CN103684488A - 接收器、用于接收器的主动终端电路以及用于操作电路的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种接收器、用于接收器的主动终端电路以及用于操作电路的方法。用于差分接收器的主动终端电路包含经配置以接收差分信号的第一分量的第一接收器元件、经配置以接收差分信号的第二分量的第二接收器元件、经配置以接收所述差分信号且产生表示所述差分信号的平均值的发射共模信号Vcm的共模测量元件以及接收器RX共模信号节点。所述终端电路还包括：经配置以接收所述发射共模信号Vcm且给所述接收器共模信号节点提供输出的主动元件，所述输出经配置以将所述接收器共模信号节点处的信号值驱动为所述发射共模信号Vcm的值；以及与所述主动元件并联耦合到所述接收器共模信号节点的电容元件。

Description

接收器、用于接收器的主动终端电路以及用于操作电路的方法

技术领域

本发明涉及接收器、用于接收器的主动终端电路以及用于操作电路的方法。

背景技术

现代的专用集成电路(ASIC)必须满足极其严格的设计与性能规格。ASIC的一个实例是被称为串行化器／解串行化器(SERDES)的电路元件。正如其名字所暗示，SERDES将并行位流转换成高速串行位流、使其穿过信道进行发射、随后再将所述串行位流转换成并行位流。典型SERDES会被组织成具有数／模转换(DAC)功能性及模／数转换(ADC)功能性的发射器与接收器的块。一般来说，接收器与发射器处理差分信号。差分信号是由不同导体上的两个互补信号所表示的那些信号，其中术语“差分”表示所述两个互补信号之间的差异。全部差分信号还具有被称为“共模”的表示所述两个差分信号的平均值的部分。高速差分信号提供许多优点，例如低噪声及低功率，同时提供稳健而高速的数据传输。

通常来说，高速差分输入／输出电路(也被称为输入／输出缓冲器、接收器／发射器电路或接收器／驱动器电路)使用某一形式的差分及共模终端(例如电阻负载)来与传输介质(或信道)的差分阻抗相匹配是符合需要的。传输介质(例如印刷电路板迹线、传输线、底板、差分线对或电缆)将输出电路耦合到输入电路且提供预定信息沿着其行进的路径。

由于接收器仅响应于差分电压，所以共模调制一般会被接收器抑制。然而，共模信号通常会使差分信号***产生某些问题。举例来说，共模信号若不进行端接，就可能会消耗接收器一大部分的有限共模电压范围，或者如果共模信号被驱动为谐振，其就会超过接收器的共模范围。共模信号可能会干扰或削弱所需要的信息的通信。

图1是说明常规发射驱动器与接收器终端网络的示意图。网络1包括通过传输介质17及18相连的发射(TX)部分2与接收(RX)部分4。发射部分2包括发射驱动器6及发射驱动器8。发射驱动器6及8分别将差分发射信号递送给电阻器7及9。流经每一电阻器的DC电流由Icm=Vcm／Rt给出，其中Icm为共模发射电流，Vcm为差分信号的共模电压，且Rt为电阻器7及9的值。

信号INP为正的发射信号(也被称为输入信号)，其被提供给接收器13。信号INN为负的发射信号(也被称为输入信号)，其被提供给接收器14。术语“正”及“负”是相对的，因为信号INP及INN表示存在于共模电压Vcm周围的差分信号的分量。信号INP及INN可具有相同或不同的极性。接收器终端电阻器11及接收器终端电阻器12分别将INP及INN信号端接于电路接地。分别选择电阻器11及12的值来表示传输介质17及18的阻抗，其在虚线中进行展示以指示发射部分2与接收部分4隔开一段距离。在实施例中，每一电阻器11及12的标称值为50欧姆。

图2是说明图1的发射器驱动器的输出信号的图式。来自发射驱动器6及8的输出信号的共模电压是Vcm，且在接收器输入处测得Vcm为：

$\mathrm{VCM}=\frac{\mathrm{INN}+\mathrm{INP}}{2}$                     等式1

网络1(图1)的非零共模电压产生DC电流及DC功率。由于数百个发射及接收器信道被集成到典型集成电路中，所以使此功率最小化是符合需要的。对于展示在图1中的实例发射及接收器电路来说，Vcm通常是25伏特，从而如果假设1伏特的供应，则会导致10mWatt的功率。

图3是说明使DC功率最小化的常规发射驱动器及接收器终端网络的示意图。网络21包括通过传输介质37及38相连的发射(TX)部分22与接收(RX)部分24。发射部分22包括发射驱动器26及发射驱动器28。发射驱动器26及28分别将差分发射信号递送给电阻器27及29。流经每一电阻器27及29的DC电流被展示为Icm=0，以反映出电阻器27及29中存在理想地为零(0)的DC电流，因为正如将在下文所描述，电阻器31及32中存在理想地为零(0)的DC电流在流动。

信号INP被提供给接收器33。信号INN被提供给接收器34。接收器终端电阻器31及接收器终端电阻器32分别将INP及INN信号端接到被描绘成共模电压Vcm处的DC电压源的电压源35。分别选择电阻器31及32的值来表示传输介质37及38的阻抗，其在虚线中进行展示以指示发射部分22与接收部分24相隔一段距离。在实施例中，每一电阻器31及32的标称值为50欧姆。网络21通过将接收器终端从接地断开且将其连接到具有值Vcm的电压源而解决网络1的过剩功率问题。对于Vcm处的接收器共节点来说，流经接收器终端电阻器31及32的DC电流是零且DC功率是零。不幸地是，难以用节约成本的方式实施电压源35。

图4是说明实施图3的网络21的常规发射驱动器及接收器终端网络的示意图。网络41包括通过传输介质57及58相连的发射(TX)部分42及接收(RX)部分44。发射部分42包括发射驱动器46及发射驱动器48。发射驱动器46及48分别将差分发射信号递送给电阻器47及49。流经每一电阻器47及49的DC电流被展示为Icm=0，以反映出电阻器51及52中存在理想地为零(0)的DC电流，因为正如将在下文所描述，在电阻器51及52中存在理想地为零(0)的DC电流在流动。

信号INP被提供给接收器53。信号INN被提供给接收器54。接收器终端电阻器51及接收器终端电阻器52分别将INP及INN信号端接到电容器55。电容器55表示图3的电压源35的简单实施方案。分别选择电阻器51及52的值来表示传输介质57及58的阻抗，其在虚线中进行展示以指示发射部分42与接收部分44相隔一段距离。在实施例中，每一电阻器51及52的标称值是50欧姆。用电容器55(共模电容(Ccm))替代Vcm电压源35(图3)还解决过剩功率问题，但代价是共模回损。

接收器共模回损由下面的公式给出：

$\mathrm{CM}\_\mathrm{RT}=-20\·\log \left(\frac{Z_{\mathrm{receiver}}-25}{Z_{\mathrm{receiver}}+25}\right)$                 等式2

图5是说明典型接收器回损掩码(接收器回损)的图式60。为了通过典型共模回损掩码，电容器55在10MHz处的阻抗应小于50欧姆。此指定超过225pf的电容器，由于尺寸较大，难以用节约的方式将其集成到终端网络41中。此外，集成此一大的电容器还会引起泄露且引入多种制造难题。

因此，需要能够克服这些缺点的接收器终端网络。

发明内容

在实施例中，差分接收器的主动终端电路包括经配置以接收差分信号的第一分量的第一接收器元件、经配置以接收差分信号的第二分量的第二接收器元件、经配置以接收差分信号且产生表示所述差分信号的平均值的发射共模信号(Vcm)的共模测量元件以及接收器(RX)共模信号节点。终端电路还包括经配置以接收发射共模信号(Vcm)且给所述接收器共模信号节点提供输出的主动元件、经配置以将接收器共模信号节点处的信号值驱动为发射共模信号(Vcm)的值的输出以及与主动元件并联耦合到接收器共模信号节点的电容元件。

附图说明

参考附图可更好地理解本发明。附图中的组件不一定按比例绘制，重点在于清楚地说明本发明的原理。而且，在附图中，贯穿若干视图相同参考数字都表示对应部件。

图1是说明常规发射驱动器及接收器终端网络的示意图。

图2是说明图1的发射器驱动器的输出信号的图式。

图3是说明使DC功率最小化的常规发射驱动器及接收器终端网络的示意图。

图4是说明实施图3的网络的常规发射驱动器及接收器终端网络的示意图。

图5是说明典型接收器回损掩码的图式。

图6是说明主动接收器终端网络的实施例的示意图。

图7是说明图6的主动接收器终端网络的替代实施例的示意图。

图8是展示叠加在图5的接收器回损掩码上的接收器终端网络的回损性能的图解说明。

图9是描述用于操作具有主动接收器终端网络的电路的方法的实施例的流程图。

具体实施方式

可在SERDES中或在采用差分信号以最小化或消除差分接收器处的DC功率同时还最小化回损的另一电路中实施主动接收器终端网络。

图6是说明主动接收器终端网络的实施例的示意图。网络100包括通过传输介质157及158相连的发射(TX)部分102及接收(RX)部分104。发射部分102包括发射驱动器106及发射驱动器108。发射驱动器106及108分别将差分发射信号递送给电阻器107及109。电阻器107及109分别通过连接线111及112提供其差分输出INP及INN。流经每一电阻器的DC电流被展示为Icm=0以反映出电阻器107及109中存在理想地为零(0)的DC电流，因为正如下文将描述，在电阻器118及119中存在理想地为零(0)的DC电流在流动。

信号INP为正的发射信号(也被称为输入信号)，其被提供给接收器121。信号INN为负的发射信号，其也被称为提供给接收器124的输入信号。术语“正”及“负”是相对的，因为信号INP及INN表示存在于共模电压Vcm周围的差分信号的分量。信号INP及INN可具有相同或可具有不同的极性。在此实施例中，差分信号INP及INN具有不同的极性。接收器终端电阻器118及接收器终端电阻器119分别端接INP及INN信号且在其两者之间在节点141处产生接收(RX)共模信号。节点141上的信号分别表示电阻器118及119上的信号INP及INN的共模。

电容元件149被称为共模电容(Ccm)，其将(RX)共模信号节点141耦合到接地。在实施例中，电容元件149可具有约40pf到50pf的值，且在实施例中可具有约45pf的值。分别选择电阻器118及119的值来表示传输介质157及158的阻抗，其以虚线来展示以指示发射部分102与接收部分104相隔一段距离。在实施例中，每一电阻器118及119的标称值是50欧姆。

电路100还包括主动反馈电路130，其包含共模测量元件135及主动元件140。共模测量元件135可包括被动或主动元件或其两者的组合。共模测量元件135在连接线114及116上从INP及INN差分信号提取发射器共模电压Vcm，且提供节点139上的发射器共模电压Vcm。

主动反馈电路130还包括耦合到(TX)共模电压(Vcm)节点139且耦合到(RX)共模信号节点141的主动元件140。

在实施例中，连接线148上的主动元件140的输出包括来自节点139的Vcm信号的缓冲版本，其将(RX)共模信号节点141驱动为(TX)共模电压节点139上的Vcm的值。当(RX)共模信号节点141接近且理想地等于(TX)共模电压(Vcm)节点139时，流经接收器终端电阻器118及119的DC电流接近且理想地等于零，从而将连接线114及116上的DC功率减小为零。电阻器118及119处的零DC功率有效地消除发射电阻器107及109处的DC功率，从而允许Icm=0。

将主动元件140实施为与电容元件149(Ccm)并联的低功率元件允许接收器通过共模抑制掩码，例如图5中展示的电容元件149的值较小的掩码。在实施例中，低功率主动元件140的消耗小于约2mA且允许电路100提供约200MHz以下频率的约-6dB的共模抑制。电容元件149(Ccm)提供约200MHz以上频率的约-6dB的共模抑制。其它数量的共模抑制是可能的，这要取决于应用、回损掩码以及组件选择。

图7是说明图6的主动接收器终端网络的替代实施例的示意图。图7中等同于图6中的对应元件的元件是在数目上相等且不需要再次进行详细描述。网络200包括通过传输介质157及158相连的发射(TX)部分102及接收(RX)部分104。

电路200还包括主动反馈电路230，其包含滤波器232及主动元件242。在实施例中，滤波器232是低通滤波器(LPF)且包括电阻器234(R1)、电阻器236(R2)及电容器238(C1)。在实施例中，电阻器234(R1)具有50K欧姆的实例值，电阻器236(R2)具有50K欧姆的实例值，且电容器238(C1)具有5pf的实例值。对于滤波器232来说，滤波器的其它实施例以及其它滤波器实施方案是可能的。电阻器234(R1)及236(R2)提取发射器共模电压Vcm，且电容器238(C1)产生用于移除高频共模能量的低通滤波器。滤波器232提供(TX)共模电压(Vcm)节点139，在所述节点139处出现发射(TX)共模电压(Vcm)。

主动反馈电路230还包括耦合到(TX)共模电压(Vcm)节点139且耦合到(RX)共模信号节点141的主动元件242。在实施例中，主动元件242是具有非反相输入244(连接到(TX)共模电压(Vcm)节点139)及反相输入246(连接到连接线148上的运算放大器输出)的运算放大器，连接线148还耦合到(RX)共模信号节点141。主动元件242的符合需要的特性包含提供满摆幅输入的能力、提供满摆幅输出的能力、提供具有高带宽的低功率的能力，且优选包含AB类输出级。

连接线148上的主动元件242的输出包括来自节点139的Vcm信号的缓冲版本，其将(RX)共模信号节点141驱动为(TX)共模电压节点139上的Vcm的值。当(RX)共模信号节点141接近且理想地等于(TX)共模电压(Vcm)节点139时，流经接收器终端电阻器118及119的DC电流接近且理想地等于零，从而将连接线114及116上的DC功率减小为零。电阻器118及119处的零DC功率有效地消除发射电阻器107及109处的DC功率，从而允许Icm=0。

将主动元件242实施为与电容元件149(Ccm)并联的低功率放大器允许接收器通过共模抑制掩码，例如图5中展示的电容元件149的值较小的掩码。低功率主动元件242的消耗小于约2mA且允许电路200提供约200MHz以下频率的约-6dB的共模抑制。电容元件149(Ccm)提供约200MHz以上频率的约-6dB的共模抑制。其它数量的共模抑制是可能的，这要取决于应用、回损掩码及组件选择。

图8是展示叠加在图5的接收器回损掩码上的接收器终端网络的回损性能的图解说明250。迹线252展示在只使用电容元件149(Ccm)寸相对于200MHz的回损性能。迹线254展示在主动元件140与电容元件149(Ccm)并联放置时相对于200MHz的回损性能。主动元件140允许电路100及电路200提供约200MHz以下频率的约-6dB的共模抑制。电容元件149(Ccm)提供约200MHz以上频率的约-6dB的共模抑制。

图9是描述用于操作具有主动接收器终端网络的电路的方法的实施例的流程图。在块302中，在接收器处接收差分信号。差分信号可被提供给接收器元件121及124(图6及图7)。

在块304中，将差分信号应用到共模测量元件135(图6)以提取发射(TX)共模信号(Vcm)。在实施例中，差分信号经低通滤波以产生表示接收器104处的差分信号的平均值的发射(TX)共模信号(Vcm)。

在块306中，(TX)共模信号(Vcm)被提供给主动元件140。在实施例中，主动元件140可为任一放大器、缓冲器或其它主动元件，且在实施例中可为运算放大器242(图7)。主动元件242缓冲发射共模信号(Vcm)。

在块308中，主动元件242的输出被提供给(RX)共模信号节点141。主动元件242的输出处的经缓冲的发射共模信号(Vcm)将接收器共模信号节点141处的信号值驱动为发射共电压节点139处的信号值。

在块312中，当(RX)共模信号节点141的值接近且理想地达到发射共模信号(Vcm)的值时，在电阻器118及119中流动的电流趋向于零且最终达到零，从而将连接线114及116处的DC功率减小为零。电阻器118及119处的零DC功率有效地消除发射电阻器107及109处的DC功率，从而允许Icm=0。

本揭示内容使用说明性实施例详细描述本发明。然而应了解，由所附权利要求书界定的本发明并不受限于所描述的精确的实施例。

Claims (15)

1.一种用于差分接收器的主动终端电路，其包括：

第一接收器元件，其经配置以接收差分信号的第一分量；

第二接收器元件，其经配置以接收差分信号的第二分量；

共模测量元件，其经配置以接收所述差分信号且产生表示所述差分信号的平均值的发射共模信号Vcm；

接收器RX共模信号节点；

主动元件，其经配置以接收所述发射共模信号Vcm且给所述接收器共模信号节点提供输出，所述输出经配置以将所述接收器共模信号节点处的信号值驱动为所述发射共模信号Vcm的值；及

电容元件，其与所述主动元件并联耦合到所述接收器共模信号节点。

2.根据权利要求1所述的电路，其进一步包括：

第一电阻器，其耦合到所述差分信号的第一分量；及

第二电阻器，其耦合到所述差分信号的第二分量，其中所述主动元件的所述输出引起所述第一电阻器及所述第二电阻器中的电流接近零。

3.根据权利要求1所述的电路，其中所述共模测量元件是低通滤波器且所述主动元件是运算放大器。

4.根据权利要求3所述的电路，其中所述运算放大器是允许所述电路提供约200MHz以下频率的约-6dB的共模抑制的低功率装置。

5.根据权利要求3所述的电路，其中所述电容元件是允许所述电路提供约200MHz以上频率的约-6dB的共模抑制的电容器。

6.一种用于操作电路的方法，其包括：

在接收器中接收差分信号；

测量所述接收的差分信号以产生表示所述差分信号的平均值的发射共模信号Vcm：

缓冲所述发射共模信号Vcm；

将所述经缓冲的发射共模信号Vcm提供给接收器共模信号节点，所述经缓冲的发射共模信号Vcm经配置以将所述接收器共模信号节点处的信号值驱动为所述发射共模信号Vcm的值；及

将所述接收器共模信号节点电容耦合到接地。

7.根据权利要求6所述的方法，其进一步包括：

将第一电阻器耦合到所述差分信号的第一分量；及

将第二电阻器耦合到所述差分信号的第二分量，其中所述经缓冲的发射共模信号Vcm引起所述第一电阻器及所述第二电阻器中的电流接近零。

8.根据权利要求6所述的方法，其中所述测量包括低通滤波且所述缓冲包括使用运算放大器。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述运算放大器是提供约200MHz以下频率的约-6dB的共模抑制的低功率装置。

10.根据权利要求8所述的方法，其中所述电容耦合提供约200MHz以上频率的约-6dB的共模抑制。

11.一种用于串行化器／解串行化器SERDES的接收器，其包括：

第一接收器元件，其经配置以接收差分信号的第一分量；

第二接收器元件，其经配置以接收差分信号的第二分量；

共模测量元件，其经配置以接收所述差分信号且产生表示所述差分信号的平均值的发射共模信号Vcm；

接收器共模信号节点；

主动元件(运算放大器)，其经配置以接收所述发射共模信号Vcm且给所述接收器共模信号节点提供输出，所述输出经配置以将所述接收器共模信号节点处的信号值驱动为所述发射共模信号Vcm的值；及

电容元件，其与所述主动元件并联耦合到所述接收器共模信号节点。

12.根据权利要求11所述的接收器，其进一步包括：

第一电阻器，其耦合到所述差分信号的第一分量；及第二电阻器，其耦合到所述差分信号的第二分量，其中所述主动元件的所述输出引起所述第一电阻器及所述第二电阻器中的电流接近零。

13.根据权利要求11所述的接收器，其中所述共模测量元件是低通滤波器且所述主动元件是运算放大器。

14.根据权利要求13所述的接收器，其中所述运算放大器是允许所述电路提供约200MHz以下频率的约-6dB的共模抑制的低功率装置。

15.根据权利要求13所述的接收器，其中所述电容元件是允许所述电路提供约200MHz以上频率的约-6dB的共模抑制的电容器。

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