本發明涉及集成電路設計技術領域，具體涉及一種低頻增益分段可調的線性均衡器。

背景技術：

基于串行通信技術的高速通信接口在現代計算機與網絡交換等系統中得到了廣泛的運用。由于傳輸線、同軸電纜等信道存在導體損耗、介質損耗等非理想特性，這些非理想特性會使信號發生衰減，信號頻率越高衰減幅度越大。高速信號通過這些信道后信號抖動增加，波形發生畸變，影響接收端電路正常的判決，導致系統的誤碼率增加。

為了減小傳輸誤碼率，在高速串行接口電路中通常會采用均衡器補償信道對信號的衰減。線性均衡器是一種結構相對簡單的模擬均衡器，廣泛應用在接收器前端和信號中繼器中。傳統的線性均衡器通常通過調節均衡器的低頻增益(或者高頻增益)的方式以補償不同損耗的信道，但是這種調節方式很容易造成低頻段過補償(或欠補償)，導致均衡后的信號的抖動增加，系統誤碼率增加。

技術實現要素：

本發明所要解決的是現有線性均衡器容易造成信號的低頻段過補償或欠補償的問題，提供一種低頻增益分段可調的線性均衡器。

為解決上述問題，本發明是通過以下技術方案實現的：

一種低頻增益分段可調的線性均衡器，由1個負載網絡和N+1個均衡單元組成；所有N+1個均衡單元中的電路結構相同，其中1個均衡單元為基本粗調均衡單元，其余N個均衡單元為分段細調均衡單元；負載網絡的輸出端von和vop接均衡輸出信號von和vop；基本粗調均衡單元的輸入端vin和vip接均衡輸入信號vin和vip；基本粗調均衡單元的輸出端von和vop接均衡輸出信號von和vop；N個分段細調均衡單元的輸入端vin和vip接均衡輸入信號vin和vip；N個分段細調均衡單元的輸出端von和vop接均衡輸出信號von和vop；基本粗調均衡單元的輸入端vch接基本粗調均衡單元的增益控制信號vch；每個分段細調均衡單元的輸入端vcln分別接第n個增益控制信號vcln；其中n＝1,2，…，N，N≥1。

上述方案中，負載網絡包括電感L1-L2和電阻R1-R2；電感L1和電阻R1串聯，電感L1的另一端接電源，電阻R1的另一端接均衡輸出信號vop；電感L2和電阻R2串聯，電感L2的另一端接電阻R2，電阻R2的另一端接均衡輸出信號von。

上述方案中，均衡單元包括MOS管M1-M5，反饋電阻R3和反饋電容C1；MOS管M1的漏極接均衡輸出信號vop，MOS管M1的柵極接均衡輸入信號vin；MOS管M1的源極、反饋電阻R3的一端、反饋電容C1的一端、MOS管M3的源極和MOS管M4的漏極相接；MOS管M2的漏極接接均衡輸出信號von，MOS管M2的柵極接均衡輸入信號vip；MOS管M2的源極、反饋電阻R3的另一端、反饋電容C1的另一端、MOS管M3的漏極和MOS管M5的漏極相接；MOS管M3的柵極接增益控制信號vch和vcln；其中n＝1,2，…，N，N≥1；MOS管M4的源極和MOS管M5的源極接地，MOS管M4的柵極和MOS管M5的柵極接外部偏置電壓Vb。

上述方案中，MOS管M1-M5為NMOS管。

上述方案中，N+1個均衡單元的器件參數存在如下規律：

基本粗調均衡單元的差分對放大管即MOS管M1和MOS管M2的寬長比最大，且從第一分段細調均衡單元到第N分段細調均衡單元的差分對放大管即MOS管M1和MOS管M2的寬長比逐漸減小；

基本粗調均衡單元的差分對尾電流管即MOS管M4和MOS管M5的寬長比最大，且從第一分段細調均衡單元到第N分段細調均衡單元的差分對尾電流管即MOS管M4和MOS管M5的寬長比逐漸減小；

基本粗調均衡單元的反饋MOS管M3的寬長比最大，且從第一分段細調均衡單元到第N分段細調均衡單元的反饋MOS管M3的寬長比逐漸減小；

基本粗調均衡單元的反饋反饋電阻R3最小，且從第一分段細調均衡單元到第N分段細調均衡單元的反饋電阻R3逐漸加大；

基本粗調均衡單元的反饋反饋電容C1最小，且從第一分段細調均衡單元到第N分段細調均衡單元的反饋電容C1逐漸加大。

與現有技術相比，本發明具有如下特點：

1、采用基本粗調均衡單元并聯N個分段細調均衡單元的工作方式，基本粗調均衡單元粗調低頻增益，分段細調節均衡單元根據實際信道在不同頻段的損耗情況細調對應頻段的增益，低頻增益可調范圍大，并且能減小過補償或欠補償，減小系統的誤碼率；

2、采用負載網絡中的電阻直接求和，電路結構簡單可靠；此外，負載網絡中還包含峰化電感，能夠擴展均衡器的工作帶寬，提高均衡器的數據率。

附圖說明

圖1是本發明的電路原理圖。

圖2是本發明優選實施例的電路原理圖。

圖3是本發明優選實施例的仿真結果。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，詳細描述本發明的技術方案：

一種低頻增益分段可調的線性均衡器，如圖1所示，由1個負載網絡和N+1個均衡單元組成，其中N≥1。所有均衡單元中的其中1個均衡單元為基本粗調均衡單元，其余N個均衡單元為分段細調均衡單元。N+1個均衡單元與負載網絡呈串聯方式連接，N+1個均衡單元之間呈并聯方式連接。負載網絡的輸出端von和vop接均衡輸出信號von和vop。基本粗調均衡單元的輸入端vin和vip接均衡輸入信號vin和vip；基本粗調均衡單元的輸出端von和vop接均衡輸出信號von和vop；基本粗調均衡單元的輸入端vch接基本粗調均衡單元的增益控制信號vch。N個分段細調均衡單元的輸入端vin和vip接均衡輸入信號vin和vip；N個分段細調均衡單元的輸出端von和vop接均衡輸出信號von和vop；每個分段細調均衡單元的輸入端vcln分別接第n個增益控制信號vcln，其中n＝1,2，…，N。

負載網絡由電阻串聯電感構成，負載網絡的電阻作為基本粗調均衡單元和若干分段細調節均衡單元的求和電阻，負載網絡的電感用于中和輸出節點的負載電容與寄生電容，起電感峰化擴展均衡器工作帶寬的作用。在本發明中，負載網絡如圖2所示，包括電感L1-L2和電阻R1-R2。電感L1和電阻R1串聯，即電感L1一端接電源，另一端接電阻R1；電阻R1一端接電感L1，另一端接均衡輸出信號vop。電感L2和電阻R2串聯，即電感L2一端接電源，另一端接電阻R2；電阻R2一端接電感L2，另一端接均衡輸出信號von。

所有均衡單元的電路結構相同，即均由帶有電容電阻負反饋的差分對構成。由于電容電阻的負反饋作用，差分對在s域的左邊產生了一個零點，該零點的位置與反饋電阻與電容的大小有關。當增益曲線通過這個零點后，增益上升，能夠對零點之后的信道衰減起補償作用。同時由于差分對的低頻增益與反饋電阻的阻值有關，通過調節反饋電阻的阻值可以調節差分對的低頻增益。基本粗調均衡單元的零點頻率最高，用于粗調均衡器的低頻增益。N個分段細調均衡單元的零點將均衡器的低頻段劃分為N+1個子區間，通過調節每個分段細調均衡單元的控制電壓可以細調每個均衡單元低于該均衡單元零點頻率的低頻率段的增益。在本發明中，均衡單元如圖2所示，包括MOS管M1-M5，反饋電阻R3和反饋電容C1。MOS管M1和MOS管M2為差分對放大管，反饋電阻R3、反饋電容C1和MOS管M3構成的并聯網絡為差分對的負反饋網絡，MOS管M4和MOS管M5為差分對尾電流管。MOS管M1的漏極接均衡輸出信號vop，MOS管M1的柵極接均衡輸入信號vin。MOS管M1的源極、反饋電阻R3的一端、反饋電容C1的一端、MOS管M3的源極和MOS管M4的漏極相接。MOS管M2的漏極接接均衡輸出信號von，MOS管M2的柵極接均衡輸入信號vip。MOS管M2的源極、反饋電阻R3的另一端、反饋電容C1的另一端、MOS管M3的漏極和MOS管M5的漏極相接。MOS管M3的柵極接增益控制信號vch和vcln。MOS管M4的源極接地，MOS管M4的柵極接外部偏置電壓Vb。MOS管M5的源極接地，MOS管M5的柵極接外部偏置電壓Vb。

均衡單元所使用的MOS管可以是NMOS管或PMOS管，但考慮到PMOS管的尺寸相對大，寄生電容大，一般用在低速電路中；而NMOS管的尺寸相對較小，寄生電容小，一般用在高速電路中。在本發明優選實施例中，所有均衡單元中所用到的MOS管均為NMOS管。

在本發明中，基本粗調均衡單元和N個分段細調均衡單元的電路結構完全相同，但參數不同。基本粗調均衡單元的差分對放大管即MOS管M1和MOS管M2的寬長比最大，從第一分段細調均衡單元到第N分段細調均衡單元的差分對放大管即MOS管M1和MOS管M2的寬長比逐漸減小。基本粗調均衡單元的差分對尾電流管即MOS管M4和MOS管M5的寬長比最大，從第一分段細調均衡單元到第N分段細調均衡單元的差分對尾電流管即MOS管M4和MOS管M5的寬長比逐漸減小。基本粗調均衡單元的反饋MOS管M3的寬長比最大，從第一分段細調均衡單元到第N分段細調均衡單元的反饋MOS管M3的寬長比逐漸減小。基本粗調均衡單元的反饋反饋電阻R3最小，從第一分段細調均衡單元到第N分段細調均衡單元的反饋電阻R3逐漸增大。基本粗調均衡單元的反饋反饋電容C1最小，從第一分段細調均衡單元到第N分段細調均衡單元的反饋電容C1逐漸加大。

在圖2所示的本發明優選實施例中，一種低頻增益分段可調的線性均衡器，采用1個負載網絡、1個基本均衡單元和2個分段細調均衡單元構成。該優選實施例采用0.18μm CMOS工藝設計，其通過仿真結果如圖3所述。仿真結果表明，本均衡器通過調節基本粗調均衡單元的控制電壓可以調節本均衡器的整體低頻增益，通過細調分段細調均衡單元的控制電壓可以實現對低頻增益的分段細調；低頻增益可調范圍大，且能分段細調，能更好的適應不同衰減情況的信道，減小過補償或欠補償，從而減小均衡后信號的抖動，減小通信的誤碼率提高通信質量。