高速串行數據發送端tmds信號驅動器電路的制作方法
【技術領域】
[0001]高速串行數據發送端TMDS信號驅動器電路發明屬于集成電路技術領域，特別是高速串行數據信號驅動器的電路設計和方法。
【背景技術】
[0002]TMDS (Transit1n-minimized differential signaling,以下簡稱 TMDS)最小化傳輸差分信號是高速串行數據傳輸的一種重要方式，尤其應用在高清數字視頻信號接口上。TMDS的差分電流源利用直流耦合的差分電纜對和終端的匹配電阻將數據傳遞給接收端，鏈路的參考電壓VDDH (3.3V)用來建立差分信號的高電平，驅動器的電流和終端匹配電阻來確定差分信號的低電平。
[0003]圖1顯示了一般串行數據傳輸系統的結構圖，核心數據處理和控制器將并行數據傳送給并轉串電路，將并行數據串行化后，由高速數據驅動器產生鏈路驅動差分信號，通過電纜到達接收端，實現數據的傳輸和交換。TMDS信號驅動器電路的設計一直是高速接口設計的難點，它需要保證信號電平特性滿足標準要求外，還需要引入最少的噪聲和抖動，數據差分對內偏移等，輸出節點寄生電容要足夠小以保證信號的上升時間和下降時間。
[0004]隨著CMOS工藝的不斷發展，芯片核心工作電壓不斷降低，已經達到1.0V以下，而TMDS接口電壓仍然為3.3V，這將導致兩個電壓域的高速信號傳輸亦變得困難，如圖2所示，采用電平移位電路將低電壓信號轉換成高電壓信號，用于驅動輸出差分對，電平移位電路設計困難且難于保證高速信號質量。傳統驅動差分對開關采用N型厚柵氧MOS器件難于滿足高速信號的快速切換要求，而采用核心薄柵氧器件設計接口驅動電路將會使系統靜電防護能力變弱，影響系統工作的穩定性和可靠性。
【發明內容】
[0005]本發明提出了一種新型的TMDS信號驅動器電路，能夠很好的兼容深亞微米CMOS工藝，并能較好的解決核心并轉串電路與輸出驅動器電路的銜接信號傳輸問題，且無需電平移位電路。采用薄柵氧器件和厚柵氧器件組合的方式設計驅動電路，實現輸出信號的快速切換，亦能保證輸出高電壓節點與內部低電壓節點的隔離，實現系統的穩定性和可靠性。
[0006]本發明技術方案如下:
TMDS串行數據驅動器結構包含圖3所示串行數據緩沖和預加重電路，TMDS信號驅動器電路，本發明不包含并串轉換電路。
[0007]TMDS信號驅動器輸出主差分對和預加重差分對采用P型MOS器件作為差分對信號切換開關，圖4中的ΜΡ(ΓΜΡ3為源端與襯底相連的低電壓薄柵氧PMOS器件，該器件與前級并串轉換電路輸出緩沖器直接對接，無需電平移位電路。
[0008]電壓鉗位電路采用圖4所示厚柵氧高電壓器件MNO，麗I，其柵端電壓VBN由VDDH(3.3V)電壓域偏置電路產生，使得ΜΡ(ΓΜΡ3的源端電壓在信號切換時不會超過器件承壓能力(VDD低電壓域，1.0V左右)，保證ΜΡ(ΓΜΡ3的工作可靠性。
[0009]輸出節點OUT，OUTB與MN0，麗I之間由電阻R5，R6連接，用于隔離輸出節點與內部MOS器件，提高靜電防護能力，ΜΝ0,麗I為漏端結面積縮小的厚柵氧高電壓MOS器件，漏端版圖不再遵守大結面積靜電防護規則，MNO, MNl與電阻R5，R6的具體實現包含單個或多個叉指相連方式，叉指電阻阻值在15(Γ200歐姆左右，如圖5所示。
[0010]輸出差分驅動器尾電流源采用共源共柵結構，提高足夠精準的電流和高輸出阻抗，圖2顯示麗2，麗3為主驅動差分對尾電流源，Μ8，Μ9為預加重差分對尾電流源，Μ4，Μ5，Μ6，Μ7提供兩路微小電流源，電流值在100微安以下，使得器件MNO，MNl始終處于弱導通狀態，提高其在信號切換時的開啟速度。
[0011]并串轉換電路輸出緩沖級由CMOS反相器鏈構成，反相器鏈可以由I個或者多個低電壓薄柵氧MOS器件構成的反相器組成，信號強度逐級放大，電壓擺幅為全擺幅(TVDD，VDD為1.0V左右，全擺幅信號直接驅動輸出級差分對管，圖6顯示，采用D觸發器將串行數據延遲一個周期的方式實現預加重路徑信號。
[0012]預加重差分對管MP2，MP3與主差分對管MPO，MPl采用反向極性漏端加和，分別與MNO, MNl管的源端連接，共享MNO，MNl隔離鉗位器件。
[0013]
【附圖說明】
[0014]圖1【背景技術】串行數據發送器結構圖圖2【背景技術】串行數據信號驅動器示意圖圖3本發明TMDS串行數據驅動器結構圖圖4本發明TMDS信號驅動器電路示意圖
圖5本發明信號驅動器隔離管ΜΝ0，麗I和電阻R5，R6實現方式示意圖圖6本發明串行數據預加重和緩沖電路示意圖
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】做進一步的說明。
[0016]如圖3所示，并轉串電路將并行數據轉換成串行數據后，將由緩沖和預加重電路進行預處理，然后直接驅動TMDS信號驅動器電路，TMDS信號驅動器產生符合TMDS標準要求的電平信號，驅動外部差分電纜，將串行數據信號傳輸到接收端。
[0017]采用D觸發器將串行數據延遲一個數據周期的方式實現預加重路徑信號，如圖6所示，將主通道信號和預加重通道信號直接由反相器鏈逐級增強信號強度，形成電壓擺幅為O到低電源電壓VDD的差分信號，用于驅動TMDS信號驅動電路。
[0018]TMDS信號驅動器輸出主差分對和預加重差分對采用P型MOS器件作為差分對信號切換開關，圖4中的ΜΡ(ΓΜΡ3為源端與襯底相連的低電壓薄柵氧PMOS器件，該器件與前級并串轉換電路輸出緩沖器直接對接，無需電平移位電路。
[0019]電壓鉗位電路采用圖4所示厚柵氧高電壓MOS器件MNO，麗I，其柵端電壓VBN由VDDH (3.3V)電壓域偏置電路產生。ΜΝ0，麗I的源端電壓為VBN-VGS (柵源電壓)，其絕對電壓值接近低電源電壓VDD (IV左右)，使得低電壓薄柵氧器件ΜΡ(ΓΜΡ3的能夠正常開啟和關斷，同時有效隔離外部節點3.3V電壓進入內部節點，保證了 ΜΡ(ΓΜΡ3的工作可靠性。當前級緩沖輸出信號IN為低，INB為高信號時，MPl,麗I導通，同時MPO，MNO截止，尾電流源形成接近10毫安左右電流從MPlJNl支路流出，與終端電阻RT (50歐姆)在輸出節點OUT端形成低于電源電壓500毫伏左右的TMDS信號低電平，輸出節點OUTB為高電源電壓，形成TMDS信號高電平。
[0020]輸出節點與內部MOS器件之間用R5，R6電阻隔離，其實現方式由圖5顯示，采取多個電阻和MOS管叉指連接的方式。比如單個電阻阻值在200歐姆左右，10個叉指并行連接，總等效電阻接近20歐姆左右，與尾電流源形成接近200毫伏壓降，不至于影響驅動器正常工作，卻起到了隔離作用，增強了驅動器的靜電防護能力。MNOJNl為漏端結面積縮小的厚柵氧高電壓MOS器件，漏端版圖不遵守大結面積的靜電防護規則，有效減少了節點寄生電容，驅動器能夠工作在更高的速率上。
[0021]為增加厚柵氧器件MNOJNl的啟動速度，圖4顯示，本發明引入由M4，M5，M6，M7提供的兩路微小電流源，器件MNO，麗I始終處于導通狀態，電流在兩個支路切換時，ΜΝ0,麗I無需從截止工作區到飽和工作區來回切換，一直保持在飽和工作區，有效減少MNO，MNl的啟動時間。
[0022]預加重差分對管MP2，MP3與主差分對管MPO，MPl采用反向極性漏端加和，分別與MNOJNl管的源端連接，共享MNOJNl隔離鉗位器件，無需額外的高電壓厚柵氧MOS器件做隔離保護。
[0023]采用如圖4中P型MOS器件作為信號切換開關后，MPO, MPl的共漏端節點將有足夠的電壓裕量，MN2, MN3構成共源共柵結構電流鏡為主驅動差分對尾電流源，MN8, MN9構成預加重通路差分對尾電流源，共源共柵電流源為TMDS信號驅動器提高足夠高的輸出阻抗以抑制噪聲，同樣電流精度亦得到了保證。
[0024]主差分對電流源和預加重差分對電流源電流絕對值可調節，用于控制輸出信號擺幅和預加重強度。
【主權項】
1.一種TMDS串行數據驅動器電路，其特征在于包含以下功能模塊和連接關系: 串行數據緩沖和預加重電路，TMDS信號驅動器電路，串行數據緩沖和預加重電路輸出低電壓域全擺幅信號直接驅動后級高電壓域TMDS信號驅動電路。
2.根據權利要求1所述TMDS信號驅動器電路，其特征在于:其主差分對管和預加重差分對信號開關器件采用源端與襯底相連的低電壓薄柵氧P型MOS器件，其柵端與前級緩沖電路輸出直接相連。
3.根據權利要求1所述TMDS信號驅動器電路，其特征在于:輸出高電壓節點與與內部低電壓節點由厚柵氧高電壓器件和電阻串聯方式進行鉗位隔離，厚柵氧高電壓器件的柵端電壓由高電壓域偏置電路產生。
4.根據權利要求3所述的厚柵氧高電壓器件與電阻串聯方式，其特征在于:采取一個或多個電阻和MOS管叉指并行連接的方式。
5.根據權利要求1或3所述TMDS信號驅動器電路，其特征在于:主差分對管和預加重差分對管采用反向極性漏端加和方式，共享厚柵氧高電壓器件隔離鉗位電路。
6.根據權利要求1或3所述TMDS信號驅動器電路，其特征在于:兩路微小電流源分別連接至厚柵氧高電壓器件源端，厚柵氧高電壓器件保持弱導通狀態。
7.根據權利要求1所述TMDS信號驅動器電路，其特征在于:主信號差分對和預加重差分對尾電流源采用共源共柵電流鏡方式，電流絕對值和比例可調節。
【專利摘要】本發明專利涉及一種高速串行數據發送端TMDS信號驅動器電路，由高速串行數據預處理緩沖電路和預加重電路，TMDS信號驅動器電路組成。采用該種電路設計，解決了深亞微米CMOS工藝核心電壓低而輸出接口電壓高導致的高速數據通路銜接問題，同時能在不犧牲接口靜電防護能力的基礎上，顯著降低輸出節點寄生電容，提高驅動器輸出阻抗，有效提高驅動器傳輸速率和抗噪聲能力。預加重通路和主信號通路聯合工作有效改善TMDS信號長距離傳輸信號質量問題。該電路與深亞微米CMOS標準工藝完全兼容，可以降低制造成本，便于推廣應用。
【IPC分類】H03K19-0175
【公開號】CN104716948
【申請號】CN201310691785
【發明人】唐重林, 劉寅, 沈炎俊
【申請人】北京華大九天軟件有限公司
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2013年12月17日