一种用于实现自适应均衡的方法和自适应均衡器

摘要

本发明涉及一种用于实现自适应均衡的方法和自适应均衡器，所述自适应均衡器包括均衡单元，其用于根据补偿系数对输入信号进行均衡以得到输出信号；采样比较单元，其与所述均衡单元的输出端连接，并且用于采样所述均衡单元的输出信号和参考电压档位对应的参考电压的比较结果；数据处理单元，其与所述采样比较单元和所述均衡单元连接，用于：扫描参考电压档位，以确定所述输出信号的幅度所对应的参考电压档位区间；以及扫描补偿系数档位，并根据所述参考电压档位区间确定用于均衡的补偿系数。通过本发明的方案，解决了现有自适应均衡算法自适应调节时间长、算法复杂且功耗较大的问题。

说明书

技术领域

本发明一般地涉及自适应均衡领域。更具体地，本发明涉及一种用于实现自适应均衡的方法和自适应均衡器。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述可包括可以探究的概念，但不一定是之前已经想到或者已经探究的概念。因此，除非在此指出，否则在本部分中描述的内容对于本申请的说明书和权利要求书而言不是现有技术，并且并不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

随着技术的发展，数据的传输速率越来越快，传输距离也越来越长，高数据传输速率和长距离传输造成的信号衰减也越来越严重。由于宽带受限而导致的码间干扰（InterSymbol Interference，简称“ISI”）效应成为高速接口应用中的一大难题。为了消除或者是减弱宽带通信时的多径时延带来的码间串扰问题，在信号的发送和接收端口会使用各种类型的均衡技术。例如在接收端口处设置连续时间线性均衡器（Continuous Time LinearEqualizer，简称“CTLE”）。CTLE可以在传输损耗较大的链路上，有效的改善接收端眼图的性能，从而有效提升数据传输性能。目前，在芯片与芯片之间的通信中，通常需要自适应的均衡器，以通过自动调整补偿能力的方式适应不同的信道状况。基于此，目前已经有应用各种自适应算法理论的均衡器。其中，比较典型的自适应均衡的算法有以下三种。具体地，

第一种是基于频谱均衡技术实现自适应算法，属于纯模拟的方式。其核心思想是对数据流进行频域的能量分析，找到某一个频率点，并把频谱一分为二。通过比较低频段和高频段的能量大小，从而调整均衡器的补偿能力，最终使得两部分的能量相等，达到最优补偿。然而这种方式存在的缺点是需要实时进行判断和调节，在工作过程中的功耗较大，并且自适应补偿效果易受工艺偏差的影响。

第二种是基于迫零接收机（zero forcing）原理实现自适应均衡。其关键技术是对数据码流进行采样，筛选出特定的一些码型，通过对码间干扰检测（ISI detection）的方式，判断当前是处于欠补偿还是过补偿状态，以调整均衡器的补偿能力，从而实现最优补偿。但是这种方式需要实现在高速传输速率情况下的高速时钟同步采样。均衡效果对高速时钟的生成过程的依赖性较强。

第三种是基于异步时钟采样的眼图监测的方式实现自适应均衡算法。其关键是通过监测纵向眼图，基于直方图（histogram）数据分析，判断每一个划分出的区间内采样数据的结果，来判断当前的均衡状态，从而调节均衡器的补偿能力，达到最优补偿。但是这种方式需要组合扫描阈值档位和自适应调节档位，自适应均衡时的调整时间较长。

鉴于此，目前的自适应均衡方法普遍存在自适应调节时间长、算法复杂且需要实时监测等问题。

发明内容

为解决上述一个或多个技术问题，本发明提出通过检测信道中低频信号的幅度区间，以据此调整对高频信号的补偿档位，从而有效提升了对高频信号的补偿效果，并且有效减小了自适应均衡的时间。为此，本发明在如下的多个方面中提供方案。

在第一方面中，本发明提供了一种用于实现自适应均衡的方法，包括：

获取均衡器的输出信号；扫描参考电压档位，以确定所述输出信号的幅度所对应的参考电压档位区间；以及扫描补偿系数档位，并根据所述参考电压档位区间确定用于均衡的补偿系数。

在一个实施例中，所述获取均衡器的输出信号包括：采用最小补偿策略对输入信号进行均衡以得到所述输出信号，所述最小补偿策略为均衡器的补偿系数档位最小。

在一个实施例中，所述扫描参考电压档位，以确定所述输出信号的幅度所对应的参考电压档位区间包括：基于多个参考电压档位对所述输出信号进行采样，以得到采样结果；判断所述采样结果是否满足第一预设条件；响应于所述采样结果满足第一预设条件，根据所述多个参考电压档位对应的参考电压确定所述输出信号的幅度所对应的参考电压档位区间。

在一个实施例中，基于多个参考电压档位对所述输出信号进行采样包括：从参考电压档位的最大值开始，按照降序规则选取参考电压档位对所述输出信号进行采样。

在一个实施例中，其中所述第一预设条件包括：所述采样结果中的有效信号的个数大于第一阈值。

在一个实施例中，所述扫描参考电压档位，以确定所述输出信号的幅度所对应的参考电压档位区间还包括：根据所述输出信号的幅度区间设置参考电压档位区间。

在一个实施例中，所述根据所述输出信号的幅度区间设置参考电压档位区间还包括：确定低于所述参考电压档位区间的第一参考电压档位和第二参考电压档位，其中所述第二参考电压档位低于所述第一参考电压档位；基于所述参考电压档位区间、第一参考电压档位和第二参考电压档位分别对所述输出信号进行采样，以分别得到第一采样结果、第二采样结果和第三采样结果；判断所述第一采样结果、第二采样结果和第三采样结果是否满足第二预设条件；以及响应于满足第二预设条件，根据所述第一参考电压档位确定所述参考电压档位区间。

在一个实施例中，其中所述第二预设条件包括：所述第二采样结果中有效信号的个数分别大于所述第一采样结果中有效信号的个数和第三采样结果中有效信号的个数，且所述第二采样结果中有效信号的个数分别与所述第一采样结果中有效信号的个数和第三采样结果中有效信号的个数的差值大于设定值。

在一个实施例中，所述扫描补偿系数档位，并根据所述参考电压档位区间确定用于均衡的补偿系数包括：调节所述均衡器的补偿系数档位，以获取不同补偿系数档位对应的均衡结果，所述均衡结果为调整补偿系数后均衡器的输出信号；根据所述不同补偿系数档位对应的均衡结果和所述参考电压档位区间选择用于均衡的补偿系数档位对应的补偿系数。

在一个实施例中，所述根据所述不同补偿系数档位对应的均衡结果选择用于均衡的补偿系数档位对应的补偿系数包括：将所述均衡结果与所述参考电压档位区间内的参考电压进行比较，以获取比较结果；根据所述比较结果中的有效信号的个数对所述不同补偿系数档位进行排序；选择排名高于设定次序的补偿系数档位对应的补偿系数用于均衡。

在一个实施例中，所述选择排名高于设定次序的补偿系数档位对应的补偿系数用于均衡包括：在所述排名高于设定次序的补偿档位中，选择档位值最大的补偿档位对应补偿系数用于均衡。

在一个实施例中，还包括：在所述均衡器上电后的设定时间内，判断是否获取用于均衡的补偿系数；响应于在设定时间内获取到所述用于均衡的补偿系数，将所述用于均衡的补偿系数锁定，关闭其他功能模块并且仅保留所述均衡器用于均衡，以降低功耗。

在第二方面中，本发明还提供了一种自适应均衡器，包括：均衡单元，其用于根据补偿系数对输入信号进行均衡以得到输出信号；采样比较单元，其与所述均衡单元的输出端连接，并且用于采样所述均衡单元的输出信号和参考电压档位对应的参考电压的比较结果；数据处理单元，其与所述采样比较单元和所述均衡单元连接，用于：扫描参考电压档位，以确定所述输出信号的幅度所对应的参考电压档位区间；以及扫描补偿系数档位，并根据所述参考电压档位区间确定用于均衡的补偿系数。

通过本发明的方案，在进行自适应均衡时首先判断出低频信号所在幅度所对应的参考电压档位区间，并以此调节补偿系数实现对高频信号的补偿。具体地，通过均衡器输出信号的幅度区间，设置用于均衡的参考电压档位区间，从而获取信道中低频成分的幅度标准，据此调整用于补偿高频信号的补偿系数，从而实现有效的信道自适应均衡。基于此，本发明中自适应调节均衡器补偿系数的方式简单，而且能够有效节省自适应调节时间，从而实现了快速而有效的均衡策略。进一步，本发明中在确定信号的幅度区间时通过降序的方式调整参考电压值，能够在较大的信号衰减的情况下快速找到正确的幅度区间，有效提升了自适应均衡的准确性。更进一步，本发明还通过补偿档位判定的方式获取合适的补偿系数，有效避免了噪声干扰造成的档位跳变的问题，提升了自适应调节结果的稳定性。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：

图1是示意性示出其中应用本明的用于实现自适应均衡的方案的场景的示意图；

图2是示意性示出根据本发明的实施例的自适应均衡器的组成结构的示意图；

图3是示意性示出根据本发明实施例的用于实现自适应均衡的方法的流程图；

图4是示意性示出根据本发明实施例的用于实现自适应均衡的具体实现方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

应当理解，本发明的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本发明的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施方式的目的，而并不意在限定本发明。如在本发明说明书和权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本发明说明书和权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本说明书和权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当... 时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

下面结合附图来详细描述本发明的具体实施方式。

图1是示意性示出其中应用本明的用于实现自适应均衡的方案的场景100的示意图。

在本发明的上下文中，前述的场景中所使用的均衡器可以是带源级负反馈电阻和电容的CTLE，并且该均衡器CTLE外加负电容补偿技术。均衡器的结构具体可以采用如图1中所示出的结构。具体地，该带源级负反馈电阻和电容的均衡器可以包括多个晶体管，将其中两个晶体管的栅极作为输入节点，同时还包括负反馈电容Cs和Cc。在自适应调节的过程中，CTLE的直流电压增益保持不变，只需调节负反馈电容Cs和Cc，从而实现不同电压幅值大小的补偿。基于此，本发明的方案目的在于通过采样分析的方式获取均衡器的补偿系数（即调节负反馈电容Cs和Cc的值），从而实现均衡器的补偿功能设置。

图2是示意性示出根据本发明的实施例的自适应均衡器200的组成结构的示意图。可以理解的是图2中所示出的均衡单元可以是图1中所示出的均衡器结构，因此关于图2中的描述同样适用于图1。

如图2所示，本发明的方案中，该自适应均衡器可以包括均衡单元201（以下内容中简称均衡器）、采样比较单元202、数据处理单元203和振荡器204。在对均衡器单元201的补偿系数进行自适应调节时，振荡器204可以提供低速异步的采样时钟信号。相差180°的时钟信号分别送入比较采样单元202和数据处理单元203，从而实现数据采样和分析。在进行自适应均衡时，经过信道衰减后的高速信号送入均衡单元201（例如均衡器CTLE），CTLE输出VDATA数据。采样比较单元202可以将VDATA数据和参考电压VREF进行比较，从而在采样时钟频率下可以输出一系列表示0和1的信号。通过数据处理单元203进一步扫描参考电压档位（例如DAC ADJ<3:0>中的不同档位）可以获取信号的幅度区间。接着通过信号的幅度区间可以设置对应的参考电压档位区间，并据此可以调整CTLE的补偿档位，从而分析出最优的补偿系数。最后，均衡单元锁定该补偿档位对应的补偿系数，便可以关闭除均衡器CTLE以外的数据处理单元等部分，以减小功耗。

进一步，本发明的方案中，还可以在确定参考电压档位时，利用多个参考电压档位（例如DAC ADJ<3:0>中的档位）进行分析，以获取合适的参考电压档位，从而便于找出正确的信号幅度区间。

上述内容中对本发明中实现自适应均衡的方案的应用场景和实现方式进行了简单说明，接下来将结合具体步骤对本发明的方案的具体实现方式做进一步阐述。

图3是示意性示出根据本发明实施例的用于实现自适应均衡的方法300的流程图。可以理解的是，这里的均衡器可以是图1中所描述的均衡器CTLE，因此前文结合图1中的细节描述同样也适用于下文。

如图3所示，在步骤S301处，获取均衡器的输出信号。在一些实施例中，本发明的方案可以应用于均衡器启动后的一段时间内。首先可以将均衡器的补偿系数档位配置为最小，此时均衡器的补偿值最小，所输出的信号将是衰减较大的信号。因此，在进行自适应算法分析时，能够获取更好的均衡效果。

在步骤S302处，扫描参考电压档位，以确定均衡器的输出信号的幅度所对应的参考电压档位区间，可以对信道中的低频量的幅度进行判定。在一些实施例中，信道传输信号过程中会对高频信号进行衰减。因此，基于低频信号的幅度区间，可以对高频信号的补偿需求进行判定，从而实现对高频信号的快速、准确地补偿。

在一些实施例中，可以根据均衡器输出的信号的幅度设置参考电压档位区间，从而可以利用低频信号幅度区间作为基准，调整对信号高频部分补偿能力，实现信号高频部分和低频部分的平衡。

在步骤S303处，扫描补偿系数档位，并根据所述参考电压档位区间确定用于均衡的补偿系数。在一些实施例中，在确定参考电压档位区间后，就可以对均衡器的补偿系数进行选择，从而实现对均衡器补偿高频信号的能力进行调整。例如可以通过对所有补偿系数档位进行遍历的方式，选取其中补偿效果最好的补偿档位，以实现自适应均衡。

通过本发明的方案，以低频信号为准对高频信号的补偿能力的调整，从而实现了自适应均衡过程。而且，本发明的方案中，先判决出低频信号的幅度（即参考电压档位区间），再去选择用于均衡的补偿系数，有效减小了自适应调整过程的时间。

以上结合图3对本发明的方案进行了简单说明，接下来将结合具体步骤的实现方式对本发明的方案进行详细阐述。

图4是示意性示出根据本发明实施例的用于实现自适应均衡的具体实现方法400的流程图。可以理解的是，这里的均衡器可以是图1或图2中所描述的均衡器CTLE，因此前文结合图1或图2中的细节描述同样也适用于下文。

如图4所示，在步骤S401处，获取均衡器的输出信号。在一个应用场景中，可以采用最小补偿策略对输入信号进行均衡以得到输出信号，其中最小补偿策略可以是均衡器的补偿系数档位最小。基于此，可以获取具有较大衰减的信号用于实现补偿系数的计算，进一步使得均衡器拥有更大的补偿能力。

在步骤S402处，基于多个参考电压档位对输出信号进行采样，以得到采样结果。在一些实施例中，可以从参考电压档位的最大值开始，按照降序规则选取多个参考电压对输出信号进行采样，从而获取输出信号中的有效信号的个数。作为举例，可以从参考电压档位的最大值开始，遍历参考电压档位，将输出信号和对应的参考电压比较，并对比较后的结果进行采样，以得到表示0或1的信号。作为举例，可以在比较后的结果中采样4096个采样点，并统计采样点中表示1的个数。然后按照参考电压从大到小的顺序扫描参考电压档位，分别统计处每个参考电压档位下采样点中包含1的个数。其中采样点中表示1的信号代表信号幅度在该参考电压档位对应的区间范围中。

接着，在步骤S403处，判断采样结果是否满足第一预设条件。在一些实施例中，第一预设条件可以包括采样结果中的有效信号的个数大于第一阈值。作为举例，当采样点的个数是4096个时，可以选取第一阈值为256。也就是说，需要判断4096个采样点中表示1的信号的个数是否大于256个。

在步骤S404处，响应于采样结果满足第一预设条件，根据多个参考电压档位对应的参考电压确定输出信号的幅度所对应的参考电压档位区间。在一些实施例中，当采样结果满足第一预设条件时，表示输出信号的幅度区间恰好处于该某两个参考电压确定的区间内。作为举例，当第一次检测到4096个采样点中有256个表示1的信号时，可以根据参考电压确定此时有效信号所在的区间。基于此，可以确定输出信号幅度对应的参考电压档位区间。

在步骤S405处，根据输出信号的幅度区间设置参考电压档位区间。在一些实施例中，基于参考电压对输出信号进行采样，可以将输出信号放置于一个电压区间内，从而识别出低频信号的幅度范围。根据该幅度区间可以设置参考电压档位区间，便于后续选择对高频信号的补偿系数。

在一些实施例中，为了提升较大衰减下信号幅度所在位置的可靠性和准确性，还可以通过进一步的参考电压档位的判断过程确定准确的参考电压档位区间。具体地，首先，可以确定一个参考电压档位VREF0，前述参考电压档位区间即为参考电压档位VREF0对应的区间。可以确定低于参考电压档位VREF0的第一参考电压档位VREF1和第二参考电压档位VREF2，其中第二参考电压档位VREF2低于第一参考电压档位VREF1。然后，基于参考电压档位VREF0、第一参考电压档位VREF1和第二参考电压档位VREF2分别对输出信号进行采样（例如采样4096个点），以分别得到第一采样结果（表示4096个采样点中表示1的信号的个数）、第二采样结果和第三采样结果。例如第一采样结果中表示1的信号的个数为N0，第二采样结果中表示1的信号的个数为N1，第三采样结果中表示1的信号的个数为N2。接着，判断第一采样结果、第二采样结果和第三采样结果是否满足第二预设条件。最后，当满足第二预设条件时，根据第一参考电压档位确定参考电压档位区间。

进一步，前述第二预设条件可以采用以下方式进行确定。第二采样结果中有效信号的个数分别大于第一采样结果中有效信号的个数和第三采样结果中有效信号的个数，且第二采样结果中有效信号的个数分别与第一采样结果中有效信号的个数和第三采样结果中有效信号的个数的差值大于设定值。可以理解的是，前述有效信号即为多个采样点中表示1的信号。

作为举例，将参考电压档位配置到最高档位，采样当前配置下的比较结果，即统计4096个采样点数中1的个数，并从上往下扫描参考电压档位DAC_ADJ，直到第一次在某个参考电压设置的情况下，统计出的4096个采样点中表示1的个数大于256个，即为当前有效的信号所在的区间（低频信号的幅度区间）。记录此时找到的参考电压档位为VREF0作为参考电压档位，并记录此时的参考电压档位VREF0对应的参考电压区间，以及在该参考电压档位区间的设置下统计出的表示1的信号的数目为N0。

接下来，在参考电压档位VRFF0的档位上再往下减1挡位，为第一参考电压档位VRFF1，记录下此时的第一参考电压档位VREF1下4096个采样点中表示1的数目为N1。再减1个挡位，作为第二参考电压档位VREF2，记录下此时的第二参考电压档位VREF2下4096个采样点中表示1的数目为N2。比较N0、N1与N2，若N1-N0>512，并且|N1-N2|<=512，则选定参考电压档位VREF0最终的参考电压档位VREF。若N1-N0>512，并且N1-N2>512，则选定第一参考电压档位VREF1为最终的参考电压档位VREF。若上述两种关系式都不满足，则仍选定参考电压档位VREF0为最终的参考电压档位。

在确定参考电压档位区间后，进一步执行步骤S406，调节均衡器的补偿系数档位，以获取不同补偿系数档位对应的均衡结果，其中均衡结果为调整补偿系数后均衡器的输出信号。在一些实施例中，可以按照从小到大的顺序调整均衡器的补偿系数档位。也就是说，从均衡器的补偿系数档位的最低档开始，逐步判定补偿效果。可以理解的是，该按照从小到大的顺序调整补偿系数档位的方式仅仅是示意性的而非限制性的，本领域技术人员可以根据实际需要进行调整。

最后，在步骤S407处，根据不同补偿系数档位对应的均衡结果和所述参考电压档位区间选择用于均衡的补偿系数档位对应的补偿系数。在一些实施例中，可以将经过调整补偿系数后的均衡器输出的均衡结果与参考电压档位区间内的参考电压进行比较，以将二者之间的差值作为比较结果。然后根据比较结果中的有效信号的个数对不同补偿系数档位进行排序。最后选择排名高于设定次序的补偿系数档位对应的补偿系数用于均衡。作为举例，可以通过从低到高的方式遍历补偿系数档位ADJ_PEAK<2:0>=000~111这8个档位。根据补偿系数档位调整均衡器的补偿系数后，可以利用前述确定的参考电压档位区间内的参考电压对均衡结果进行判定，从而统计出该参考电压档位下有效信号的个数。例如，采样4096个点，统计在4096个采样点中表示1的信号的个数。

根据有效信号的个数对不同的档位进行排序，从而可以选取最优的档位用于均衡。例如，通过排序确定补偿档位为2、3和5的档位下，均衡器输出信号中在参考电压档位区间内的有效信号的个数最多，则可以在补偿系数档位为2、3和5的档位中选取任意一个档位用于均衡。

进一步，还可以在排名高于设定次序的补偿系数档位中，选择档位值最大的补偿系数档位对应补偿系数用于均衡。以补偿系数档位为2、3和5的档位排名前三为例，可以选取其中最大的补偿系数档位用于均衡，即从中选取补偿系数档位5用于均衡。

可以理解的是本发明中所选取的采样点的个数和用于确定信号幅度区间的有效信号的个数是示例性的而非限制性的，本领域技术人员可以根据信道传输过程中的具体情况进行合理设置。例如统计的采样点的个数可以是4096个，也可以是8192个。在确定参考电压档位时，有效信号的个数的判断标准可以是256，也可以是518或128。

本发明的上述方案中，可以使用异步时钟下采样的方式进行自适应均衡，有效减轻了对高速时钟需求的压力。并且本发明中在完成自适应算法计算后，将均衡器的补偿系数档位的结果进行锁存，其他用于分析的相应功能模块可以关闭，从而有效减少了整个电路的功耗。进一步，利用先确定输出信号的幅度区间再调整补偿档位的方式，减小了自适应完成的时间，并且增加了大的衰减下的幅度所在位置的可靠性。此外，通过设置补偿系数档位排名的方式，可以避免因异步采样误差导致的补偿系数档位选取结果的跳变，从而提高整个自适应算法结果的稳定性。另外，本发明中的用于实现自适应均衡的方案可以使用数字方式来完成自适应算法分析，易于不同工艺间的移植。

虽然本说明书已经示出和描述了本发明的多个实施方式，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施方式是仅以示例的方式提供的。本领域技术人员在不偏离本发明思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解在实践本发明的过程中，可以采用本文所描述的本发明实施方式的各种替代方案。所附权利要求书旨在限定本发明的保护范围，并因此覆盖这些权利要求范围内的模块组成、等同或替代方案。