一种高速串行接口芯片的接收端均衡器自适应方法与流程

1.本技术涉及通信技术领域，更具体地涉及一种高速串行接口芯片的接收端均衡器自适应方法。


背景技术：

2.本部分旨在为权利要求书中陈述的本技术的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是已被公开的现有技术。
3.在高速串行接口芯片中，由信道插入损耗造成的码间干扰会影响信号传输质量，造成误码，因此需要引入均衡技术，以补偿信道插入损耗，减轻码间干扰造成的影响。在基于模数转换器(adc)和数字信号处理(dsp)的串行解串器(serdes)接收端方案中，前向反馈均衡器(ffe)是一种常用的线性数字均衡器。但是在一个典型的串行解串器接收端实现方案中，ffe通常是其中功耗占比最大的部分，而功耗是评估串行解串器serdes的一个重要指标。ffe的输入包含数据和系数两个部分，任何一个部分的变化率均对ffe的整体功耗有影响。通常，ffe的系数由自适应算法生成，根据ffe的输出值与理想值之间的误差决定系数是否正确以及调节的方向。系数自适应是一个动态平衡的过程，系数的稳定值会在理想值上下浮动，而系数的变化会增大ffe的功耗。
4.在一种应用于模数转换器和数字信号处理的串行解串器接收端自适应均衡方案中，如图1所示，ffe的作用是对模数转换器输出的数据进行均衡，以尽可能地消除码间干扰带来的影响，均衡的方法是对每个计算节点，将模数转换器输出的数据与该节点对应的系数相乘，之后把所有计算节点的输出相加，再输出到判决器进行判决。图中判决器已省略。ffe每个计算节点的系数来自自适应算法模块，其输入为模数转换器输出的采样数据和判决器输出值与理想值之间的误差。
5.现有技术的缺点为，由于最小均方lms自适应算法的对于ffe系数的计算是一个动态平衡的过程，并且由于数字电路存在量化误差，因此在系数在接近理想值之后，不会停留在理想值上，而是会在理想值附近上下跳变。而在数字电路中，数据的跳变会带来功耗的增加，由于在ffe之后存在判决，因此均衡后的输出不需要完全等于理想值，而是在理想值附近即可正确判决，所以ffe系数只需要维持在理想值附近即可完成均衡的功能。系数稳定后在理想值附近的跳变带来的额外功耗是无意义的。


技术实现要素：

6.本技术的目的在于提供一种高速串行接口芯片的接收端均衡器自适应方法，通过设置误差死区门限，在一定条件下停止ffe系数的更新，在不过度影响性能的前提下降低功耗。
7.本技术公开了一种高速串行接口芯片的接收端均衡器自适应方法，包括：
8.数字均衡器接收模数转换器的输出值及自适应算法模块输出的各节点的系数；
9.通过所述数字均衡器将所述模数转换器的输出值与对应节点的系数相乘并相加
后输出；
10.通过判决器对所述数字均衡器的输出进行判决并得到判决数据；
11.计算所述判决数据与理想值之间的误差并得到初步误差值；以及
12.所述自适应算法模块将所述初步误差值与死区门限进行比较并确定使用误差值，当所述初步误差值在所述死区门限范围内时，所述使用误差值为0，所述自适应算法模块保持上一周期的各节点系数不变并输出到所述数字均衡器，当所述初步误差值在所述死区门限的范围外时，所述使用误差值等于所述初步误差值，所述自适应算法模块根据所述模数转换器的输出值和所述使用误差值更新各节点的系数并输出到所述数字均衡器。
13.在一个优选例中，所述数字均衡器为前向反馈均衡器，包括n+m+1个节点，其中，n为前向节点的个数，m为后向节点的个数，所述数字均衡器的输出值的计算公式如下：
[0014][0015]
其中y
′
(n)是数字均衡器第n时刻的输出值，h(n，j)为所述自适应算法模块第n时刻输出的第j个节点的系数，x(n，j)为所述模数转换器第n时刻的第j个输出值，其中，-n≤j≤m。
[0016]
在一个优选例中，采用如下公式计算所述判决数据与理想值之间的初步误差值：
[0017]e′
(n)＝y(n)-d(n)
[0018]
采用如下公式将所述初步误差值与死区门限进行比较并确定使用误差值：
[0019][0020]
其中，y(n)是所述判决器的输出值，d(n)是理想值，e
′
(n)为初步误差值，e(n)为使用误差值，e
th
为设置的死区门限。
[0021]
在一个优选例中，所述死区门限通过仿真测试所述死区门限的大小与误码率的关系确定。
[0022]
在一个优选例中，所述数字均衡器包括9个前向节点和22个后向节点，所述死区门限的取值为0.09。
[0023]
在一个优选例中，所述自适应算法模块采用的是最小均方算法，所述自适应算法模块根据所述模数转换器的输出值和所述使用误差值采用如下公式更新各节点的系数：
[0024]
h(n，j)＝h(n-1，j)+μ(n)
·
x(n，j)
·
e(n)
[0025]
其中h(n-1，j)和h(n，j)分别为所述自适应算法模块第n-1时刻和第n时刻输出的第j个节点的系数，μ(n)为调整的步长，x(n，j)为所述模数转换器第n时刻的第j个输出值，e(n)为所述使用误差值。
[0026]
在一个优选例中，所述数字均衡器为判决反馈均衡器，或前向反馈均衡器和判决反馈均衡器的组合。
[0027]
在一个优选例中，所述判决器为判决反馈均衡器。
[0028]
在一个优选例中，所述自适应算法模块采用的是最大似然序列估计算法。
[0029]
本技术还公开了一种高速串行接口芯片的接收端均衡器自适应电路包括：数字均
衡器、判决器、加法器、死区门限比较器、自适应算法模块；
[0030]
其中，所述数字均衡器的数据输入端与模数转换器的输出端相连，所述数字均衡器的输出端与所述判决器的输入端相连，所述判决器的输出端与所述加法器的输入端相连，所述加法器的输出端与所述死区门限比较器的输入端相连，所述自适应算法模块的输入端与所述死区门限比较器的输出端和所述模数转换器的输出端相连，所述自适应算法模块的输出端与所述数字均衡器的系数输入端相连；
[0031]
所述数字均衡器接收所述模数转换器的输出值及所述自适应算法模块输出的各节点的系数，通过所述数字均衡器将所述模数转换器的输出值与对应节点的系数相乘并相加后输出；
[0032]
通过所述判决器对所述数字均衡器的输出进行判决并得到判决数据；
[0033]
通过所述加法器计算所述判决数据与理想值之间的误差并得到初步误差值；
[0034]
通过所述死区门限比较器将所述初步误差值与死区门限进行比较并确定使用误差值；
[0035]
所述自适应算法模块将所述初步误差值与死区门限进行比较并确定使用误差值，当所述初步误差值在所述死区门限范围内时，所述使用误差值为0，所述自适应算法模块保持上一周期的各节点系数不变并输出到所述数字均衡器，当所述初步误差值在所述死区门限的范围外时，所述使用误差值等于所述初步误差值，所述自适应算法模块根据所述模数转换器的输出值和所述使用误差值更新各节点的系数并输出到所述数字均衡器。
[0036]
本技术实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：
[0037]
本发明提出了一种带有死区门限的算法，在误差e(n)的绝对值小于一定值的时候(即判定系数h(n)已经锁定到理想值附近)，在该时钟周期不对系数h(n)进行调整，保持系数不变，以此减少不必要的系数跳变，在不过度影响性能的前提下降低功耗。
[0038]
进一步的，可以根据具体的仿真分析选取合适的死区门限e
th
，从而在不同的数字均衡器实现方式下实现最优的功耗优化效果。
[0039]
本技术的说明书中记载了大量的技术特征，分布在各个技术方案中，如果要罗列出本技术所有可能的技术特征的组合(即技术方案)的话，会使得说明书过于冗长。为了避免这个问题，本技术上述发明内容中公开的各个技术特征、在下文各个实施方式和例子中公开的各技术特征、以及附图中公开的各个技术特征，都可以自由地互相组合，从而构成各种新的技术方案(这些技术方案均应该视为在本说明书中已经记载)，除非这种技术特征的组合在技术上是不可行的。例如，在一个例子中公开了特征a+b+c，在另一个例子中公开了特征a+b+d+e，而特征c和d是起到相同作用的等同技术手段，技术上只要择一使用即可，不可能同时采用，特征e技术上可以与特征c相组合，则，a+b+c+d的方案因技术不可行而应当不被视为已经记载，而a+b+c+e的方案应当视为已经被记载。
附图说明
[0040]
为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0041]
图1是现有技术中的一个接收端均衡器自适应电路的示意图。
[0042]
图2是根据本技术一个实施例中的接收端均衡器自适应电路的示意图。
[0043]
图3是根据本技术一个实施例中的死区门限与误码率的关系示意图。
[0044]
图4是根据本技术一个实施例中的一个接收端均衡器自适应方法的流程示意图。
[0045]
各附图中，各标示如下：
[0046]
1-数字均衡器；
[0047]
2-加法器；
[0048]
3-自适应算法模块；
[0049]
4-死区门限比较器；
[0050]
5-判决器。
具体实施方式
[0051]
在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本技术而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本技术所要求保护的技术方案。
[0052]
部分概念的说明：
[0053]
高速串行接口：是一个串行接口标准。此技术还涉及串行解串器(serdes)，即在发送端多路低速并行信号被转换成高速串行信号，经过传输媒体(光缆或铜线)，最后在接收端高速串行信号重新转换成低速并行信号。
[0054]
前向反馈均衡器(ffe)；是线性均衡技术，根据相邻比特的电压幅度的加权值来进行当前比特幅度的修正，每个相邻比特的加权系数直接和通道的冲击响应有关。
[0055]
判决反馈均衡器(dfe)：是非线性均衡技术，通过相邻比特的判决电平对当前比特的判决阈值进行修正。
[0056]
最小均方算法(lms)：是一种最陡下降算法的改进算法，该算法不需要已知输入信号和期望信号的统计特征，“当前时刻”的加权系数是通过“上一时刻”加权系数再加上一个负均方误差梯度的比例项求得。
[0057]
最大似然序列估计(mlse)：通过计算接收信号序列与可能的发送信号序列之间的相似程度，从而推断出最有可能发送的信号序列。这个推断过程依赖于对信号的模型和信道的模型。
[0058]
为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术的实施方式作进一步地详细描述。
[0059]
本技术公开了一种高速串行接口芯片的接收端均衡器自适应电路，其结构如图2所示，包括：数字均衡器1、判决器5、加法器2、死区门限比较器4、自适应算法模块3。其中，数字均衡器1的数据输入端与模数转换器(图中未示出)的输出端相连，数字均衡器1的输出端与判决器5的输入端相连，判决器5的输出端与加法器2的输入端相连，加法器2的输出端与死区门限比较器4的输入端相连，自适应算法模块3的输入端与死区门限比较器4的输出端和模数转换器的输出端相连，自适应算法模块3的输出端与数字均衡器1的系数输入端相连。
[0060]
数字均衡器1接收模数转换器的输出值及自适应算法模块3输出的各节点的系数。
通过数字均衡器1将模数转换器的输出值与对应节点的系数相乘并相加后输出。通过判决器5对数字均衡器1的输出进行判决并得到判决数据。加法器2计算判决数据与理想值之间的误差并得到初步误差值。死区门限比较器4将初步误差值与死区门限进行比较并确定使用误差值，当初步误差值在死区门限范围内时，使用误差值为0，自适应算法模块3保持上一周期的各节点系数不变并输出到数字均衡器1，当初步误差值在死区门限的范围外时，使用误差值等于初步误差值，自适应算法模块3根据模数转换器的输出值和使用误差值更新各节点的系数并输出到数字均衡器1。
[0061]
在一个实施例中，数字均衡器1为前向反馈均衡器ffe，包括n+m+1个节点，其中，n为前向节点的个数，m为后向节点的个数，n、m为正整数。数字均衡器1的输出值的计算公式如下：
[0062][0063]
其中y
′
(n)是数字均衡器1第n时刻的输出值，h(n，j)为自适应算法模块3第n时刻输出的第j个节点的系数，x(n，j)为模数转换器第n时刻的第j个输出值，其中，-n≤j≤m。
[0064]
在一个实施例中，采用如下公式计算判决数据y(n)与理想值之间的初步误差值：
[0065]e′
(n)＝y(n)-d(n)
[0066]
采用如下公式将初步误差值与死区门限进行比较并确定使用误差值：
[0067][0068]
其中，y(n)是判决器5的输出值，d(n)是理想值，e
′
(n)为判决器5的输出值与理想值之间的初步误差，e(n)为使用误差值，e
th
为设置的误差死区门限。死区门限e
th
设置值越大，则对应的系数h(n)锁定区间越大，功耗优化效果越明显，但死区门限值设置过大，则会影响系数h(n)正常收敛，以至于影响数字均衡器1性能。
[0069]
在一个实施例中，死区门限e
th
通过仿真测试死区门限e
th
的大小与误码率的关系确定。在一个实施例中，前向反馈均衡器ffe包括32个节点，其中包括依次连接的9个前向节点、1个主节点及22个后向节点，即图2中的n等于9，m等于22，模数转换器的输出为8bits，节点系数为9bits，通过仿真分析，死区门限e
th
与误码率的关系如图3所示，取归一化的误差死区门限e
th
为0.09是一个合适的取值，既不会对系数h(n)的正常收敛以及数字均衡器1性能造成恶化，又能尽量实现功耗的优化。仿真测试方法为：在保持其他条件不变的情况下，改变死区门限e
th
的取值，并记录在该死区门限e
th
配置下的误码率。死区门限e
th
确定的原则为不使误码率产生明显的升高。上述的死区门限e
th
取值只是一种实现方式下的示例，在不同的实现方式下需要进行对应的仿真分析，从而取得合适的死区门限e
th
取值。例如，不同节点数的前向反馈均衡器ffe，或不同的前向反馈均衡器ffe和判决反馈均衡器dfe的组合，其死区门限e
th
取值可以通过仿真测试死区门限e
th
的大小与误码率的关系确定。
[0070]
在一个实施例中，自适应算法模块3采用的是最小均方lms算法，自适应算法模块3根据模数转换器的输出值和使用误差值采用如下公式更新各节点的系数：
[0071]
h(n，j)＝h(n-1，j)+μ(n)
·
x(n，j)
·
e(n)
[0072]
其中h(n-1，j)和h(n，j)分别为自适应算法模块3第n-1时刻和第n时刻输出的第j个节点的系数，μ(n)为调整的步长，x(n，j)为模数转换器第n时刻的第j个输出值，e(n)为使用误差值。
[0073]
在另一个实施例中，数字均衡器1可以为判决反馈均衡器dfe。
[0074]
在其他实施例中，数字均衡器1还可以是前向反馈均衡器ffe和判决反馈均衡器dfe的组合。
[0075]
在一个实施例中，判决器5为判决反馈均衡器dfe。
[0076]
在另一个实施例中，自适应算法模块采用的是最大似然序列估计mlse算法。
[0077]
本技术还公开了一种高速串行接口芯片的接收端均衡器自适应方法，该方法可以应用于图2所示的接收端均衡器自适应电路，结合图2和图4所示，该方法包括如下步骤：
[0078]
步骤101，数字均衡器1接收模数转换器的输出值及自适应算法模块3输出的各节点的系数。
[0079]
步骤102，通过数字均衡器1将模数转换器的输出值与对应节点的系数相乘并相加后输出。
[0080]
步骤103，通过判决器5对数字均衡器1的输出进行判决并得到判决数据。
[0081]
步骤104，加法器2计算判决数据与理想值之间的误差并得到初步误差值。
[0082]
步骤105，死区门限比较器4将初步误差值与死区门限进行比较并确定使用误差值。当初步误差值在死区门限范围内时，使用误差值为0，自适应算法模块保持上一周期的各节点系数不变并输出到数字均衡器，当初步误差值在死区门限的范围外时，使用误差值等于初步误差值，自适应算法模块根据模数转换器的输出值和使用误差值更新各节点的系数并输出到数字均衡器。
[0083]
需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0084]
在本技术提及的所有文献都在本技术中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本技术的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
[0085]
在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

技术特征：
1.一种高速串行接口芯片的接收端均衡器自适应方法，其特征在于，包括：数字均衡器接收模数转换器的输出值及自适应算法模块输出的各节点的系数；通过所述数字均衡器将所述模数转换器的输出值与对应节点的系数相乘并相加后输出；通过判决器对所述数字均衡器的输出进行判决并得到判决数据；计算所述判决数据与理想值之间的误差并得到初步误差值；以及所述自适应算法模块将所述初步误差值与死区门限进行比较并确定使用误差值，当所述初步误差值在所述死区门限范围内时，所述使用误差值为0，所述自适应算法模块保持上一周期的各节点系数不变并输出到所述数字均衡器，当所述初步误差值在所述死区门限的范围外时，所述使用误差值等于所述初步误差值，所述自适应算法模块根据所述模数转换器的输出值和所述使用误差值更新各节点的系数并输出到所述数字均衡器。2.根据权利要求1所述的接收端均衡器自适应方法，其特征在于，所述数字均衡器为前向反馈均衡器，包括n+m+1个节点，其中，n为前向节点的个数，m为后向节点的个数，所述数字均衡器的输出值的计算公式如下：其中y
′
(n)是数字均衡器第n时刻的输出值，h(n,j)为所述自适应算法模块第n时刻输出的第j个节点的系数，x(n,j)为所述模数转换器第n时刻的第j个输出值，其中，-n≤j≤m。3.根据权利要求1所述的接收端均衡器自适应方法，其特征在于，采用如下公式计算所述判决数据与理想值之间的初步误差值：e
′
(n)＝y(n)-d(n)采用如下公式将所述初步误差值与死区门限进行比较并确定所述使用误差值：其中，y(n)是所述判决器的输出值，d(n)是理想值，e
′
(n)为初步误差值，e(n)为使用误差值，e
th
为设置的死区门限。4.根据权利要求1所述的接收端均衡器自适应方法，其特征在于，所述死区门限通过仿真测试所述死区门限的大小与误码率的关系确定。5.根据权利要求1所述的接收端均衡器自适应方法，其特征在于，所述数字均衡器包括9个前向节点和22个后向节点，所述死区门限的取值为0.09。6.根据权利要求1所述的接收端均衡器自适应方法，其特征在于，所述自适应算法模块采用的是最小均方算法，所述自适应算法模块根据所述模数转换器的输出值和所述使用误差值采用如下公式更新各节点的系数：h(n,j)＝h(n-1,j)+μ(n)
·
x(n,j)
·
e(n)其中h(n-1,j)和h(n,j)分别为所述自适应算法模块第n-1时刻和第n时刻输出的第j个节点的系数，μ(n)为调整的步长，x(n,j)为所述模数转换器第n时刻的第j个输出值，e(n)为
所述使用误差值。7.根据权利要求1所述的接收端均衡器自适应方法，其特征在于，所述数字均衡器为判决反馈均衡器，或前向反馈均衡器和判决反馈均衡器的组合。8.根据权利要求1所述的接收端均衡器自适应方法，其特征在于，所述判决器为判决反馈均衡器。9.根据权利要求1所述的接收端均衡器自适应方法，其特征在于，所述自适应算法模块采用的是最大似然序列估计算法。10.一种高速串行接口芯片的接收端均衡器自适应电路，其特征在于，包括：数字均衡器、判决器、加法器、死区门限比较器、自适应算法模块；其中，所述数字均衡器的数据输入端与模数转换器的输出端相连，所述数字均衡器的输出端与所述判决器的输入端相连，所述判决器的输出端与所述加法器的输入端相连，所述加法器的输出端与所述死区门限比较器的输入端相连，所述自适应算法模块的输入端与所述死区门限比较器的输出端和所述模数转换器的输出端相连，所述自适应算法模块的输出端与所述数字均衡器的系数输入端相连；所述数字均衡器接收所述模数转换器的输出值及所述自适应算法模块输出的各节点的系数，通过所述数字均衡器将所述模数转换器的输出值与对应节点的系数相乘并相加后输出；通过所述判决器对所述数字均衡器的输出进行判决并得到判决数据；通过所述加法器计算所述判决数据与理想值之间的误差并得到初步误差值；通过所述死区门限比较器将所述初步误差值与死区门限进行比较并确定使用误差值；所述自适应算法模块将所述初步误差值与死区门限进行比较并确定使用误差值，当所述初步误差值在所述死区门限范围内时，所述使用误差值为0，所述自适应算法模块保持上一周期的各节点系数不变并输出到所述数字均衡器，当所述初步误差值在所述死区门限的范围外时，所述使用误差值等于所述初步误差值，所述自适应算法模块根据所述模数转换器的输出值和所述使用误差值更新各节点的系数并输出到所述数字均衡器。

技术总结
本申请涉及通信技术领域，公开一种高速串行接口芯片的接收端均衡器自适应方法及电路，该方法包括：数字均衡器接收模数转换器的输出值及自适应算法模块输出的各节点的系数；通过数字均衡器将模数转换器的输出值与对应节点的系数相乘并相加后输出；通过判决器对数字均衡器的输出进行判决并得到判决数据；计算判决数据与理想值之间的误差并得到初步误差值；自适应算法模块将初步误差值与死区门限进行比较并确定使用误差值，当初步误差值在死区门限范围内时，使用误差值为0，当初步误差值在死区门限的范围外时，使用误差值等于初步误差值。本申请通过设置误差死区门限，一定条件下停止系数更新，在不过度影响性能的前提下降低功耗。耗。耗。


技术研发人员：冯飞 王浩南 黄永恒 高翔 钟英权
受保护的技术使用者：集益威半导体（上海）有限公司
技术研发日：2023.07.13
技术公布日：2023/10/11