SE504636C2 - Universell sändaranordning - Google Patents

Description

'so4 ess 2 signalering vid spänningspotentialer nära jordnivån, såsom i GLVDS, typiskt endast med låga spänningsnivåer, t.ex. mindre än 1 V. En sådan sändaranordning är inte kompatibel med en mottagaranordning med ett annat signaleringskoncept som fordrar andra spänningsnivåer för signalering.

Ett problem är att anordna elektroniska kretslösningar för en universell sändaranordning, vilken arbetar inom ett brett intervall av spänningsnivåer för signalering.

I det amerikanska patentet 5 179 293 beskrivs en metod och en krets för omkoppling av ett bipolärt slutsteg mellan en aktiv mod och en undertryckt mod. I den undertryckta moden avaktiveras slutsteget och utgångsnoden för' steget representerar en hög impedans.

I det amerikanska patentet 5 319 259 beskrivs ett slutsteg som är lämpligt för användning tillsammans med en mängd matningsspänningar, innefattande matningsspänningar under 5 volt.

Slutsteget kommer att arbeta korrekt om en rimlig överspänning läggs på dess utgångsplatta.

I det amerikanska patentet 5 lll 080 beskrivs en signalöverföringskrets i vilken en signal omformas till två komplementära signaler, vilka »utmatas från en signalöverföringskrets via seriemotstånd. Amplituden av var och en av de komplementära signalerna minskas av seriemotstånden och av avslutningsmotstånd som finns anordnade på en signalmottagningssida. Signalmottagningssidan skiftar nivån av den mottagna insignalen. Den nivåskiftade signalen förstärks av en differentialförstärkarkrets med hög ingångsimpedans.

Ett syfte med den föreliggande uppfinningen är att lösa det tidigare nämnda problemet med att anordna elektroniska kretslösningar för en universell sändaranordning, vilken arbetar inom ett brett intervall av spänningsnivåer för signalering. 504 636 3 Detta syfte uppnås med en sändarutrustningen som innefattar transistorpar. Varje par innefattar i sin tur en N-MOS-transistor och en P-MOS-transistor. N-MOS-transistorns N-kanal i ett par är kopplad parallellt med P-kanalen av P-MOS-transistorn i samma par. N-MOS-transistorn är aktiv i en första arbetsmod och P-MOS- transistorn är aktiv i en andra arbetsmod. Styret av N-MOS- transistorn i paret och styret av P-MOS-transistorn i samma par styrs av signaler som har komplementära värden.

En sändaranordning enligt uppfinningen är kompatibel med mottagaranordningar av flera koncept, t.ex. DPECL, LVDS och GLVDS. Sändaranordningen enligt uppfinningen tros även vara kompatibel med framtida signaleringskoncept.

Signaleringsspänningar för sändaranordningen sträcker sig från något negativ, t.ex. -0.5 V, upp till i storleksordningen flera volt, t.ex. 5 V. uppfinningen, tillsammans med ytterligare syften och fördelar med densamma, kommer att förklaras av den följande beskrivningen genom hänvisningar till de medföljande ritningarna, i vilka: Figur l är ett kretsschema för en signalsändaranordning enligt uppfinningen, Figur 2 är ett kretsschema för en signalsändaranordning enligt uppfinningen, där bulkanslutningar är anslutna till ett spänningsdelarnät , Figur 3 visar i ett diagram arbetsmoderna vid olika signalspänningar, Figur 4 visar i ett diagram konduktiviteten för en N-MOS- transistor och för en P-MOS-transistor vid olika spänningar i en sändaranordning enligt uppfinningen, Figur 5 visar en sändarenhet innefattande en sändaranordning enligt uppfinningen, vilken signalsändaranordning mottar sina matningsspänningar från en mottagarenhet, Figur 6 visar en sändarenhet innefattande en signalsändaranordning enligt uppfinningen, vilken signalsändaranordning mottar sina matningsspänningar 504 636 4 frànsändarenheten,varvfldmatningsspänningarnabestäms av en mottagarenhet.

Fig. 1 visar en sändaranordning 1 enligt uppfinningen. En ingång INP till sändaranordningen 1 är ansluten till ingángarna av inverterare 2, 3. Utgàngarna av inverterarna 2, 3 är i sin tur anslutna till ingàngarna av inverterare 4, 5. Utgàngen av inverteraren 5 är ansluten till ingången av en inverterare 6. De negativa matningsuttagen av inverterarna 2 - 6 är anslutna till jord GND, medan de positiva matningsuttagen är anslutna till en matningsspänning V”. Utgángen av inverteraren 4 är ansluten till styrena av N-MOS-transistorer 7, 8 och till styrena av P-MOS- transistorer 9, 10. Utgàngen av inverteraren 6 är ansluten till styrena av N-MOS-transistorer ll, 12 och till styrena av P-MOS- transistorer 13, 14. Kollektoranslutningarna av N-MOS- transistorerna 7, 11 och emitteranslutningarna av P-MOS- transistorerna 9, 13 är anslutna till en matningsspänning Vw.

Emitteranslutningarna pà N-MOS-transistorerna 8, 12 och kollektoranslutningarna pà P-MOS-transistorerna 10, 14 är anslutna till en matningsspänning V,. Emitteranslutningarna av transistorerna 7, 10 och kollektoranslutningarna pà transistorerna 12, 13 är anslutna till en utgàngsanslutning OUTP för sändaranordningen 1. Kollektoranslutningarna av transistorerna 8, 9 och emitteranslutningarna av transistorerna 11, 14 är anslutna till en andra utgángsanslutning OUTN för sändaranordningen 1.

Bulkanslutningarna pà P-MOS-transistorerna 9, 10, 13, 14 är anslutna till matningsspänningen Vw via en resistor 15.

Bulkanslutningarna pá N-MOS-transistorerna 7, 8, 11, 12 är anslutna till matningsspänningen Vu via en resistor 16.

N-kanalerna på N-MOS-transistorerna 7, 8, 11, 12 är följaktligen anslutna parallellt med P-kanalerna på motsvarande P-MOS- transistorer 9, 10, 13, 14.

Sändaranordningen mottar en binär signal pá sin ingång INP från 504 636 5 ej visade logiska kretsar, vilken binära signal omformas i en rad inverterare 2 - 6 till en första och en andra signal, vilka har komplementära värden. Det finns följaktligen en låg spänning på utgången av en av inverterarna 4, 6, medan det på utgången av den andra inverteraren 4 eller 6 på samma gång finns en hög spänning.

Den låga spänningen ligger nära jord GND och den höga spänningen ligger nära Vcc. Inverterarna 2 - 5, vilka vid första anblicken kan verka överflödiga, tjänar syftet att få de två signalerna som är anslutna till transistorernas 7 - 14 styren i fas med varandra. Detta åstadkoms genom att sakta ner gensvaret av inverteraren 2, t.ex. genom en, icke visad, kapacitiv last ansluten till inverterarens 2 utgång. Inverteraren 4 återställer formen av signalen från utgången av inverteraren 2.

Sändaranordningen kan vid sina utgångar OUTP, OUTN åstadkomma spänningar som sträcker sig från något negativa, ungefär -0,5 V, upp till i storleksordningen SV för en Vw på 3,3 V, som ett exempel. Spänningssvinget som är spänningsdifferensen V¿,;4Qm¶ mellan utgångarna OUTP, QUTN av sändaranordningen, är typiskt 0,5 V i obelastat tillstånd, men kan skilja sig från detta värde.

Spänningarna på utgångarna OUTP, OUTN inställs genom lämpligt val av matningsspänningarna VW, Vu, vilket kommer att beskrivas vidare.

På grund av den inneboende resistansen i ledande tillstånd RM” av MOS-transistorer kan utgångsspänningarna i en belastad sändaranordning skilja sig från matningsspänningarna V", Vu. En last, typiskt en signalmottagare och ett avslutningsnät, som är ansluten till sändaranordningen drar ström genom transistorerna, vilket orsakar ett spänningsfall över transistorerna. För detta spänningsfall kompenseras när man väljer matningsspänningarna Vw, Vu 1 syfte att ernå förutbestämda utgángsspänningar.

Genom att välja till exempel Vw = 3,9 V och Vu = 3,4 V kommer utgångsspänningarna WW" och WWW att vara kompatibla med signaleringsspänningarna hos en DPECL-mottagare, förutsatt att ett, icke visat, avslutningsnät är anordnat på rätt sätt. Med Vw 504 636 6 - 1,45 V och Vu - 0,95 V är utgångarna OUTP, OUTN kompatibla med en LVDS-mottagare. Med Vw - 0,5 V och Vu - 0 V är utgångarna OUTP, OUTN kompatibla med en GLVDS-mottagare.

Sändaranordningen kommer att förklaras ytterligare genom att beskriva två arbetsmoder. I en första nedan,närmare beskriven mod ligger matningsspänningarna Vw och Vu i det undre området av arbetsintervallet. Som ett exempel är V" 0,5 V och Vu är 0 V.

I en andra nedan närmare beskriven mod är V" och Vu i storleksordningen flera volt. Som ett exempel är Vw 3,9 V och Vu är 3,4 V. I båda arbetsmoderna kan ingången INP antingen ligga på en hög nivå, nära Va, eller på en låg nivå, nära jord GND.

I den första arbetsmoden befinner sig P-MOS-transistorerna 9, 10, 13, 14 i ett icke ledande tillstånd. I denna mod är spänningsfallen UN över P-MOS-transistorerna 9, 10, 13, 14 inte tillräckligt stora för att driva P-MOS-transistorerna 9, 10, 13, 14 till ett ledande tillstånd. Uæ illustreras endast för transistor 9. När ingången INP ligger på hög nivå ligger inverterarens 4 utgång på hög nivå, ungefär 3,3 V, och inverterarens 6 utgång ligger på låg nivå, ungefär 0 V. N-MOS- transistorerna 11, 12 kommer då också att befinna sig i ett icke- ledande tillstånd, medan N-MOS-transistorerna 7, 8 befinner sig i ett ledande tillstånd, eftersom spänningsfallen Uæ över N-MOS- transistorerna 7, 8 ligger väl över ett tröskelvärde på t.ex. 0,7 V. Som ett resultat av detta ligger utgången OUTP på en hög spänning, bestämd av spänningsfallet i ledande tillstånd Umöver transistorn 7, och utgången OUTN ligger på en låg spänning, som bestäms av spänningsfallet i ledande tillstånd Uß över transistorn 8. tg, illustreras endast för transistor' 7. När ingången INP ligger på en låg nivå växlas utgàngsnivåerna mellan inverterarna 4, 6, d.v.s. inverterarens 4 utgång ligger på en låg nivå och inverterarens 6 utgång ligger på en hög nivå. Endast transistorerna ll, 12 kommer att leda, vilket ger upphov till en låg spänning på utgången OUTP och en hög spänning på utgången OUTN. Om man bortser från spänningsfallen i ledande tillstånd över transistorerna, vilka orsakas av en resistans i ledande 504 636 v tillstånd Rßm,och ström L,som dras genom transistorerna, är den tidigare nämnda höga spänningen lika med Vw, d.v.s. 0,5 V, och den låga spänningen är lika med Vu, d.v.s. 0 V.

I den andra arbetsmoden befinner sig N-MOS-transistorerna 7, 8, 11, 12 i ett icke-ledande tillstånd. När ingången INP befinner sig på en hög nivå leder inte transistorerna 9, 10 medan transistorerna 13, 14 leder. Utgångens OUTP spänning är 3,9 V och utgångens OUTN spänning är 3,4 V, förutsatt att spänningsfallet i ledande tillstånd över transistorn försummas. När ingången INP ligger på en låg nivå växlas spänningarna på sändaranordningens utgångar OUTP, OUTP.

Följaktligen är endast en första transistoruppsättning, N-MOS- transistorerna 7, 8, 11, 12, aktiv i den första arbetsmoden och i den andra arbetsmoden är endast en andra transistoruppsättning, P-MOS-transistorerna 9, 10 ,l3, 14, aktiv.

Om Vu ligger på cirka 1 V och V" på cirka + 0,5 V finns ett övergångsområde mellan de två moderna, i vilket båda transistoruppsättningarna är partiellt aktiva. Genom omsorgsfull design fungerar sändaranordningen 1 nästan sömlöst mellan de två arbetsmoderna som beskrevs tidigare. Detta åstadkoms t.ex. genom att via resistorer 15, 16 ansluta bulkanslutningarna av P-MOS- transistorerna 9, 10, 13, 14 till Vw och genom att ansluta bulkanslutningarna av N-MOS-transistorerna 7, 8, 11, 12, förutsatt att de är tillgängliga, till Vu. Genom att ansluta transistorernas bulkanslutningar till ett spänningsdelningsnät av resistorer 15, 16, 17, 18, visat i figur 2, istället för direkt till V" och Vu ändras tröskelspänningarna Uæfl, vilket därigenom utökar eller flyttar arbetsintervallet för var mod. Överlappet mellan moderna är därigenom styrbart under konstruktionsfasen. Ett annat, ej visat, tillvägagångssätt är att ansluta bulkanslutningarna till programmerbara spänningsreferenser, varigenom överlappet är dynamiskt styrbart genom att ändra spänningsreferensernas spänningar. 504 636 s Normal praxis för en fackman skulle vara att ansluta bulkanslutningarna av P-MOS-transistorerna 9, 10, 13, 14 till Vw. Detta skulle utesluta en arbetsspänning V" som överskrider Vcc + ett diodspänningsfall på ungefär 0,7 V, på grund av parasitiska dioder som finns i P-MOS-transistorerna 9, 10, 13, 14. En parasitisk diod 19 i transistorn 9 visas som ett exempel i figur 2. Enligt ett syfte med uppfinningen kan arbetsspänningen Vw väljas åtskilligt högre än Væ + 0,7 V, t.ex. V“,+ 1,7 V, tack vare bulkanslutningsarrangemanget enligt uppfinningen.

Figur 3 visar utgångsspänningen QW" på sändaranordningen som en funktion av tid. De två delvis överlappande arbetsmoderna, betecknade N-MOS respektive P-MOS, visas också.

Matningsspänningen Vu sveps från -0,5 V till 4,5 V och matningsspänningen Vw sveps från 0 V till 5 V. Under sveptiden t växlas ingången INP ofta. Som framgår ur diagrammet sträcker sig utgångsspänningen HW" obrutet från -0,5 V till 5 V. Under sveptiden övergår sändaranordningen från den första arbetsmoden till den andra arbetsmoden.

Figur 4 visar konduktivitet 1/Z som en funktion av matningsspänningar Vu, Vw. Såväl konduktiviteten för en N-MOS- transistor, t.ex. N-MOS-transistor 7, och konduktiviteten för en motsvarande P-MOS-transistor, t.ex. transistor 13, som den resulterande konduktiviteten 1/Z, med avseende på jord GND, på sändaranordningens 1 utgång OUTP visas. Den resulterande konduktiviteten är summan av konduktiviteterna för transistorer, vilka är samtidigt ledande. Transistorerna är förspända, genom att lämpligt ställa in spänningarna vid bulkanslutningarna, så att den resulterande konduktiviteten är ungefärligen konstant genom arbetsintervallet för sändaranordningen.

Ledningar, vilka används för att förmedla signaler från sändaranordningen till en mottagaranordning med höga signaleringshastigheter,ärutformadesomtransmissionsledningar.

Avslutningsimpedansen för en transmissionsledning skall idealt svara anpassad till den karakteristiska impedansen för 504 636 9 transmissionsledningen. Impedansen för sändaranordningen 1 är konstruerad för att grovt vara anpassad till den karakteristiska impedansen av de transmissionsledningar som sammanbinder signalsändaranordningen och signalmottagaranordningen utan användande av dedicerade resistiva element som avslutning, såsom t.ex. resistorer eller MOS-transistorer. Detta åstadkoms genom att välja transistorer som har lämpliga impedansvärden Rßm, I figur 5 visas en signalsändaranordning 1 enligt uppfinningen, vilken är ansluten till en mottagaranordning 20.

Sändaranordningen 1 och mottagaranordningen 20 är belägna i två olika enheter 21, 22, t.ex. två kretskort. Matningsspänningarna V" och Vu levereras av mottagarenheten 22.

Signaleringsspänningarna WWW, Vmm, bestäms följaktligen av mottagarenheten 22 och ställs in för att passa mottagaranordningens 1 signaleringsspänningar. En enkel sätt att åstadkomma lämpliga matningsspänningar V", Vu till sändaranordningen 1 är att använda ett spänningsdelningsnät 23, 24 anslutet till mottagarenhetens 22 matningsspänning V, respektive jord G. Kondensatorer 25, 26 finns anordnade för att avkoppla matningsspänningarna Vw, Vu.

I figur 6 visas ett annat sätt att åstadkomma lämpliga matningsspänningar Vw, Vu, bestämda av mottagarenheten 22, för sändaranordningen 1. Mottagarenhetens 22 avslutningsnät 27, 28 är anslutet till en fast spänningsreferens V“,, varvid spänningsreferensen V", ligger inom mottagaranordningens 20 signaleringsspänningsomràde. Ett effektaggregat, vilket matar sändaranordningen 1, är beläget i sändarenheten 21. Det innefattar två strömgeneratorer 29, 30. En sådantzeffektaggregat, som är känt i sig, tillhandahåller flytande spänningar, d.v.s. matningsspänningar Vw och Vu som inte är relaterade till någon fast spänningsreferens. Således flyter även utgángarna OUTP, OUTN (jfr. figur 3). Kondensatorer 31, 32 finns anordnade för att avkoppla matningsspänningarna Vw, Vu. Signalnivåerna är följaktligen påtvingade av termineringsnätets spänningsreferens VREF ° 504 636 10 Fördelen med att bestämma signaleringsniváerna från mottagarenheten 22 är att inga modifieringar behöver genomföras pà en existerande sändarenhet 21, när man byter ut en mottagarenhet 22 mot en annan mottagarenhet 22 med en nyare design som innehåller en annan mottagaranordning 20, vilken använder andra signaleringsniváer.

Fackmannen kan pá många sätt modifiera och variera de beskrivna utföringsformerna inom ramen för uppfinningens grundtanke. Till exempel är de spänningsvärden som anges i utföringsformerna endast ämnade som exempel vilka demonstratrerar uppfinningens principer. Andra spänningsvärden kan användas utan att ändra pà väsentligheterna i uppfinningen. Viktiga principer i uppfinningen är också tillämpliga pá enändssändaranordningar.

Enändssignalering är väl känd i teknikomràdet.

Claims (10)

504 636 11 PATENTKRAV Vad som görs anspråk på är:

1. Sändaranordning för sändning av digital information i form av elektriska binära signaler till en mottagaranordning, varvid sändaranordningen innefattar N-MOS-transistorer (7, 8, ll, 12), vilka var och en har en N-kanal, och P-MOS-transistorer (9, 10, 13, 14), vilka var och en har en P-kanal, k ä n n e t e c k n a d av att sändaranordningen innefattar transistorpar (7, 13; 8, 14; 9, 11; 10, 12), varvid vart och ett av dessa transistorpar i sin tur innefattar' en av' N-MOS-transistorerna och en av' P-MOS- transistorerna, samt att N-kanalen av en N-MOS-transistor som ingår i ett par är ansluten parallellt med P-kanalen av en P-MOS-transistor som ingàr 1 samma par.

2. L Sändaranordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att N-MOS-transistorn är aktiv i en första arbetsmod och att P-MOS-transistorn är aktiv i en andra arbetsmod.

3. Sändaranordning enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att styret av den N-MOS-transistor som ingar i nämnda par och styret av den P-MOS-transistor som ingår i samma par styrs av signaler som har komplementära värden.

4. Sändaranordning enligt patentkrav 1, 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d av att bulkanslutningar av P-MOS- transistorerna (9, 10, 13, 14) är anslutna till en positiv matningsspänning (Vw).

5. Sändaranordning enligt något av patentkraven 1 - 4, k ä n n e t e c k n a d av att bulkanslutningar av N-MOS- transistorerna är anslutna till en negativ' matningsspänning (Vu)° 504 636 12

6. Sändaranordning enligt något av patentkraven 1 - 5, k ä n n e t e c k n a d av att bulkanslutningar är anslutna till matningsspänningar (Vu, Vw) via resistornät.

7. Sändaranordning enligt något av patentkraven 1 - 6, k ä n n e t e c k n a d av att en utgångsimpedans av sändaranordningen är anpassad till en karakteristisk impedans av en transmissionsledning som är ansluten till aändaranordningens utgång genom att utnyttja den inneboende impedansen av N-MOS- transistorerna (7, 8, 11, 12) i den första arbetsmoden och genom att utnyttja den inneboende impedansen av P-MOS-transistorerna (9, 10, 13, 14) i den andra arbetsmoden.

8. Sändaranordning enligt något av patentkraven l - 7, k ä n n e t e c k n a d av att matningsspänningarna tillhandahålls av en enhet (22) i vilken mottagaranordningen (20) är belägen.

9. Sändaranordning enligt något av patentkraven 1 - 7, k ä n n e t e c k n a d av att matningsspänningarna är flytande i förhållande till jord.

10. Sändaranordning enligt patentkrav 9, k ä n n e t e c k n a d av att signaleringsspänningarna styrs från en enhet (22) i vilken mottagaranordningen (20) är belägen, i vilken styrning sker genom inställning av en referensspänning (Vup), till vilken ett termineringsnät är anslutet.