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Dokumentenidentifikation DE102006026886A1 20.12.2007
Titel Vorrichtung zum Filtern von Signalen
Anmelder Qimonda AG, 81739 München, DE
Erfinder Kehrer, Daniel, Dr., 80634 München, DE;
Weiss, Franz, 82008 Unterhaching, DE
DE-Anmeldedatum 09.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006026886
Offenlegungstag 20.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.12.2007
IPC-Hauptklasse H03H 17/02(2006.01)A, F, I, 20060609, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H04L 25/02(2006.01)A, L, I, 20060609, B, H, DE   
Zusammenfassung Es wird eine Filtervorrichtung zum Filtern einer ersten Symbolsequenz bereitgestellt. Die erste Symbolsequenz weist eine vorbestimmte Symboldauer auf. Die Vorrichtung umfasst mindestens eine entsprechend einem Takt getaktete Verzögerungseinrichtung. Die Verzögerungseinrichtung ist eingerichtet, die erste Symbolsequenz jeweils um eine Verzögerungszeit zu verzögern. Demzufolge wird ein Verhältnis zwischen der Verzögerungszeit der Verzögerungseinrichtung und einer Taktdauer der getakteten Verzögerungseinrichtung einen vorbestimmten Wert, der ungleich eins ist, aufweisen.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Filtern von Symbolsequenzen.

Durch die stetige Erhöhung der Datenrate bzw. Taktfrequenz beim Betrieb von elektronischen Schaltungen, wie beispielsweise innerhalb von Speichersystemen, und bei gleich bleibenden Übertragungskanaleigenschaften, ist es notwendig, die zu übertragenden Signale zu verarbeiten. Es ist üblich, dass ein Signal bzw. eine Symbolsequenz von einem Sender verarbeitet wird, und dieses Signal wird dementsprechend über ein geeignetes Übertragungskanal an einen Empfänger übertragen.

Dieser Verarbeitungsschritt kann beispielsweise mit Hilfe einer Filtereinrichtung durchgeführt werden. Ein negativer Effekt in der Übertragungstechnik offenbart sich bei einer so genannten Intersymbolinterferenz (ISI). Das heißt, dass beispielsweise auf der Empfängerseite die einzelnen Symbole nicht mehr eindeutig voneinander unterschieden werden können, was einer zeitlichen Überlagerung der Symbole entspricht. Grund dieses Problems können die Bandbegrenzung und/oder die Phasenverzerrung des Übertragungskanals sein. Aus Kostengründen werden die Übertragungskanäle nicht erneuert und daher muss der Sender bzw. Empfänger die höhere Datenrate bei gleich bleibenden Kanaleigenschaften mit geeigneten Signalverarbeitungsvorrichtungen ausgleichen.

Üblicherweise werden Kanalverzerrungen wie beispielsweise ISI-Effekte mit Hilfe von Signalverarbeitungseinrichtungen oder Filtervorrichtungen, die im Sender und/oder Empfänger implementiert werden. Senderseitig entspricht die Filterung einer Vorverzerrung des Sendesignals („predistortion") und empfängerseitig werden Ausgleichsfilter („equalization filter") verwendet. Bei Vorrichtungen des Standes der Technik werden diskrete bzw. digitale Filtervorrichtungen verwendet, welche unter Anderem eine Vielzahl von Verzögerungsgliedern aufweisen, die getaktet mit einer Verzögerungsdauer sind, welche der Symboldauer entspricht.

Durch die Verwendung von digitalen Filtervorrichtungen mit einer Verzögerungszeit entsprechend einer Symboldauer der Eingangssequenz, ergeben sich sehr hohe Latenzzeiten. Diese hohen Latenzzeiten bewirken eine hohe Signallaufzeit innerhalb der Filtervorrichtung, welches einer Verschlechterung des gesamten Zeitverhaltens des Systems bzw. der Schaltung entspricht. Die schlechten Übertragungskanaleigenschaften von beispielsweise Kupferleitungen fordern einen zusätzlichen Aufwand innerhalb der Filtervorrichtung, das heißt die Verwendung von Filtervorrichtungen höherer Ordnung. Durch die Verwendung zusätzlicher Verzögerungsglieder erhöht sich die Latenzzeit, und der Schaltungsaufwand wird ebenfalls negativ beeinflusst.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, die geeignet sind, ein Eingangssignal zu filtern und die Probleme der oben genanten Art zu umgehen.

Dieses Problem wird durch eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Filtern einer Symbolsequenz gemäß der unabhängigen Ansprüche 1, 11 und 16 gelöst.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, wird eine FIR-Filtervorrichtung zum Filtern einer ersten Symbolsequenz bereitgestellt. Die erste Symbolsequenz weist eine vorbestimmte Symboldauer auf. Die Vorrichtung umfasst mindestens eine entsprechend einem Takt getakteten Verzögerungseinrichtung, welche eingerichtet ist, die erste Symbolsequenz jeweils um eine Verzögerungszeit zu verzögern, so dass ein Verhältnis zwischen der Verzögerungszeit der Verzögerungseinrichtung und einer Taktdauer der getaktete Verzögerungseinrichtung einen vorbestimmten Wert, der ungleich eins ist, aufweist.

Die Erfindung hat demzufolge den Vorteil, dass die Filterlaufzeit und somit die Latenzzeit reduziert werden kann. Weiter, kann eine höhere Verstärkung hochfrequenter Signalanteile erreicht werden. Ferner, kann die Anzahl von Verzögerungsglieder bzw. Verzögerungsvorrichtungen bei gleicher Ordnung der Filtervorrichtung wesentlich reduziert werden. Bei einer integrierten Ausführungsform der Filtervorrichtung kann somit Chipfläche gespart werden und demzufolge durch Verwendung weniger Komponenten, d.h. Verzögerungsvorrichtungen, lässt sich die Leistungsaufnahme bzw. der Leistungsbedarf der Schaltung wesentlich verringern.

Es wird bevorzugt, dass der Wert des Verhältnisses einer Verzögerungszeit entsprechend der halben Taktdauer entspricht. Somit ergibt sich eine niedrige Latenzzeit der Vorrichtung bei gleich bleibender Anzahl von Verzögerungseinrichtungen.

Es wird bevorzugt, dass die Symboldauer der ersten Symbolsequenz der Taktdauer des Taktes der getakteten Verzögerungseinrichtung entspricht. Das heißt, dass die Eingangssequenz mit den Verzögerungseinrichtungen synchron ist.

Es wird bevorzugt, dass der vorbestimmte Wert des Verhältnisses zwischen der Verzögerungszeit der Verzögerungseinrichtung und der Taktdauer der getakteten Verzögerungseinrichtung einstellbar ist. Durch einen einstellbaren Wert kann ein flexibler Betrieb der Vorrichtung realisiert werden. Somit ist die Kompatibilität mit unterschiedlichen Eingangsequenzen bzw. Signalen und/oder Taktsignalen bzw. Taktsequenzen gesichert.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung eine Speichereinrichtung, welche eingerichtet ist, mindestens einen der Parameter: Taktdauer und/oder Wert des Verhältnisses und/oder Verzögerungszeit zu speichern. Somit ist ein späterer Zugriff auf gewünschte Daten gesichert.

Es wird bevorzugt, dass der vorbestimmte Wert in eine Speichereinrichtung ablegbar ist. Durch das Speichern des vorbestimmten Wertes ist ein schneller Zugriff im Betrieb realisiert.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung mindestens eine Anpassungseinrichtung, welche eingerichtet ist, die verzögerte erste Symbolsequenz zu empfangen und diese auf der Basis von Filterkoeffizienten anzupassen. Durch die Anpassungseinrichtung kann das Signal beispielsweise vor dem Senden an die Kanalcharakteristik des Übertragungskanals angepasst werden. Analog kann eine Anpassung in einem Empfänger durchgeführt werden, in dem die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ebenfalls einsetzbar ist. Die Anpassungseinrichtung kann der Art eingerichtet werden, dass sie Informationen über den Übertragungskanal auf der Basis von Messsequenzen oder des gleichen empfangen kann. Auch realisierbar ist eine manuelle Einstellung der Anpassungseinrichtung.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung eine Additionseinrichtung, welche eingerichtet ist, die angepasste erste Symbolsequenz zu empfangen und eine gefilterte Symbolsequenz zu erzeugen. Die Additionseinrichtung ist der Art eingerichtet, dass sie die entsprechend verzögerten und angepassten Symbole der Eingangssequenz zusammenfasst. Diese zusammenfasste bzw. addierte Sequenz kann beispielsweise auf den Übertragungskanal übertragen werden.

Es wird bevorzugt, dass die Verzögerungseinrichtung ein getaktetes D-Latch ist. Somit kann eine einfache Implementierung gegenüber Flip-Flops realisiert werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung eine Einrichtung zum Synchronisieren eines Datensignals mit dem Taktsignal. Somit ist ein synchroner Betrieb der Vorrichtung gesichert.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Filtern einer ersten Symbolsequenz bereitgestellt. Die erste Symbolsequenz weist eine vorgebestimmte Symboldauer auf. Das Verfahren umfasst: Empfangen der ersten Symbolsequenz, Empfangen eines Taktsignals mit einer vorbestimmten Taktdauer, Verzögern der ersten Symbolsequenz um eine Verzögerungszeit auf der Basis der Taktdauer des empfangenen Taktsignals, wobei die Verzögerungszeit und die Taktdauer in einem vorbestimmten Verhältnis stehen, das ungleich eins ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Wert des Verhältnisses einer Verzögerungszeit entsprechend der halben Taktdauer. Somit kann die Latenzzeit reduziert werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren ein Anpassen der verzögerten Symbolsequenz auf der Basis geschätzter Filterkoeffizienten. Die Filterkoeffizienten werden beispielsweise auf der Basis des Übertragungskanals eingestellt. Auch andere Einstellvorgänge sind ausführbar.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Filterkoeffizienten durch ein Schätzen der Eigenschaften eines Übertragungskanals bestimmt. So kann das Verfahren anhand der Kanalcharakteristik durchgeführt werden.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren weiter ein Aufaddieren der angepassten Symbolsequenz, um eine gefilterte Ausgangssymbolsequenz zu erhalten. Somit kann das Verfahren entweder in einem Sender oder Empfänger eingesetzt werden. Die Kanalcharakteristik kann sender- oder empfängerseitig durch das Aufaddieren der angepassten Sequenz kompensiert werden.

Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Filtern einer ersten Symbolsequenz bereitgestellt. Die erste Symbolsequenz weist eine vorbestimmte Symboldauer auf. Die Vorrichtung umfasst: Mittel zum Empfangen der ersten Symbolsequenz, Mittel zum Empfangen eines Taktsignals mit einer vorbestimmten Taktdauer, Mittel zum Verzögern der ersten Symbolsequenz um eine Verzögerungszeit auf der Basis der Taktdauer des empfangenen Takts, wobei die Verzögerungszeit und die Taktdauer in einem vorbestimmten Verhältnis stehen, der ungleich eins ist.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung Mittel zum Schätzen von Filterkoeffizienten auf der Basis einer Charakteristik des Übertragungskanals.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung Mittel zum Anpassen der verzögerten Symbolsequenz auf der Basis der geschätzten Filterkoeffizienten.

Gemäß einer Ausführungsform der vorligenden Erfindung umfasst die Vorrichtung Mittel zum Addieren der angepassten Symbolsequenz, um eine gefilterte Ausgangssymbolsequenz zu erhalten.

Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert.

Dabei zeigen:

1a ein Schaltbild einer üblichen FIR-Filtervorrichtung;

1b den Frequenzgang der üblichen FIR-Filtervorrichtung und die Kanalcharakteristik;

2 ein Schaltbild der Filtervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

3 den Frequenzgang der Filtervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und die Kanalcharakteristik;

4 ein Schaltbild einer Implementierung der FIR-Filtervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

5 der Frequenzgang der implementierten FIR-Filtervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

1a zeigt eine FIR-Filtervorrichtung, die beispielsweise bei der Verarbeitung von digitalen Signalen eingesetzt werden kann. Das Eingangssignal S100 kann. als Symbolsequenz x(t) zugeführt werden. Nach der Verarbeitung innerhalb der Filtervorrichtung wird das Ausgangssignal S200 generiert. Das Ausgangssignal S200 hat ebenfalls die Form einer Symbolsequenz y(t). Die Filtervorrichtung kann beispielsweise bei der Verarbeitung serieller Signale eingesetzt werden. Ein serielles Signal besteht aus einer Folge von einander geketteten Symbolen, wobei jedes Symbol eine Symboldauer T0 aufweist. Falls die Filtervorrichtung getaktet ist, wird das Taktsignal gemäß der üblichen Implementierung eine Taktfrequenz von

aufweisen (dies entspricht einem Full-Rate-System aber Implementierungen mit
können ebenfalls angewendet werden, welches einer Half-Rate-Implementierung entsprichen).

Im Folgenden wird die herkömmliche Filtervorrichtung näher beschrieben. Die Filtervorrichtung weist eine Vielzahl von Verzögerungselementen bzw. Verzögerungsgliedern 150 und eine Vielzahl von Filterkoeffizienten b0, b1, b2. Diese Filterkoeffizienten b0, b1, b2 sind die eigentlichen Faktoren, welche zur Verarbeitung des Eingangssignals eingesetzt werden.

Diese FIR-Filtervorrichtung kann beispielsweise in einem Sender implementiert werden, um das Sendesignal S100 beispielsweise vorzuverzerren. Falls diese Filtervorrichtung in einem Empfänger eingesetzt werden soll, wird der Filter als „equalisationfilter" bzw. Ausgleichsfilter bezeichnet. Gemäß 1a ist die FIR-Filtervorrichtung als digitale Filtervorrichtung dargestellt. Die Filterkoeffizienten b0, b1 und b2 können beispielsweise anhand der Übertragungskanalcharakteristik eingestellt werden. D. h., die FIR-Filtervorrichtung erhält Informationen über die Qualität des Übertragungskanals und anhand dieser Information werden die Filterkoeffizienten b0, b1, b2 entsprechend eingestellt. Der Übertragungskanal wird verwendet, um die Ausgangssequenz S200 an einen Empfänger zu übermitteln. Der Übertragungskanal ist in 1a nicht dargestellt.

Ferner weist die FIR-Filtervorrichtung einen Addierer 190 auf. Dieser Addierer 190 wird verwendet um die mit den Filterkoeffizienten multiplizierten Sequenzen s100, S110 und S120 zu addieren, um die gefilterte Ausgangssequenz S200 zu erhalten.

In mathematischer Form ergibt sich somit die Transferfunktion der FIR-Filtervorrichtung: H(z) = Y(z)X(z) = b0 + b1z + b2z2 + ... + b„z"

Der Faktor bn soll darstellen, dass die FIR-Filtervorrichtung eine Vielzahl von Filterkoeffizienten b0 ... bn enthalten kann.

Die Potenz des z-Faktors soll die jeweilige Verzögerung des jeweiligen Symbols darstellen. Beispielsweise z2 entspricht einer Verzögerung um zwei Symbollängen T0. Die mathematische Darstellung der Transferfunktion H(z) entspricht hier einer Darstellung im Bild- bzw. Frequenzbereich.

Gemäß dieser Darstellung ergibt sich eine Latenzzeit der FIR-Filtervorrichtung die zwei Symboldauern T0 entspricht. Diese Latenzzeit ergibt sich durch die Verwendung von zwei Verzögerungseinrichtungen 150. Jede dieser Verzögerungseinrichtungen verzögert das Signal S100 um eine Symboldauer oder Symbollänge. Die erste Verzögerungseinrichtung verzögert das Signal S100 und erzeugt das Signal S110. Das Signal S110 kann in allgemeiner Form als x(t-T0) dargestellt werden. Dieses Signal S110 wird anschließend an den Filterkoeffizient b1 weitergeleitet und mit diesem entsprechend multipliziert. Das Signal S120 entspricht der Verzögerung des Eingangssignals S100 um zwei Symboldauern. D. h., das Signal S120 hat somit die allgemeine Form x(t-2T0). Dieses Signal S120 wird anschließend ebenfalls an einen entsprechenden Filterkoeffizienten b2 weitergeleitet und mit diesem multipliziert. Die somit multiplizierten Signale werden der Addiereinrichtung 190 weitergeleitet und werden addiert, um das Ausgangssignal bzw. die Ausgangssequenz S200 zu erzeugen.

Gemäß dieser Darstellung erhält der nullte Filterkoeffizient b0 das unverzögerte Eingangssignal S100.

1b zeigt den Frequenzgang der üblichen Filtervorrichtung gemäß 1a. Zusätzlich wird schematisch ebenfalls der Frequenzgang des Kanals bzw. die Kanalcharakteristik dargestellt. Für diese Darstellung wurde eine FIR-Filtervorrichtung gewählt, die vier Filterkoeffizienten b0 bis b3 aufweist.

Auf der X-Achse der Darstellung wird die Frequenz in GHz dargestellt und auf der Y-Achse wird die Dämpfung der Vorrichtung bzw. des Kanals in dB dargestellt. Die Kanalcharakteristik C10 wird schematisch dargestellt und entspricht einer schematischen Darstellung von experimentell bzw. praktisch ermittelten/gemessenen Daten. Demzufolge ist zu erkennen, dass der Übertragungskanal eine Tiefpasscharakteristik aufweist. D. h., die niedrigen Frequenzen werden wenig gedämpft weitergeleitet und im Gegensatz dazu die höheren Frequenzen, in diesem Fall ab 5 GHz, werden stark gedämpft. Das heißt die Dämpfung nimmt mit steigender Frequenz immer weiter zu. Daher muss die Filtervorrichtung innerhalb des Senders entsprechend die höheren Frequenzen verstärken, damit die Symbole über den Übertragungskanal ohne Verzerrung bzw. Fehler übertragen werden können. Um dies zu erreichen, kann die Filtervorrichtung gemäß 1a so dimensioniert werden, dass sie einen Frequenzgang gemäß dem Frequenzgang dargestellt in der Kurve C11 aufweist. In diesem Fall werden nur zwei Filterkoeffizienten bzw. Taps gebraucht. Bei dieser Ausführung entspricht der Koeffizient b1 dem negierten Koeffizienten b0 und die anderen verbliebenen Koeffizienten werden gleich 0 gesetzt. Bei der Kurve C12 wird der zweite Koeffizient b2 dem negierten Koeffizienten b0 gleichgesetzt und bei der Kurve C13 wird analog der Koeffizient b3 entsprechend eingestellt. Ebenfalls diese Kurven entsprechen Frequenzgängen der Filtervorrichtung. Durch diese Darstellung lässt sich genau der Frequenzgang der jeweiligen Filteranzapfung schematisch ablesen.

Für diese Darstellung werden bei dem FIR-Filter Verzögerungszeiten von T0 = 100 ps verwendet. Somit ergibt sich eine Taktfrequenz der getakteten Verzögerungseinrichtungen von 10 GHz. Folglich ergibt sich eine Datenrate von 10 Gb/s. Wie oben erwähnt, muss die Übertragungscharakteristik C10 des Übertragungskanals kompensiert werden. In diesem Fall muss das Tiefpassverhalten des Übertragungskanals kompensiert werden. Dieses wird erreicht, in dem die Filtervorrichtung mit Hilfe der Filterkoeffizienten als Hochpass eingestellt wird. D. h., die Spektralanteile des Signals ab 5 GHz müssen vor der Übertragung auf den Übertragungskanal verstärkt werden. Der Frequenzverlauf für b0 = –b1 erfüllt diese Aufgabe noch bis 5 GHz. Die anderen Koeffizienteneinstellungen gemäß den Kurven C12 und C13 besitzen kein reines Hochpassverhalten im relevanten Spektralbereich des Signals mehr. Eine ausreichende Kompensation des Kanals C10 kann mit einem Filter höherer Ordnung unter Verwendung von positiven und negativen Koeffizienten erreicht werden. Dies entspricht einem höheren Schaltungsaufwand und somit höheren Kosten.

2 ist ein Schaltbild einer Filtervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Filtervorrichtung wird gemäß dieser Ausführungsform als FIR-Filter dargestellt. D. h., das Ausgangssignal wird nicht iterativ zurückgeführt. Jedoch kann diedie vorliegende Erfindung ebenfalls auf rückgekoppelte Filter (IIR Infinite Impulse Response) angewendet werden. Das heißt, gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung aus 2 als IIR-Filtervorrichtung ausgeführt werden.

Die Filtervorrichtung wird als getaktete Filtervorrichtung realisiert, welche ein Taktsignal CLK aufweist. Das Taktsignal CLK wird entsprechend den getakteten Verzögerungseinrichtungen 210 zugeführt. Die getakteten Verzögerungseinrichtungen 210 erhalten abwechselnd das Taktsignal und das negierte Taktsignal. Unter Annahme synchroner Daten- und Taktsignale erhält die erste Verzögerungseinrichtung 210 das nicht negierte Taktsignal. Es ist ebenfalls denkbar, dass bei gegebenen Signalanforderungen die Verzögerungseinrichtung 210 das negierte Taktsignal empfängt.

Durch die abwechselnde Beschaltung des Taktsignals und des negierten Taktsignals kann die Filtervorrichtung 200 bei beiden Flanken des Taktsignals betrieben werden, d. h. mit der positiven und der negativen Flanke. Gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Verzögerungseinrichtungen 210 als D-Latch realisiert mit einer Verzögerungszeit von T0/2, d. h. der halbe Symboldauer. Durch die Verwendung der halben Symboldauer T0/2 wird die Latenzzeit der Gesamtvorrichtung reduziert. Im Vergleich zur üblichen Filtervorrichtung, welche in 1a dargestellt ist, wird eine Halbierung der Latenzzeit erreicht. Die wesentliche Reduzierung der Latenzzeit ist beispielsweise bei Speichereinrichtungen von sehr großer Bedeutung. Vorteil der Ausführungsform dieser Erfindung ist auch die gleich bleibende Ordnung der FIR-Filtervorrichtung 200. D. h., die Anzahl der Koeffizienten bzw. Verzögerungseinrichtungen muss nicht geändert werden um eine Reduzierung der Latenzzeit zu erreichen. Die Frequenz fCLK des Taktsignals entspricht 1/T0. D. h., die Gesamtfrequenz der Vorrichtung ändert sich nicht obwohl die Verzögerungszeit der Verzögerungseinrichtungen 210 halbiert wurde. Dies macht die Vorrichtung kompatibel zu früheren Implementierungen.

Im Betrieb empfängt die Filtervorrichtung 200 ein Eingangssignal S100, welches einer Folge von Symbolen mit der jeweiligen Symboldauer T0 entspricht. Die Symbolsequenz S100 wird einerseits der ersten Verzögerungseinrichtung 210 zugeführt und gemäß dieser Ausführungsform einem Filterkoeffizienten 230 bzw. der Anpassungseinrichtung 230 zugeführt. Die Verzögerungseinrichtung 210, welche mit dem Taktsignal betrieben ist, verzögert das Eingangssignal bzw. die Sequenzfolge S100 um T0/2. In diesem Fall wird das Signal S100 mit Hilfe der Verzögerungseinrichtung 210 verzögert und das Ausgangssignal bzw. verzögerte Signal S210 wird erzeugt. In der mathematischen Form entspricht das Signal S210 x(T-T0/2). Im weiteren Verlauf der Verzögerungskette wird das Signal S220 erzeugt. Dieses Signal entspricht einer Verzögerung um T0 relativ zu S100 und wird in mathematischer Form als x(T-T0) dargestellt.

Ferner, nach n Verzögerungseinrichtungen 210 wird das Signal Sn erhalten. Das Signal Sn hat die allgemeine Form x(T-N·T0/2).

Die Ausgangssignale der jeweiligen Verzögerungseinrichtungen S210, S220 ... Sn werden entsprechend an die Anpassungseinrichtungen weitergeleitet. Diese Anpassungseinrichtungen 230 entsprechen Filterkoeffizienten. Diese Filterkoeffizienten 230 sind einstellbar und sind in der 2 mit b0 bis bn bezeichnet. Der Wert der jeweiligen Filterkoeffizienten wird anhand der Übertragungscharakteristik des Übertragungskanals 260 eingestellt. Diese Filterkoeffizienten können analog oder digital realisiert werden. Aufgabe der Filterkoeffizienten bzw. der Anpassungseinrichtungen b0 bis bn ist die Übertragungscharakteristik des Übertragungskanals zu kompensieren. Die verzögerten und angepassten Signale werden mit Hilfe eines Addierers 220 zusammengeführt, der die Ausgangssequenz S290 erzeugt. Die Ausgangssequenz S290 hat die mathematische Form b0·S100 + b1·S210 + b2·S220 + ... + bn·Sn. Diese Symbolfolge bzw. dieses Ausgangssignal 290 wird somit angepasst an den Übertragungskanal weitergeleitet. Gemäß 2 werden die Anpassungseinrichtungen b0 bis bn mit dem Bezugszeichen 230 versehen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Verzögerungszeit der Verzögerungseinrichtungen 210 einen vorbestimmten Wert aufweisen. Dieser vorbestimmte Wert kann gemäß dem Taktsignal CLK angepasst werden. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Filtervorrichtung 200 eine Speichereinrichtung (nicht in der Zeichnung dargestellt), welche diesen Wert speichert. Die Speichervorrichtung kann ebenfalls zum Speichern des Frequenzwertes des Taktsignals, Kanalcharakteristik des Übertragungskanals oder von Symbolsequenzen eingerichtet sein. Auch Werte der Filterkoeffizienten 230 können in der Speichereinrichtung gespeichert werden. Diese Implementierung bringt den Vorteil mit sich, dass die Filtervorrichtung anhand von unterschiedlichen Taktsignalen angepasst werden kann.

Durch die Verwendung von D-Latches 210 wird somit Chipfläche gespart, da sie mit weniger Elementen realisiert werden können. Zusätzlich kann der Leistungsbedarf des Gesamtsystems durch Verwendung weniger Elementen reduziert werden.

3 zeigt den Frequenzgang der Filtervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Zusätzlich enthält die Grafik die Darstellung der Kanalcharakteristik C30 des Übertragungskanals 260. Auch bei dieser Messung wurde eine Filtervorrichtung mit vier Koeffizienten b0 bis b3 verwendet. Die Werte der Filterkoeffizienten wurden wie in der Beschreibung mit Bezug auf die 1b eingestellt.

Demzufolge ist zu erkennen, dass die Filtervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform ein besseres Frequenzverhalten als die Filtervorrichtung gemäß 1a aufweist. Der gemessene Kanal weist dieselbe Kanalcharakteristik auf. Um diese Übertragungscharakteristik des Kanals C30 zu kompensieren, ist ein Vorverarbeiten des Eingangssignals notwendig. Diese Vorverarbeitung kann gemäß der Transferfunktion bzw. des Frequenzganges der FIR-Vorrichtung aus der Kurve C31 vollständig erfüllt werden. D. h. mit einer Verwendung von nur zwei Koeffizienten, d. h. die Filterordnung des FIR-Filters entspricht dem Wert 2, kann ein besserer Frequenzbereich abgedeckt werden. Durch die Verwendung anderer Koeffizientenkombinationen können unterschiedliche Frequenzgänge erreicht werden. Diese Frequenzgänge sind gemäß den Kurven C31 bis C33 dargestellt. Falls nur ein reines Hochpassverhalten notwendig ist, genügen zwei Koeffizienten b1 und b2 um das gewünschte Verhalten zu erhalten. Bei der Implementierung ergibt sich eine effektive schaltungstechnische Realisierung der Schaltung und der Hochpassfilter enthält nur zwei D-Latches als Verzögerungseinrichtungen, die jeweils eine Verzögerungszeit von T0/2 aufweisen. Die Implementierung des Addierers und der Filterkoeffizienten kann in üblicher Form erfolgen. Eine wirkungsvolle Anhebung des hochfrequenten Spektralanteils des Sendesignals kann dementsprechend mit einem Filter einer Latenzzeit von To erreicht werden.

4 ist ein Schaltbild einer Implementierung der FIR-Filtervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die FIR-Filtervorrichtung 400 empfängt ebenfalls ein Eingangssignal S100 als Symbolsequenz von Symbolen und ein Taktsignal CLK. Nach der Verarbeitung erzeugt die Filtervorrichtung 400 ein Ausgangssignal S200, welches ebenfalls eine Symbolsequenz ist. Die hier gezeigte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann als Vorverzerrungsfilter in einem digitalen Ausgangstreiber implementiert werden. Bei dieser Implementierung kann die Schaltung beispielsweise in CMOS-Technologie realisiert werden. Die Logik der Schaltung kann basierend auf einer CML-Logik aufgebaut werden.

Gemäß dieser Ausführungsform werden die Koeffizientenbildung und der Addierer mit Hilfe eines Open-Drain-CML-Buffer realisiert, der auf einen gemeinsamen Lastwiderstand arbeitet. Das heißt, es wird eine Spannung-Strom Konversion durchgeführt und anschließend werden die Ströme addiert. Der Summenstrom fließt über den Lastwiderstand ab und wird entsprechend in eine Vielzahl von Spannungen konvertiert.

Somit lassen sich die Koeffizienten über den Strom der entsprechenden CML-Buffer einstellen. Die Ströme sind in der 4 mit den Bezugszeichen I0 bis I3 dargestellt.

Ferner weist die Filtereinrichtung 400 eine Synchronisationseinrichtung 450, die dazu dient, das Datensignal und das Taktsignal CLK zu synchronisieren, falls keine synchronen Signale zur Verfügung stehen. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Synchronisationseinrichtung ähnlich wie die Verzögerungseinrichtungen 410 realisiert. Dadurch wird die Symmetrie der Schaltung weiterhin aufrechterhalten und es sind keine aufwendigen Neuentwicklungen notwendig. Falls ein reines Hochpassverhalten erwünscht ist, kann das letzte Glied in der Verzögerungskette der Verzögerungseinrichtung 410 gespart werden. D. h., ein leistungsfähiges Filter lässt sich mit Hilfe von zwei Verzögerungseinrichtungen 410 bzw. D-Latches und drei Treiberschaltungen bzw. Koeffizienten 411 realisieren. Im Weiteren wird der Frequenzgang der Implementierung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erklärt.

5 ist der Frequenzgang der implementierten FIR-Filtervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Im Gegensatz zu den anderen oben erwähnten Messkurven wurde hier auf der Y-Achse eine normierte Darstellung gewählt. Auch in dieser Darstellung entspricht die Frequenz des Taktsignals 10 GHz. Die Ströme durch die jeweiligen Anpassungseinrichtungen 411 werden abwechselnd gleich –I0 gesetzt. Bei einer maximalen Datenrate von 10 Gb/s bei einer 10 GHz Taktfrequenz ergibt sich eine zu berücksichtigenden Frequenzbereich von 0 bis 5 GHz. Das heißt die Dämpfung des Kanals C50 muss bis zu einer Frequenz von 5 GHz kompensiert werden. Dies ist der 5 zu entnehmen. Die Übertragungskanalcharakteristik C50 ist auch in dieser Darstellung schematisch dargestellt. Bei der Kurve C51 handelt es sich um eine Filtervorrichtung zweiter Ordnung mit zwei Filterkoeffizienten. Wie bereits erwähnt, lassen sich die Filterkoeffizienten 411 mit Hilfe der Ströme I0 bis I3 einstellen. Im Falle der Kurve C51 ist der Strom I1 gleich dem negierten Strom I0, wobei die anderen Ströme I2 und I3 Null gesetzt werden. Somit ergibt sich das Verhalten eines Differenzierers über dem gesamten Signalspektrum mit einer sehr guten Verstärkung der hochfrequenten Anteile. Die zweite Einstellung, bei welcher I2 gleich –I0 ist und I1 und I2 entsprechend Null sind, ist in der Kurve C52 dargestellt. Diese aktuelle Einstellung hat eine Spitze im Bereich von 5 GHz. Eine weitere Einstellung, welche anhand der Kurve C53 abzulesen ist, kann verwendet werden, um Verluste bei niedrigen Frequenzen zu kompensieren. 5 sollte den Einfluss der einzelnen Koeffizienten der Filtereinrichtung verdeutlichen.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Verfahren auch bei anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.


Anspruch[de]
Filtervorrichtung zum Filtern einer ersten Symbolsequenz, wobei die erste Symbolsequenz eine vorbestimmte Symboldauer aufweist, umfassend:

mindestens eine entsprechend einem Takt getakteten Verzögerungseinrichtung, welche eingerichtet ist, die erste Symbolsequenz jeweils um eine Verzögerungszeit zu verzögern,

so dass ein Verhältnis zwischen der Verzögerungszeit der Verzögerungseinrichtung und einer Taktdauer der getakteten Verzögerungseinrichtung einen vorbestimmten Wert, der ungleich eins ist, aufweist.
Filtervorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wert des Verhältnisses einer Verzögerungszeit entsprechend der halben Taktdauer entspricht. Filtervorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Symboldauer der ersten Symbolsequenz der Taktdauer des Taktes der getakteten Verzögerungseinrichtung entspricht. Filtervorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der vorbestimmte Wert des Verhältnisses zwischen der Verzögerungszeit der Verzögerungseinrichtung und der Taktdauer der getakteten Verzögerungseinrichtung einstellbar ist. Filtervorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend eine Speichereinrichtung, welche eingerichtet ist, mindestens einen der Parameter: Taktdauer und/oder Wert des Verhältnisses und/oder Verzögerungszeit zu speichern. Filtervorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der vorbestimmte Wert in eine Speichereinrichtung ablegbar ist. Filtervorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend mindestens eine Anpassungseinrichtung, welche eingerichtet ist, die verzögerte erste Symbolsequenz zu empfangen und diese auf der Basis von Filterkoeffizienten anzupassen. Filtervorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend eine Additionseinrichtung, welche eingerichtet ist, die angepasste erste Symbolsequenz zu empfangen und eine gefilterte Symbolsequenz zu erzeugen. Filtervorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verzögerungseinrichtung ein getaktetes D-Latch ist. Filtervorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend eine Einrichtung zum Synchronisieren eines Datensignals mit dem Taktsignal. Verfahren zum Filtern einer ersten Symbolsequenz, wobei die erste Symbolsequenz eine vorbestimmten Symboldauer aufweist, umfassend:

Empfangen der ersten Symbolsequenz;

Empfangen eines Taktsignals mit einer vorbestimmten Taktdauer;

Verzögern der ersten Symbolsequenz um eine Verzögerungszeit auf der Basis der Taktdauer des empfangenen Taktsignals;

wobei die Verzögerungszeit und die Taktdauer in einem vorbestimmten Verhältnis stehen, das ungleich eins ist.
Verfahren nach dem Anspruch 11, wobei der Wert des Verhältnisses einer Verzögerungszeit entsprechend der halben Taktdauer entspricht. Verfahren nach den Ansprüchen 11 bis 12, weiter umfassend: Anpassen der verzögerten Symbolsequenz auf der Basis geschätzter Filterkoeffizienten. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Filterkoeffizienten durch ein Schätzen der Eigenschaften eines Übertragungskanals bestimmt werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, weiter umfassend: Aufaddieren der angepassten Symbolsequenz, um eine gefilterte Ausgangssymbolsequenz zu erhalten. Vorrichtung zum Filtern einer ersten Symbolsequenz, wobei die erste Symbolsequenz eine vorbestimmten Symboldauer aufweist, umfassend:

Mittel zum Empfangen der ersten Symbolsequenz;

Mittel zum Empfangen eines Taktsignals mit einer vorbestimmten Taktdauer;

Mittel zum Verzögern der ersten Symbolsequenz um eine Verzögerungszeit auf der Basis der Taktdauer des empfangenen Takts, wobei die Verzögerungszeit und die Taktdauer in einem vorbestimmten Verhältnis, das ungleich eins ist, stehen.
Vorrichtung nach Anspruch 16, weiter umfassend Mittel zum Schätzen von Filterkoeffizienten auf der Basis einer Charakteristik des Übertragungskanals. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 17, weiter umfassend: Mittel zum Anpassen der verzögerten Symbolsequenz auf der Basis der geschätzten Filterkoeffizienten. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, weiter umfassend: Mittel zum Addieren der angepassten Symbolsequenz, um eine gefilterte Ausgangssymbolsequenz zu erhalten.






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