1.公開內(nèi)容的領(lǐng)域

本公開內(nèi)容涉及一種接收器，更具體地，涉及一種用于從高速通信信道恢復(fù)數(shù)據(jù)的接收器。

2.對相關(guān)技術(shù)的描述

在高速通信系統(tǒng)中，發(fā)送裝置通過高速通信信道向接收裝置發(fā)送數(shù)據(jù)。接收裝置從表示所發(fā)送的數(shù)據(jù)的通信信道接收模擬信道信號。信道信號可能受到信道損傷如插入損耗、串擾和光學(xué)色散的影響。為了解決這種損害，接收裝置使用信號處理技術(shù)從信道信號中恢復(fù)數(shù)據(jù)。然而，使用傳統(tǒng)的信號處理技術(shù)恢復(fù)數(shù)據(jù)可能消耗大量的功率，這在功率受限(例如，能量高效的數(shù)據(jù)中心或者在移動裝置中)時是有問題的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開內(nèi)容的實施方式包括取決于信道信號的信號質(zhì)量而以不同的信號處理模式操作的減小功耗的接收器。在一個實施方式中，公開了一種用于從通信信道的信道信號中恢復(fù)數(shù)據(jù)的接收器。該接收器包括量化電路，該量化電路用于生成與信道信號對應(yīng)的量化碼。第一判決電路在第一信號處理模式中基于信道信號的量化表示來恢復(fù)信道信號的數(shù)字數(shù)據(jù)。第二判決電路在第二信號處理模式中基于信道信號的量化表示來恢復(fù)信道信號的數(shù)字數(shù)據(jù)?？刂破骰谥甘拘诺佬盘柕男盘栙|(zhì)量的參數(shù)在第一信號處理模式與第二信號處理模式之間進行選擇。

在本說明書中描述的特征和優(yōu)點不全是包括性的，并且具體地，鑒于附圖、說明書和權(quán)利要求書，許多附加的特征和優(yōu)點對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將是顯而易見的。此外，應(yīng)當注意，在說明書中使用的語言主要是為了可讀性和指導(dǎo)目的而選擇的，并且可能不是被選擇以用于描述或限制本發(fā)明的主題。

附圖說明

通過結(jié)合附圖考慮以下詳細描述，可以容易地理解本公開內(nèi)容的實施方式的教導(dǎo)。

附圖(圖)1是根據(jù)實施方式的包括接收器的高速通信系統(tǒng)。

圖2A是根據(jù)實施方式的簡單判決電路的詳細視圖。

圖2B是根據(jù)另一實施方式的簡單判決電路的詳細視圖。

圖3是根據(jù)實施方式的信號質(zhì)量檢測器的詳細視圖。

圖4是根據(jù)另一實施方式的信號質(zhì)量檢測器的詳細視圖。

圖5是根據(jù)實施方式的接收器中的操作方法的流程圖。

圖6是根據(jù)另一實施方式的包括接收器的高速通信系統(tǒng)。

具體實施方式

附圖(圖)和以下描述僅通過說明的方式涉及本公開內(nèi)容的優(yōu)選實施方式。現(xiàn)在將詳細參考本公開內(nèi)容的幾個實施方式，在附圖中示出了這些實施方式示例。注意，在可行的情況下，在附圖中可以使用類似或相似的附圖標記，并且類似或相似的附圖標記可以指示類似或相似的功能。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員從以下描述中將容易地認識到，在不脫離本文所描述的本公開內(nèi)容的原理的情況下，可以采用本文所示的結(jié)構(gòu)和方法的替代實施方式。

本公開內(nèi)容的實施方式包括取決于所接收的信道信號的信號質(zhì)量以不同的信號處理模式操作的減小功耗的接收器。信號處理模式可以包括高功率信號處理模式和低功率信號處理模式，在高功率信號處理模式期間高級信號處理功能被接通，在低功率信號處理模式期間高級信號處理功能被禁用。接收器取決于信道信號的信號質(zhì)量在模式之間進行選擇。

圖1是根據(jù)實施方式的包括接收器10的高速通信系統(tǒng)。接收器10耦接至通信信道12，并且通過通信信道12從遠程發(fā)射器(未示出)接收信道信號161。通信信道12例如可以是在計算背板中找到的承載單端信號或差分信號的銅通信信道。通信信道12例如還可以是承載光信號的光通信信道。

通過信道12接收的信道信號161表示由遠程發(fā)送裝置發(fā)送的數(shù)字數(shù)據(jù)。接收器10從信道信號161中恢復(fù)數(shù)字數(shù)據(jù)，并且生成表示信道信號161的估計數(shù)字值的數(shù)字數(shù)據(jù)輸出152。在一些實施方式中，接收器10可以是較大裝置的一部分如專用集成電路(ASIC)。如圖所示，接收器10包括模擬前端160、量化電路101、代碼轉(zhuǎn)換電路160、信號質(zhì)量檢測器110、控制器120、簡單判決電路130、高級判決電路140和多路復(fù)用器150。在一個實施方式中，這些部件中的每一個可以用硬件電路來實現(xiàn)。

模擬前端160使用模擬處理技術(shù)對信道信號161執(zhí)行預(yù)處理以生成模擬輸入信號162。模擬處理技術(shù)的示例包括增益調(diào)整、連續(xù)時間均衡濾波器或模擬有限脈沖響應(yīng)均衡。模擬輸入信號162具有通常與信道信號161的電平對應(yīng)的模擬電壓電平，并且可以包括由AFE引入的變化。由于信道損傷如插入損耗、串擾、符號間干擾和光學(xué)色散，信道信號161可能是非理想的，并且這些非理想性中的許多仍反映在模擬輸入信號162中。在其他實施方式中，模擬前端160可以簡單地為接收信道信號161的輸入端子。

量化電路101將模擬輸入信號162量化成量化數(shù)字輸入碼105。量化輸入碼105是k位數(shù)字值，該k位數(shù)字值是信道信號161(經(jīng)由輸入信號162)的樣本的模擬信號電平的量化表示。量化將模擬電壓四舍五入成幾個可能的量化級中最接近的一個量化級。對輸入信號162的不同樣本執(zhí)行量化，以生成一系列數(shù)字輸入碼104。量化電路101可以被視為將模擬電壓轉(zhuǎn)換成其最接近的數(shù)字值的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。

量化電路101包括m個比較器102和代碼轉(zhuǎn)換電路160。比較器102中的每一個接收模擬輸入信號162，并且將模擬輸入信號162與相應(yīng)的參考電壓Vref_1至Vref_m進行比較。參考電壓Vref的電壓電平從Vref_1增加到Vref_m(例如，Vref_1具有最低電壓電平，而Vref_m具有最高電壓電平)。

比較器102的輸出信號形成m位數(shù)字溫度計碼104(也稱為一元編碼)。作為簡單示例，模擬輸入信號162的電壓電平可以被量化并且映射到4位溫度計碼104，如下：

·0V至0.1V→0000

·0.1V至0.2V→0001

·0.2V至0.3V→0011

·0.3V至0.4V→0111

·0.4V至0.5V→1111

該特定量化映射包括0.1V的量化步長。在其他實施方式中，量化步長的大小可以不同，并且可以有更大數(shù)目的量化級(例如64個量化級)。

然后，代碼轉(zhuǎn)換電路160對一系列溫度計碼104執(zhí)行溫度計到二進制轉(zhuǎn)換，以生成一系列量化輸入碼105。代碼轉(zhuǎn)換級160包括將具有m位的溫度計碼104轉(zhuǎn)換成具有k位的二進制碼的組合邏輯。例如，組合邏輯可以將8位的溫度計碼00000011轉(zhuǎn)換成3位的二進制碼010。二進制碼被用作量化輸入碼105。在其他實施方式中，在沒有代碼轉(zhuǎn)換級160的情況下，溫度計碼104可以被用作量化輸入碼105。

簡單判決電路130接收量化輸入碼105，并且從量化輸入碼105中恢復(fù)由信道信號161傳送的數(shù)據(jù)。具體地，判決電路130關(guān)于量化輸入碼105表示哪個邏輯值(即0或1)做出判決。簡單判決電路130然后輸出表示由信道信號161傳送的數(shù)據(jù)的估計邏輯值的數(shù)字數(shù)據(jù)132。簡單判決電路140實現(xiàn)消耗非常少的功率并且能夠考慮只有很小信道損傷的簡單信號處理算法。簡單判決電路130的示例是在從量化輸入碼105中恢復(fù)數(shù)據(jù)時考慮符號間干擾的自適應(yīng)均衡器如判決反饋均衡器(DFE)。

類似地，高級判決電路140接收量化輸入碼105，并且從量化輸入碼105中恢復(fù)由信道信號161傳送的數(shù)據(jù)。具體來說，高級判決電路140關(guān)于量化輸入碼105表示哪個邏輯值(即0或1)做出判決。然后，高級判決電路140輸出指示由信道信號161傳送的數(shù)據(jù)的估計邏輯值的數(shù)字數(shù)據(jù)142。

高級判決電路140通常實現(xiàn)高級信號處理算法，高級信號處理算法比簡單判決電路130消耗更多的功率，但是在信道損傷嚴重并且信號質(zhì)量低時，也能夠恢復(fù)數(shù)據(jù)。在一個實施方式中，高級判決電路140包括接收量化輸入碼105并且應(yīng)用高級數(shù)字信號處理技術(shù)以從量化輸入碼105中恢復(fù)數(shù)據(jù)的數(shù)字信號處理器(DSP)。這種算法的示例包括有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器、最大似然序列檢測器(MLSD)(例如，維特比(Viterbi)解碼器)或其他高級信號處理算法。

簡單判決電路130和高級判決電路140是用于從量化輸入碼105中恢復(fù)數(shù)據(jù)的并行的和備選的路徑。在一個實施方式中，數(shù)字數(shù)據(jù)132和數(shù)字數(shù)據(jù)142是一位二進制碼(例如，0或1)。在其他實施方式中，數(shù)字數(shù)據(jù)132和數(shù)字數(shù)據(jù)142可以是多位二進制碼。多路復(fù)用器150耦接至簡單判決電路130和高級判決電路140的輸出端。多路復(fù)用器150選擇數(shù)字數(shù)據(jù)132或數(shù)字數(shù)據(jù)142作為最終數(shù)字數(shù)據(jù)輸出152。多路復(fù)用器150取決于模式選擇信號126的狀態(tài)在數(shù)字數(shù)據(jù)132或數(shù)字數(shù)據(jù)142之間進行選擇。

信號質(zhì)量檢測器110確定信道信號161的信號質(zhì)量，并且生成指示信道信號161的信號質(zhì)量的水平的信號質(zhì)量參數(shù)112。如果存在嚴重信道損傷，則信號質(zhì)量參數(shù)112可以指示信號質(zhì)量低，并且如果不存在信道損傷，則信號質(zhì)量參數(shù)112可以指示信號質(zhì)量高。將參照圖3和圖4更詳細地說明用于生成信號質(zhì)量參數(shù)的技術(shù)。

控制器120接收信號質(zhì)量參數(shù)112，并且使用信號質(zhì)量參數(shù)112在簡單判決電路130與高級判決電路140之間進行選擇。具體地，控制器120將信號質(zhì)量參數(shù)112與閾值信號質(zhì)量水平進行比較。如果信號質(zhì)量低于閾值(即，低信號質(zhì)量)，則控制器120通過以下方式來以高功率信號處理模式操作接收器10：通過信號122關(guān)斷簡單判決電路130并且通過信號124接通高級判決電路140?？刂破?20還使用選擇信號126來選擇用于生成最終數(shù)字數(shù)據(jù)輸出152的數(shù)字數(shù)據(jù)142。相反，如果信號質(zhì)量高于閾值(即，高信號質(zhì)量)，則控制器120通過接通簡單判決電路130并且關(guān)斷高級判決電路140，從而以低功率信號處理模式來操作接收器10?？刂破?20還選擇用于生成最終數(shù)字數(shù)據(jù)輸出152的數(shù)字數(shù)據(jù)132。

因此，控制器120以低功率信號處理模式或高功率信號處理模式來操作接收器10。在低功率模式中，當信號質(zhì)量高時，因為不需要高級判決電路140，所以高級判決電路140被關(guān)斷。在高功率模式中，當信號質(zhì)量低時，因為簡單判決電路130不能適當?shù)鼗謴?fù)數(shù)據(jù)，所以高級判決電路140被接通。根據(jù)需要來選擇性地操作高級判決電路140有助于在不影響接收器10的精度的情況下減少接收器10的總功耗。

在一個實施方式中，接通/關(guān)斷電路可以包括啟用或禁用電路、選通電路的時鐘、從電路中移除電源、選通未使用的電路部分的電源或者減小功耗的接通/關(guān)斷電路的其他技術(shù)。

另外，當信號質(zhì)量高時，控制器120可以通過經(jīng)由比較器啟用信號128選擇性地關(guān)斷比較器102中的一些來進一步減小功耗。關(guān)斷比較器102增加了量化步長的大小，并且降低了量化輸入碼105的分辨率。例如，如果存在64個比較器102，則可以關(guān)斷比較器102中的一半，這導(dǎo)致只使用32個有效的比較器102。這節(jié)省了功率，但是也導(dǎo)致向簡單判決電路130提供較不精確的代碼105。然而，當信號質(zhì)量高時，簡單判決電路130可以仍然能夠從較不精確的量化輸入碼105中恢復(fù)數(shù)據(jù)。

圖2A是根據(jù)實施方式的簡單判決電路130的詳細視圖。該簡單判決電路130是反饋關(guān)于過去的數(shù)據(jù)判決的判決以影響關(guān)于未來數(shù)據(jù)判決的判決的DFE，這減少了ISI效應(yīng)。簡單判決電路130接收量化輸入碼105，其中y[t]表示在時間t處的量化輸入碼105。組合電路210組合量化輸入碼105與反饋值232。閾值電路220將組合器210的輸出與閾值進行比較，并且輸出具有取決于是否超過閾值的值的數(shù)字數(shù)據(jù)132。A[t]表示在時間t處的數(shù)字數(shù)據(jù)值132，其中A[t]可以是邏輯1或邏輯-1。

反饋環(huán)路生成反饋值232。數(shù)字數(shù)據(jù)值132被存儲在寄存器R1中，在下一個采樣時間處數(shù)字數(shù)據(jù)值132被傳播到下一個寄存器R2。通過權(quán)重d₁對寄存器R1的值A(chǔ)[t-1]加權(quán)。通過權(quán)重d₁對寄存器R2的值A(chǔ)[t-2]加權(quán)。組合器230組合這兩個加權(quán)值以形成反饋值232。

圖2B是根據(jù)另一實施方式的簡單判決電路130的詳細視圖。圖2B的判決電路130是基于多路復(fù)用器的DFE，該判決電路130預(yù)計算所有可能的數(shù)據(jù)輸出并且為數(shù)字數(shù)據(jù)值132選擇正確的數(shù)據(jù)輸出。圖2B的多路復(fù)用器DFE具有比圖2A的DFE更高的帶寬，并且可以適用于更高速度的信道。

具體地，在時間t處的量化輸入碼105(即y[t])與權(quán)重d₁和d₂的不同可能性組合。閾值電路260將可能的組合與閾值進行比較，并且輸出取決于是否超過閾值的數(shù)字值。多路復(fù)用器270從閾值電路260的四個可能輸出中選擇一個，以輸出作為數(shù)字數(shù)據(jù)值A(chǔ)[t]。數(shù)字數(shù)據(jù)值A(chǔ)[t]被存儲在寄存器R3中。寄存器R3的輸出是數(shù)字數(shù)據(jù)值A(chǔ)[t-1]，A[t-1]被存儲在寄存器R4中。數(shù)字數(shù)據(jù)值A(chǔ)[t-1]也被用作簡單判決電路130的數(shù)字數(shù)據(jù)輸出132。寄存器R3和R4的輸出形成MUX選擇信號，MUX 270使用該選擇信號來從閾值電路260的四個可能輸出中選擇一個輸出。

圖3是根據(jù)實施方式的信號質(zhì)量檢測器110的詳細視圖。信號質(zhì)量檢測器110包括比較器410和裕量測量邏輯420。比較器420具有接收模擬輸入信號162的正輸入端和接收參考電壓422的負輸入端。模擬輸入信號162與參考電壓422進行比較。針對輸入信號162的特定時間樣本，掃描參考電壓422直到比較器410的輸出改變?yōu)橹埂Ｈ缓髮⒖茧妷?22的電平存儲為模擬輸入信號162的電平。該處理在一段時間內(nèi)被重復(fù)許多次，以累積表示信道信號161的波形的數(shù)據(jù)。

裕量測量邏輯420然后測量來自所累積的數(shù)據(jù)的波形的垂直眼圖張開度424。垂直眼圖張開度424的大小對應(yīng)于信道信號161的信號質(zhì)量，并且作為信號質(zhì)量參數(shù)112被輸出?？刂破?20然后可以將垂直眼圖張開度424與閾值進行比較，以確定使用判決電路130或140中的哪一個。

圖4是根據(jù)另一實施方式的信號質(zhì)量檢測器110的詳細視圖。信號質(zhì)量檢測器110包括延遲先進先出(FIFO)電路450、理想波形發(fā)生器460、誤差比較器470和均方誤差估計器480。

延遲FIFO 450接收量化輸入碼105，并且將量化輸入碼105臨時存儲在FIFO隊列中。在一些時間量之后，延遲FIFO 450輸出量化輸入碼105的延遲版本452。

理想波形發(fā)生器460接收表示從信道信號161中恢復(fù)的數(shù)據(jù)的數(shù)字數(shù)據(jù)輸出152。理想波形發(fā)生器460還接收描述通信信道12的特性的信道信息458。例如，所述特性可以是信道模型的一部分并且包括信道12的隨時間的變化的采樣脈沖響應(yīng)。理想波形發(fā)生器使用數(shù)字輸出152和信道信息458來重建理想信道波形。理想信道波形是當通過具有信道特性的信道12傳送數(shù)據(jù)時信道信號161的理想形狀。然后，理想波形發(fā)生器輸出用于理想信道波形的理想波形數(shù)據(jù)462。

誤差比較器470將延遲的輸入碼452(其表示實際信道波形)與理想波形數(shù)據(jù)462進行比較。誤差比較器470輸出表示由理想波形數(shù)據(jù)462表示的理想波形與由延遲數(shù)字輸入碼452表示的實際信道波形之間的差的誤差信息472。

均方誤差(MSE)估計器480在一段時間上累積誤差信息472，并且計算所累積的誤差信息的MSE。MSE表示信道信號161的理想波形與實際波形之間的統(tǒng)計偏差，并且提供信道信號161的信號質(zhì)量的可靠指示。然后輸出MSE作為信號質(zhì)量參數(shù)112。

圖5是根據(jù)實施方式的接收器10中的操作方法的流程圖。在步驟510中，生成信號質(zhì)量參數(shù)112。信號質(zhì)量參數(shù)112指示信道信號161的信號質(zhì)量。在步驟520中，將信號質(zhì)量參數(shù)112與質(zhì)量閾值水平進行比較。

在步驟530中，如果信號質(zhì)量參數(shù)112低于質(zhì)量閾值水平，則高級判決級140被選擇并且被接通以處理量化輸入碼105。簡單判決級130在不需要時被關(guān)斷。這是高功率信號處理模式。

在步驟540中，如果信號質(zhì)量參數(shù)112高于閾值，則高級判決級130被選擇并且被接通以處理量化輸入碼105。高級判決級140在不需要時被關(guān)斷。這是低功率信號處理模式。

在步驟550中，可以關(guān)斷比較器102中的一些以進一步節(jié)省功率。在一個實施方式中，使用圖5B所示的信號質(zhì)量檢測電路110來生成信號質(zhì)量參數(shù)112。關(guān)斷比較器102趨向于降低數(shù)字數(shù)據(jù)輸出152的精度，這反映為較低的信號質(zhì)量參數(shù)112。每當一些比較器102被關(guān)斷時，分析信號質(zhì)量參數(shù)112。附加的比較器102被關(guān)斷，直到信號質(zhì)量參數(shù)112下降到低于比較器減小閾值水平為止，該比較器減小閾值水平通常高于用于在不同功率信號處理模式之間進行選擇的質(zhì)量閾值水平。

圖6是根據(jù)另一實施方式的包括接收器610的高速通信系統(tǒng)。接收器610類似于接收器10，但是現(xiàn)在包括數(shù)字有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器602。FIR濾波器620接收量化輸入碼105，并且生成濾波數(shù)字輸入碼604，濾波數(shù)字輸入碼604是對當前和過去的輸入碼105的加權(quán)求和。然后將濾波數(shù)字輸入碼604提供給簡單判決電路130和高級判決電路140。

另外，在一個實施方式中，控制器102可以使用信號質(zhì)量參數(shù)112來監(jiān)視信道12中的故障。例如，控制器102可以將信號質(zhì)量參數(shù)112與故障閾值進行比較。故障閾值被設(shè)置為極低，并且低于用于在不同的功率信號處理模式之間進行選擇的質(zhì)量閾值。該故障閾值僅在可能例如由光纖彎曲引起的完全信道故障12的情況下被觸發(fā)。如果信號質(zhì)量參數(shù)112下降到閾值以下并且發(fā)起故障恢復(fù)服務(wù)，則控制器102可以確定信道出了故障。

在一個實施方式中，接收器10或610或者接收器10或610內(nèi)的部件的表示可以作為數(shù)據(jù)存儲在非暫態(tài)計算機可讀介質(zhì)(例如，硬盤驅(qū)動器、快閃驅(qū)動器、光盤驅(qū)動器)中。這些表示可以是行為級、寄存器傳送級、邏輯部件級、晶體管級和布局幾何級描述。

在閱讀本公開內(nèi)容時，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員仍將會理解通過本公開內(nèi)容的公開原理的用于高速通信的接收器的另外的替代結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計。因此，盡管已經(jīng)示出和描述了本公開內(nèi)容的特定實施方式和應(yīng)用，但是應(yīng)當理解，本公開內(nèi)容不限于本文公開的精確結(jié)構(gòu)和部件。在不脫離如所附權(quán)利要求中限定的本公開內(nèi)容的精神和范圍的情況下，可以在本文公開的本公開內(nèi)容的方法和裝置的布置、操作和細節(jié)中進行對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言顯而易見的各種修改、改變和變化。