一种多维度信号眼图补偿电路
阅读说明：本技术 一种多维度信号眼图补偿电路 (Multi-dimensional signal eye diagram compensation circuit ) 是由 洪明 李发明 林永辉 杨龙东 于 2019-10-10 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种多维度信号眼图补偿电路,上升沿调整通路、下降沿调整通路分别设置有检测电路,用于提取输入信号中一定宽度的上升沿/下降沿脉冲信号；一定宽度的上升沿/下降沿脉冲信号经过MUX选择器后生成上升沿/下降沿预加重补偿信号或者上升沿/下降沿去加重补偿信号；上升沿/下降沿预加重补偿信号或者上升沿/下降沿去加重补偿信号与高速主信号通路上的输入信号加权,调整输入信号的上升沿和下降沿在对应上升沿/下降沿脉冲信号处的幅度。上述的多维度信号眼图补偿电路,可分别调整眼图的上升沿和下降沿的相位、幅度及预加重的方向,呈现四个维度的眼图补偿,提高眼图的张开度和对称性。(The invention provides a multi-dimensional signal eye diagram compensation circuit.A rising edge adjusting path and a falling edge adjusting path are respectively provided with a detection circuit for extracting a rising edge/falling edge pulse signal with a certain width in an input signal; after the rising edge/falling edge pulse signals with certain widths pass through the MUX selector, rising edge/falling edge pre-emphasis compensation signals or rising edge/falling edge de-emphasis compensation signals are generated; the rising/falling edge pre-emphasis compensation signal or the rising/falling edge de-emphasis compensation signal is weighted with the input signal on the high speed main signal path to adjust the amplitude of the rising and falling edges of the input signal at the corresponding rising/falling edge pulse signal. The multi-dimensional signal eye pattern compensation circuit can respectively adjust the phase position, the amplitude and the pre-emphasis direction of the rising edge and the falling edge of the eye pattern, presents four-dimensional eye pattern compensation and improves the opening degree and the symmetry of the eye pattern.)
技术领域
本发明涉及集成电路，尤其涉及数字信号的相位和幅度的调整。
背景技术
信号质量的提高一直是通讯工程和高速信号电路设计领域的一个重要课题，信号质量一般通过衡量眼图质量来判断，包括眼图的上升沿和下降沿的时间、抖动、Margin、DCD等指标，可概括为眼图的张开度和对称性两大指标。
信号经过传输介质后，信号和眼图质量会降低，影响信号判决，增大误码率。在频域上的解释是：信号传输介质表现出来的是低通滤波特性，传输过程中信号的高频成分衰减大，而信号的高频分量主要体现在信号的上升沿和下降沿的摆率，上升沿和下降沿变慢，眼图张开度差；且由于上升沿和下降沿的衰减程度不同，眼图的对称性差。当传输信号速率越快时，眼图劣化的程度越明显。
眼图质量下降主要有以下几个实际应用下物理原因：集成电路器件在大信号时增益和寄生的不连续性、封装寄生、PCB和柔性板的走线衰减、光纤传输色散、阻抗不匹配引起的反射，特别是激光器的寄生效应引起的不连续性都会导致接收端输入的信号质量劣化，并且由于劣化程度不同，引起信号眼图不对称。因而高速信号传输一般需要相应的补偿技术。
预加重技术是高速信号传输常见的补偿电路，其思想是在传输线的发送端预先增强信号的高频成分，以补偿高频分量在传输过程中的衰减，增强信号上升沿和下降沿处的摆率，从而提高信号眼图的张开度。
中国专利CN102624374A采用典型的预加重电路，通过对原信号延时、取反、乘以特定系数，再叠加至原信号，从而提高信号转换电平的幅度。但是，其所提的技术无法分别对眼图的上升沿和下降沿相位、幅度、预加重的方向进行调整，四个维度的调整力度一致，调整手段单调。
美国专利US2018/0062343A1在典型的预加重电路基础上做了相应改进，通过两路不同的延时信号代表上升沿和下降沿的延时，两路信号通过运算获得的信号再取反、乘以特定系数，再叠加至原信号，从而实现典型的预加重功能的同时，还可以分别调整眼图的上升沿和下降沿的相位，提高眼图的对称性，进一步提高信号质量。如上的技术虽然可以分别对眼图的上升沿和下降沿相位进行调整，但是无法分别对眼图的上升沿和下降沿的幅度、预加重的方向进行调整；而且此种技术的延时信号的叠加在电路实现上较为复杂。
总之，现有技术对信号眼图的补偿维度不够充分和灵活，而且各自存在着诸如电路设计复杂或者功耗过大的缺陷，在实际的应用中可能需要额外的补偿技术，对激光器或负载的兼容性不足，而且给整体功耗指标带来压力。
发明内容
本发明提供了一种多维度信号眼图补偿电路，目的在于解决现有技术中存在由于信号衰减所造成的眼图的张开度和对称性不足的问题。
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种多维度信号眼图补偿电路，其特征在于包括：上升沿调整通路、下降沿调整通路、高速主信号通路；
所述上升沿调整通路、下降沿调整通路分别设置有检测电路，用于提取输入信号中一定宽度的上升沿/下降沿脉冲信号；所述一定宽度的上升沿/下降沿脉冲信号直接输出或取反输出后生成上升沿/下降沿预加重补偿信号或者上升沿/下降沿去加重补偿信号；
所述上升沿/下降沿预加重补偿信号或者上升沿/下降沿去加重补偿信号与高速主信号通路上的输入信号加权，调整输入信号的上升沿和下降沿在对应上升沿/下降沿脉冲信号处的幅度。
在一较佳实施例中：所述上升沿/下降沿预加重补偿信号或者上升沿/下降沿去加重补偿信号先相加后，得到沿脉冲相加信号；所述沿脉冲相加信号再与输入信号加权。
在一较佳实施例中：所述加权包括：所述沿脉冲相加信号乘以一定的补偿幅值ΔA后，并且所述输入信号乘以一定的幅值A后，再将二者相加。
在一较佳实施例中：所述上升沿调整通路、下降沿调整通路分别设置有使能开关。
在一较佳实施例中：所述上升沿调整通路包括上升沿检测电路和MUX选择器；所述下降沿调整通路包括下降沿检测电路和MUX选择器。
在一较佳实施例中：所述上升沿检测电路、下降沿检测电路分别包括延时模块、非门和与门；
所述输入信号通过使能开关连接至延时模块的输入端；上升沿检测电路的延时模块的输出端经过第一非门接入第一与门的第一输入端，第一与门的第二输入端连接至输入信号，第一与门的输出端通过第二非门连接至第一MUX选择器的第一输入端，并且所述第一与门的输出端还直接连接至第一MUX选择器的第二输入端；
下降沿检测电路的延时模块的输出端接入第二与门的第一输入端，输入信号通过第三非门接入第二与门的第二输入端，第二与门的输出端通过第四非门连接至第二MUX选择器的第一输入端，并且所述第二与门的输出端还直接连接至第二MUX选择器的第二输入端。
在一较佳实施例中：还包括第一高速信号放大器，所述输入信号通过第一高速放大器后输入至所述上升沿调整通路、下降沿调整通路。
在一较佳实施例中：所述高速主信号通路还包括第二高速信号放大器和第三高速信号放大器，输入信号依次通过第二高速信号放大器和第三高速信号放大器后，与所述上升沿/下降沿预加重补偿信号或者上升沿/下降沿去加重补偿信号加权。
相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：
1.本发明提供了一种多维度信号眼图补偿电路，实现了一种四维(信号眼图的上升沿和下降沿的位置、沿相位、沿幅度和预加重方向)的信号眼图补偿手段，补偿手段灵活且充分，在最大限度地提高眼图张开度的同时，最大限度地提高了眼图的对称性，充分地提高了信号眼图的质量。
2.本发明提供了一种多维度信号眼图补偿电路，本身功耗小，并且由于补偿充分，基本无须用到其他的眼图补偿技术，可降低芯片或模块的总体功耗。
附图说明
图1为本发明优选实施例中多维度信号眼图补偿电路的电路图；
图2为本发明优选实施例中对信号的上升沿和下降沿进行预加重补偿的时序图；
图3为本发明优选实施例中对信号的上升沿做去加重补偿，下降沿做预加重补偿的时序图；
图4为本发明优选实施例中只对信号的上升沿做预加重补偿的时序图。
具体实施方式
下文结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步说明。
参考图1，本发明提供了一种多维度信号眼图补偿电路，包括：上升沿调整通路、下降沿调整通路、高速主信号通路；
所述上升沿调整通路、下降沿调整通路分别设置有检测电路，用于提取输入信号中一定宽度的上升沿/下降沿脉冲信号；本实施例中，提取的上升沿脉冲信号的脉冲宽度为ΔT1，下降沿脉冲信号的脉冲宽度为ΔT2；其中ΔT1、ΔT2均小于1UI(1个码元周期)。由于上升沿调整通路、下降沿调整通路分别设置有检测电路，这样提取的上升沿脉冲信号、下降沿脉冲信号的脉冲宽度就可以分别进行调整。
所述一定宽度的上升沿/下降沿脉冲信号经过MUX选择器的控制信号EMPHASIS_DIR_RISE和EMPHASIS_DIR_FALL选择预加重的方向，如果不取反直接输出，则生成上升沿/下降沿预加重补偿信号；如果取反后输出，则生成上升沿/下降沿去加重补偿信号；由于上升沿调整通路、下降沿调整通路分别具有一个MUX选择器，因此，可以分开对上升沿生成预加重补偿信号，对下降沿生成去加重补偿信号，或者相反，也可以对上升沿和下降沿同时生成预加重补偿信号，或者对上升沿和下降沿同时生成去加重补偿信号。
所述上升沿/下降沿预加重补偿信号或者上升沿/下降沿去加重补偿信号与高速主信号通路上的输入信号加权，调整输入信号的上升沿和下降沿在对应上升沿/下降沿脉冲信号处的幅度。
本实施例中，所述上升沿/下降沿预加重补偿信号或者上升沿/下降沿去加重补偿信号先相加后，得到沿脉冲相加信号；所述沿脉冲相加信号再与输入信号加权。
所述加权包括：所述沿脉冲相加信号乘以一定的补偿幅值ΔA，所述输入信号乘以一定的幅值A后，再将二者相加。
为了实现上述的电路效果，本实施例中，一种多维度信号眼图补偿电路具体采用了如下所述的电路结构：
所述上升沿调整通路、下降沿调整通路分别设置有使能开关。通过使能开关，就可以实现同时调整上升沿、下降沿或者只调整上升沿和下降沿的其中之一。
所述上升沿调整通路包括上升沿检测电路和所述MUX选择器；所述下降沿调整通路包括下降沿检测电路和所述MUX选择器。
所述输入信号通过使能开关连接至延时模块的输入端；上升沿检测电路的延时模块的输出端经过第一非门接入第一与门的第一输入端，第一与门的第二输入端连接至输入信号，第一与门的输出端通过第二非门连接至第一MUX选择器的第一输入端，并且所述第一与门的输出端还直接连接至第一MUX选择器的第二输入端；
下降沿检测电路的延时模块的输出端接入第二与门的第一输入端，输入信号通过第三非门接入第二与门的第二输入端，第二与门的输出端通过第四非门连接至第二MUX选择器的第一输入端，并且所述第二与门的输出端还直接连接至第二MUX选择器的第二输入端。
本实施例的电路中，还包括第一高速信号放大器，所述输入信号通过第一高速放大器后输入至所述上升沿调整通路、下降沿调整通路。
所述高速主信号通路还包括第二高速信号放大器和第三高速信号放大器，输入信号依次通过第二高速信号放大器和第三高速信号放大器后，与所述上升沿/下降沿预加重补偿信号或者上升沿/下降沿去加重补偿信号相加。
进一步参考图2-图4，下文分三种情况对本发明的眼图补偿效果进行说明。
1)参考图2，其为同时对信号的上升沿和下降沿进行预加重补偿的时序图；
这种模式下，所述上升沿调整通路、下降沿调整通路的使能开关分别闭合，上升沿的第一MUX选择器为直接输出模式，下降沿的第二MUX选择器为取反输出模式；
可以看到，上升沿预加重补偿信号、下降沿预加重补偿信号分别为图2中的RISINGEDGE PULES和FALLING EDGE PULSE；二者相加后就得到了图2中的沿脉冲相加信号EDGEPLUS PULSE；沿脉冲相加信号再和输入信号INPUT加权后，就在输入信号INPUT的上升沿和下降沿对应沿脉冲相加信号EDGE PLUS PULSE上升沿和下降沿的位置的幅度增加补偿幅值ΔA，得到输出信号OUTPUT。
2)参考图3，其为对信号的上升沿做去加重补偿，下降沿做预加重补偿的时序图；
这种模式下，所述上升沿调整通路、下降沿调整通路的使能开关分别闭合，并且上升沿的第一MUX选择器为取反输出模式，下降沿的第二MUX选择器为取反输出模式。
可以看到，上升沿去加重补偿信号、下降沿预加重补偿信号分别为图3中的RISINGEDGE PULES和FALLING EDGE PULSE；二者相加后就得到了图3中的沿脉冲相加信号EDGEPLUS PULSE；沿脉冲相加信号再和输入信号INPUT加权后，就在输入信号INPUT的上升沿对应沿脉冲相加信号EDGE PLUS PULSE上升沿位置的幅度减小补偿幅值ΔA，在输入信号INPUT的下降沿对应沿脉冲相加信号EDGE PLUS PULSE下降沿位置的幅度增加补偿幅值ΔA，得到输出信号OUTPUT。
3)参考图4，其为只对信号的上升沿做预加重补偿的时序图。
这种模式下，所述上升沿调整通路的使能开关闭合，下降沿调整通路的使能开关断开；并且上升沿的MUX选择器为直接输出模式。
可以看到，上升沿预加重补偿信号为图4中的RISING EDGE PULES；RISING EDGEPULES再和输入信号INPUT加权后，就在输入信号INPUT的上升沿对应沿脉冲相加信号EDGEPLUS PULSE上升沿的位置的幅度增加补偿幅值ΔA，得到输出信号OUTPUT。
本发明的主信号路径与补偿路径的电路本征延时是相等的，即INPUT到INPUT′的电路本征延时与INPUT到EDGE_PLUS_PULSE的电路本征延时相等，这样提取的上升沿和下降沿脉冲分别与信号的上升沿和下降沿相位对齐，达到正确补偿的效果。如果延时偏差超出一定的范围，则会出现补偿效果不佳的现象。
图2、3、4只是举例本发明涉及的三种应用场景，但本发明保护的电路应用场景包含但不限于这三种应用场景。并且上文以电压信号进行举例，也可以用电流信号进行计算，如果电流信号，其指代的上升沿和下降沿与图上的电压信号相反。
此外，本发明的所示的输出OUTPUT信号所驱动的负载不一定是DML型的激光器(如DFB/FB/VCSEL等激光器)，还可以是EAM调制器、电阻等负载。
所示的多维度信号眼图补偿电路不仅可以使用在信号发送端，也可以使用在信号接收端。
上文所述，仅为本发明较佳的实施范例，不能依此限定本发明实施的范围。即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。