数据接收方法及数据接收器与流程

1.本发明是有关于一种数据接收方法，特别是指一种能够在数据模式下调整增益的数据接收方法。


背景技术：

2.在通过网络传输数据时，常会利用物理层接收器(phy)来对传输通道做优化的处理，以维持接收信号的质量。举例来说，物理层接收器会利用可程序化增益放大器(programmable-gain amplifier，pga)来放大传输信号，以补偿传输信号在通道中传输所造成的衰减。
3.根据电机电子工程师学会(institute of electrical and electronics engineers)对以太网络数据传输的规定，物理层接收器的操作可分成训练模式(training mode)及数据模式(data mode)。在训练模式中，物理层接收器会对传输通道进行估测，并将可程序化增益放大器的增益调整至优化。在数据模式中，物理层接收器则可依据优化的增益来放大传输信号。然而，在实际应用中，通道的状况可能会随时间变动，例如环境中的射频信号干扰(radio frequency interference，rfi)可能会突然出现或消失，导致原先优化的增益不再符合需求，而使信号质量降低。因此，如何在数据模式中动态的调整增益以维持接收信号的质量，即成为本领域有待解决的问题。


技术实现要素：

4.本披露的一实施例提供一种数据接收方法，包含从第一通道接收第一传输信号，依据模拟增益水平调整该第一传输信号的强度以得到调整后传输信号，将该调整后传输信号转换为数字信号，依据滤波系数组对数字信号进行滤波以产生滤波后信号，及依据数字增益水平调整滤波后信号的强度。
5.其中该数据接收方法还包含，在训练模式中，对第一通道进行传输状态估测，及依据第一通道的传输状态估测结果调整该模拟增益水平及该数字增益水平，并据以在该训练模式结束前得到该滤波系数组的收敛值，及在数据模式中，执行第一增益调整操作，以调整该模拟增益水平，并依据该数据模式中对该模拟增益水平的调整，对应地调整该数字增益水平。
6.本披露的另一实施例提供一种数据接收器，包含第一接收路径及控制器。
7.第一接收路径从第一通道接收第一传输信号，第一接收路径包含可程序化增益放大器、模拟数字转换器、均衡器及数字自动增益控制电路。可程序化增益放大器依据模拟增益水平调整该第一传输信号的强度以产生调整后传输信号。模拟数字转换器将该调整后传输信号转换为数字信号。均衡器依据滤波系数组对该数字信号进行滤波以产生滤波后信号。数字自动增益控制电路依据该数字增益水平调整该滤波后信号的强度。
8.控制器耦接于第一接收路径。在训练模式中，控制器对该第一通道进行传输状态估测，及依据该第一通道的传输状态估测结果调整该模拟增益水平及该数字增益水平，并
据以在该训练模式结束前得到该滤波系数组的收敛值。在数据模式中，控制器执行第一增益调整操作，以调整模拟增益水平，并依据该数据模式中对该模拟增益水平的调整，对应地调整该数字增益水平。
附图说明
9.图1是本披露一实施例的数据接收器的示意图。
10.图2是本披露另一实施例的数据接收器的示意图。
11.图3是本披露一实施例的数据接收方法的流程图。
12.图4是图3的增益调整操作的子步骤流程图。
具体实施方式
13.图1是本披露一实施例的数据接收器100的示意图。在有些实施例中，数据接收器100可以例如是用于以太网络的物理层接收器。数据接收器100可包含接收路径110及控制器120。
14.接收路径110可耦接至外部的通道ch1，并可以从通道ch1接收传输信号sig
t1
。接收路径110可包含可程序化增益放大器(programmable gain amplifier，pga)111、模拟数字转换器(analog to digital converter，adc)112、均衡器(或称等化器，equalizer)113及数字自动增益控制电路(digital automatic gain control，dagc)114。
15.在有些实施例中，可程序化增益放大器111的模拟增益水平可以在不同的数值间切换，以对输入信号提供不同大小的增益。也就是说，可程序化增益放大器111可以依据其模拟增益水平调整传输信号sig
t1
的强度以产生调整后传输信号sig
a1
。接着，模拟数字转换器112便可将调整后传输信号sig
a1
转换为数字信号sig
d1
，而均衡器113可以依据内部的滤波系数组对数字信号sig
d1
进行滤波以产生滤波后信号sig
f1
。通过对数字信号sig
d1
进行滤波，就能够调整数字信号sig
d1
的波型，从而提升后续判读信号数值时的准确度。
16.此外，数字自动增益控制电路114的数字增益水平可以在不同的数值间切换，以对输入信号提供不同大小的增益。也就是说，数字自动增益控制电路114可以依据其数字增益水平调整滤波后信号sig
f1
的强度。在有些实施例中，接收路径110还可包含切割器(slicer)115，切割器115可以对滤波后信号sig
f1
进行切分，以区别出滤波后信号sig
f1
中的数据数值。
17.控制器120可耦接于接收路径110。控制器120可以在训练模式中，对通道ch1进行传输状态估测，例如但不限于估测通道ch1的长度及信号衰减程度。此外，在有些实施例中，传输状态的估测也可以称为通道估测(channel estimation)。接着，控制器120便可依据通道ch1的传输状态估测结果调整可程序化增益放大器111的模拟增益水平及数字自动增益控制电路114的数字增益水平，并据以在训练模式结束前得到均衡器113的滤波系数组的收敛值，以使接收路径110能够在优化的状态下对传输信号sig
t1
进行处理。
18.由于工艺中所产生的差异，不同接收路径中的可程序化增益放大器111在模拟增益水平处在相同数值时，实际上所提供的增益可能会有所差异，因此在有些实施例中，为了确保控制器120能够准确地调整可程序化增益放大器111的模拟增益水平，控制器120可以在训练模式中，使可程序化增益放大器111的模拟增益水平在多个数值间切换，以不同程度
地调整传输信号sig
t1
的强度以产生对应的调整后传输信号sig
a1
，并且可以记录模拟增益水平在不同数值下，经过模拟数字转换器112转换后所产生的数字信号sig
d1
的信号强度平均值。举例来说，若可程序化增益放大器111的模拟增益水平可在数值1至数值32之间切换以提供32种不同大小的增益，则控制器120可先将可程序化增益放大器111的模拟增益水平设定为数值1，并记录模拟增益水平为数值1时，模拟数字转换器112所输出的数字信号sig
d1
在预定时间内的信号平均强度。接着，控制器120可将可程序化增益放大器111的模拟增益水平设定为数值2，并记录模拟增益水平为数值2时，模拟数字转换器112所输出的数字信号sig
d1
在预定时间内的信号平均强度，并依此类推，记录模拟增益水平在不同数值下，数字信号sig
d1
的信号平均强度。如此一来，在训练模式中，控制器120便可依据通道ch1的传输状态估测结果及模拟增益水平在各数值下所对应的信号强度平均值，调整模拟增益水平，使得模拟增益水平能够被调整到符合实际需求的数值。应理解，前述实施例仅是用以说明而非限制，在有些实施例中，可程序化增益放大器111的模拟增益水平不限定自最低水平开始且以递增方式切换。
19.在有些实施例中，当均衡器113在训练模式中得到其滤波系数组的收敛值后，数据接收器100便可进入数据模式。在数据模式中，接收路径110可以依据控制器120在训练模式中对可程序化增益放大器111、数字自动增益控制电路114、均衡器113及其他各电路所做的调整或设定，自通道ch1接收并处理传输信号sig
t1
。然而，在数据模式中，若通道ch1的传输状态产生变化，则控制器120在训练模式中对接收路径110所做的优化设定就可能无法满足需求，导致接收信号的质量下降。
20.举例来说，在有些实施例中，数据接收器100还可包含相位检测器116及时序回复电路117。在训练模式中，相位检测器116可以根据切割器115的操作检测出传输信号sig
t1
的相位，并将相位数据传送至时序回复电路117，而时序回复电路117则可以依据相位数据来调整模拟数字转换器112的取样相位。然而，在数据模式中，若传输信号sig
t1
的信号发送端tx1(即，远端(far end)的发射器)改变了取样相位，则相位检测器116、时序回复电路117及模拟数字转换器112也都将随之调整以跟随传输信号sig
t1
的信号发送端tx1的取样相位。在调整取样相位的过程中，与数据接收器100设置在相同传输端的己方信号发送端(即，近端(near end)的发射器)tx0的取样相位也会改变，因而使回音噪声sig
t0
的相位产生变动而导致近端噪声变大，造成接收信号的质量受到影响。此外，在有些实施例中，若原先在训练模式中数据接收器100所接收到的外部射频干扰信号sig
rfn
在数据模式中突然消失，或在数据模式时出现训练模式中并未出现的外部射频干扰信号sig
rfn
，也都会影响通道ch1的传输状态，导致接收信号的质量降低。
21.在数据模式中，为了避免接收信号的质量因为通道ch1的传输状态改变而受到影响，控制器120可以在数据模式中，执行增益调整操作，以调整可程序化增益放大器111的模拟增益水平，并依据在数据模式中对模拟增益水平的调整，对应地调整数字自动增益控制电路114的数字增益水平。如此一来，就可以动态地调整可程序化增益放大器111的模拟增益水平，以维持信号质量，并且可通过调整数字自动增益控制电路114的数字增益水平来补偿模拟增益水平的变化，从而减少增益误差(gain error)。
22.在执行增益调整操作的过程中，控制器120可以比较数字信号sig
d1
的最大强度与预设上限值ul及预设下限值ll的大小关系，并据以调整模拟增益水平的数值。在有些实施
例中，预设上限值ul可以是数字信号sig
d1
的最大期望(expect)值ao与宽容值ar的和，而预设下限值ll可以是数字信号sig
d1
的最大期望值ao与宽容值ar的差，如式(1)及式(2)所式。
23.ul＝ao ar
ꢀꢀ
(式1)
24.ll＝ao-ar
ꢀꢀ
(式2)
25.在此情况下，当控制器120判断数字信号sig
d1
的最大强度大于预设上限值ul时，控制器120可调降模拟增益水平以降低可程序化增益放大器111所提供的增益。相对地，当控制器120判断数字信号sig
d1
的最大强度小于预设下限值ll时，控制器120可调升模拟增益水平以提升可程序化增益放大器111所提供的增益。此外，为了避免控制器120在调整模拟增益水平时在两个相邻数值之间反复切换，在设定宽容值ar时，可使宽容值ar大于数字信号sig
d1
在模拟增益水平在任两个相邻数值之间切换时所输出的信号强度平均值的差。举例来说，若数字信号sig
d1
在模拟增益水平处于数值32时的信号强度平均值为0.85，而数字信号sig
d1
在模拟增益水平处于数值31时的信号强度平均值为0.8，两者的信号强度平均值的差为0.05，则宽容值可大于0.05，以使模拟增益水平能够趋于稳定。
26.在模拟增益水平调整完毕之后，控制器120可以依据对模拟增益水平进行的调整，对数字增益水平进行调整。举例来说，当控制器120调降可程序化增益放大器111的模拟增益水平时，控制器120便可依据数字信号sig
d1
在模拟增益水平调降前及调降后的信号强度差值，调升数字增益水平，以避免因为模拟增益水平的变化而造成增益误差。举例来说，若在模拟增益水平调降前后，数字信号sig
d1
的信号强度值下降了5％，则控制器120可以通过调整数字自动增益控制电路114的数字增益水平将滤波后信号sig
f1
的强度提升5％，以补偿调整模拟增益水平所造成的增益误差。
27.此外，在图1的实施例中，接收路径110还可包含回音消除器(echo canceller，ec)118及近端串音消除器(near end crosstalk canceller，nc)119。为了便于说明，图中省略此两消除器与接收路径110外的其他组件(例如，前述的信号发送端tx0当中的组件)的耦接关系，本领域技术人员应可理解此两消除器操作所利用的信号。回音消除器118可以产生回音补偿信号sig
ec
以减少数字信号sig
d1
中的回音噪声，而近端串音消除器119则可以产生近端串音补偿信号sig
xtc
以减少数字信号sig
d1
中的近端串音噪声。在此情况下，控制器120还可以在调降模拟增益水平时，依据数字信号sig
d1
在模拟增益水平调降前及调降后的信号强度差值，降低回音补偿信号sig
ec
的功率及近端串音补偿信号sig
xtc
的功率，以避免对回音噪声及近端串音噪声过度补偿。
28.同理，当控制器120调升模拟增益水平时，控制器120可依据数字信号sig
d1
在模拟增益水平调升前及调升后的信号强度差值，调降数字增益水平，以降低增益误差，并可以依据数字信号sig
d1
在模拟增益水平调升前及调升后的信号强度差值，提高回音补偿信号sig
ec
的功率及近端串音补偿信号sig
xtc
的功率，以对应地提升对回音噪声及近端串音噪声的补偿效果。
29.再者，在有些实施例中，为了避免可程序化增益放大器111所提供的增益变化过大或过快，导致接收信号的质量不稳定，因此控制器120每次执行增益调整操作时，可将模拟增益水平调整至相邻的数值，也就是每次执行增益调整操作时，可只将模拟增益水平调升或调降一阶。在此情况下，控制器120可以连续执行多次的增益调整操作，以逐步将模拟增益水平调整至适当的数值。再者，控制器120可在每相邻两次增益调整操作，等待一段间隔
时间，使数据接收器100趋于稳定后，再执行下一次的增益调整操作，以维持系统的稳定性。此外，为了避免对接收路径110连续执行增益调整操作而延误了其他的操作，在有些实施例中，数据接收器100也可限定每次可连续执行增益调整操作的次数。
30.在执行增益调整操作的过程中，模拟增益水平及数字增益水平的变动难免会导致部分信号失真的情况。为了避免增益调整操作影响到重要数据的接收与读取，在有些实施例中，控制器120还可先判断通道ch1是否处于非忙碌状态，并只在通道ch1处于非忙碌状态时，才对接收路径110执行增益调整操作。举例来说，控制器120可接收来自上层电路的控制信号，并据以判断通道ch1目前是否属于非忙碌状态，例如当系统处于闲置(idle)状态或省电状态(power saving ethernet(eee)refresh)时，控制器120便可判断目前通道ch1属于非忙碌状态，而可执行增益调整操作。反之，控制器120则不会执行增益调整操作。然而本发明并不以此为限，在有些实施例中，控制器120也可在系统处在忙碌状态时，执行增益调整操作，此时控制器120即无须检测系统是否处在非忙碌状态。
31.图2是本披露另一实施例的数据接收器200的示意图。数据接收器200与数据接收器100具有相似的结构并可根据相似的原理操作，然而数据接收器200可包含控制器220及接收路径210a、210b、210c及210d。在有些实施例中，接收路径210a、210b、210c及210d可与图1的接收路径110具有相同的结构，并可分别耦接至通道ch1、ch2、ch3及ch4。在此情况下，数据接收器200可在训练模式中，估测通道ch1、ch2、ch3及ch4的传输状态，并据以对接收路径210a、210b、210c及210d中的电路进行调整或设定，使接收路径210a、210b、210c及210d能够得到滤波系数组的收敛值，并在数据模式中，通过接收路径210a、210b、210c及210d分别自通道ch1、ch2、ch3及ch4接收传输信号。
32.在有些实施例中，控制器220可以在数据模式中，对接收路径210a、210b、210c及210d分别执行增益调整操作，以分别调整接收路径210a、210b、210c及210d中可程序化增益放大器的模拟增益水平，并据以调整接收路径210a、210b、210c及210d中数字自动增益控制电路的数字增益水平，达到动态调整信号增益以维持信号质量的效果。
33.在有些实施例中，控制器220可以按照预定的顺序对接收路径210a、210b、210c及210d中的全部或部分分别执行增益调整操作，例如依序对接收路径210a、210b、210c及210d执行增益调整操作或依序对接收路径210b、210a、210d及210c执行增益调整操作。然而本发明并不以此为限，在有些实施例中，控制器220可以根据通道ch1、ch2、ch3及ch4的信号噪声比(signal to noise ratio，snr)来判断增益调整操作的执行顺序。举例来说，当控制器220检测到通道ch1、ch2、ch3及ch4中的通道ch2的信号噪声比最小时，表示通道ch2接收信号的质量最差，此时控制器220便可优先对接收路径210b执行增益调整操作，以对应地改善通道ch2接收信号的质量。
34.由于数据接收器100及200可以在数据模式中调整可程序化增益放大器的模拟增益水平以适应通道传输状态的变化，并且可通过调整数字自动增益控制电路的数字增益水平来补偿模拟增益水平的变化，因此可以动态地调整增益以维持信号质量，也可减少增益误差产生。
35.图3是本披露一实施例的数据接收方法300的流程图。在有些实施例中，数据接收方法300可例如但不限于应用于数据接收器100(请一并参考图1)，并可包含步骤s310至s390。
36.s310：在训练模式中，对通道ch1进行传输状态估测；
37.s320：依据通道ch1的传输状态估测结果调整模拟增益水平及数字增益水平，并据以在训练模式结束前得到滤波系数组的收敛值；
38.s330：在数据模式中，从通道ch1接收传输信号sig
t1
；
39.s340：依据模拟增益水平调整传输信号sig
t1
的强度以得到调整后传输信号sig
a1
；
40.s350：将调整后传输信号sig
a1
转换为数字信号sig
d1
；
41.s360：依据滤波系数组对数字信号sig
d1
进行滤波以产生滤波后信号sig
f1
；
42.s370：依据数字增益水平调整滤波后信号sig
f1
的强度；
43.s380：判断通道ch1是否处于非忙碌状态，若是则进入步骤s390，否则进入步骤s330；
44.s390：执行增益调整操作，以调整模拟增益水平，并依据数据模式中对模拟增益水平的调整，对应地调整数字增益水平。
45.在训练模式中，步骤s310及s320可以对通道ch1进行传输状态估测，并可据以调整模拟增益水平及数字增益水平，以得到滤波系数组的收敛值，使得数据接收器100能够在优选状态下接收数据。
46.在训练模式结束后，方法300可进入数据模式。在数据模式中，方法300可根据先前在训练模式中所作的设定，执行步骤s330至s370以接收并处理传输信号sig
t1
。此外，在数据模式中，方法300还可在步骤s380中判断通道ch1是否处于非忙碌状态，并可在通道ch1处于非忙碌状态时，在步骤s390执行增益调整操作。也就是说，在数据模式中，方法300可以调整模拟增益水平，并依据对模拟增益水平的调整，对应地调整数字增益水平。如此一来，在数据模式中，当通道传输状态产生变化时，就可以动态地调整模拟增益水平以维持信号质量，并可调整数字增益水平以补偿模拟增益水平的变化，从而减少增益误差产生。在有些实施例中，方法300也可省略步骤s380，而在通道ch1的传输状态产生变化时，直接执行增益调整操作。
47.在有些实施例中，为了能够更为准确地调整模拟增益水平，在训练模式中，方法300还可使模拟增益水平在多个数值间切换，以不同程度地调整传输信号sig
t1
的强度并产生对应的调整后传输信号sig
a1
，并可记录模拟增益水平在不同数值下，数字信号sig
d1
的信号平均强度。如此一来，就能更明确地得知，模拟增益水平在不同数值下对数字信号sig
d1
强度实际上所造成的影响，因此在步骤s320中，除了依据通道传输状态的估测结果外，还可依据模拟增益水平在不同数值下，数字信号sig
d1
的信号强度平均值调整模拟增益水平。
48.图4是执行增益调整操作的步骤s390的子步骤流程图。步骤s390可包含子步骤s3901至s3911。
49.s3901：判断数字信号sig
d1
的最大强度是否大于预设上限值ul，当数字信号sig
d1
的最大强度大于预设上限值ul，进入步骤s3902，否则进入步骤s3906；
50.s3902：调降模拟增益水平；
51.s3903：依据数字信号sig
d1
在模拟增益水平调降前及调降后的第一信号强度差值调升数字增益水平；
52.s3904：依据第一信号强度差值降低回音补偿信号sig
ec
的功率；
53.s3905：依据第一信号强度差值降低近端串音补偿信号sig
xtc
的功率；随后，进入步
骤s3911。
54.s3906：判断数字信号sig
d1
的最大强度是否小于预设下限值ll，当数字信号sig
d1
的最大强度小于预设下限值ll，进入步骤s3907，否则进入步骤s3911；
55.s3907：调升模拟增益水平；
56.s3908：依据数字信号sig
d1
在模拟增益水平调升前及调升后的第二信号强度差值调降数字增益水平；
57.s3909：依据第二信号强度差值提高回音补偿信号sig
ec
的功率；
58.s3910：依据第二信号强度差值提高近端串音补偿信号sig
xtc
的功率；随后，进入步骤s3911。
59.s3911：结束。
60.在有些实施例中，预设上限值ul可以是数字信号sig
d1
的最大期望值ao及宽容值ar的和，而预设下限值ll可以是数字信号sig
d1
的最大期望值ao及宽容值ar的差，如前述的式(1)及式(2)所示。如此一来，在数据模式中，方法300就可以通过执行增益调整操作，在数字信号sig
d1
强度过大时调降模拟增益水平，而在数字信号sig
d1
强度过小时调升模拟增益水平，使得数字信号sig
d1
维持在适当的强度。此外，对应于模拟增益水平的调整，方法300还可进一步调整数字增益水平以减少增益误差，并可调整回音补偿信号sig
ec
的功率及近端串音补偿信号sig
xtc
的功率，以维持信号接收的环境稳定。
61.此外，在有些实施例中，数据接收方法300可以连续执行多次的增益调整操作，以逐步将模拟增益水平调整至适当的数值，且在每次执行完增益调整操作之后，可先等待一段间隔时间，使接收路径中的电路组件趋于稳定后，再执行下一次的增益调整操作，以维持系统的稳定性。
62.再者，在有些实施例中，数据接收方法300也可应用于多个通道的数据接收系统，例如但不限于图2所示的数据接收器200。在此情况下，对应于通道ch1、ch2、ch3及ch4，数据接收方法300可以分别对接收路径210a、210b、210c及210d执行增益调整操作。在有些实施例中，数据接收方法300可以按照预定的顺序对接收路径210a、210b、210c及210d分别执行增益调整操作，然而在有些其他实施例中，数据接收方法300也可以根据通道ch1、ch2、ch3及ch4的信号噪声比来判断增益调整操作的执行顺序。举例来说，当通道ch1、ch2、ch3及ch4中，通道ch2的信号噪声比最小时，表示通道ch2接收信号的质量最差，此时数据接收方法300便可优先对接收路径210b执行增益调整操作，以对应地改善通道ch2接收信号的质量。
63.综上所述，本披露的实施例所提供的数据接收方法及数据接收器可以在数据模式中调整模拟增益水平以适应通道传输状态的变化，并且依据模拟增益水平的调整，对应地调整数字增益水平来补偿模拟增益水平的变化，因此可以动态地维持信号质量，也可减少增益误差产生。
64.【符号说明】
65.100：数据接收器
66.110：接收路径
67.111：可程序化增益放大器
68.112：模拟数字转换器
69.113：均衡器
70.114：数字自动增益控制电路
71.115：切割器
72.116：相位检测器
73.117：时序回复电路
74.118：回音消除器
75.119：近端串音消除器
76.120：控制器
77.200：数据接收器
78.210a：接收路径
79.210b：接收路径
80.210c：接收路径
81.210d：接收路径
82.220：控制器
83.300：数据接收方法
84.ch1：通道
85.ch2：通道
86.ch3：通道
87.ch4：通道
88.s310：步骤
89.s320：步骤
90.s330：步骤
91.s340：步骤
92.s350：步骤
93.s360：步骤
94.s370：步骤
95.s380：步骤
96.s390：步骤
97.s3901：子步骤
98.s3902：子步骤
99.s3903：子步骤
100.s3904：子步骤
101.s3905：子步骤
102.s3906：子步骤
103.s3907：子步骤
104.s3908：子步骤
105.s3909：子步骤
106.s3910：子步骤
107.s3911：子步骤
108.sig
a1
：调整后传输信号
109.sig
d1
：数字信号
110.sig
ec
：回音补偿信号
111.sig
f1
：滤波后信号
112.sig
rfn
：外部射频干扰信号
113.sig
t0
：回音噪声
114.sig
t1
：传输信号
115.sig
xtc
：近端串音补偿信号
116.tx0：信号发送端
117.tx1：信号发送端。