KR20110079760A - 공통 모드 시그널링을 사용하여 차동 쌍들을 통한 독립적인 링크(들) - Google Patents

공통 모드 시그널링을 사용하여 차동 쌍들을 통한 독립적인 링크(들) Download PDF

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KR20110079760A KR1020117012053A KR20117012053A KR20110079760A KR 20110079760 A KR20110079760 A KR 20110079760A KR 1020117012053 A KR1020117012053 A KR 1020117012053A KR 20117012053 A KR20117012053 A KR 20117012053A KR 20110079760 A KR20110079760 A KR 20110079760A
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Abstract

단일 단 공통 모드 시그널링을 이용하는 방법 및 장치로서, 추가적인 데이터는 추가 배선을 더하는 것 없이 기존 차동 쌍 접속을 통해 후방, 전방, 및/또는 양 방향으로 전송될 수 있다.

Description

공통 모드 시그널링을 사용하여 차동 쌍들을 통한 독립적인 링크(들){INDEPENDENT LINK(S) OVER DIFFERENTIAL PAIRS USING COMMON-MODE SIGNALING}
우선권
본 미국 특허 출원은 2008년 10월 27일 제출된 표제 "INDEPENDENT LINK(S) OVER DIFFERENTIAL PAIRS USING COMMON-MODE"의 대응 미국 가특허 출원 제61/108,757호에 우선권을 주장하고 참조로써 통합하였다.
차동 시그널링은 케이블을 통해 연속적인 데이터를 보내는데에 사용될 수 있다. 데이터 전송 레이트를 높이기 위해, 2개 이상의 차동 쌍들이 고속 연속 링크에서 사용될 수 있다. 도 1은 2개의 차동 쌍들을 사용하여 가상 차동 쌍을 생성하는 하나의 예시적인 시스템을 도시한다. 컴퓨터 시스템에서, 프로세서(101)는 송신기(106) 및 수신기(110)를 포함한다. 프로세서는 예를 들면, TMDS(Transition Minimized Differential Signaling) 통신 프로토콜을 사용하여 비디오 디스플레이 단말(102)에 디지털 픽셀을 송신한다. 따라서, 프로세서(101)는 4개의 꼬인 와이어 차동 쌍들(105a-d)을 통해 비디오 디스플레이 단말(102)에 연결된다. 꼬인 와이어 차동 쌍들(105a-d)은 단일 케이블 어셈블리 내로 구현될 수 있다.
대안적으로, 프로세서(101)는 (저전압 차동 시그널링, 또는 LVDS와 같은) 임의의 다른 적절한 통신 프로토콜을 사용하여 비디오 디스플레이 단말(102)에 디지털 픽셀 데이터를 전송할 수 있고, 이러한 경우에 프로세서(101)와 비디오 디스플레이 단말(102) 사이에 연결된 꼬인 와이어 차동 쌍들의 수는 상이할 수 있다. 이러한 꼬인 와이어 차동 쌍들은 데이터를 동기화하기 위한 클록 신호와 함께, 비디오 디스플레이 단말(102)에 레드, 그린 및 블루 디지털 픽셀 데이터를 송신하는 데에 사용된다.
디스플레이 단말(102)은 수신기(107), 송신기(115) 및 DC 오프셋 모듈(125)을 포함한다. 수신기(107)는 들어오는 디지털 픽셀 데이터를 수신하고 그 데이터를 디스플레이 단말(102) 내의 로우 및 칼럼 드라이버 회로에 라우팅한다. 디스플레이 단말(102) 내의 송신기(115)는 디스플레이 단말(102)에 연결될 수 있는 주변기기로부터 들어오는 디지털 데이터를 수신하고 이러한 디지털 데이터를 DC 오프셋 모듈(125)을 사용하여 프로세서(101)에 송신한다. DC 오프셋 모듈(125)은 꼬인 와이어 차동 쌍들(105a-d) 중 2개 상의 DC 오프셋들을 조작하는 데에 사용된다. 2개의 꼬인 와이어 쌍들의 각각에서 DC 오프셋들이 비교될 때, 2개의 DC 오프셋들 사이의 차는 역방향으로 디지털 데이터를 송신하는 데에 사용된다.
제1 쌍의 양 와이어들이 작은 양으로 조정되는 그들의 DC 오프셋을 갖는다면 제2 쌍의 양 와이어들의 DC 오프셋은 변하지 않는다. 제1 DC 오프셋은 역방향으로 디지털 정보를 통신하기 위해 제2 오프셋과 비교된다. 또한, 제2 쌍의 양 와이어들이 작은 양으로 조정되는 그들의 DC 오프셋을 갖는다면 제1 쌍의 양 와이어들의 DC 오프셋은 변하지 않는다. 제1 DC 오프셋은 역방향으로 디지털 정보를 통신하기 위해 제2 오프셋과 비교된다. 이것은 디지털 데이터의 양방향 전송을 가능하게 한다. 디지털 데이터는 또한 꼬인 와이어 차동 쌍들(140, 150) 중 2개를 통해 역방향으로 전송된다.
본 발명은 동일한 참조 번호가 유사한 구성요소를 가리키는 첨부한 도면에서 제한이 아닌 예시로써 설명되었다.
도 1은 양방향 데이터 전송 시스템을 통합하는 시스템을 도시한다.
도 2는 공통 모드 시그널링을 이용하는 양방향 데이터 전송 시스템을 통합하는 시스템의 일 실시예의 블록도이다.
도 3은 본원에서 설명되는 기술들을 사용하여 생성될 수 있는 예시적인 파형이다.
도 4는 공통 모드 시그널링을 이용하여 통신할 수 있는 케이블에 의해 접속된 송신기 및 수신기의 일 실시예를 도시한다.
도 5는 이중 모드 수신기에 이용될 수 있는 송신 회로의 일 실시예를 도시한다.
다음의 설명에서, 다양한 특정 세부사항들이 나열되었다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 이러한 특정 세부사항들 없이도 시행될 수 있다. 다른 예시들에서, 공지의 회로, 구조체들 및 기술들은 이러한 설명의 이해를 모호하게 하지 않기 위해 세부적으로 도시되지 않았다.
도 2에 도시된 공통 모드 시그널링 구성에서, 차동 쌍들의 쌍들이 가상 차동 쌍을 생성하는데에 이용된다. 즉, 4개의 와이어가 가상 차동 쌍을 제공하는 데에 이용된다. 또한, 가상 차동 쌍을 통한 데이터 송신은 단방향성이다. 후술되는 구성에서, 데이터는 공통 모드 전압 시그널링을 사용하여 차동 쌍을 통해 송신될 수 있다. 즉, 차동 쌍 데이터 전송 신호에 더해, 다른 데이터 전송 신호가 차동 쌍의 공통 모드 전압에 의해 제공될 수 있다. 데이터는 단방향으로 또는 양방향으로 보내지는 데이터일 수 있다
도 2는 공통 모드 시그널링을 이용하는 양방향 데이터 전송 시스템을 통합하는 시스템의 일 실시예의 블록도이다. 이러한 구조는 비트를 나타내도록 반대 방향으로 2개의 차동 쌍들의 공통 모드를 변조하고 비트를 복구하도록 그러한 2개의 쌍들 사이에서 차동의 공통 모드를 검출한다.
도 2의 예에서, 추가적인 가상 차동 쌍은 프로세서(201)로부터 디스플레이(202)에 송신하는 것으로 도시되었다. 대안적인 실시예들에서, 송신은 디스플레이 디바이스(202)에서 프로세서(201)로 향할 수 있거나, 양방향성 통신일 수 있다. (후에 더 자세히 설명될) 도 3의 송신기는 차동 쌍들(205a-d)을 통해 추가적인 데이터 송신 용량을 제공하는데에 이용될 수 있다.
도 2의 컴퓨터 시스템에서, 프로세서(201)는 송신기(206) 및 수신기(210)를 통합한다. 프로세서(201)는 디지털 데이터(예를 들면, 디지털 픽셀 데이터)를 디스플레이 단말(202)에 예를 들면, TMDS 통신 프로토콜을 사용하여 송신한다. 프로세서(201)는 적어도 4개의 차동 쌍들(205a-d)을 포함하는 유선 인터페이스를 통해 디스플레이 단말(202)에 연결된다. 차동 쌍들(205a-d)은 단일 케이블 어셈블리 내로 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 4개의 차동 쌍들은 레드 픽셀 데이터, 그린 픽셀 데이터, 블루 픽셀 데이터 및 클록 신호를 전송한다. 다른 데이터 또한 차동 쌍들을 사용하여 전송될 수 있다. 차동 쌍들은 꼬인 와이어 쌍들의 형태를 취할 수 있다.
대안적으로, 프로세서(201)는 임의의 다른 적절한 통신 프로토콜(예를 들면, LVDS)을 사용하여 비디오 디스플레이 단말(202)에 디지털 픽셀 데이터를 전송할 수 있고, 이러한 경우에 프로세서(201)와 비디오 디스플레이 단말(202) 사이의 차동 쌍들의 수는 상이할 수 있다. 이러한 차동 쌍들은 데이터 동기화를 위한 클록 신호와 함께, 디스플레이 단말(202)에 레드, 그린 및 블루 디지털 픽셀 데이터를 송신하는 데에 사용될 수 있다.
디스플레이 단말(202)은 수신기(207), 송신기(215) 및 DC 오프셋 모듈(225)을 포함한다. 수신기(207)는 들어오는 데이터를 수신하여 그 데이터를 로우 및 컬럼 드라이버 회로(230)에 라우팅한다. 디스플레이(202)의 송신기(215)는 디스플레이 단말(202)에 연결될 수 있는 주변기기로부터 들어오는 데이터를 수신할 수 있고 이러한 데이터를 DC 오프셋 모듈(225)을 사용하여 프로세서(201)에 송신할 수 있다. DC 오프셋 모듈(225)은 차동 쌍들(105a-d) 중 2개 상에서 DC 오프셋을 조작하도록 동작한다. 2개의 꼬인 와이어 쌍들의 각각에서 DC 오프셋들이 비교될 때, 2개의 DC 오프셋 사이의 차는 디스플레이(202)로부터 프로세서(201)로 디지털 데이터를 송신하는 데에 사용된다.
송신기(215)에 의한 DC 오프셋들의 조작은 차동 쌍들의 쌍들을 통한 데이터의 송신을 가능하게 하여 가상 차동 쌍들(280, 290)을 생성한다. 송신이 디스플레이 디바이스(202)로부터 프로세서(201)로 향하도록 도시되었지만, 송신기는 프로세서(201)에 포함되고 수신기는 디스플레이 디바이스(202)에 포함되어 가상 차동 쌍들을 통한 송신이 프로세서(201)로부터 디스플레이 디바이스(202)로 향하게 할 수도 있다. 또한, 양방향 통신이 가상 차동 쌍들을 통해 지원될 수 있다.
제1 쌍내의 양 와이어가 작은 양으로 조정되는 그들의 DC 오프셋을 갖는다면 제2 쌍의 양 와이어들의 DC 오프셋은 변하지 않는다. 제1 DC 오프셋은 역방향으로 디지털 정보를 통신하도록 제2 오프셋과 비교된다. 또한, 제2 쌍의 양 와이어가 작은 양으로 조정되는 그들의 DC 오프셋을 갖는다면 제1 쌍의 양 와이어들의 DC 오프셋은 변하지 않는다. 제1 DC 오프셋은 역방향으로 디지털 정보를 통신하도록 제2 오프셋과 비교된다. 이것은 디지털 데이터의 양방향 전송을 가능하게 한다. 디지털 데이터는 또한 꼬인 와이어 차동 쌍들(240, 250)의 2개를 통해 역방향으로 전송된다.
추가적인 데이터를 송신하기 위해 송신기(215)는 제1 데이터 스트림 및 제2 데이터 스트림으로부터 데이터를 혼합하여 공통 모드 시그널링으로 차동 데이터에 의해 양 데이터 스트림을 나타내는 차동 쌍을 통해 송신될 신호를 생성할 수 있다. 수신기(210)는 2개의 데이터 스트림을 복구하도록 차동 데이터 및 공통 모드 시그널링을 디코딩한다. 도 3 및 도 4에 대하여 설명된 송신기 회로를 사용하여, 2개의 데이터 스트림이 단일 차동 쌍을 통해 송신될 수 있다.
도 3은 이러한 기술들을 사용하여 생성될 수 있는 예시적인 파형이다. 본원에서 설명되는 시그널링 기술들 및 디바이스들은 임의의 차동 쌍 데이터 전송 메커니즘, 예를 들면, 마이크로 USB 케이블을 통한 MHL에 적용될 수 있어서, 클록 및 데이터 신호들 모두가 USB 케이블의 차동 와이어들의 단일 쌍에 의해 송신되거나, 또는 전술된 MHL 신호들 모두를 수신하는 이중 모드 수신기, 및 통상의 HDMI 신호들이다.
도 3에서, DP 및 DN은 굵은 선들로 나타내진 차동 신호들이다. 이러한 2개의 파형의 차동 부분 Vdiff = (DP - DN)은 상기의 예로부터 10101010...으로 디코딩 된 하나의 데이터 스트림 D1을 전송한다. 점선 C로 도시된 공통 모드 부분 Vcommon = (DP + DN)/2은 000111110000011 로 디코딩된 다른 데이터 스트림 D2를 전송한다.
차동 쌍에서의 이러한 공통 모드 전압 변화가 차동 데이터 전송에 크게 영향을 미치지 않기 때문에, 차동 및 공통 모드가 독립적일 수 있다. 데이터는 단방향으로 또는 양방향으로 보내지는 데이터일 수 있다. 상이한 신호 스윙은 차동 및 공통 모드 신호들에 대해 사용될 수 있다. 신호들은 상이한 데이터 레이트를 가질 수 있다. 도 3의 예에서, 공통 모드 데이터 신호의 데이터 레이트는 차동 쌍 데이터 신호의 데이터 레이트보다 훨씬 낮다.
도 4는 예를 들면, 2개의 단방향 데이터 스트림 D1과 D2를 보냄으로써, 유선 차동 쌍 및 공통 모드 시그널링 모두를 이용하여 통신할 수 있는 케이블(400)에 의해 접속된 송신기 및 수신기의 일 실시예를 도시한다. 일반적으로, 도 4는 공통 모드 시그널링으로 차동 데이터를 생성하도록 데이터 스트림 D1과 D2를 혼합하는 송신기, 차동 쌍 케이블, 및 차동 및 공통 모드 신호를 분리시키고 데이터 스트림 D1 및 D2를 복구하는 수신기 - 3개의 부분으로 구성된다. 도 4의 예에서, D1은 차동 쌍 데이터 신호에 대응하고 D2는 공통 모드 데이터 신호에 대응한다.
D2+ 와 D2-에 의해 구동되는 전류 전환 회로는 저항 R1 및 R2에 의해 차동 쌍의 공통 모드를 변조한다. R1 및 R2는 또한 차동 소스 터미네이션의 역할을 하고, 따라서 이상 값은 케이블의 차동 임피던스의 반일 것이다. 저항 R3 및 R4는 공통 모드 신호에 대한 터미네이션의 역할을 하고, 따라서 이상 값은 터미네이션 임피던스 매칭을 위한 케이블의 공통 모드 임피던스의 2배일 것이다.
저항 R5 및 R6은 공통 모드 전압을 추출한다. 그들은 또한 R3, R4, R5, R6로 구성된 차동 터미네이션 네트워크의 일부이고, 따라서 이상 값은 케이블과 매치하는 차동 임피던스에 대한 이러한 공식을 만족시켜야 한다:
Zdifferential = (R3 + R4)//(R5 + R6)
차동 증폭기 AMP1은 데이터 스트림 D1을 복구하고, 단일 단 증폭기 AMP2는 데이터 스트림 D2를 복구한다.
도 5는 이중 모드 수신기에 이용될 수 있는 송신 회로의 일 실시예를 도시한다. 도 5의 예는 예를 들면, MHL/HDMI 이중 모드 수신기와 함께 사용될 수 있다. 도 5의 예의 개념은 다른 이중 모드 환경에서도 적용될 수 있다.
일 실시예에서, HDMI 모드에 대해, 스위치 S가 접속되고, 이는 수신기가 CLK 채널 및 데이터 채널 0,1,2로부터 4개의 차동 신호를 얻는 통상적인 HDMI 수신기로서 작동하게 하고, CLK, D0, D1, D2를 시스템으로 전송한다. MHL 모드에 대해, CLK 신호가 더해진 공통 모드로 차동 데이터는 데이터 채널 0에 적용되고, 모든 다른 입력들 - CLK 채널, 데이터 채널 1 및 2 - 은 변동(float)하고 있으며, 또한 스위치 S는 접속이 끊어진다. 그 후 구성은 전술된 바와 동일하여 CLK 및 D0를 복구한다.
명세서에서 "일 실시예" 또는 "실시예" 라는 지칭은 그 실시예와 연관하여 설명된 특정한 특징, 구조체, 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되어 있다는 것을 의미한다. 본 명세서에서 여러 곳에서 나타나는 구절 "일 실시예에서"는 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다.
전술한 명세서에서, 본 발명은 특정한 실시예들을 참조로 하여 설명되었다. 그러나, 다양한 수정 및 변형들이 본 발명의 넓은 사상 및 범위를 벗어나지 않고 만들어 질 수 있다는 것이 명백할 것이다. 따라서, 본 명세서 및 도면들은 제한적 의미가 아닌 예시적인 의미로 간주되어야 한다.

Claims (22)

  1. 한 쌍의 라인을 통해 차동 전압 쌍 신호로 제1 데이터 스트림을 통신하는 제1 데이터 신호를 생성하는 제1 신호 생성 회로; 및
    공통 모드 전압 신호로 제2 데이터 스트림을 통신하는 제2 데이터 신호를 생성하는 제2 신호 생성 회로 - 상기 공통 모드 전압 신호는 상기 차동 전압 쌍 신호와 동시에 상기 한 쌍의 라인을 통해 송신됨 -
    를 포함하는 송신기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 신호 생성 회로는 상기 차동 전압 쌍 신호를 변조하는 적어도 제1 전류 전환 회로를 포함하는 송신기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 신호 생성 회로는 상기 공통 모드 전압 신호를 변조하는 적어도 제2 전류 전환 회로를 포함하는 송신기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 한 쌍의 라인 사이에 직렬로 연결된 한 쌍의 저항 구조체를 더 포함하고,
    상기 한 쌍의 저항 구조체 중 제1 구조체는 상기 제2 전류 전환 회로의 출력과 상기 한 쌍의 라인 중 제1 라인 사이에 연결되고 상기 한 쌍의 저항 구조체 중 제2 구조체는 상기 제2 전류 소자의 출력과 상기 한 쌍의 라인 중 제2 라인 사이에 연결되는 송신기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 라인은 USB(Universal Serial Bus) 컴플라이언트 케이블에 포함되는 송신기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 USB 컴플라이언트 케이블은 마이크로 USB 컴플라이언트 케이블을 포함하는 송신기.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 한 쌍의 라인은 마이크로 USB 케이블을 통한 MHL(Mobile High Definition Link) 인터페이스에 포함되는 송신기.
  8. 제5항에 있어서,
    차동 전압 쌍 신호들은 HDMI 신호들을 포함하는 송신기.
  9. 한 쌍의 라인을 통해 차동 전압 쌍 신호로 제1 데이터 스트림을 통신하는 제1 데이터 신호를 생성하는 제1 신호 생성 회로;
    공통 모드 전압 신호로 제2 데이터 스트림을 통신하는 제2 데이터 신호를 생성하는 제2 신호 생성 회로 - 상기 공통 모드 전압 신호는 상기 차동 전압 쌍 신호와 동시에 상기 한 쌍의 라인을 통해 송신됨 -;
    상기 한 쌍의 라인에 연결되어 상기 차동 전압 쌍 신호를 추출하는 제1 증폭기; 및
    상기 한 쌍의 라인에 연결되어 상기 공통 모드 전압 신호를 추출하는 제2 증폭기
    를 포함하는 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 신호 생성 회로는 상기 차동 전압 쌍 신호를 변조하는 적어도 제1 전류 전환 회로를 포함하는 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 신호 생성 회로는 상기 공통 모드 전압 신호를 변조하는 적어도 제2 전류 전환 회로를 포함하는 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 한 쌍의 라인 사이에 직렬로 연결된 한 쌍의 저항 구조체를 더 포함하고,
    상기 한 쌍의 저항 구조체 중 제1 구조체는 상기 제2 전류 전환 회로의 출력과 상기 한 쌍의 라인 중 제 1 라인 사이에 연결되고 상기 한 쌍의 저항 구조체 중 제2 구조체는 상기 제2 전류 소자의 출력과 상기 한 쌍의 라인 중 제2 라인 사이에 연결되는 시스템.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제1 증폭기는 상기 한 쌍의 라인 각각으로부터 신호들을 수신하도록 연결되고 상기 제2 증폭기는 상기 한 쌍의 라인 사이에 연결된 저항 구조체에 의해 상기 공통 모드 전압 신호를 수신하도록 연결되는 시스템.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 한 쌍의 라인은 USB 컴플라이언트 케이블에 포함되는 시스템.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 USB 컴플라이언트 케이블은 마이크로 USB 컴플라이언트 케이블을 포함하는 시스템.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 한 쌍의 라인은 마이크로 USB 케이블을 통한 MHL 인터페이스에 포함되는 시스템.
  17. 제9항에 있어서,
    차동 전압 쌍 신호들은 HDMI 신호들을 포함하는 시스템.
  18. 전압 차동 시그널링을 사용하여 한 쌍의 라인을 통해 제1 신호를 송신하여 상기 한 쌍의 라인 사이에 전압 차동을 일으켜 상기 제1 신호의 데이터 값들을 가리키게 하고,
    공통 모드 전압 시그널링을 사용하여 상기 한 쌍의 라인을 통해 제2 신호를 송신하여 상기 한 쌍의 라인에 대한 공통 전압 레벨을 변화시켜 상기 제2 신호의 데이터 값들을 가리키게 하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 한 쌍의 라인은 USB 컴플라이언트 케이블에 포함되는 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 USB 컴플라이언트 케이블은 마이크로 USB 컴플라이언트 케이블을 포함하는 방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 한 쌍의 라인은 마이크로 USB 케이블을 통한 MHL 인터페이스에 포함되는 방법.
  22. 제18항에 있어서,
    차동 전압 쌍 신호들은 HDMI 신호들을 포함하는 방법.
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