專利名稱：用于低擺幅差分電壓信號(hào)的自適應(yīng)限幅輸出碼間干擾抑制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高速差分串行信號(hào)傳輸領(lǐng)域，具體涉及一種利用限制輸出差模電平的技術(shù)來(lái) 抑制高速差分串行信號(hào)傳輸中碼間干擾的方法和電路。
背景技術(shù)：
低擺幅差分電壓信號(hào)傳輸(Low-Voltage Differential Signaling, LVDS)是美國(guó)電氣 和電子工程師協(xié)會(huì)(Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE)于19% 年制定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，又稱為IEEE 1596.3。
IEEE 1596. 3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定LVDS信號(hào)的差分?jǐn)[幅在250mV至400mV之間，但是由于傳輸通道 的低通特性，在傳輸連續(xù)相同信號(hào)的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致輸出信號(hào)的差模電壓擺幅呈現(xiàn)逐漸增大的 趨勢(shì)，使得后續(xù)碼元信號(hào)的傳輸站在了較大反相差模電平的基礎(chǔ)上，這對(duì)后續(xù)碼元信號(hào)的傳 輸將造成不利影響，可能嚴(yán)重影響后續(xù)碼元信號(hào)的時(shí)間寬度和差模電平，即產(chǎn)生了碼間干擾 (Inter Symbol Interference, ISD。
一般情況下，在LVDS驅(qū)動(dòng)器端采用的消除碼間干擾ISI的技術(shù)是預(yù)加重(Pre-Emphasis) 技術(shù)。預(yù)加重技術(shù)通過(guò)加速信號(hào)的跳變沿，即加強(qiáng)信號(hào)跳變邊沿的高頻分量，以適應(yīng)傳輸通 道的低通效應(yīng)。預(yù)加重技術(shù)僅僅對(duì)信號(hào)跳變邊沿產(chǎn)生影響，并不會(huì)改善連續(xù)相同碼元傳輸時(shí) 的信號(hào)質(zhì)量，同時(shí)預(yù)加重技術(shù)需要在信號(hào)跳變邊沿增加流過(guò)傳輸通道的瞬時(shí)電流，不利于功 耗控制。

發(fā)明內(nèi)容
一般來(lái)講，傳輸通道均表現(xiàn)出低通濾波特性，會(huì)使得發(fā)送的信號(hào)中的高頻分量迅速衰減， 而對(duì)低頻分量的影響較小，即衰減發(fā)送的信號(hào)中的跳變邊沿，而使得連續(xù)不變的信號(hào)以較小 的損耗通過(guò)。因此當(dāng)發(fā)送的信號(hào)跳變較為豐富時(shí)，就會(huì)阻礙信號(hào)的跳變，極限情況為發(fā)送 "01010101……01010"序列，此時(shí)發(fā)送的碼流信號(hào)中的高頻分量最為豐富，因此衰減也最為 嚴(yán)重，表現(xiàn)為發(fā)送"010101……01010"序列時(shí)，信號(hào)的差模電平較小。同樣的，當(dāng)發(fā)送的信 號(hào)中的跳變較少時(shí)，信號(hào)受到的衰減較小，極限情況為發(fā)送長(zhǎng)"0"或者長(zhǎng)"1"序列，此時(shí) 發(fā)送的碼流信號(hào)中低頻分量最為豐富，因此衰減也最小，表現(xiàn)為發(fā)送長(zhǎng)"0"或者長(zhǎng)"1"序
3列時(shí)，信號(hào)的差模電平呈現(xiàn)變大的趨勢(shì)?；谶@種現(xiàn)象，當(dāng)發(fā)送的序列為長(zhǎng)"0"后續(xù)為"1" 或者長(zhǎng)"1"后續(xù)為"0"時(shí)，發(fā)送完長(zhǎng)"0"或者長(zhǎng)"1"后，差分信號(hào)的差模達(dá)到很大的值， 這就嚴(yán)重影響了后續(xù)的"r'或者"o"的傳輸，使得該后續(xù)信號(hào)的傳輸表現(xiàn)出很小的差模電
平和碼元時(shí)間寬度。
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于，為適應(yīng)傳輸通道的低通特性，在需要驅(qū)動(dòng)的信號(hào)的 高頻成分較少而低頻成分較多的時(shí)候，自適應(yīng)的減小驅(qū)動(dòng)電流，從而使得整個(gè)信號(hào)傳輸過(guò)程 中驅(qū)動(dòng)器輸出的差分信號(hào)的差模電平保持在一個(gè)合適的范圍內(nèi)，從而減小了對(duì)后續(xù)碼元信號(hào) 的干擾，達(dá)到抑制碼間干擾的目的。
自適應(yīng)的監(jiān)測(cè)輸出信號(hào)中的高低頻分量的組成，是通過(guò)監(jiān)測(cè)輸出信號(hào)差模電平的大小來(lái) 實(shí)現(xiàn)的，而自適應(yīng)的減小驅(qū)動(dòng)電流則是通過(guò)控制首受控電流源來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
如圖1所示，輸出差模電平反饋控制電路5是用來(lái)監(jiān)測(cè)輸出差分信號(hào)的差模電平的，并 由此產(chǎn)生反饋，用于控制整個(gè)驅(qū)動(dòng)器的工作電流，從而限制輸出信號(hào)的差模電平，使得后續(xù) 信號(hào)在任意時(shí)刻進(jìn)行傳輸時(shí)，均享有相同的初始狀態(tài)，從而達(dá)到減小碼間干擾的目的。由于 動(dòng)態(tài)的改變了驅(qū)動(dòng)電流，必然使得輸出差分信號(hào)的共模電平發(fā)生變化，因此通過(guò)共模電平反 饋控制電路4來(lái)調(diào)節(jié)尾電流源的工作電流，形成反饋，對(duì)共模電平進(jìn)行補(bǔ)償。
本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于-
1. 在LVDS驅(qū)動(dòng)器端就考慮輸出的差模電平的大小對(duì)碼間干擾的影響，不再一味的 使用預(yù)加重的方法來(lái)加速信號(hào)邊沿，而是引入自適應(yīng)的控制方法，利用差模電平值反饋 控制驅(qū)動(dòng)電流，從而實(shí)現(xiàn)限幅輸出的目的。
2. 由于碼間干擾在很大程度上被抑制，可以從根本上提高LVDS驅(qū)動(dòng)器的工作帶寬 和頻率。
3. 首電流源的工作電流由兩個(gè)部分組成，如圖3中b部分所示，給定靜態(tài)工作電流 基礎(chǔ)值，由電流管M0提供，可調(diào)節(jié)部分由電流管M1提供，M0和M1的電流之和滿足輸出 高頻分量最多情況下的傳輸電流需要，改變M1狀態(tài)之后，M0和M1的電流之和僅滿足輸 出低頻分量較多時(shí)的需要，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字式的開關(guān)方式控制，簡(jiǎn)化了圖3中a部分差模 電平反饋控制電路的設(shè)計(jì)難度。
4. 整個(gè)驅(qū)動(dòng)器的電流僅在發(fā)送信號(hào)的高頻成分豐富時(shí)才達(dá)到最大值，低頻成分豐富 時(shí)是采取減小驅(qū)動(dòng)電流的策略，因此能夠最大程度上的利用電流，減小整個(gè)驅(qū)動(dòng)器的功 耗。5.為適應(yīng)工作電流的動(dòng)態(tài)變化，采用簡(jiǎn)潔的電阻方式的共模電平采樣技術(shù)，并以此 為基礎(chǔ)反饋調(diào)節(jié)尾電流源工作電流的方法來(lái)補(bǔ)償維持輸出信號(hào)的共模電平，電路形式簡(jiǎn) 單有效。


圖l具有自適應(yīng)限幅輸出的LVDS驅(qū)動(dòng)電路框圖； 圖2 IEEE 1596.3給出的LVDS驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)； 圖3具有自適應(yīng)限幅輸出的LVDS驅(qū)動(dòng)器的電路結(jié)構(gòu)； 圖4具有自適應(yīng)限幅輸出的LVDS驅(qū)動(dòng)器的工作波形。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明公開的自適應(yīng)LVDS限幅輸出驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程。 圖3所示為本發(fā)明公開的用于低擺幅差分電壓信號(hào)(LVDS)接口的自適應(yīng)限幅輸出碼間 干擾抑制電路。圖3中的電路包含六個(gè)部分，其中傳輸通道f和接收端負(fù)載g共同組成外圍 電路，首受控電流源b、輸出差模電平反饋控制電路a、電流方向選擇器d、尾受控電流源c、 共模電平反饋控制電路e共同組成LVDS驅(qū)動(dòng)器電路。
首受控電流源b由兩個(gè)部分組成，電流管MO為固定工作方式，為輸出提供一個(gè)固定的基 礎(chǔ)工作電流IO，電流管Ml受輸出差模電平反饋控制電路a的控制，提供自適應(yīng)的工作電流 II， 10和II之和共同為輸出提供驅(qū)動(dòng)電流。首受控電流源b電源端，即M0和Ml的源極， 連接供電電源VDD，靜態(tài)控制端Vbl，即M0的柵極，連接一固定偏置電平，自適應(yīng)動(dòng)態(tài)控制 端Vb2，即M1的柵極，接輸出差模電平反饋控制電路a的輸出，電流輸出端，即M0和M1的
漏極連接電流方向選擇器的輸入。
輸出差模電平反饋控制電路a由三個(gè)部分組成，運(yùn)算放大器OPa、電阻R3、 R4、 R5、 R6 組成第一個(gè)差模電壓計(jì)算器，運(yùn)算放大器OPb、電阻R7、 R8、 R9、 R10組成第二個(gè)差模電壓 計(jì)算器，這兩個(gè)電壓計(jì)算器通過(guò)二極管D0、 Dl構(gòu)成差模電壓的絕對(duì)值計(jì)算電路，比較器OPc 構(gòu)成差模電壓判決比較器。輸出差模電平反饋控制電路a中，電阻R3的一端連接差分輸出端 0UT-，另一端連接0Pa的同相輸入端和電阻R4， R4的另一端接地，電阻R5的一端連接差分 輸出端0UT+，另一端連接0Pa的反相輸入端和電阻R6， R6的另一端接OPa的輸出和二極管 DO的正端；電阻R7的一端連接差分輸出端0UT-，另一端連接OPb的反相輸入端和電阻R8，R8的另一端接地，電阻R9的一端連接差分輸出端0UT+，另一端連接OPb的同相輸入端和電 阻RIO， R10的另一端接OPb的輸出和二極管Dl的正端；二極管DO的負(fù)極和二極管Dl的負(fù) 極相連，并連接到比較器OPc的反相輸入端，0Pc的同相輸入端接一固定參考電平Vref2， 0Pc 的輸出端連接到首受控電流源b的控制端Vb2。
電流方向選擇器d由晶體管M3、 M4、 M5、 M6和電阻R0、 Rl組成，晶體管工作與開關(guān)狀 態(tài)，用于選擇輸出電流的流向，電阻R1和R2構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)用于實(shí)時(shí)獲取輸出信號(hào)的共模電平。 電流方向選擇器d中，晶體管M3、 M4的源端接首受控電流源b的電流輸出端，M3、 M5的柵 極連接到輸入差分信號(hào)的同相端IN+, M4、 M6的柵極連接到輸入差分信號(hào)的反相端IN-， M3 的漏極連接差分輸出的反相端OUT-、 M5的漏極和電阻R1， M4的漏極連接差分輸出的同相端 0UT+、 M6的漏極和電阻R2，電阻Rl的另一端和電阻R2的另一端相連并作為共模采樣點(diǎn)輸出 連接到共模電平反饋控制電路e的采樣電平輸入端，M5和M6的源極相連并連接到尾受控電 流源c的電流輸入端。
尾受控電流源c由晶體管M2構(gòu)成，M2充當(dāng)電流管控制差分輸出信號(hào)的共模電平。其中 M2的源極接地VSS， M2的漏極連接電流反向選擇器d的電流流出端，即晶體管M5和M6的源 極，M2的柵極連接共模電平反饋控制電路e的輸出。
共模電平反饋控制電路e由比較器0Pd構(gòu)成，0Pd的同相輸入端連接一固定參考電平 Vrefl， 0Pd的反相輸入端連接電流方向選擇器的共模采樣點(diǎn)，即電阻R1和R2的連接點(diǎn)，0Pd 的輸出作為共模電平反饋控制電路e的輸出連接到尾受控電流源c中M2的柵極。
傳輸通道f的一端分別連接電流方向選擇器的輸出0UT+和OUT-，另一端連接接收端負(fù)載
go
電路的工作過(guò)程可以分為兩種情況來(lái)進(jìn)行闡述，第一種為發(fā)送"01010101……01010"序 列，第二種為發(fā)送長(zhǎng)"0"后續(xù)為"1"(長(zhǎng)"1"后續(xù)為"0")序列，隨機(jī)序列的發(fā)送過(guò)程可 以拆分為發(fā)送長(zhǎng)"0"后續(xù)為"1"(長(zhǎng)"1"后續(xù)為"0")序列和發(fā)送"01010101……01010"
序列的某種組合，因此其工作過(guò)程介于這兩種情況之間。
發(fā)送"01010101……01010"序列的時(shí)候，由于輸出信號(hào)中高頻成分最為豐富，由于傳輸
通道f的低通特性，輸出信號(hào)的衰減最為嚴(yán)重，表現(xiàn)為輸出差分信號(hào)的差模電平被限制在一
個(gè)較小的范圍內(nèi)，此時(shí)01^+與0『-之差的絕對(duì)值|0(1[+-01^-|的最大值較小，即經(jīng)過(guò)輸出差 模電平反饋控制電路a中第一、第二差模電壓計(jì)算器求得差模電壓并經(jīng)二極管D0、 Dl整流之 后的信號(hào)電平小于固定參考電平Vref2，比較器0Pc的輸出電平為低值，啟動(dòng)電流管M1以較大的電流為差分輸出供電，差分輸出電流達(dá)到最大值10+11。此時(shí)，輸出的差分電平擺幅受 限在IEEE 1596.3標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)。
發(fā)送長(zhǎng)"0"后續(xù)為"l"(長(zhǎng)"l"后續(xù)為"0")序列的時(shí)候，這里以發(fā)送長(zhǎng)"0"后 續(xù)為"1"為例說(shuō)明其工作過(guò)程。由于在發(fā)送"l"信號(hào)之前，發(fā)送的長(zhǎng)"0"信號(hào)中含有豐富 的低頻成分，如果不對(duì)差分輸出信號(hào)的電流加以控制，那么輸出信號(hào)受傳輸通道的衰減較小， 其差分?jǐn)[幅就將達(dá)到較高的電平值，表現(xiàn)為輸出差分信號(hào)的差模電平值較大。在增加了輸出 差模電平反饋控制電路a之后，當(dāng)輸出差分信號(hào)的差模電平值較大時(shí)，此時(shí)0UT+與OUT-之差 的絕對(duì)值|01)1+-0肌-|也較大，超過(guò)了給定的門限電平Vref2，即經(jīng)過(guò)輸出差模電平反饋控制 電路a中第一、第二差模電壓計(jì)算器求得差模電壓并經(jīng)二極管DO、 Dl整流之后的信號(hào)電平大 于固定參考電平Vref2，此時(shí)比較器OPc的輸出電平為高值，調(diào)節(jié)電流管M1以較小的電流為 差分輸出供電，差分輸出電流10+11受限于一個(gè)較小的值，從而將輸出的差分電平擺幅限制 在IEEE 1596. 3標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)。
這樣做的好處在于，不論是發(fā)送隨機(jī)碼流或者規(guī)整的"01010101……01010"序列，每個(gè) 碼元信號(hào)在發(fā)送之前，傳輸通道上輸出信號(hào)的差模電平都被控制在相同的電平值上，從而使 得每個(gè)碼元的發(fā)送獲得了相同的初始狀態(tài)，從根本上減小了碼間干擾ISI。
由于動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)了輸出差分信號(hào)的工作電流，限制了差模電平的過(guò)分增大，勢(shì)必將影響 輸出信號(hào)的共模電平值，因此通過(guò)尾受控電流源c和共模電平反饋控制電路e構(gòu)成共模電平 補(bǔ)償回路。利用電阻R1和R2組成的電阻網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)獲得輸出信號(hào)的共模電平，并與參考電 平Vrefl進(jìn)行比較，比較器0Pd的輸出直接控制尾受控電流源c中的電流管M2，從而控制輸 出信號(hào)的共模電平。當(dāng)輸出共模電平較大時(shí)，比較器OPd的輸出電平降低，減小M2的導(dǎo)通電 阻，降低輸出信號(hào)的共模電平；當(dāng)輸出共模電平較小時(shí)，比較器OPd的輸出電平升高，增大 M2的導(dǎo)通電阻，提高輸出信號(hào)的共模電平，并最終將輸出信號(hào)的共模電平穩(wěn)定在需要的電平 上。
圖4給出了使用本發(fā)明公開的電路前后，LVDS驅(qū)動(dòng)器輸出的信號(hào)的差別。從圖中可以看 出，由于本發(fā)明的應(yīng)用，有效的限制了差模電平的增大，抑制了碼間干擾。
權(quán)利要求
1、一種方法，包括針對(duì)高速低擺幅差分信號(hào)(LVDS)傳輸過(guò)程中容易出現(xiàn)碼間干擾的問(wèn)題，利用對(duì)輸出差分信號(hào)的差模電平進(jìn)行限制，避免過(guò)大的信號(hào)差分電壓對(duì)后續(xù)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?，從而減小碼間干擾(ISI)；其特征在于在高速低擺幅差分信號(hào)(LVDS)驅(qū)動(dòng)器電路中，使用首受控電流源(1)，并增加輸出差模電平反饋控制電路(5)，首受控電流源(1)的電源端連接到電源VDD，輸出端連接到電流方向選擇器(2)，控制端與輸出差模電平反饋控制電路(5)的輸出端相連，輸出差模電平反饋控制電路(5)的差分電平輸入端連接到整個(gè)驅(qū)動(dòng)器電路的差分輸出端，輸出差模電平反饋控制電路(5)的輸出端與首受控電流源(1)的控制端相連，電流方向選擇器(2)的差分輸出端即是整個(gè)驅(qū)動(dòng)器的差分信號(hào)輸出端，與輸出差模電平反饋控制電路(5)的輸入端、傳輸通道(6)的輸入端共接，電流方向選擇器(2)的共模電平采樣輸出點(diǎn)與共模電平反饋控制電路(4)的共模輸入端相連，電流方向選擇器(2)的電流流出端與尾受控電流源電路(3)的輸入端相連，共模電平反饋控制電路(4)的共模輸入端與電流方向選擇器(2)的共模電平采樣輸出點(diǎn)相連，共模電平反饋控制電路(2)的輸出端連接到尾受控電流源電路(3)的控制端，尾受控電流源電路(3)的輸入端連接到電流方向選擇器(2)的電流流出端，輸出端連接到地VSS，控制端與共模電平反饋控制電路(2)的輸出端相連，傳輸通道(6)的輸入端連接到電流方向選擇器(2)的差分信號(hào)輸出端，傳輸通道(6)的輸出端與接收端負(fù)載(7)相連。
全文摘要
本發(fā)明針對(duì)高速低擺幅差分電壓信號(hào)在傳輸過(guò)程中時(shí)容易產(chǎn)生碼間干擾的問(wèn)題，公開了一種利用限幅輸出手段減小碼間干擾的方法和電路。通過(guò)監(jiān)測(cè)差分輸出端的差模電平的大小，反饋控制輸出的交流電流，從而限制差分輸出端的差模電平值在規(guī)定的電平范圍內(nèi)，避免了過(guò)大的信號(hào)差分?jǐn)[幅對(duì)后續(xù)信號(hào)的影響，從而實(shí)現(xiàn)減小碼間干擾的目的。電路裝置包括首受控電流源、電流方向選擇器、尾受控電流源、共模電平反饋控制電路、輸出差模電平反饋控制電路。電路的輸出端連接傳輸通道，并通過(guò)傳輸通道連接到接收端負(fù)載。
文檔編號(hào)G05F1/10GK101674073SQ200910043638
公開日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2009年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月9日
發(fā)明者梅 劉, 張民選, 李少青, 石大勇, 肖海鵬, 蔣仁杰, 謝倫國(guó), 趙振宇, 陽(yáng) 郭, 陳吉華, 陳怒興, 卓 馬 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)