0或1)做出判决。然后，高级判决电路140输出指示由信道信号161传送的数据的估计逻辑值的数字数据142。

高级判决电路140通常实现高级信号处理算法，高级信号处理算法比简单判决电路130消耗更多的功率，但是在信道损伤严重并且信号质量低时，也能够恢复数据。在一个实施方式中，高级判决电路140包括接收量化输入码105并且应用高级数字信号处理技术以从量化输入码105中恢复数据的数字信号处理器(DSP)。这种算法的示例包括有限脉冲响应(FIR)滤波器、最大似然序列检测器(MLSD)(例如，维特比(Viterbi)解码器)或其他高级信号处理算法。

简单判决电路130和高级判决电路140是用于从量化输入码105中恢复数据的并行的和备选的路径。在一个实施方式中，数字数据132和数字数据142是一位二进制码(例如，0或1)。在其他实施方式中，数字数据132和数字数据142可以是多位二进制码。多路复用器150耦接至简单判决电路130和高级判决电路140的输出端。多路复用器150选择数字数据132或数字数据142作为最终数字数据输出152。多路复用器150取决于模式选择信号126的状态在数字数据132或数字数据142之间进行选择。

信号质量检测器110确定信道信号161的信号质量，并且生成指示信道信号161的信号质量的水平的信号质量参数112。如果存在严重信道损伤，则信号质量参数112可以指示信号质量低，并且如果不存在信道损伤，则信号质量参数112可以指示信号质量高。将参照图3和图4更详细地说明用于生成信号质量参数的技术。

控制器120接收信号质量参数112，并且使用信号质量参数112在简单判决电路130与高级判决电路140之间进行选择。具体地，控制器120将信号质量参数112与阈值信号质量水平进行比较。如果信号质量低于阈值(即，低信号质量)，则控制器120通过以下方式来以高功率信号处理模式操作接收器10：通过信号122关断简单判决电路130并且通过信号124接通高级判决电路140。控制器120还使用选择信号126来选择用于生成最终数字数据输出152的数字数据142。相反，如果信号质量高于阈值(即，高信号质量)，则控制器120通过接通简单判决电路130并且关断高级判决电路140，从而以低功率信号处理模式来操作接收器10。控制器120还选择用于生成最终数字数据输出152的数字数据132。

因此，控制器120以低功率信号处理模式或高功率信号处理模式来操作接收器10。在低功率模式中，当信号质量高时，因为不需要高级判决电路140，所以高级判决电路140被关断。在高功率模式中，当信号质量低时，因为简单判决电路130不能适当地恢复数据，所以高级判决电路140被接通。根据需要来选择性地操作高级判决电路140有助于在不影响接收器10的精度的情况下减少接收器10的总功耗。

在一个实施方式中，接通/关断电路可以包括启用或禁用电路、选通电路的时钟、从电路中移除电源、选通未使用的电路部分的电源或者减小功耗的接通/关断电路的其他技术。

另外，当信号质量高时，控制器120可以通过经由比较器启用信号128选择性地关断比较器102中的一些来进一步减小功耗。关断比较器102增加了量化步长的大小，并且降低了量化输入码105的分辨率。例如，如果存在64个比较器102，则可以关断比较器102中的一半，这导致只使用32个有效的比较器102。这节省了功率，但是也导致向简单判决电路130提供较不精确的代码105。然而，当信号质量高时，简单判决电路130可以仍然能够从较不精确的量化输入码105中恢复数据。

图2A是根据实施方式的简单判决电路130的详细视图。该简单判决电路130是反馈关于过去的数据判决的判决以影响关于未来数据判决的判决的DFE，这减少了ISI效应。简单判决电路130接收量化输入码105，其中y[t]表示在时间t处的量化输入码105。组合电路210组合量化输入码105与反馈值232。阈值电路220将组合器210的输出与阈值进行比较，并且输出具有取决于是否超过阈值的值的数字数据132。A[t]表示在时间t处的数字数据值132，其中A[t]可以是逻辑1或逻辑-1。

反馈环路生成反馈值232。数字数据值132被存储在寄存器R1中，在下一个采样时间处数字数据值132被传播到下一个寄存器R2。通过权重d₁对寄存器R1的值A[t-1]加权。通过权重d₁对寄存器R2的值A[t-2]加权。组合器230组合这两个加权值以形成反馈值232。

图2B是根据另一实施方式的简单判决电路130的详细视图。图2B的判决电路130是基于多路复用器的DFE，该判决电路130预计算所有可能的数据输出并且为数字数据值132选择正确的数据输出。图2B的多路复用器DFE具有比图2A的DFE更高的带宽，并且可以适用于更高速度的信道。

具体地，在时间t处的量化输入码105(即y[t])与权重d₁和d₂的不同可能性组合。阈值电路260将可能的组合与阈值进行比较，并且输出取决于是否超过阈值的数字值。多路复用器270从阈值电路260的四个可能输出中选择一个，以输出作为数字数据值A[t]。数字数据值A[t]被存储在寄存器R3中。寄存器R3的输出是数字数据值A[t-1]，A[t-1]被存储在寄存器R4中。数字数据值A[t-1]也被用作简单判决电路130的数字数据输出132。寄存器R3和R4的输出形成MUX选择信号，MUX 270使用该选择信号来从阈值电路260的四个可能输出中选择一个输出。

图3是根据实施方式的信号质量检测器110的详细视图。信号质量检测器110包括比较器410和裕量测量逻辑420。比较器420具有接收模拟输入信号162的正输入端和接收参考电压422的负输入端。模拟输入信号162与参考电压422进行比较。针对输入信号162的特定时间样本，扫描参考电压422直到比较器410的输出改变为止。然后将参考电压422的电平存储为模拟输入信号162的电平。该处理在一段时间内被重复许多次，以累积表示信道信号161的波形的数据。

裕量测量逻辑420然后测量来自所累积的数据的波形的垂直眼图张开度424。垂直眼图张开度424的大小对应于信道信号161的信号质量，并且作为信号质量参数112被输出。控制器120然后可以将垂直眼图张开度424与阈值进行比较，以确定使用判决电路130或140中的哪一个。

图4是根据另一实施方式的信号质量检测器110的详细视图。信号质量检测器110包括延迟先进先出(FIFO)电路450、理想波形发生器460、误差比较器470和均方误差估计器480。

延迟FIFO 450接收量化输入码105，并且将量化输入码105临时存储在FIFO队列中。在一些时间量之后，延迟FIFO 450输出量化输入码105的延迟版本452。

理想波形发生器460接收表示从信道信号161中恢复的数据的数字数据输出152。理想波形发生器460还接收描述通信信道12的特性的信道信息458。例如，所述特性可以是信道模型的一部分并且包括信道12的随时间的变化的采样脉冲响应。理想波形发生器使用数字输出152和信道信息458来重建理想信道波形。理想信道波形是当通过具有信道特性的信道12传送数据时信道信号161的理想形状。然后，理想波形发生器输出用于理想信道波形的理想波形数据462。

误差比较器470将延迟的输入码452(其表示实际信道波形)与理想波形数据462进行比较。误差比较器470输出表示由理想波形数据462表示的理想波形与由延迟数字输入码452表示的实际信道波形之间的差的误差信息472。

均方误差(MSE)估计器480在一段时间上累积误差信息472，并且计算所累积的误差信息的MSE。MSE表示信道信号161的理想波形与实际波形之间的统计偏差，并且提供信道信号161的信号质量的可靠指示。然后输出MSE作为信号质量参数112。

图5是根据实施方式的接收器10中的操作方法的流程图。在步骤510中，生成信号质量参数112。信号质量参数112指示信道信号161的信号质量。在步骤520中，将信号质量参数112与质量阈值水平进行比较。

在步骤530中，如果信号质量参数112低于质量阈值水平，则高级判决级140被选择并且被接通以处理量化输入码105。简单判决级130在不需要时被关断。这是高功率信号处理模式。

在步骤540中，如果信号质量参数112高于阈值，则高级判决级130被选择并且被接通以处理量化输入码105。高级判决级140在不需要时被关断。这是低功率信号处理模式。

在步骤550中，可以关断比较器102中的一些以进一步节省功率。在一个实施方式中，使用图5B所示的信号质量检测电路110来生成信号质量参数112。关断比较器102趋向于降低数字数据输出152的精度，这反映为较低的信号质量参数112。每当一些比较器102被关断时，分析信号质量参数112。附加的比较器102被关断，直到信号质量参数112下降到低于比较器减小阈值水平为止，该比较器减小阈值水平通常高于用于在不同功率信号处理模式之间进行选择的质量阈值水平。

图6是根据另一实施方式的包括接收器610的高速通信系统。接收器610类似于接收器10，但是现在包括数字有限脉冲响应(FIR)滤波器602。FIR滤波器620接收量化输入码105，并且生成滤波数字输入码604，滤波数字输入码604是对当前和过去的输入码105的加权求和。然后将滤波数字输入码604提供给简单判决电路130和高级判决电路140。

另外，在一个实施方式中，控制器102可以使用信号质量参数112来监视信道12中的故障。例如，控制器102可以将信号质量参数112与故障阈值进行比较。故障阈值被设置为极低，并且低于用于在不同的功率信号处理模式之间进行选择的质量阈值。该故障阈值仅在可能例如由光纤弯曲引起的完全信道故障12的情况下被触发。如果信号质量参数112下降到阈值以下并且发起故障恢复服务，则控制器102可以确定信道出了故障。

在一个实施方式中，接收器10或610或者接收器10或610内的部件的表示可以作为数据存储在非暂态计算机可读介质(例如，硬盘驱动器、快闪驱动器、光盘驱动器)中。这些表示可以是行为级、寄存器传送级、逻辑部件级、晶体管级和布局几何级描述。

在阅读本公开内容时，本领域普通技术人员仍将会理解通过本公开内容的公开原理的用于高速通信的接收器的另外的替代结构和功能设计。因此，尽管已经示出和描述了本公开内容的特定实施方式和应用，但是应当理解，本公开内容不限于本文公开的精确结构和部件。在不脱离如所附权利要求中限定的本公开内容的精神和范围的情况下，可以在本文公开的本公开内容的方法和装置的布置、操作和细节中进行对于本领域普通技术人员而言显而易见的各种修改、改变和变化。