As the transmission speed increases in data communication systems, the non-ideal effects of the channel severely degrades the quality of signal. To reduce the bit error rate, equalization is used to compensate the loss of channel.
Several methods to realize equalizer have been proposed. However, there are some disadvantages for the each equalizer. To solve the problems of the previous works, a data pattern-tolerant adaptive equalizer using spectrum balancing method is proposed. By adopting spectrum balancing method, problem of imbalanced swing is eliminated. In addition to the high-frequency boosting control loop, this structure has a corner-frequency control loop to guarantee its adaptation accuracy in various data. By controlling the corner-frequency of the RC filters, an adaptive operation with respect to data patterns and data rates is available.
By simulation and experiment, data pattern-tolerant and data rate-tolerant operations are proved. The results show that eye opening is enlarged and then bit error rate is reduced in the proposed structure.
All the simulation and chip fabrication are based on the 0.18μm CMOS process. The tested maximum operating data rate is 6.4Gb/s and the power dissipation in equalizer core is 85mW. The chip area of equalizer core is 630μmx550μm.
데이터 통신 시스템에서 갈수록 고속 데이터를 송수신하게 됨에 따라, 케이블이나 PCB 라인 등 채널에서의 신호 왜곡이 심각해지고 있다. 시스템의 BER에 악영향을 주는 심볼간 간섭을 줄이기 위해, 채널의 LPF 특성을 보상하는 이퀄라이저가 널리 사용된다.
이퀄라이저를 구현하기 위한 몇 가지 방법들이 제안되었으나, 각각의 구조는 단점을 안고 있다. 가장 기본적인 구조에서는 slicer 양단의 고주파 성분만을 비교하기 때문에, 저주파 스윙이 다를 경우 정확하게 동작하지 않는다. 이 문제를 해결하기 위해, slicer 양단의 고주파와 저주파 성분을 함께 비교하는 방법이 제안되었다. 그러나 이 구조에서는 고주파와 저주파 성분의 절대값을 조절하기 때문에 조절 범위가 제한된다는 단점이 있다. Slicer의 스윙을 직접 변화시켜 slicer 양단 저주파 성분을 맞추는 방법이 새롭게 제안되었으나, 두 개의 loop이 서로 다른 방향으로 수렴하려는 성질 때문에 settling time을 신중히 디자인해주어야 하고, slicer의 커런트를 직접 조절하는 것이 위험할 수 있다. 또 다른 방법으로는 slicer를 사용하지 않고, 스펙트럼 균형을 이용하는 방식이다. 스펙트럼 상에서 기준을 잡고 고주파와 저주파 성분을 직접 비교하기 때문에, 근본적으로 다른 slicer 양단의 두 신호를 비교해야 했던 이전 구조들의 문제점이 사라지게 되었다. 그러나 스펙트럼상의 기준 주파수를 외부에서 정해서 넣어주어야 하기 때문에, 정해진 데이터형과 데이터 속도에서만 동작한다는 단점이 있다.
본 논문에서는 스펙트럼 균형을 이용하면서, 데이터형에 따라서도 적응 동작할 수 있는 이퀄라이저를 제안하였다. 스펙트럼 균형 방식을 채택함에 따라, 여러 구조에서 문제가 되었던 slicer 양단 스윙 차이를 없앴다. 기존에 있던 이퀄라이징 필터를 조절하는 loop에, RC 필터의 코너 주파수를 조절하는 loop을 추가하여 다양한 데이터형과 데이터 속도에 따라 적응하는 동작을 하도록 설계하였다.
스펙트럼 균형을 이용한 기존 구조와 제안된 구조의 성능 차이를 확인하기 위하여, 제안된 구조에서 추가된 loop을 끄고 켜면서 테스트하였다. 데이터형에 따라 적응 동작함을 확인하기 위해 같은 속도에서 세가지 데이터형을 사용하였고, 데이터 속도에 따른 적응 동작은 최대 동작 속도까지 다양한 데이터 속도를 사용하였다.
시뮬레이션 결과와 칩 측정 결과를 통해 제안된 이퀄라이저에서 eye 의 특성이 좋아지는 것을 확인하였으며, 결과적으로 시스템의 BER을 낮추는 역할을 하게 됨을 확인하였다.
모든 시뮬레이션과 칩 제작은 0.18μm CMOS 공정을 통해 이루어졌다. 측정된 최대 동작 속도는 6.4Gb/s 이고, 이퀄라이저의 파워 소모는 85mW이다. 이퀄라이저 부분의 칩 넓이는 $0.63 \times 0.55 mm^2$ 이다.
