一种信号接收装置、串扰消除方法、数据传输装置以及电子设备与流程

本技术涉及串扰消除领域，尤其涉及一种信号接收装置、串扰消除方法、数据传输装置以及电子设备。

背景技术：

1、在高性能计算、人工智能及大数据处理领域，对存储带宽的需求逐渐增长，随着高带宽存储(high bandwidth memory，hbm)技术的发展，通过垂直堆叠存储单元与逻辑控制器，利用硅通孔(through silicon vias，tsv)技术实现高密度互连，能提供超传统存储架构的带宽和能效优势，然而，随着边缘密度的不断提升，信号通道的间距被压缩至微米级，导致相邻通道间的串扰(xtalk)问题逐渐严重，这种串扰不仅会引发信号波形畸变、时序抖动加剧，还会显著提高比特误码率(bit error rate，ber)，严重威胁高速接口的信号完整性(signal integrity，si)。

2、目前，针对串扰问题的解决方案集中于针对发送端的预补偿技术以及物理层屏蔽设计。例如，通过前向反馈均衡(feed forward equalization，ffe)或预加重技术对发送端输出的信号进行预处理，以抵消传输路径中的串扰效应。此外，还可以通过在tsv阵列中插入屏蔽硅通孔(shielding tsv)，利用其接地或固定电位特性隔离相邻信号通道。

3、然而，上述技术存在如下问题：使用屏蔽硅通孔会占用额外芯片面积，降低整体tsv的有效利用率，与hbm的高密度集成的设计目标相悖，而若使用ffe等主动补偿电路需集成多级线路以及复杂逻辑，从而导致功耗显著上升。预加重或去加重技术仅能粗略抵消特定频段的串扰分量，无法动态适配因工艺偏差、温度变化或信道耦合差异导致的串扰特性变化，导致残余噪声仍会降低ber性能。

4、因此，亟需一种能够在高通道密度下避免串扰的技术方案，从而有效的消除串扰噪声，提高存储芯片的面积利用率以及功耗利用率。

技术实现思路

1、本技术提供一种信号接收装置、串扰消除方法、数据传输装置以及电子设备，通过在接收端的通道间布置串扰消除单元，通过从第一信号通道提取的原始信号经滤波电路处理，生成与串扰噪声特征匹配的补偿信号，并动态叠加至相邻第二信号通道中，从而实现低功耗、高适应性的串扰噪声消除。

2、第一方面，本技术提供一种信号接收装置，包括：多个并行设置的信号接收通道以及串扰消除单元，其中，第一信号接收通道与第二信号接收通道之间设置有串扰消除单元，第一信号接收通道以及第二信号接收通道为多个信号接收通道中的任意信号接收通道，串扰消除单元包括：滤波电路，用于从第一信号接收通道获取第一信号，对第一信号进行滤波处理，得到第一滤波信号，补偿电路，用于根据第一滤波信号对第二信号接收通道中的第二信号补偿。

3、本技术提供的信号接收装置通过在任意两个相邻信号接收通道之间设置串扰消除单元，实现了高效的串扰噪声抑制。每个串扰消除单元包含滤波电路和补偿电路，滤波电路从干扰源通道提取信号并处理得到干扰特征分量，补偿电路据此生成匹配的补偿信号注入目标通道，从而抵消串扰噪声，无需依赖发送端处理或物理屏蔽措施，该方案在保持兼容性的前提下，实现了低功耗、高精度的串扰消除，提升了并行信号通道的信号传输质量。

4、作为一种可能的实施方式，补偿电路，具体用于：对第一滤波信号进行反向处理，得到第一反向信号，第一反向信号与第一滤波信号的幅值相反且相位相同，利用第一反向信号对第二信号接收通道中的第二信号补偿。

5、本技术提供的串扰消除方案通过运算放大器构建反相放大电路，将第一信号接收通道的第一滤波信号转换为幅值相反、相位相同的第一反向信号，实现了对串扰噪声的高效抵消。

6、作为一种可能的实施方式，滤波电路具体用于滤除第一信号中低于设定频率的信号分量，设定频率用于根据第二信号中串扰分量的频率以及第一信号接收通道与第二信号接收通道之间的间距确定。

7、滤波电路用于去除对相邻通道造成串扰影响不大的低频成分，保留那些可能会导致串扰的高频部分，选择性过滤能够有效减少不必要的信号干扰，并处理有用的高频成分，基于第二信号中串扰分量的频率成分，并考虑通道间物理距离对串扰的影响来确定的设定频率，能更有针对性地设计滤波电路参数，从而提升并行信号通道的信号传输质量。

8、作为一种可能的实施方式，第一信号接收通道与第二信号接收通道之间的通道间距小于设定间距阈值，设定间距阈值用于根据第一信号的信号频率以及第二信号的信号频率确定。

9、不是每两个相邻的信号接收通道之间都需要设置串扰消除单元。当第一信号接收通道与第二信号接收通道之间的间距小于设定的间距阈值时，才需要在这两个通道之间布置串扰消除单元，当两个信号接收通道之间的距离较近时，它们之间的电磁干扰或电容性耦合较强，串扰噪声不可忽略。在这种情况下，必须采取措施减少这种干扰，以保证信号的完整性和传输质量。相反地，如果两个信号接收通道之间的距离不小于设定的间距阈值，由于物理距离较大，它们之间的串扰可以忽略不计，针对不同频率的信号灵活调整设置串扰消除单元对应的相邻信号接收通道间最小距离，从而可以有效地消除和减少传输通道之间可能发生的串扰问题。

10、作为一种可能的实施方式，设定间距阈值为20μm。

11、作为一种可能的实施方式，第一信号接收通道与第二信号接收通道设置有第一串扰消除单元以及第二串扰消除单元，第一串扰消除单元用于消除第一信号接收通道中的第一信号对第二信号接收通道中的第二信号的串扰，第二串扰消除单元用于消除第二信号接收通道中的第二信号对第一信号接收通道中的第一信号的串扰。

12、通过第一串扰消除单元以及第二串扰消除单元分别处理第一信号接收通道与第二信号接收通道间的相互干扰，每个单元从造成串扰的通道获取信号，滤波提取干扰分量并生成补偿信号，反向应用于对应受到串扰的通道从而抵消串扰噪声，进而可以确保各通道信号完整性和传输质量。

13、作为一种可能的实施方式，信号接收装置还包括与多个并行设置的信号接收通道一一对应的信号接收电路，信号接收通道的信号输出端口与信号接收电路连接，串扰消除单元包括输入端以及输出端，输入端与第一信号接收通道的信号输出端口连接，输出端与第二信号接收通道对应的第二信号接收电路连接。

14、信号接收电路用于处理从信号接收通道接收到的电信号，并将其转换为适合处理的形式。具体来说，信号接收电路将微弱的输入信号放大到可处理的电平，去除不需要的频率成分，保留有用的信号频段，从数据流中提取时钟信息，从而正确地解码数据，将信号接收通道中的模拟信号转换为数字信号，进行后续使用，对信号进行均衡处理以补偿信道损耗，并检测和纠正传输错误。

15、作为一种可能的实施方式，滤波电路包括：第一电阻以及第一电容，补偿电路包括：第二电阻、第一可调电阻、第二可调电阻、第二电容、第三电容以及第一nmos管，其中：第一电容的一端与串扰消除单元的输入端连接，第一电容的另一端与第一电阻的一端连接，第一电阻的另一端接地，第一电容的另一端还与第一nmos管的控制端连接，第一nmos管的第一端与电源连接，第一nmos管的第二端与第一可调电阻的一端连接，第一可调电阻的另一端与第二可调电阻的一端连接，第二可调电阻的另一端接地，第一可调电阻的另一端还与第二电容一端连接，第二电容的另一端接地，第一电容的另一端还与第三电容的一端连接，第三电容的另一端连接第二电阻的一端，第一可调电阻的另一端与第二电阻的另一端连接，第二电阻的另一端连接串扰消除单元的输出端。

16、第一nmos管的控制端接收第一滤波信号，在第一nmos管的第二端产生相位相反的放大信号，该反相信号通过增益调节部分进行幅度调节后，与通过第三电容直接耦合的第一滤波信号在第二电阻的另一端叠加，形成串扰消除单元最终输出的补偿信号，在增益调节部分，第一可调电阻用于调节反相路径的增益，第二可调电阻设置直流的工作点，第二电容提供高频补偿以改善相位响应，第三电容可以确保第一信号通过一阶rc高通滤波网络后，第一信号中的高频成分能够快速传输至串扰消除单元的输出端。

17、作为一种可能的实施方式，第三电阻和第四电容，补偿电路包括：第四电阻、第五电容、第二nmos管、第三nmos管以及第一pmos管，串扰消除单元的输入端与第三电阻的一端连接，第三电阻的另一端接地，串扰消除单元的输入端还与第四电容的一端连接，第四电容的另一端与第二nmos管的控制端连接，第二nmos管的第二端与第三nmos管的第一端连接，第三nmos管的第二端接地，第三nmos管的控制端用于输入第一控制信号，第一控制信号用于调节第三nmos管的偏置电流，第二nmos管的第一端与第一pmos管的第二端连接，第一pmos管的第一端与电源连接，第二nmos管的第二端还与第四电阻的一端连接，第四电阻的另一端与第一pmos管的控制端连接，第二nmos管的第一端还连接串扰消除单元的输出端。

18、当第一信号的高频分量通过高通滤波器后，得到第一滤波信号，由第一滤波信号驱动第二nmos管产生反相放大信号，该信号通过第四电阻反馈至第一pmos管的栅极形成闭环控制，第五电容提供高频旁路路径扩展带宽，第三nmos管通过第一控制信号动态调节放大器的跨导值以适应不同幅度的输入信号，第一pmos管的负载特性与第二nmos管的放大特性共同决定了电压增益和输出阻抗，最终输出的补偿信号与原始串扰信号在时域想通且极性相反，实现有效的串扰抵消。

19、作为一种可能的实施方式，信号接收装置还包括：第一控制器，用于调节第一控制信号，以控制第三nmos管的偏置电流大小。

20、第一控制器利用第一控制信号动态调整包含第三nmos管的放大器的跨导值，从而适应不同幅度的第一信号，确保产生的补偿信号能精准地抵消第二信号中第一信号的干扰。

21、作为一种可能的实施方式，信号接收电路包括：信号接收单元以及判决反馈均衡器，信号接收单元用于接收对应的信号接收通道的发送的信号，根据对应的信号接收通道的发送的信号确定读出数据，判决反馈均衡器用于对读出数据进行均衡处理，以补偿读出数据在传输过程中所产生的能量损失。

22、通过信号接收通道接收输入信号，对信号接收通道中的微弱信号进行低噪声放大或增益调整，以补偿信道衰减，判决反馈均衡器，用于消除码间干扰，通过判决结果动态修正当前信号的阈值。

23、作为一种可能的实施方式，信号接收装置还包括：增益调节电路，增益调节电路用于调节串扰消除单元输出的补偿信号的信号强度。

24、本技术提供的增益调节电路通过调整补偿信号的增益，可适应不同强度的串扰场景，例如在串扰信号动态变化时，通过实时调节增益确保补偿信号与串扰信号的匹配度，从而提升消除精度

25、作为一种可能的实施方式，增益调节电路具体包括：第四nmos管、开关器件组、第五电阻、第六电容、第一电流源以及第二电流源，开关器件组包括多个开关器件，串扰消除单元的输出端与第四nmos管的控制端连接，开关器件组中的每个开关器件的第一端与信号接收单元连接，第四nmos管的第一端与判决反馈均衡器连接，第四nmos管的第二端与第六电容的一端连接，开关器件组中的每个开关器件的第二端与第六电容的另一端连接，第四nmos管的第二端与第五电阻的一端连接，开关器件组中的每个开关器件的第二端与第五电阻的另一端连接，第五电阻的一端通过第一电流源接地，第五电阻的另一端通过第二电流源接地，第六电容的一端通过第一电流源接地，第六电容的另一端通过第二电流源接地，开关器件组中的每个开关器件的控制端用于输入第二控制信号，第二控制信号用于控制开关器件组中的开关器件导通数量。

26、由于采用单个开关器件控制信号增益存在性能局限，而本技术采用多个开关器件组成的可调阵列，通过第二控制信号来动态调节导通开关数量来生成可变的参考电压，通过这种设计不仅通过多个小型开关器件的并联组合减小了芯片面积占用，还可以实现参考电压的动态可调，从而能够根据不同工作状态自适应优化信号质量，在提升信号传输性能的同时保证了紧凑的电路布局。

27、作为一种可能的实施方式，信号接收装置还包括：第二控制器，第二控制器，用于：根据第一信号以及第二信号，调节第二控制信号，以控制增益调节电路调节串扰消除单元输出的补偿信号的信号强度。本技术的控制器动态调节开关器件组的导通数量，从而调节串扰消除单元输出的补偿信号的信号强度，以确定最佳的开关器件组中的开关器件的导通数量，进而进入稳定工作状态。

28、第二方面，本技术提供一种串扰消除方法，应用于信号接收装置，包括：多个并行设置的信号接收通道以及串扰消除单元，其中，第一信号接收通道与第二信号接收通道之间设置有串扰消除单元，第一信号接收通道以及第二信号接收通道为多个信号接收通道中的任意信号接收通道，该方法包括：从第一信号接收通道获取第一信号，对第一信号进行滤波处理，得到第一滤波信号，根据第一滤波信号对第二信号接收通道中的第二信号补偿。由于本技术实施例中的信号接收装置能有效的消除串扰噪声，因此应用于信号接收装置的串扰消除方法也可以实现低功耗、高适应性的串扰噪声消除。

29、第三方面，本技术提供一种数据传输装置，数据传输装置包括信号发送装置以及如第一方面的信号接收装置。由于本技术实施例中的信号接收装置能有效的消除串扰噪声，因此具有信号接收装置的数据传输装置也可以实现低功耗、高适应性的串扰噪声消除。

30、第四方面，本技术提供一种电子设备，包括电路板和电子器件，电子器件与电路板连接，电子器件包括如第三方面的数据传输装置。由于本技术实施例中的数据传输装置能有效的消除串扰噪声，因此具有数据传输装置也可以实现低功耗、高适应性的串扰噪声消除。

31、另外，第二方面到第四方面中相应方案的技术效果可以参照第一方面和第一方面中对应方案可以得到的技术效果，重复之处不予详述。