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千兆以太网(1000Base-T)采用价廉的五类非屏蔽双绞线(CAT5UTP)作为传输介质,提供了高速高带宽的通信网络,已经成为局域网(LAN)的极佳选择。双绞线在125MHz的信号速率下,会对传输数据产生诸如插入损耗、回波损耗以及远近端串扰等各种干扰,所以在1000Base-T的接收端必须使用均衡器,恢复出被干扰的信号以达到10-10的误码率要求。串行通信的接收端如何从接收到的被干扰的信号中恢复出正确的时钟,包括频率和相位,也是影响误码率的重要因素。
数字均衡的设计目标之一是补偿信道的码间干扰(ISI),自适应均衡器利用输入采样数据调整均衡器各级的系数,本论文选用了LMS算法来自适应调整系数。采用线性均衡器来消除前馈干扰,判决反馈均衡器来消除拖尾干扰,前者的输入是ADC的采样数据,后者是判决结果的反馈。均衡的另一个目标是抵消回波损耗和近端串扰,同样使用LMS算法来调整系数,输入分别是本地本路发送信号和其它三路的发送信号。在均衡收敛后软判决的结果与硬判决十分接近,两者之差即误差信号就是均衡后的等效噪声,可以作为系数调整的依据。时钟恢复利用误差信号和硬判决依照M-M算法来产生相位调整信号,从锁相环产生的一组多相时钟中选择合适的作为接收器的时钟并输出给GMII。
因为数字均衡包括了大量的运算单元,消耗了整个数字部分近90%的功耗和面积,非常有必要在这部分着力降低功耗。本论文分别从算法系统级和结构上采用了低功耗的设计方法,将这部分的功耗降低了近40%。