以太网接收端自适应模拟均衡器及自适应模拟均衡方法

摘要

本发明公开了以太网接收端自适应模拟均衡器及自适应模拟均衡方法，利用信道的幅度和带宽的相关性在传统的模拟均衡器的基础上去除了带宽对应的算法检测单元，通过协议规定得出不同长度网线的信道模型，根据信道模型得出VGA的增益控制字与CTLE带宽控制字对应关系的映射表，增益检测调节单元通过检测多比特数字信号的幅度，设置增益控制字调节VGA增益的同时，再由带宽调节单元根据增益带宽映射表实现调节CTLE带宽补偿的功能。本发明与传统的模拟均衡器方案相比，具有调节时间快，收敛效率高以及环路控制结构简单等特点。

说明书

技术领域

本发明属于模拟电子技术领域，尤其涉及一种以太网接收端自适应模拟均衡器及自适应模拟均衡方法。

背景技术

在有线通信系统中，由线缆长度的不同或者接收和发射端口之间的介质种类不同引起的信道衰减，会导致接收端接收到的信号与原始信号相比存在DC衰减（插损）、AC衰减（带宽）两方面的衰减。比如在以太网通信系统中，接收端需要具备幅度和频率补偿的功能以减小信道衰减对信号质量的影响，该功能及任务由接收端均衡器实现，常见的模拟均衡器包括可变增益放大器（VGA）、连续时间线性均衡器（CTLE）和判决反馈均衡器（DFE）等。

如图1所示，在均衡前需要先对接收到的信号进行检测，然后将检测的结果反馈给相应的模块。检测和过程一般采取数模混合的方式进行，模数转换器（ADC）对接收端的信号进行采样后将模拟信号转换成多比特数字信号，在数字域进行处理和判断。首先，在数字域进行信号强度检测判断接收信号幅度衰减，再将幅度衰减量转化为控制字控制VGA的增益。其次，在数字域进行过补偿/欠补偿检测判断过补偿还是欠补偿以及信道带宽，再将频率衰减量转化为带宽控制字控制CTLE的频率补偿范围。但是，该方法存在一定缺陷，在数字域同时进行信号强度检测和过补偿/欠补偿检测用来判断幅度和频率的衰减量较为复杂，调节时间长，且容易引起环路调节收敛速度慢或不收敛等问题。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术中以太网接收端模拟均衡器对信号频率的衰减补偿方法较为复杂，容易引起环路调节收敛速度慢或不收敛的问题，本发明提供一种以太网接收端自适应模拟均衡器。

本发明另一目的是提供一种以太网接收端自适应模拟均衡方法。

技术方案：一种以太网接收端自适应模拟均衡器，包括依次连接的信号输入端、连续时间线性均衡器、可变增益放大器、模数转换单元及信号输出端，还包括幅度检测调节单元及带宽调节单元；幅度检测调节单元的输入端连接信号输出端，幅度检测调节单元的输出端连接可变增益放大器及带宽调节单元的输入端；带宽调节单元的输出端连接连续时间线性均衡器；所述带宽调节单元用于根据幅度检测调节单元输出的增益设置带宽补偿量，根据带宽补偿量对连续时间线性均衡器进行调节。

进一步地，所述带宽调节单元中预设有增益带宽映射表，所述增益带宽映射表包括多个档位，每个档位均包含对应的增益及频率补偿零点，所述增益及频率补偿零点的对应关系为不同长度线缆的插损和带宽的对应关系。

进一步地，不同长度线缆的插损和带宽的对应关系的获取方法为：对符合以太网协议的不同长度的网线频率响应曲线进行拟合，得到拟合后的频率响应曲线，由拟合后的频率响应曲线得到不同长度线缆的插损和带宽。

进一步地，所述增益带宽映射表中的频率补偿零点为一个取值范围。

进一步地，所述增益带宽映射表根据不同长度线缆的插损和带宽的对应关系制成，所述增益带宽映射表包括增益和频率补偿零点，所述增益为插损补偿量，所述频率补偿零点为插损对应的带宽，所述增益带宽映射表为：

一种以太网接收端自适应模拟均衡方法，包括以下步骤：

步骤一、在带宽调节单元中预设增益带宽映射表，所述增益带宽映射表包括多个档位，每个档位均包含对应的增益及频率补偿零点，所述增益及频率补偿零点的对应关系为不同长度线缆的插损和带宽的对应关系；

步骤二、依次对输入信号进行频率、幅度的补偿，再经ADC将模拟信号转换为多比特数字信号；

步骤三、采集多比特数字信号的幅度，计算插损，根据插损设置增益，根据增益调节可变增益放大器进行幅度补偿；

同时，带宽调节单元利用增益带宽映射表根据步骤三得到的增益确定补偿档位，由该档位中的频率补偿零点设置带宽补偿量，根据带宽补偿量调节连续时间线性均衡器进行频率补偿；

步骤四、返回执行步骤二直至输出信号收敛。

进一步地，不同长度线缆的插损和带宽的对应关系的获取方法为：对符合以太网协议的不同长度的网线频率响应曲线进行拟合，得到拟合后的频率响应曲线，由拟合后的频率响应曲线得到不同长度线缆的插损和带宽。

进一步地，所述增益带宽映射表根据不同长度线缆的插损和带宽的对应关系制成，所述增益带宽映射表包括增益和频率补偿零点，所述增益为插损补偿量，所述频率补偿零点为插损对应的带宽，所述增益带宽映射表为：

进一步地，步骤三中，确定补偿档位后，在该档位所对应的频率补偿零点的范围内取值，作为带宽补偿量。

进一步地，步骤三中，根据带宽补偿量，设置带宽控制字，利用带宽控制字调节连续时间线性均衡器进行频率补偿。

有益效果：本发明提供一种以太网接收端自适应模拟均衡器及自适应模拟均衡方法，相比较现有技术，本发明利用网线对插损和带宽的相关性，仅在数字域对接收端的信号幅度进行检测，在传统方法的基础上去除了带宽对应的算法检测单元，通过将幅度检测调节单元输出的增益直接转换为CTLE的带宽补偿量，自动增益调节的同时也实现了频率调节，极大地简化了整个方案，环路控制结构简单，操作方法简单，但是却比传统方案调节时间更快，收敛速率更高。

附图说明

图1为传统的以太网接收端模拟均衡器的结构框图；

图2为本发明以太网接收端自适应模拟均衡器的结构框图；

图3为不同长度的信道的频率响应曲线；

图4为采用本发明补偿后的不同长度的信道的频率响应曲线；

图5为补偿前后的不同长度的信道的信号对比。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释说明。

如图2所示，一种以太网接收端自适应模拟均衡器，包括依次连接的信号输入端、连续时间线性均衡器、可变增益放大器、模数转换单元及信号输出端，还包括幅度检测调节单元及带宽调节单元；幅度检测调节单元的输入端连接信号输出端，幅度检测调节单元的输出端连接可变增益放大器及带宽调节单元的输入端；带宽调节单元的输出端连接连续时间线性均衡器；所述带宽调节单元用于根据幅度检测调节单元输出的增益设置带宽补偿量，根据带宽补偿量对连续时间线性均衡器进行调节。

输入信号经过具有带宽补偿功能的CTLE和增益控制功能的VGA后，通过ADC转化为多比特数字信号，然后在数字域使用幅度检测调节单元对该多比特数字信号进行幅度检测，根据幅度检测的结果同时控制VGA和CTLE，以实现环路自动增益频率控制的功能。其中，幅度检测调节单元通过输出增益控制字控制VGA调节信号幅度，带宽调节单元通过输出带宽控制字控制CTLE调节信号频率。

所述带宽调节单元中预设有增益带宽映射表，所述增益带宽映射表包括多个档位，每个档位均包含对应的增益及频率补偿零点，所述增益及频率补偿零点的对应关系为不同长度线缆的插损和带宽的对应关系。

不同长度线缆的插损和带宽的对应关系由以太网IEEE802.3协议获取。符合以太网IEEE802.3协议的不同长度的网线频率响应曲线经测试可得图3中的实线，对其进行拟合，得到拟合的频率响应曲线如图3中的虚线所示，该曲线具有一阶低通特性，可以用一阶RC网络替代，该一阶低通传输函数可以通过CTLE中的一阶传输函数来补偿，CTLE中的一阶传输函数的零点即为一阶低通特性线缆的极点，零极点相互抵消进而得到更宽的带宽和平坦的频率响应，该操作方法简单便捷，补偿效果显著。根据图3中拟合曲线的频率响应曲线进而可以得到0~80m线缆的插损和带宽如表一所示。

表一0~80m线缆的插损和带宽

根据以太网协议对不同长度线缆的插损和带宽的规定，结合表一的数据，提出了VGA到CTLE的映射关系表（增益带宽映射表）如表二所示。所述增益为插损补偿量，由插损决定，插损多少，就应该补偿多少增益；所述频率补偿零点由插损对应的带宽决定，CTLE中的一阶传输函数的零点即为一阶低通特性线缆的极点。表二，Zero为补偿零点，该表给出了每个档位对应的频率补偿零点的区间范围，这是由于信道在补偿过程中允许一定的欠补偿，这对电路的设计提供了充足的余量，适当范围内的欠补偿并不会造成眼图的闭合和误码率的增加。所述将增益带宽映射表中的频率补偿零点设为一个取值范围，从该范围中取得带宽补偿量。

表二增益带宽映射表

根据增益带宽映射表中增益和带宽的对应关系，可以将增益（VGA的增益控制字）转换为带宽补偿量（CTLE的带宽补偿控制字），以实现CTLE的带宽补偿功能。

一种以太网接收端自适应模拟均衡方法，包括以下步骤：

步骤一、在带宽调节单元中预设增益带宽映射表，所述增益带宽映射表包括多个档位，每个档位均包含对应的增益及频率补偿零点，所述增益及频率补偿零点的对应关系为不同长度线缆的插损和带宽的对应关系；

步骤二、依次对输入信号进行频率、幅度的补偿，再经ADC将模拟信号转换为多比特数字信号；

步骤三、采集多比特数字信号的幅度，计算插损，根据插损设置增益，根据增益调节可变增益放大器进行幅度补偿；

同时，带宽调节单元利用增益带宽映射表根据步骤三得到的增益确定补偿档位，由该档位中的频率补偿零点设置带宽补偿量，根据带宽补偿量调节连续时间线性均衡器进行频率补偿；

步骤四、返回执行步骤二直至输出信号收敛。

经实验可得，由上述方法补偿后的不同长度的信道的频率响应曲线如图4所示，与图3相对比可见其频率响应曲线更加平缓，补偿效果较好。图5为补偿前后的不同长度的信道的信号眼图对比，右侧补偿后的眼图明显张开，补偿后的信号带宽增大，初始信号还原度较高。

本实施例的自适应均衡器利用信道的幅度和带宽的相关性在传统的模拟均衡器的基础上去除了带宽对应的算法检测单元。通过协议规定得出不同长度网线的信道模型，根据信道模型得出增益（VGA的增益控制字）与带宽（CTLE带宽控制字）对应关系的映射表，在幅度检测调节单元检测出输出端多比特数字信号幅度后，通过自动增益控制环路调节VGA增益的同时，再根据增益带宽映射表设置带宽补偿量，以此实现调节CTLE带宽的效果。与传统的模拟均衡器方案相比，具有调节时间快，收敛效率高以及环路控制结构简单等特点。