适用于多协议的高速均衡器研究及自适应算法的实现
发布时间：2020-07-14 16:56
【摘要】：随着5G系统、云计算和移动互联网的发展,人们对通信系统中数据传输速率的要求日益增加。为了降低研发和生产费用,串行链路产业从单一,专用的串行链路协议向多协议发展是大势所趋。高频损耗、反射、串扰和噪声等非理想特性引起的码间干扰是影响数据传输速率提高的关键因素,在多协议系统中,不同协议信道多样的非理想特性更需要关注。本文研究了多协议高速自适应均衡器的设计。首先基于ADS软件对多协议高速自适应均衡器进行建模,根据不同特性信道对均衡器配置进行优化。本文的多协议均衡器采用FFE+DFE的结构,其中FFE为可选项,并对DFE采用SS-LMS自适应算法。给出的建模结果表明本文的多协议均衡器对不同特性的信道均有良好的均衡效果。接着,分别针对8Gb/s和10Gb/s速率的信号,本文对多协议高速自适应均衡器采用0.18μm CMOS工艺进行了电路设计。FFE采用T/2抽头间隔的两前抽结构,其中延时线为多级级联的源极电容衰减结构,并且采用电容校准和电阻校准技术,以应对频率变化和工艺角变化带来的延时偏差。DFE采用两抽头半速率结构,并对第一抽头使用基于EOM的SS-LMS算法进行自适应调节。仿真结果表明校准技术能在较大的范围内对FFE的延时进行校准,EOMSS-LMS算法的自适应性能良好。该均衡器版图面积(包含焊盘)为0.81mm×0.66mm=0.54mm2,后仿真结果均表明电路性能良好,对于选定的三种协议信道,输出眼图张开度均达到0.8UI以上,符合指标要求。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN715
【图文】：
利用率两方面折衷相对突出的抗信道衰减方案１１１。逡逑均衡技术分类的方法多种多样，按照均衡是在时域进行还是在频域进行可以分成时域均衡器和频域均逡逑衡器；按照是否存在反馈环路可分成线性均衡和非线性均衡；而按照均衡模块在收发器中的位置又可以为发送端均衡和接收端均衡。在自适应设计中，均衡需要额外的反馈通道，因此该类设计中主要采用接收逡逑端均衡。接收端均衡器主要有：前向均衡器（ＦＦＥ）、连续时间线性均衡器（ＣＴＬＥ）和判决反馈均衡器（ＤＦＥ），逡逑其中ＦＦＥ和ＣＴＬＥ均属于常见的线性均衡器，而ＤＦＥ属于非线性均衡器。相比较而言，ＦＦＥ和ＣＴＬＥ对逡逑前后标均有一定的均衡能力，但是无法区分信号和噪声，因而在对有效信号放大的同时也会放大噪声，对逡逑噪声抑制时也会衰减有效信号；而ＤＦＥ等非线性均衡器则不存在这种问题，但ＤＦＥ有只能均衡后标的缺逡逑陷。因此，综合线性和非线性均衡器各种的优点，将二者同时使用能达到最好的均衡效果。逡逑与并行传输相比，串行传输因为在传输过程中将时钟信号内嵌于数据信号中，所以不需考虑时钟同步逡逑的问题，而且可以采用各种信号优化技术，实现比并行传输更远的数据传输，因此得到了广泛的应用。串逡逑行链路中典型的代表就是串行器－解串器（ＳｅｒＤｅｓｆ１，图Ｍ为ＳｅｒＤｅｓ的结构简图。并行输入数据进入发送逡逑端后，被串行器（Ｓｅｒｉａｌｉｚｅｒ）并转串处理转换成高速率的串行信号，数据之后经过一段传输信道到达接收端。逡逑在接收端会对串行信号进行均衡处理和将串行信号中内嵌的时钟信号提取出来，均衡器的输出最终通过解逡逑串器（Ｄｅｓｅｒｉａｌ邋ｉｚｅｒ）进行串转并处理输出并行信号。逡逑ｅｌｋ逡逑逦
，的介电损耗和趋肤效应引起的｜１３］。逡逑耗是指电介质在外电场的作用下，一部分电能转变成热能，产生信号衰减的物理过程，流子在电场中产生导电电流。通常假定存在一个耗电电阻凡来表示电能的消耗，定义ｔａｎ＾邋＝邋＾－邋＝邋—＾—有电极介质样品的静电容值，出是交变电场的角频率。ｔａｒ＾也被称作损耗因子，正比率的增大，电流会趋近于导体表面，这种现象被称为趋肤效应。趋肤效应的原因是交介质内部和边缘部分交链的磁通量不一样，导致电流在介质表面分布不均，也即相当以用式２．２的穿透深度表示有效截面的减少。其中，Ａ是穿透深度，是磁导率，＃电△邋＝邋ｐｉ＼邋ｃｏ／ｕｙ逡逑
由于信道的高频损耗特性，信道将具有低通特性，标准的脉冲信号经过信道后，时域上将产生“拖尾”，逡逑从而当前码元会对前后码元产生ＩＳＩ，邋ＩＳＩ会严重的影响接收信号的眼图质量。这种现象随着信号频率升高逡逑会严重恶化，对于相同的信号频率，不同的信道产生的ＩＳＩ也会有很大的差异。图２－１中（ａ）、（ｂ）分别是ＰＣＩｅ３逡逑协议信道和１０Ｇ－ＫＲ协议信道的频率特性曲线，从图中可以看出随着频率的增加，信道的插入损耗显著增逡逑力口，且对于相同的频率不同信道也有很大不同的衰减。逡逑２．２．２反射逡逑信号沿着介质传播时，由于瞬时阻抗的变化而引起的反射也是信道非理想特性的一部分。该过程中，逡逑信号的一部分被反射，而另一部分则会发生失真并且继续传播，这也是串行通信中信号完整性问题的重要逡逑原因［１４］。逡逑反射会使得信号的质量下降，引起电平下冲，如果下冲超过噪声容限，会造成高低电平的误判。图２－２逡逑显示了由于传输线末端瞬态阻抗突变引起的反射噪声，可知信道反射噪声的存在大大恶化了信号质量。逡逑１邋：邋Ａ逦噪声引起的逡逑＾逦Ａ／Ｗｎ／＇邋－大信号波动逡逑Ｊ逦Ｉａ／ｖ－—＇逦ｙ＼／ｖ—｜逡逑：卜，，丨丨．丨｜丨，丨：，ｉ丨Ｉ…丨逡逑０逦２逦４逦６逦８逦１０逦１２邋Ｕ邋１６逦１８逦２０逡逑时间：ｎｓ逡逑图２－２阻抗突变引起的反射噪声逡逑反射信号的大小是由瞬时阻抗的变化决定的
本文编号：2755237
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN715
【图文】：
利用率两方面折衷相对突出的抗信道衰减方案１１１。逡逑均衡技术分类的方法多种多样，按照均衡是在时域进行还是在频域进行可以分成时域均衡器和频域均逡逑衡器；按照是否存在反馈环路可分成线性均衡和非线性均衡；而按照均衡模块在收发器中的位置又可以为发送端均衡和接收端均衡。在自适应设计中，均衡需要额外的反馈通道，因此该类设计中主要采用接收逡逑端均衡。接收端均衡器主要有：前向均衡器（ＦＦＥ）、连续时间线性均衡器（ＣＴＬＥ）和判决反馈均衡器（ＤＦＥ），逡逑其中ＦＦＥ和ＣＴＬＥ均属于常见的线性均衡器，而ＤＦＥ属于非线性均衡器。相比较而言，ＦＦＥ和ＣＴＬＥ对逡逑前后标均有一定的均衡能力，但是无法区分信号和噪声，因而在对有效信号放大的同时也会放大噪声，对逡逑噪声抑制时也会衰减有效信号；而ＤＦＥ等非线性均衡器则不存在这种问题，但ＤＦＥ有只能均衡后标的缺逡逑陷。因此，综合线性和非线性均衡器各种的优点，将二者同时使用能达到最好的均衡效果。逡逑与并行传输相比，串行传输因为在传输过程中将时钟信号内嵌于数据信号中，所以不需考虑时钟同步逡逑的问题，而且可以采用各种信号优化技术，实现比并行传输更远的数据传输，因此得到了广泛的应用。串逡逑行链路中典型的代表就是串行器－解串器（ＳｅｒＤｅｓｆ１，图Ｍ为ＳｅｒＤｅｓ的结构简图。并行输入数据进入发送逡逑端后，被串行器（Ｓｅｒｉａｌｉｚｅｒ）并转串处理转换成高速率的串行信号，数据之后经过一段传输信道到达接收端。逡逑在接收端会对串行信号进行均衡处理和将串行信号中内嵌的时钟信号提取出来，均衡器的输出最终通过解逡逑串器（Ｄｅｓｅｒｉａｌ邋ｉｚｅｒ）进行串转并处理输出并行信号。逡逑ｅｌｋ逡逑逦
，的介电损耗和趋肤效应引起的｜１３］。逡逑耗是指电介质在外电场的作用下，一部分电能转变成热能，产生信号衰减的物理过程，流子在电场中产生导电电流。通常假定存在一个耗电电阻凡来表示电能的消耗，定义ｔａｎ＾邋＝邋＾－邋＝邋—＾—有电极介质样品的静电容值，出是交变电场的角频率。ｔａｒ＾也被称作损耗因子，正比率的增大，电流会趋近于导体表面，这种现象被称为趋肤效应。趋肤效应的原因是交介质内部和边缘部分交链的磁通量不一样，导致电流在介质表面分布不均，也即相当以用式２．２的穿透深度表示有效截面的减少。其中，Ａ是穿透深度，是磁导率，＃电△邋＝邋ｐｉ＼邋ｃｏ／ｕｙ逡逑
由于信道的高频损耗特性，信道将具有低通特性，标准的脉冲信号经过信道后，时域上将产生“拖尾”，逡逑从而当前码元会对前后码元产生ＩＳＩ，邋ＩＳＩ会严重的影响接收信号的眼图质量。这种现象随着信号频率升高逡逑会严重恶化，对于相同的信号频率，不同的信道产生的ＩＳＩ也会有很大的差异。图２－１中（ａ）、（ｂ）分别是ＰＣＩｅ３逡逑协议信道和１０Ｇ－ＫＲ协议信道的频率特性曲线，从图中可以看出随着频率的增加，信道的插入损耗显著增逡逑力口，且对于相同的频率不同信道也有很大不同的衰减。逡逑２．２．２反射逡逑信号沿着介质传播时，由于瞬时阻抗的变化而引起的反射也是信道非理想特性的一部分。该过程中，逡逑信号的一部分被反射，而另一部分则会发生失真并且继续传播，这也是串行通信中信号完整性问题的重要逡逑原因［１４］。逡逑反射会使得信号的质量下降，引起电平下冲，如果下冲超过噪声容限，会造成高低电平的误判。图２－２逡逑显示了由于传输线末端瞬态阻抗突变引起的反射噪声，可知信道反射噪声的存在大大恶化了信号质量。逡逑１邋：邋Ａ逦噪声引起的逡逑＾逦Ａ／Ｗｎ／＇邋－大信号波动逡逑Ｊ逦Ｉａ／ｖ－—＇逦ｙ＼／ｖ—｜逡逑：卜，，丨丨．丨｜丨，丨：，ｉ丨Ｉ…丨逡逑０逦２逦４逦６逦８逦１０逦１２邋Ｕ邋１６逦１８逦２０逡逑时间：ｎｓ逡逑图２－２阻抗突变引起的反射噪声逡逑反射信号的大小是由瞬时阻抗的变化决定的
【参考文献】
相关期刊论文 前3条
1 解放;罗闯;;CMOS模拟集成电路版图设计[J];微处理机;2012年03期
2 朱兴华;何为;;矢量网络分析仪在高速PCB材料评估中的应用[J];印制电路信息;2012年06期
3 雷利华;施浒立;马冠一;;基于LMS与RLS算法的自适应均衡器性能研究[J];微计算机信息;2009年09期
相关博士学位论文 前2条
1 张明科;基于纳米工艺的高速自适应均衡技术的研究与实现[D];东南大学;2015年
2 王计波;面向智能断路器的多协议通信技术研究[D];河北工业大学;2013年
相关硕士学位论文 前4条
1 李峰灯;高速链路均衡电路的能效优化及分数间隔FFE设计[D];东南大学;2016年
2 罗书建;无线通信系统中自适应信道均衡算法研究与实现[D];电子科技大学;2015年
3 宁源;2.5Gbps高速VML接口电路的设计与研究[D];西安电子科技大学;2015年
4 夏晓;自适应滤波器中LMS算法的研究及应用[D];北京邮电大学;2013年
本文编号：2755237
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/2755237.html
