用于减少有线数据通信链路中的共模信号的装置和方法与流程
本发明涉及一种用于减少有线数据通信链路中的发射器生成的共模信号的装置和方法，其中，所述共模信号产生电磁辐射。具体地，本发明涉及为了减少电磁发射(electromagnetic emission，eme)，例如为了用于汽车、工业和消费电子产品环境中，调整自适应数模转换(digital-to-analog conversion，dac)参数的技术。
背景技术：
1、有线高速串行通信phy(物理接口)110、120通过电缆130(例如图1所示的双绞线电缆)交换数据。无论双绞线电缆在耦合衰减方面有多好，由于发射器前端块内存在固有的过程相关失配，phy本身还是会生成共模信号。这最终会导致电磁发射超出，取决于共模信号的强度。图1示出了发射现象，其中，长电缆130用作天线。如果存在任何共模信号，它将通过电缆辐射。通常，发射器前端内的失配通过校准降至最少，校准可以在设备操作过程中一次性完成或实时重复。一次性校准很简单，但如果过程随时间变化，可能不是最佳的。虽然块之间的实时失配校准是最佳的，但在设计工作和复杂性方面存在缺点，导致成本高和上市时间长。块之间失配的密集校准可以达到接近零失配，但是，考虑到设计的复杂性，校准技术可能很复杂，产生硅面积开销。使用共模滤波器来衰减共模信号引入了片外组件，并且增加了系统设计的物料清单成本。
技术实现思路
1、本发明提供了一种用于减少有线数据通信中的共模信号的技术方案，以解决上述问题。
2、具体地，本发明提供了一种用于检测和抵消或至少减少发射器生成的共模信号而不会显著增加phy复杂性和功耗的概念。
3、上述和其它目的通过独立权利要求的特征实现。其它实现方式在从属权利要求、说明书和附图中是显而易见的。
4、本发明的重点不是为了校准存在失配的块，而是使用滤波器来补偿共模信号，同时仍然保留块之间的固有失配。这样最终降低了校准的前端设计复杂性，因此无需详细指定接近零失配的块。
5、本发明中提出的新颖概念提供了通过检测和自适应滤波共模信号进行共模信号补偿。
6、通过使用这种新颖的共模信号补偿，可以实现以下优点：
7、可以得到一种减少发射器生成的共模信号的技术方案，该共模信号最终用作辐射源。块失配不需要复杂、耗时和成本高的内置校准技术。共模信号发射模式可以随着时间的推移而学习，并且可以通过在信号路径中添加相反振幅和相位的信号来抵消。该技术方案的成本低，上市时间短。
8、该技术方案可以通过以下方式描述：在端接电阻上检测前端处的时域共模信号；确定检测到的共模信号与前端驱动器的一个分支产生的信号之间的相关性；根据相关性结果，在输出电阻处使用其中一个信号路径来补偿检测到的共模信号。这可以通过发射器前端处的信号路径内的单独滤波器或与现有滤波器粘合的滤波器来完成。
9、本发明中描述的概念可以用于使用有线数据通信链路(例如，1000base-t1、10gbase-t1和未来25gbase-t1等定义的以太网电缆)的汽车应用中。由于未来自动驾驶车辆需要越来越多的带宽来可靠地将传感器数据传输到中央处理单元，本发明提供的技术可以有利地用于提高数据传输效率。
10、除了汽车，本文中描述的技术还可以用于工业和自动化应用以及消费电子产品中。
11、为了详细描述本发明，使用以下术语、缩略语和符号：
12、phy 物理层设备或物理接口
13、eee 能效以太网(energy efficient ethernet)
14、fec 前向纠错(forward error correction)
15、oam 操作、管理和维护(operation,administration,and management)
16、mac 介质访问控制(medium access control)
17、pcs 物理编码子层(physical coding sublayer)
18、pma 物理媒介附加(physical medium attachment)
19、mii 媒体无关接口(medium independent interface)
20、dac 数模转换器(digital to analog converter)
21、根据第一方面，本发明涉及一种用于减少有线数据通信链路中的发射器生成的共模信号的装置。所述共模信号产生电磁辐射，所述装置包括：数字前端，用于根据传输数据生成差分传输信号，其中，所述数字前端还用于通过脉冲整形滤波器对所述差分传输信号进行脉冲整形，得到脉冲整形差分传输信号，所述数字前端包括补偿滤波器，所述补偿滤波器用于对所述差分传输信号进行滤波，以减少共模信号失真；模拟前端，用于将所述脉冲整形差分传输信号转换为表示所述脉冲整形差分传输信号的模拟信号，其中，所述模拟信号通过所述有线数据通信链路传输；共模信号检测器，用于检测所述模拟信号中的共模信号；滤波器系数确定器，用于根据所述检测到的共模信号确定所述补偿滤波器的滤波器系数，以减少共模信号，并且将所述滤波器系数提供给所述补偿滤波器。
22、这种装置可以有利地检测和抵消或至少减少发射器生成的共模信号，而不会显著增加phy复杂性和功耗。
23、具体地，这种装置可以放宽传输模拟前端dac规格，从而得到成本低的技术方案。不需要物料清单来抑制发射。不需要重新编写减少eme的设计。相反，eme问题可以实时解决。可能只需要一个小的片上计算逻辑，这对硅面积和功率的增加微不足道。
24、在所述装置的一种示例性实现方式中，所述确定的滤波器系数是用于调整所述补偿滤波器的自适应滤波器系数；所述滤波器系数确定器用于根据将所述检测到的共模信号降至最少的最小二乘法方案确定所述滤波器系数。
25、这样提供了以下优点：自适应滤波器系数可以很容易适应不断变化的环境，例如有线数据通信链路的变化。
26、在所述装置的一种示例性实现方式中，所述滤波器系数确定器包括信号相关器，所述信号相关器用于将所述检测到的共模信号与所述模拟信号相互关联，得到关联共模信号，并且根据所述关联共模信号确定所述滤波器系数。
27、这样提供了以下优点：通过使用关联共模信号，可以更好地检测共模信号，因为相关性提供了比噪声信号更高的信号电平。
28、在所述装置的一种示例性实现方式中，所述数字前端包括用于处理所述差分传输信号的第一信号分量的第一分支和用于处理所述差分传输信号的第二信号分量的第二分支；所述差分传输信号的所述第一信号分量和所述第二信号分量被配置为振幅相同但极性相反的信号。
29、这样提供了以下优点：共模信号分量可以通过使用第一分支或第二分支单独处理。
30、在所述装置的一种示例性实现方式中，所述补偿滤波器设置在所述数字前端的所述第一分支中，或在所述数字前端的所述第二分支中。可选地，所述补偿滤波器可以设置在两个分支中。
31、这样提供了灵活性的优势。补偿可以在每个信号分支中执行，也可以在两个信号分支中执行。
32、在所述装置的一种示例性实现方式中，所述脉冲整形滤波器设置在所述数字前端的所述第一分支和所述第二分支中。
33、这样提供了以下优点：相同的脉冲整形应用于共模信号的两个信号分量，从而产生对称整形。因此，在一个分支中进行补偿是足够的，这降低了上述装置的复杂性。
34、在所述装置的一种示例性实现方式中，设置在所述数字前端的所述第一分支中的所述补偿滤波器和所述脉冲整形滤波器是单独滤波器电路或公共滤波器电路；设置在所述数字前端的所述第二分支中的所述补偿滤波器和所述脉冲整形滤波器是单独滤波器电路或公共滤波器电路。
35、这样提供了灵活性的优势。补偿和脉冲整形可以单独实现，也可以通过公共滤波器电路实现。普通滤波器技术方案的硬件复杂性可能略小于单独滤波器技术方案的硬件复杂性。
36、在所述装置的一种示例性实现方式中，所述脉冲整形滤波器包括固定滤波器系数，所述补偿滤波器包括自适应滤波器系数；所述公共滤波器电路包括胶连逻辑，所述胶连逻辑用于根据所述固定滤波器系数与所述自适应滤波器系数的组合调整所述公共滤波器电路的至少一部分。
37、这样提供了以下优点：固定滤波器系数可以在启动过程中使用，并且自适应滤波器系数可以使补偿滤波器适应不断变化的环境，例如改变现场电缆，甚至不同生产线上硬件设计的变化。
38、在所述装置的一种示例性实现方式中，所述模拟前端包括用于处理所述脉冲整形差分传输信号的第一信号分量的第一分支和用于处理所述脉冲整形差分传输信号的第二信号分量的第二分支；所述脉冲整形差分传输信号的所述第一信号分量和所述第二信号分量被配置为振幅相同但极性相反的信号。
39、所述装置的这种设计提供了以下优点：可以高效减少共模信号，并且可以使用低或中等精度dac来代替高精度dac。
40、在所述装置的一种示例性实现方式中，所述模拟前端包括：第一数模转换器和第一线路驱动器，都用于确定所述模拟信号的第一信号分量；第二数模转换器和第二线路驱动器，都用于确定所述模拟信号的第二信号分量。
41、这样提供了以下优点：共模信号可以由模拟前端在模拟域中高效检测，并且由数字前端在数字域中高效补偿。
42、在所述装置的一种示例性实现方式中，所述共模信号检测器用于根据所述模拟信号的所述第一信号分量和所述模拟信号的所述第二信号分量检测所述共模信号。
43、这样提供了以下优点：例如，通过确定这些信号分量的半和，可以应用低复杂性共模信号检测：vcm＝(v1+v2)/2，其中，vcm是共模信号，v1和v2是以伏特(volt)为单位的两个信号分量。
44、在所述装置的一种示例性实现方式中，所述滤波器系数确定器用于根据所述检测到的共模信号与所述模拟信号的所述第一信号分量或所述模拟信号的所述第二信号分量的相关性，确定所述补偿滤波器的所述滤波器系数。
45、这样提供了以下优点：通过使用关联共模信号，可以更准确地确定补偿滤波器的滤波器系数，从而减少共模信号失真，因此减少电磁辐射。
46、在所述装置的一种示例性实现方式中，对于设置在所述数字前端的所述第一分支中的补偿滤波器，所述补偿滤波器的所述滤波器系数根据所述检测到的共模信号与所述模拟信号的所述第一信号分量的相关性确定；对于设置在所述数字前端的所述第二分支中的补偿滤波器，所述补偿滤波器的所述滤波器系数根据所述检测到的共模信号与所述模拟信号的所述第二信号分量的相关性确定。
47、这样提供了以下优点：只需要一个补偿滤波器，降低了组件成本。
48、在所述装置的一种示例性实现方式中，所述补偿滤波器包括有限脉冲响应滤波器。
49、这样提供了以下优点：可以通过使用标准滤波过程(例如基于标准软件库)来处理fir滤波器。可以降低设计成本。
50、根据第二方面，本发明涉及一种用于减少有线数据通信链路中的发射器生成的共模信号的方法。所述共模信号产生电磁辐射，所述方法包括：根据传输数据生成差分传输信号；通过脉冲整形滤波器对所述差分传输信号进行脉冲整形，得到脉冲整形差分传输信号；将所述脉冲整形差分传输信号转换为表示所述脉冲整形差分传输信号的模拟信号，其中，所述模拟信号通过所述有线数据通信链路传输；通过补偿滤波器对所述差分传输信号进行滤波，以减少共模信号失真；检测所述模拟信号中的共模信号；根据所述检测到的共模信号确定所述补偿滤波器的滤波器系数，以减少共模信号；将所述滤波器系数提供给所述补偿滤波器。
51、这种方法提供的优点与上文结合所述第一方面描述的装置的优点相同。也就是说，这种方法可以有利地检测和抵消或至少减少发射器生成的共模信号，而不会显著增加phy复杂性和功耗。
52、根据第三方面，本发明涉及一种计算机程序产品。所述计算机程序产品包括计算机可执行代码或计算机可执行指令，当所述计算机可执行代码或计算机可执行指令执行时，使得至少一个计算机执行所述第二方面提供的方法。
53、这种计算机程序产品可以包括非瞬时性可读存储介质，所述非瞬时性可读存储介质上存储有程序代码以供处理器使用，所述程序代码包括用于执行下文所述的方法或计算块的指令。
54、所述计算机程序产品可以在计算机(例如，使用图1所示的有线数据通信链路130的通信系统中的处理器或控制器)上运行。
55、使用这种计算机程序产品减少了共模信号，继而减少了电磁辐射，因此提高了数据传输效率。
技术特征：
1.一种用于减少有线数据通信链路(130)中的发射器生成的共模信号的装置(400)，其特征在于，所述共模信号产生电磁辐射，所述装置(400)包括：
2.根据权利要求1所述的装置(400)，其特征在于，
3.根据权利要求1或2所述的装置(400)，其特征在于，
4.根据上述权利要求中任一项所述的装置(400)，其特征在于，
5.根据权利要求4所述的装置(400)，其特征在于，所述补偿滤波器(411)设置
6.根据权利要求5所述的装置(400)，其特征在于，所述脉冲整形滤波器(212、213)设置在所述数字前端(210)的所述第一分支(210a)和所述第二分支(210b)中。
7.根据权利要求6所述的装置(400)，其特征在于，
8.根据权利要求7所述的装置(400)，其特征在于，
9.根据上述权利要求中任一项所述的装置(400)，其特征在于，
10.根据上述权利要求中任一项所述的装置(400)，其特征在于，所述模拟前端(220)包括：
11.根据权利要求10所述的装置(400)，其特征在于，
12.根据权利要求11所述的装置(400)，其特征在于，所述滤波器系数确定器(440)用于根据所述检测到的共模信号(432)与
13.根据权利要求12所述的装置(400)，其特征在于，
14.根据上述权利要求中任一项所述的装置(400)，其特征在于，
15.一种用于减少有线数据通信链路(130)中的发射器生成的共模信号的方法(900)，其特征在于，所述共模信号产生电磁辐射，所述方法(900)包括：
技术总结
本发明涉及一种用于减少有线数据通信链路中的共模信号的装置和方法。所述装置包括数字前端，所述数字前端用于生成差分传输信号，并且通过脉冲整形滤波器对所述差分传输信号进行脉冲整形，得到脉冲整形差分传输信号。所述数字前端包括补偿滤波器，以对所述差分传输信号进行滤波。所述装置包括模拟前端，以将所述脉冲整形差分传输信号转换为模拟信号，其中，所述模拟信号通过所述有线数据通信链路传输。所述装置包括共模信号检测器，以检测所述模拟信号中的共模信号；所述装置包括滤波器系数确定器，以根据所述检测到的共模信号确定所述补偿滤波器的滤波器系数。
技术研发人员：苏扬·潘迪
受保护的技术使用者：华为技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23