以太网络物理层收发器及其增益选择方法与时脉选择方法

摘要

本发明提供一种可以至少同时支持100BASE-TX与10BASE-T规格的以太网络物理层收发器及其增益选择方法与时脉选择方法。以太网络物理层收发器具有100BASE-TX与10BASE-T规格的收发器共用一个N-比特模拟数字转换器与可编程增益放大器。除此之外，10BASE-T规格的收发器使用数字电路实现，因此，本发明提供的以太网络物理层收发器具有低设计复杂度与低芯片面积等优点。

说明书

技术领域

本发明是有关于一种以太网络(Ethernet)，且特别是有关于一种以太网络物 理层(Physical，PHY)收发器及其增益选择方法与时脉选择方法。

背景技术

目前以太网络已经广泛地被人们使用，以太网络目前规范了四种不同的传 输速率，分别是100亿比特传输率、10亿比特传输率、1亿比特传输率与1000 万比特传输率，其中10GBASE-T规格的以太网络规格使用100亿比特传输率， 1000BASE规格的以太网络规格使用10亿比特传输率，100BASE-TX与 100BASE-FX规格的以太网络规格使用1亿比特传输率，而10BASE-T规格的 以太网络使用1000万比特传输率。

目前，支持10BASE-T规格的接收器都是使用模拟电路来实现。对于需要 同时支持100BASE-TX与10BASE-T规格的以太网络物理层收发器而言，通常 都会将100BASE-TX与10BASE-T规格的收发器分开设计。上述的作法是将 10BASE-T规格的接收器以模拟电路实现，因此对需要同时支持100BASE-TX 与10BASE-T规格的以太网络物理层收发器而言，其设计复杂度与芯片面积依 然无法有效地减少。

发明内容

本发明提供一种以太网络物理层收发器，其包括规格收发器、锁相回路、 至少一可编程增益放大器、至少一N-比特模拟数字转换器与时脉选择器。规格 收发器具有一100BASE-TX/FX规格收发器与一10BASE-T规格收发器，其中 100BASE-TX/FX规格收发器具有100BASE-TX规格数字信号处理核心，而 10BASE-T规格收发器具有10BASE-T规格数字信号处理核心。锁相回路提供 适用于100BASE-TX规格的传输的第一时脉，第一时脉为多相位时脉，锁相回 路还提供适用于10BASE-T规格的传输的第二时脉。所述至少一可编程增益放 大器依照其增益对接收信号进行放大，其中在自动沟通机制中，所述增益为根 据自动沟通的所处状态而设定的。至少一N-比特模拟数字转换器依照取样时脉 对放大后的接收信号进行取样，并且量化取样后的接收信号，以将模拟的接收 信号转换为数字的接收信号，并将数字的接收信号送给10BASE-T规格数字信 号处理核心与100BASE-TX规格数字信号处理核心。时脉选择器，在根据自动 沟通机制判断连接类型之后，根据所述连接类型选择第一时脉或第二时脉作为 所述N-比特模拟数字转换器的取样时脉，所述连接类型为100BASE-TX或 10BASE-T规格的连接。

本发明提供一种用于以太网络物理层收发器的增益选择方法，以太网络物 理层收发器至少同时支持10BASE-T与100BASE-TX规格的传输。所述增益选 择方法包括：依照自动沟通结果判断连接类型为100BASE-TX或10BASE-T规 格的连接；若所述连接类型为100BASE-TX规格的连接，则致能100BASE-TX 规格收发器，且自动增益控制器将检测数字的接收信号，且据此产生增益控制 信号控制所述可编程增益放大器的增益，以使所述可编程增益放大器的增益被 设为最佳的增益强度；以及若所述连接类型为10BASE-T规格的连接，则设定 固定的增益给所述可编程增益放大器。

本发明提供一种用于以太网络物理层收发器的时脉选择方法，以太网络物 理层收发器至少同时支持10BASE-T与100BASE-TX规格的传输。所述时脉选 择方法包括：初始化N-比特模拟数字转换器的取样时脉为第一时脉，所述第一 时脉适用于所述100BASE-TX规格的传输，且所述第一时脉为多相位时脉；根 据自动沟通结果判断连接类型为10BASE-T或100BASE-TX规格的连接；若所 述连接类型为10BASE-T规格的连接，则选择第二时脉作为所述N-比特模拟数 字转换器的取样时脉，所述第二时脉适用于所述10BASE-T规格的传输；以及 若所述连接类型为100BASE-TX规格的连接，则选择所述第一时脉作为N-比 特模拟数字转换器的取样时脉。

基于上述，本发明提供一种可以至少同时支持100BASE-TX与10BASE-T 规格的以太网络物理层收发器，不像传统的以太网络物理层收发器需要将 10BASE-T规格收发器以模拟电路实现，本发明可以使用全数字电路来实现至 少同时支持100BASE-TX与10BASE-T规格的以太网络物理层收发器。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发 明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1是本发明实施例所提供的一种至少同时支持100BASE-TX与 10BASE-T规格的以太网络物理层收发器的方块图。

图2A是本发明另一个实施例所提供的一种至少同时支持100BASE-TX与 10BASE-T规格的以太网络物理层收发器的方块图。

图2B是本发明实施例所提供的一种多相位锁相回路单元的方块图。

图3是本发明实施例所提供的一种至少同时支持10G/1000BASE-T、 100BASE-TX与10BASE-T规格的以太网络物理层收发器的方块图。

图4A是本发明实施例所提供的用于以太网络物理层收发器的增益选择方 法的流程图。

图4B是本发明实施例所提供用于以太网络物理层收发器的设定可编程化 增益放大器的控制方法的流程图。

图4C是本发明实施例所提供用于以太网络物理层收发器在自动沟通过程 中设定可编程化增益放大器的控制方法的流程图。

图4D是本发明的另一实施例所提供的用于以太网络物理层收发器的增益 选择方法的流程图。

图5是本发明实施例所提供的用于以太网络物理层收发器的时脉选择方法 的流程图。

图6是本发明实施例所提供的用于以太网络物理层收发器的时脉选择方法 的流程图。

主要元件符号说明：

1：以太网络物理层收发器

100：媒介存取控制层控制器

101：规格收发器

102、103：锁相回路

104：时脉选择器

105：N-比特模拟数字转换器

106：可编程增益放大器

107：发射驱动器

108：媒介依存接口

109：RJ-45端口

110：10BASE-T规格收发器

111：物理码子层电路

112：物理媒介接触电路

113：100BASE-TX规格数字信号处理核心

114：100BASE-TX规格发射器114

115：物理层传信电路

116：物理媒介接触电路

117：10BASE-T规格数字信号处理核心

118：10BASE-T规格发射器

120：100BASE-TX/FX规格收发器

2：以太网络物理层收发器

200：寄存器模块

201：连接脉冲检测电路

202：信号检测电路

203、204：锁相回路

205：自动沟通(auto-negotiation)电路

206：有限状态机

207：100BASE-TX规格发射器

208：10BASE-T规格发射器

209：发射驱动器

210：模拟数字转换器取样时脉多工器

211：RJ-45端口

212、218：物理媒介依附电路

213：解扰码器

214：多位准传输-3解码器

215：数字信号处理单元

216：N-比特模拟数字转换器

217：可编程增益放大器

219：时脉恢复电路

220：数字抑制滤波器

221：数字接收滤波器

250：锁相回路

260：信号处理电路

3：以太网络物理层收发器包括

300：MAC控制器

301：100BASE-TX/FX规格收发器

302、303、341：锁相回路

304：时脉选择器

305：N-比特模拟数字转换模块

306：可编程增益放大模块

307：发射驱动模块

309：混合端口

342：切换器

311：PCS电路

312：PMA电路

313：100BASE-TX规格数字信号处理核心

314：100BASE-TX规格收发器

310：10BASE-T规格收发器

315：物理层传信电路

316：物理媒介接触电路

317：10BASE-T规格数字处理核心

318：10BASE-T规格发射器318

320：1000BASE-T规格收发器

321：物理码子层电路

322：物理媒介接触电路

324：1000BASE-T规格发射器

323：1000BASE-T规格数字信号处理核心

325：数字模拟转换模块

330：10GBASE-T规格收发器

331：PCS电路

332：PMA电路

334：10GBASE-T规格发射器

333：10GBASE-T规格数字信号处理核心

335：数字模拟转换模块

420：设定PGA的控制方法

430：在自动沟通过程中设定PGA的控制方法

OS：高频信号

OS1～OSn：其他频率信号

S400～S418：步骤

S421～S428：步骤

S431～S437：步骤

S441～S452：步骤

S500～S513：步骤

S600～S617：步骤

具体实施方式

请参照图1，图1是本发明实施例所提供的一种至少同时支持100BASE-TX 与10BASE-T规格的以太网络物理层收发器的方块图。以太网络物理层收发器 1包括了媒介存取控制层(Medium Access Control，MAC)控制器100、规格收发 器101、锁相回路(Phase Lock Loop，PLL)102、103、时脉选择器104、N-比特 模拟数字转换器(N-bits Analog-to-Digital Converter，N-bits ADC)105、可编程增 益放大器(Programmable Gain Amplifier，PGA)106、发射驱动器107、媒介依存 接口(Medium Dependent Interface，MDI)108与RJ-45端口109。

规格收发器101具有10BASE-T规格收发器110以及100BASE-TX/FX规 格收发器120，而能够同时支持100BASE-TX/FX规格与10BASE-T规格的网络。 100BASE-TX/FX规格收发器120包括物理码子层(Physical Code Sublayer，PCS) 电路111、物理媒介接触(Physical Medium Attachment，PMA)电路112、 100BASE-TX规格数字信号处理核心(Digital Signal Processing Core，DSP  Core)113与100BASE-TX规格发射器114，其中100BASE-TX规格数字信号处 理核心113包括自动增益控制器(Auto-Gain Controller，AGC)、直流消除(direct  current offset cancellation，DCC)电路、时脉恢复(clock recovery)电路、均衡 (equalization)电路、基线飘移(BLW)消除电路、MLT-3译码电路与解扰码电路 (de-scrambler)。换言之，100BASE-TX规格数字信号处理核心113本身为 100BASE-TX规格的物理媒介依附(Physical Medium Dependent，PMD)电路。 10BASE-T规格收发器110包括物理层传信(Physical Layer Signaling，PLS)电路 115、物理媒介接触电路116、10BASE-T规格数字信号处理核心117与 10BASE-T规格发射器118，其中10BASE-T规格数字信号处理核心117包括直 流消除(direct DCC)电路、抑制滤波器(squelch filter)、接收滤波器(receiving filter) 与时脉恢复电路(clock recovery)。换言之，10BASE-T规格数字信号处理核心 117本身为10BASE-T规格的物理媒介依附电路。

媒介存取控制层控制器100与规格收发器101之间具有媒介独立接口 (Medium Independent Interface，MII)或简化媒介独立接口(Reduced MII)，RJ-45 端口109与媒介依存接口108之间使用对绞线连接，且可能会使用转换比率为 1∶1的线圈作为隔离装置。在实施例中，接收信号包括正极接收信号RX+与负 极接收信号RX-，另外，发射信号亦包括正极发射信号TX+与负极发射信号 TX-。接收信号在经过物理媒介接触电路112或116之后，会变成数字接收信 号RXD<3:0>，其中数字接收信号RXD<3:0>具有4个比特。数字发射信号 TXD<3:0>在经过物理媒介接触电路112或116之后，会变成发射信号，其中数 字发射信号TXD<3:0>具有4个比特。

在这个实施例中，100BASE-TX规格数字信号处理核心113与10BASE-T 规格数字信号处理核心117共同使用N-比特模拟数字转换器105与可编程增益 放大器106。锁相回路102是设计给100BASE-TX规格的传输使用，因此会产 生约为1.25亿赫兹的恢复的时脉(recovered clock)。另外，锁相回路102还接收 来自于100BASE-TX/FX规格收发器101所产生的时脉相位偏移(clock phase  offset)。锁相回路103是设计给10BASE-T规格的传输使用，因此会产生约为1 亿赫兹(或6000万赫兹)的时脉。

频率选择器104依照目前的传输模式，来决定输出至N-比特模拟数字转换 器105的取样时脉。若传输模式为10BASE-T规格的传输，则时脉选择器104 输出锁相回路103所产生的时脉(约为1亿赫兹)作为N-比特模拟数字转换器 105的取样时脉；若传输模式为100BASE-TX规格的传输，则时脉选择器104 输出锁相回路102所产生的时脉(约为1.25亿赫兹)作为N-比特模拟数字转换器 105的取样时脉。

可编程增益放大器106接收增益初始化信号PGA_INI，以初始化其增益。 可编程增益放大器106还接收来自于自动增益控制器的增益控制信号 PGA<X:0>，以控制其增益，其中增益控制信号PGA<X:0>具有X+1个比特， 这些X+1个比特可用来指示可编程增益放大器106的增益大小。因为10BASE-T 规格与100BASE-TX规格的差动信号强度有所不同，因此必须针对不同的传输 模式对可编程增益放大器106设定不同的增益。举例来说，10BASE-T规格的 传输模式下，差动信号的峰值振幅可达5伏特，然而，100BASE-TX规格的传 输模式下，差动信号的峰值振幅则仅可达2伏特。

接着，请参照图2A，图2A是本发明另一个实施例所提供的一种至少同时 支持100BASE-TX与10BASE-T规格的以太网络物理层收发器的方块图。图2A 的以太网络物理层收发器2基本上可以是图1的以太网络物理层收发器1的细 部电路图，只是图2A省却了媒介依存接口、媒介存取控制层控制器、物理码 子层电路与物理层传信电路等。

以太网络物理层收发器2包括寄存器模块200、连接脉冲检测电路201、 信号检测电路202、锁相回路203、204、自动沟通(auto-negotiation)电路205、 有限状态机(Finite State Machine，FSM)206(作为物理层控制器使用)、 100BASE-TX规格发射器207、10BASE-T规格发射器208、发射驱动器209、 模拟数字转换器取样时脉多工器210、RJ-45端口211、物理媒介依附电路212、 218、解扰码器(de-scrambler)213、多位准传输-3(Multi-Level Transmission-3， MLT-3)解码器214、数字信号处理单元215、N-比特模拟数字转换器216、可 编程增益放大器217、时脉恢复电路219、数字抑制滤波器220与数字接收滤 波器221。

发射驱动器209会将100BASE-TX规格发射器207或10BASE-T规格发射 器208所要发送的信号送至RJ-45端口211。依照以太网络物理层收发器2的 所检测到的连接类型，或者依照其他判断连接类型的方式，100BASE-TX规格 发射器207与10BASE-T规格发射器208仅有其中之一会被致能，其中于此实 施例中，连接类型可能为100BASE-TX规格或10BASE-T规格的连接。

RJ-45端口211会将接收的信号送至可编程增益放大器217，可编程增益 放大器217会将接收的信号放大，并送给N-比特模拟数字转换器216进行取样 与量化。可编程增益放大器217的增益与连接类型相关，可编程增益放大器217 接收增益初始化信号PGA_INI，以初始化其增益，除此之外还接收来自于自动 增益控制器的增益控制信号PGA<X:0>，以动态地调整其增益大小，以满足N- 比特模拟数字转换器216的全尺度(full scale)要求。

在此实施例中，时脉选择器使用模拟数字转换器取样时脉多工器210来实 现。模拟数字转换器取样时脉多工器210接收来自于锁相回路203与204所输 出的时脉，并且依照时脉选择信号ADC_CLK_SEL来选择其中之一作为N-比 特模拟数字转换器216的取样时脉，其中锁相回路203被设计来提供多相位(8～ 16个相位)时脉给100BASE-TX规格的传输使用，锁相回路204被设计来提供 时脉给10BASE-T规格的传输使用，且时脉选择信号ADC_CLK_SEL的产生与 连接类型相关。锁相回路203所产生的多相位时脉的频率为1亿2500万赫兹， 锁相回路204的时脉的频率为1亿赫兹。

数字接收滤波器221、数字抑制滤波器220与时脉恢复电路219为图1的 10BASE-T规格数字处理核心117的部分元件，且仅有在连接类型为10BASE-T 规格的连接时，才会被致能。数字接收滤波器221用以接收经过取样与量化后 的接收信号ADC_OUT<N-1:0>，并且对接收信号ADC_OUT<N-1:0>进行低通 滤波。数字抑制滤波器220则对经过低通滤波的接收信号ADC_OUT<N-1:0> 进行噪声抑制滤波，并且将经过抑制滤波的接收信号ADC_OUT<N-1:0>送给时 脉恢复电路219，以使时脉恢复电路219可以调整锁相回路204输出属于 10BASE-T规格的连接的恢复时脉。

数字信号处理单元215、MLT-3解码器214与解扰码器213为图1的 100BASE-TX规格数字信号处理核心113的部分元件，且仅有在连接类型为 100BASE-TX规格的连接时，才会被致能。100BASE-TX规格数字信号处理核 心113会接收信号ADC_OUT<N-1:0>，并且依据信号ADC<N-1:0>产生增益控 制信号PGA<X:0>，以动态地控制可编程增益放大器217，进而满足N-比特模 拟数字转换器216的全尺度要求。换言之，数字信号处理单元215具有自动增 益控制(Auto-Gain Control，AGC)的功能。数字信号处理单元215还会对信号 ADC_OUT<N-1:0>进行时脉恢复，以产生时脉相位偏移来调整锁相回路203所 输出的多相位时脉。除此之外，数字信号处理单元215还对信号 ADC_OUT<N-1:0>进行均衡、基线飘移(base line wander，BLW)消除。MLT-3 解码器214则是对经过数字信号处理单元215所处理的信号ADC_OUT<N-1:0> 进行MLT-3解码，并将解码结果送给解扰码器213。

信号检测电路202、连接脉冲检测电路201、寄存器组200、自动沟通电路 205与有限状态机206作为以太网络物理层收发器2的控制电路。信号检测电 路202用以检测信号ADC_OUT<N-1:0>，并依照信号ADC_OUT<N-1:0>以判 断是否接收到有效信号。寄存器模块200用以暂存10BASE-T与100BASE-TX 规格的连接所要使用的参数，以借此依照连接类型提供各参数给对应的元件使 用。连接脉冲检测电路201用以检测信号ADC_OUT<N-1:0>，并据此输出连接 脉冲给自动沟通电路205。自动沟通电路205透过自动沟通的方式，来判断目 前的连接类型。有限状态机206根据自动沟通电路206的判断结果，来决定时 脉选择信号ADC_CLK_SEL与增益初始化信号PGA_INI。

举例来说，若连接类型属于10BASE-T规格的连接，则时脉选择信号 ADC_CLK_SEL控制模拟数字转换器取样时脉多工器210选择锁相回路204所 输出的恢复时脉，并把选择的时脉送给N-比特模拟数字转换器216，除此之外， 有限状态机206所产生的增益初始化信号PGA_INI会将可编程增益放大器217 的增益设定为固定的增益。若连接类型属于100BASE-TX规格的连接，则时脉 选择信号ADC_CLK_SEL控制模拟数字转换器取样时脉多工器210选择锁相回 路203所输出的多相位时脉，并把选择的时脉送给N-比特模拟数字转换器216， 除此之外，有限状态机206所产生的增益初始化信号PGA_INI以初始化可编程 增益放大器217的增益，而数字信号处理单元215会启动自动增益控制的功能， 透过不断地检测信号ADC_OUT<N-1:0>来产生增益控制信号PGA<X:0>，以使 得可编程增益放大器217的增益可以是最佳化的增益强度。

图2B是本发明实施例所提供的一种多相位锁相回路单元的方块图。请参 照图2B，多相位锁相回路单元203包括一锁相回路250与一信号处理电路260。 在本实施例中，锁相回路250可以经过共振产生一高频信号OS，再由连接于 锁相回路250的输出端的信号处理电路260对此高频信号OS进行除频，以产 生其他频率的信号OS1～OSn。本发明并非限定于上述，在其他实施例中，锁相 回路250可以经过共振产生一低频信号，而连接于锁相回路250的输出端的信 号处理电路260对此低频信号进行倍频，以产生其他频率信号。

请接着参照图3，图3是本发明实施例所提供的一种至少同时支持 10G/1000BASE-T、100BASE-TX与10BASE-T规格的以太网络物理层收发器的 方块图。以太网络物理层收发器3包括了MAC控制器300、100BASE-TX/FX 规格收发器301、锁相回路302、303、341、时脉选择器304、N-比特模拟数字 转换模块305、可编程增益放大模块306、发射驱动模块307、混合端口309、 切换器342、1000BASE-T规格收发器320与10GBASE-T规格收发器330。

100BASE-TX/FX规格收发器301包括10BASE-T规格收发器310， 100BASE-TX/FX规格收发器301中用以收发100BASE-TX规格的信号的元件 包括PCS电路311、PMA电路312、100BASE-TX规格数字信号处理核心313 与100BASE-TX规格收发器314。10BASE-T规格收发器310用以收发 10BASE-T规格的信号，其包括PLS电路315、PMA电路316、10BASE-T规 格数字处理核心317与10BASE-T规格发射器318。100BASE-TX规格数字信 号处理核心313与10BASE-T规格数字处理核心317共同使用N-比特模拟数字 转换模块305的其中一个模拟数字转换器，以及共同使用可编程增益放大模块 306的其中一个可编程增益放大器。

因为要支持10G/1000BASE-T规格的通讯，因此MAC控制器300与 1000BASE-T规格收发器320之间具有10亿比特媒介独立接口(GMII)，且MAC 控制器300与10GBASE-T规格收发器330之间具有100亿比特媒介独立接口 (XGMII)。另外，10G/1000BASE-T规格使用四个平行传输线进行传输，因此需 要使用四个N-比特模拟数字转换器、四个数字模拟转换器、四个可编程增益放 大器与四个发射驱动器。除此之外，RJ-45端口会改用混合端口309来取代， 且混合端口309可能连接非遮蔽对绞线(Unshielded Twisted Pair，UTP)与外部 的网络连接。

在图3中，发射驱动模块307具有四个驱动发射器，N-比特模拟数字转换 模块305具有四个N-比特模拟数字转换器，且可编程增益放大模块306具有四 个可编程增益放大器。当连接类型并非为10G/1000BASE-T规格的连接时，则 发射驱动模块307中仅有一个驱动发射器被使用，N-比特模拟数字转换模块305 中仅有一个N-比特模拟数字转换器被使用，且可编程增益放大模块306中仅有 一个可编程增益放大器被使用。

1000BASE-T规格收发器320包括PCS电路321、PMA电路322、 1000BASE-T规格发射器324、1000BASE-T规格数字信号处理核心323与数字 模拟转换模块325(具有四个数字模拟转换器)。10GBASE-T规格收发器330包 括PCS电路331、PMA电路332、10GBASE-T规格发射器334、10GBASE-T 规格数字信号处理核心333与数字模拟转换模块335(具有四个数字模拟转换 器)。切换器342依照连接类型，选择数字模拟转换模块325与335的其中一组 模拟发射信号(包括4个模拟发射信号)给发射驱动模块307来发送发射信号(包 括TX+与TX-)给混合端口309。

1000BASE-T规格数字信号处理核心323与10GBASE-T规格数字信号处 理核心333本身是物理媒介依附(PMD)电路，其用以进行自动增益控制、DCC、 时脉恢复、等化、BLW、近端串音(NEXT)消除、远端串音(FEXT)消除与回音 消除等功能。

锁相回路341用以提供适用于10GBASE-T规格的传输的恢复时脉，此时 脉的频率为8亿赫兹。锁相回路302接收来自于100BASE-TX规格数字信号处 理核心313或1000BASE-T规格数字信号处理核心323的时脉相位偏移，并且 据此产生恢复时脉，此时脉为多相位时脉，且其频率为1亿2500万赫兹。锁 相回路302所提供的多相位时脉可以适用于100BASE-TX或1000BASE-T规格 的传输，只是1000BASE-T规格的传输会将多相位时脉提供给四个N-比特模拟 数字转换器，然而，100BASE-TX规格的传输却仅将多相位时脉会提供给一个 N-比特模拟数字转换器。另外，锁相回路303则提供适用于10BASE-T规格的 传输的恢复时脉，此时脉的频率为1亿赫兹。

如同前面所述，当连接类型被判断为10BASE-T规格的连接时，则时脉选 择器304会选择1亿赫兹的时脉做为N-比特模拟数字转换模块305的其中一个 N-比特模拟数字转换器的取样时脉，可编程增益放大模块306的其中一个可编 程增益放大器会被致能，且透过增益初始化信号PGA_INI将其增益设为固定的 增益。于10BASE-T规格的连接，可编程增益放大器并不会被增益控制信号 PGA<X:0>所控制，其增益为固定的增益值。

当连接类型被判断为100BASE-TX或1000BASE-T规格的连接时，则时脉 选择器304会选择1亿2500万赫兹的时脉作为N-比特模拟数字转换模块305 的其中一个或四个N-比特模拟数字转换器的取样时脉，可编程增益放大模块 306的其中一个或四个可编程增益放大器会被致能，且透过增益初始化信号 PGA_INI初始化其增益。于100BASE-TX或1000BASE-T规格的连接，可编程 增益放大器会被增益控制信号PGA<X:0>所控制，以动态地根据信号 ADC_OUT<N-1:0>来调整其增益。

当连接类型被判断为10GBASE-T规格的连接时，则时脉选择器304会选 择8亿赫兹的时脉作为N-比特模拟数字转换模块305的四个N-比特模拟数字 转换器的取样时脉，可编程增益放大模块306的四个可编程增益放大器会被致 能，且透过增益初始化信号PGA_INI初始化其增益。于10GBASE-T规格的连 接，可编程增益放大器会被增益控制信号PGA<X:0>所控制，以动态地根据信 号ADC_OUT<N-1:0>来调整其增益。

10BASE-T与100BASE-TX规格的接收/发射差动信号具有不同的峰值，因 此需要对可编程增益放大器的增益进行控制。因为自动沟通需要平行检测，因 此即使是在自动沟通的状态下，也还是得需要对可编程增益放大器的增益进行 控制。一般来说，可编程增益放大器甚至可能会被设计为同时满足10BASE-T 与100BASE-TX规格的N-比特模拟数字转换器的全尺度要求。另外， 100BASE-TX、1000BASE-T与10GBASE-T规格的接收/发射差动信号的峰值则 相同。

请参照图4A，图4A是本发明实施例所提供的用于以太网络物理层收发器 的增益选择方法的流程图。图4的增益选择方法适用于图1至图3的以太网络 物理层收发器，另外，1000BASE-T与10GBASE-T规格的连接一定得透过自动 沟通才能判断。在步骤S400，开始增益选择方法(并将PGA初始化为固定增益)。 在步骤S401，判断媒介类型，或作媒介类型确认。在步骤S401中，假若媒介 类型确认为光纤模式，则至步骤S403；假若媒介类型确认为电信号线，例如遮 蔽对绞线(Shielded Twisted Pair，STP)或非遮蔽对绞线(UTP)，则到步骤S402。 在步骤S403，禁能ADC/PGA，10BASE-T/100BASE-TX收发数字信号处理器， 致能PECL，100BASE-FX时脉恢复电路，且以太网络物理层收发器工作在光 纤模式。在步骤S402，检查自动沟通是否致能。在步骤S402中，若自动沟通 未致能，则至步骤S417；若自动沟通致能，则至步骤S409。

在步骤S417中，进入寄存器设置速率模式。在步骤S417之后，接续进行 步骤S404。在步骤S404，透过寄存器的设置检查目前的连接类型是否为 100BASE-TX规格的连接，由于平行检测为自动沟通的功能，当自动沟通没有 致能时，即没有平行检测，此时仅能通过寄存器，设置为100BASE或10BASE。 若目前的连接类型为100BASE-TX规格的连接，则到步骤S406，若目前的连 接类型并非为100BASE-TX规格的连接，则到步骤S405。

在步骤S406，致能100BASE-TX规格收发机，100BASE-TX规格收发机 在正常收发状态。简言之，可编程增益放大器的增益根据自动增益控制的结果， 会动态地被调整，以满足N-比特模拟数字转换器的全尺度要求。

在步骤S405，透过寄存器的设置检查目前的连接类型是否为10BASE-T规 格的连接类型，若连接类型为10BASE-T规格的连接类型，则至步骤S407，若 连接类型并非为10BASE-T规格的连接类型，则至步骤S408。在步骤S408， 检查PHY设置，并回到媒介类型确认。此即，返回到步骤S402。在步骤S407， 致能10BASE-T规格收发机，100BASE-TX规格收发机在正常收发状态。例如， 10BASE-T规格的传输下，接收/发射差动信号的峰值为5伏特，因此，对于2 伏特的N-比特模拟数字转换器，若要达到全尺度要求，则需要设定增益为-3dB。 又例如，对于5伏特的N-比特模拟数字转换器，若要达到全尺度要求，则需要 设定增益为0dB。

在步骤S409，进入自动沟通状态，并开始自动沟通功能(或作自动沟通机 制)，其中所述自动沟通机制系为结合连接控制信号(LINK_CONTROL)的值与 信号检测(signal_detect)的结果。在步骤S410，当自动沟通机制的仲裁状态进入 “ABILITY DETECT”状态，令link_control＝SCAN_FOR_CARRIER。在步骤 S411，继续自动沟通，当自动沟通机制的仲裁状态进入“ACKNOWLEDGE DETECT”状态或“PARALLEL DETECTION FAULT”状态，令 link_control＝DISABLE。

在步骤S414，当自动沟通机制的仲裁状态进入“FLP LINK GOOD CHECK” 状态，并“令link_control＝ENABLE”状态。在此FLP代表快速连接脉冲(Fast Link  Pulse，FLP)，此FLP脉冲由16个数据脉冲与17个时脉脉冲组成一个脉冲(burst)， 其中每一脉冲与NLP脉冲形状相同。每一FLP脉冲传输16字元数据，此即自 动沟通过程中传输的数据。在步骤S414之后，接续进行步骤S418。在步骤S418 中，根据自动沟通的结果进行以下(或后续)判断，并致能对应规格的物理层 (PHY)。在步骤S418之后，接续进行步骤S415。在步骤S415，依据自动沟通 结果判断目前的连接状态是否为100BASE-TX规格的连接。在步骤S415中， 若目前的连接状态为100BASE-TX规格的连接，则到步骤S406，若目前的连 接状态并非为100BASE-TX规格的连接，则到步骤S416。在步骤S416，根据 自动沟通结果判断目前的连接状态是否为10BASE-T规格的连接，若目前的连 接状态为10BASE-T规格的连接，则到步骤S407，若目前的连接状态并非为 10BASE-T规格的连接，则到步骤S408。在步骤S408，检查PHY设置，并回 到媒介类型确认。此即，返回到步骤S402。

图4A所示的自动沟通机制通过两种功能得到对应结果。第一种功能为传 送端与接收端双方皆采取自动沟通，借由译码通过FLP传输的“link code word” (连接编码)来协商以得到自动沟通的结果。第二种功能为传送端与接收端双方 皆不采取自动沟通，但工作在一预设固定速率模式，并通过自动沟通的并行检 测来得到自动沟通的结果。

请参照图4B，图4B是本发明实施例所提供用于以太网络物理层收发器的 设定可编程化增益放大器(PGA)的控制方法的流程图。此设定PGA的控制方法 420更清楚地介绍图4A中步骤S404至步骤S408的技术内容。在步骤S421中， 确认已知PHY连线模式，或通过自动沟通机制得到PHY速率时，进入此设定 PGA的控制方法420的流程。在步骤S424中，若目前的连接类型为100BASE-TX 规格的连接，则至步骤S426，若目前的连接类型并非为100BASE-TX规格的 连接，则至步骤S425。

在步骤S425中，若连接类型为10BASE-T规格的连接类型，则至步骤S427； 若连接类型并非为10BASE-T规格的连接类型，则至步骤S428。在步骤S428， 检查PHY设置，并回到媒介类型确认。例如，返回到图4A中的步骤S402。 在步骤S426，致能100BASE-TX规格收发机，100BASE-TX规格收发机在正常 收发状态，致能AGC控制器，且依据自动增益控制(AGC)结果来控制PGA的 增益，使得PGA工作在最佳的增益。在步骤S427，致能10BASE-T规格收发 机，10BASE-T规格收发机在正常收发状态，并根据ADC的全尺度要求，设定 PGA为一增益。

请参照图4C，图4C是本发明实施例所提供用于以太网络物理层收发器在 自动沟通过程中设定可编程化增益放大器(PGA)的控制方法的流程图。此种在 自动沟通过程中设定PGA的控制方法430，更清楚地介绍图4A中步骤S410、 步骤S411、步骤S414的细节技术内容。换言之，此种控制方法430描述在自 动沟通过程中，根据“link_control”的状态来设定PGA的控制方法。更进一步 说明，由于在自动沟通过程中，有平行检测(或作并行检测)的功能，因此要进 行PGA的控制，将PGA根据AGC自动增益控制，或将PGA的增益数值设定 为一固定增益。此固定增益数值例如为：0dB、1dB或其他数值，还可根据目 前系统的实际需求或系统规格来设定此固定增益。

在步骤S431中，在自动沟通过程中，如果 “link_control＝SCAN_FOR_CARRIER”，则至步骤S432。同时，在步骤S431 中，若检查目前并非“link_control＝SCAN_FOR_CARRIER”状态，则至步骤 S435。在步骤S432中，接收信号检测，并检测是否接收到信号。在步骤S432 中，假若有检测到信号，则进行步骤S433；假若未检测到信号，则至步骤S434。 在此所述的信号检测不包括脉冲检测，主要是指连续的信号检测，因为 100BASE-TX的信号是连续的MLT-3编码的信号，且为利用全数字化电路实现 所述的信号检测。

在步骤S433中，令signal_detect＝true，并致能自动增益控制器(AGC)，且 根据自动增益控制结果来控制PGA的增益。在步骤S434中，设定PGA为一 固定增益。同时，在步骤S435中，若检测目前为“link_control＝DISABLE”状 态，也会进行步骤S434。相反地，在步骤S435中，若检测目前并非 “link_control＝DISABLE”状态，则继续步骤S436。在步骤S436中，若检测 目前为“link_control＝ENABLE”状态，则进行步骤S437。在步骤S437中，根 据自动沟通得到的结果来设定PGA的控制。此即，可继续进行如图4B所示的 设定PGA的控制方法420的相关步骤。

图4D是本发明的另一实施例所提供的用于以太网络物理层收发器的增益 选择方法的流程图。图4D的步骤S400至步骤S408相同于图4A中对应的步 骤，故在此不重述其技术内容的细节。请参照图4D，在步骤S402中若自动沟 通为致能，则继续进行步骤S441。在步骤S441中，初始化PGA的增益，并进 入自动沟通状态。

在步骤S442中，当仲裁状态进入能力检测状态“ABILITY DETECT”状 态，令“link_control＝SCAN_FOR_CARRIER”状态(即为令连接控制为搜寻载 波参数)。在步骤S443中，在自动沟通过程中，如果检测到 “link_control＝SCAN_FOR_CARRIER”状态(连接控制为搜寻载波参数)，此表 示有检测到接收信号，则接续进行步骤S444；相反地，如果在步骤S443中， 并未检测到“link_control＝SCAN_FOR_CARRIER”状态，此表示并未检测到到 接收信号，则接续进行步骤S447。

在步骤S444中，接收信号检测，若检测到信号则令signal_detect＝true，并 继续进行步骤S446；若未检侧到信号则继续进行步骤S445。在步骤S445中， 将PGA的增益设为初始值。在步骤S446中，致能AGC控制器，以产生增益 控制信号给PGA。

在步骤S447中，当自动沟通的仲裁状态进入确认检测“ACKNOWLEDGE DETECT”状态或平行检测错误“PARALLEL DETECTION FAULT”状态，令 “link_control＝DISABLE”状态(此即，连接控制为禁用参数)。在步骤S448中， 在自动沟通过程中，如果检测到“link_control＝DISABLE”状态(连接控制为禁 用参数)，则继续进行步骤S449；相反地，如果在步骤S448中没有检测到 “link_control＝DISABLE”状态(连接控制为禁用参数)，则接续进行步骤S450。 在步骤S449中，设定PGA的增益为一固定增益。

在步骤S450中，当自动沟通的仲裁状态进入“FLP LINK GOOD CHECK” 状态，并令link_control＝ENABLE(连接控制为致能参数)。在步骤S451中，当 自动沟通结束时，如果“link_control＝ENABLE”(连接控制为致能参数)，接续 进行步骤S452。在步骤S452中，根据自动沟通的结果，判断连接类型，并根 据连接类型以得到增益选择方法。换言之，在步骤S452中，根据所判断的连 接类型可参照以上图4B的流程来取得PGA的增益选择方法。

接着，请参照图5，图5是本发明实施例所提供的用于以太网络物理层收 发器的时脉选择方法的流程图。图5的时脉选择方法适用于图1与图2A的以 太网络物理层收发器。首先，在步骤S500，开始时脉选择方法，并将PGA初 始化为固定增益。在步骤S501，检查媒介类型，或作媒介类型确认。在步骤 S501中，假若媒介类型为光纤模式，则到步骤S502；假若媒介类型为电信号 线，则至步骤S503。在步骤S502，禁能N-比特模拟数字转换器、可编程增益 放大器、10BASE-T与100BASE-TX规格数字信号处理核心、多相位的锁相回 路与时脉选择器，致能发射器耦合逻辑(Fiber Emitter Coupled Logic，PECL)电 路与100BASE-FX的时脉恢复电路，以致能100BASE-FX收发功能。

在步骤S503，检查自动沟通是否致能。在步骤S503中，若自动沟通未致 能，则至步骤S504；若自动沟通已致能，则至步骤S506。如果自动沟通被禁 能，则可以根据寄存器模块所储存的设定信息来决定时脉选择信号 ADC_CLK_SEL。在步骤S504，判断目前的连接类型是否为100BASE-TX规格 的连接，若目前的连接类型为100BASE-TX规格的连接，则至步骤S505，若 目前的连接类型并非为100BASE-TX规格的连接，则至步骤S507。在步骤S505， 致能100BASE-TX规格收发器，并且使时脉选择信号ADC_CLK_SEL＝0，以使 得时脉选择器选择1亿2500万赫兹的多相位时脉作为N-比特模拟数字转换器 的取样时脉。

在步骤S507，判断目前的连接类型是否为10BASE-T规格的连接，若目前 的连接类型为10BASE-T规格的连接，则至步骤S508，若目前的连接类型并非 为10BASE-T规格的连接，则至步骤S509。在步骤S508，致能10BASE-T规 格收发器，并且使时脉选择信号ADC_CLK_SEL＝1，以使得时脉选择器选择1 亿赫兹的时脉作为N-比特模拟数字转换器的取样时脉。在步骤S509，检查物 理层的设定。

在步骤S506，进入自动沟通状态(或作自动沟通机制)，并开始自动沟通功 能。在步骤S510，当自动沟通机制的仲裁状态进入“FLP LINK GOOD CHECK” 状态，并令link_control＝ENABLE，根据自动沟通的结果进行以下判断。在步 骤S511，依据自动沟通结果判断目前的连接状态是否为100BASE-TX规格的 连接，若目前的连接状态为100BASE-TX规格的连接，则到步骤S505，若目 前的连接状态并非为100BASE-TX规格的连接，则到步骤S512。在步骤S512， 根据自动沟通结果判断目前的连接状态是否为10BASE-T规格的连接，若目前 的连接状态为10BASE-T规格的连接，则到步骤S508，若目前的连接状态并非 为10BASE-T规格的连接，则到步骤S513。在步骤S513，检查PHY设置，并 回到媒介类型确认。此即，返回到步骤S501。。

接着，请参照图6，图6是本发明实施例所提供的用于以太网络物理层收 发器的时脉选择方法的流程图。图6的时脉选择方法适用于图3的以太网络物 理层收发器。步骤S601～S604、S607、S609～S613分别与步骤S501～S504、 S507、S509～S513相同，故不再重复地描述。在步骤S600，开始时脉选择方 法，并且初始化时脉选择信号ADC_CLK_SEL＝01，以使得时脉选择器被预设 为选择1亿2500万赫兹的多相位时脉作为N-比特模拟数字转换器的取样频率 (亦即，预设连接类型为100BASE-TX规格的连接)。在步骤S605，致能 100BASE-TX规格收发器，使时脉选择信号ADC_CLK_SEL＝01，以使得时脉 选择器选择1亿2500万赫兹的多相位时脉作为N-比特模拟数字转换器的取样 频率。在步骤S608，致能10BASE-T规格收发器，使时脉选择信号 ADC_CLK_SEL＝00，以使得时脉选择器选择1亿赫兹的时脉作为N-比特模拟 数字转换器的取样频率。

1000BASE-T与10GBASE-T规格的连接仅能透过自动沟通来得知，因此， 步骤S614与S615一定得执行于步骤S610之后。在步骤S614，根据自动沟通 结果判断目前的连接类型是否为10GBASE-T规格的连接，若目前的连接类型 为10GBASE-T规格的连接，则至步骤S616，若目前的连接类型为10GBASE-T 规格的连接，则至步骤S615。在步骤S616，致能10GBASE-T规格收发器，使 时脉选择信号ADC_CLK_SEL＝11，以使得时脉选择器选择8亿赫兹的时脉作 为N-比特模拟数字转换器的取样频率。

在步骤S615，根据自动沟通结果判断目前的连接类型是否为1000BASE-T 规格的连接，若目前的连接类型为1000BASE-T规格的连接，则至步骤S617， 若目前的连接类型为1000BASE-T规格的连接，则至步骤S611。在步骤S617， 致能1000BASE-TX规格收发器，并且使时脉选择信号ADC_CLK_SEL＝10，以 使得时脉选择器选择1亿2500万赫兹的多相位时脉作为N-比特模拟数字转换 器的取样时脉。

综上所述，本发明提供一种可以至少同时支持100BASE-TX与10BASE-T 规格的以太网络物理层收发器，不像传统的以太网络物理层收发器需要将 10BASE-T规格收发器以模拟电路实现，本发明可以使用全数字电路来实现至 少同时支持100BASE-TX与10BASE-T规格的以太网络物理层收发器。透过全 数字化电路的实现方式，以太网络物理层收器的芯片面积与设计复杂度都较传 统使用模拟电路来实现同时支持100BASE-TX与10BASE-T规格的以太网络物 理层收发器来得低。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本 领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善， 因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。