專利名稱:低壓線路驅動器的制作方法
技術領域:
本發明涉及用于通信網絡的線路驅動器。特別地,本方涉及用于諸如以太網網絡的通信網絡的低壓線路驅動器。
背景技術:
線路驅動器通常通過響應于輸入信號生成差動輸出電壓從而跨網絡傳輸線路來傳輸信息。線路驅動器也為網絡傳輸線路提供通常100歐的終端阻抗。終端阻抗有時實施為實際電阻器(例如,物理上100歐的電阻器),或更普遍實施為其中復雜有源電路模擬電阻器的有源終端級。需要適合于使用較低電壓供應(例如,1.8V)的較小規模電路制造工藝(例如,28nm工藝)的新的有源終端架構。
發明內容
為了解決上述問題,本發明提出了線路驅動器以及用于驅動通信線路的方法:( I) 一種線路驅動器,包括:差動輸出節點,其特征在于對應的電壓余度;以及用于驅動所述差動輸出節點的電路,所述電路被連接到所述差動輸出節點而不被堆疊在所述差動輸出節點下面,借此所述電路的操作從所述電壓余度解耦并且從而不受所述電壓余度限制。(2)根據(I)所述的線路驅動器,其中:所述差動輸出節點被配置為連接到引起所述電壓余度的第一電壓供應;以及
所述電路被配置為連接到與所述第一電壓供應分離的第二電壓供應。(3)根據(I)所述的線路驅動器,其中,所述電路包括:跨導級,被耦接到所述差動輸出節點,所述跨導級包括:用于所述差動輸出節點的有源終端級,適于感測在所述差動輸出節點上的差動電壓,并生成與所述差動電壓對應的差動輸出電流;以及所述有源終端級的跨導輸出端,被配置為運送所述差動輸出電流。(4)根據(3)所述的線路驅動器,進一步包括:電流鏡級,被連接到所述差動輸出節點和所述跨導輸出端,所述電流鏡級被配置為將所述差動輸出電流鏡像到所述差動輸出節點。(5)根據(3)所述的線路驅動器,其中,所述跨導級進一步包括:放大器,被配置為復制所述差動電壓的一小部分用于生成所述差動輸出電流。(6)根據(I)所述的線路驅動器,進一步包括:差動輸入節點,適于在所述差動輸出節點生成指定輸出電壓。(7)根據(6)所述的線路驅動器,其中,所述差動輸入節點中的至少一個被耦接到放大器輸入端,所述放大器輸入端也被耦接到所述差動輸入節點中的至少一個。(8) 一種用于驅動通信線路的方法,所述方法包括:
在耦接到差動輸出節點的跨導級中感測所述差動輸出節點上的差動電壓;在所述跨導級的跨導輸出端生成與所述差動電壓對應的差動輸出電流;以及將所述差動輸出電流鏡像到所述差動輸出節點。(9)根據(8)所述的方法,進一步包括:向差動輸出節點提供線路驅動器電壓供應;以及向所述跨導級提供從所述線路驅動器電壓供應分離的跨導級電壓供應。(10)根據(8)所述的方法,進一步包括:向所述跨導級施加差動輸入電流以驅動所述差動輸出節點。( 11)根據(8 )所述的方法,進一步包括:向所述跨導級中的耦接到所述差動輸入節點中的至少一個的放大器輸入端施加差動輸入電流以驅動所述差動輸出節點。(12)根據(8)所述的方法,進一步包括:向所述電流鏡級中的晶體管施加差動輸入電流以驅動所述差動輸出節點。(13)根據(8)所述的方法,進一步包括:復制放大器級中的所述差動電壓的一小部分,其中所述放大器級被配置為由所述差動電壓的一小部分生成所述差動輸出電流。(14)根據(8)所述的方法,進一步包括:用約100歐的阻抗主動終止所述差動輸出節點。( 15) 一種線路驅動器,包括:差動輸出節點,包括用于耦接線路驅動器電壓供應輸入端的第一輸出節點和第二輸出節點;跨導級,包括: 跨導級電壓供應輸入端;第一放大器,包括:第一輸入端,連接到所述第一輸出節點;第一輸出端;以及第一輸出電流路徑,響應于所述第一輸出端和第一反饋電阻器;第二放大器,包括:第二輸入端,連接到所述第二輸出節點;第二輸出端;以及第二輸出電流路徑,響應于所述第二輸出端和第二反饋電阻器;以及電流鏡級,包括:第一電流鏡,適于將所述第一輸出電流路徑中的電流鏡像到所述第一輸出節點;以及第二電流鏡,適于將所述第二輸出電流路徑中的電流鏡像到所述第二輸出節點。(16)根據(15)所述的線路驅動器,其中,所述第一電流鏡包括:所述第一輸出電流路徑中的二極管接法晶體管;以及鏡像晶體管,被連接到所述二極管接法晶體管和所述第一輸出節點。(17)根據(16)所述的線路驅動器,其中,所述鏡像晶體管包括關于實施所選鏡像比的所述二極管接法晶體管的幾何形狀。(18)根據(17)所述的線路驅動器,其中,所述跨導級進一步包括:第一分壓器,被連接到所述第一輸出節點和所述第一輸入端。(19)根據(15)所述的線路驅動器,進一步包括:差動輸入節點,適于在所述差動輸出節點生成指定輸出電壓。(20)根據(19)所述的線路驅動器,其中,所述差動輸入節點包括:第一差動輸入端,耦接到所述第一放大器的所述第一輸入端;以及第二差動輸入端,耦接到所述第二放大器的所述第二輸入端。
參考以下附圖和描述可更好地理解本系統。在附圖中,相似參考號遍及不同附圖指代對應部分。圖1示出有源終端電路堆疊在輸出節點下的現有技術線路驅動器。圖2示出新線路驅動器。圖3示出新線路驅動器的詳細電路圖。圖4示出線路驅動器的可替換實施。圖5示出線路驅動器的可替換實施。圖6示出線路驅動器的可替換實施。圖7示出通過通信線路傳輸數據的技術的流程圖。
具體實施例方式圖1示出現有技術線路驅動器100,其中跨導級102堆疊在差動輸出節點tdpl04和tdnl06下。在跨導級102中,有源終端電路108可以在差動輸出節點104和106之間模擬100歐的物理電阻。為此,有源終端電路108可以感測差動輸出節點104和106上的電壓,并直接產生通過差動輸出節點104和106的等于電壓差除以100歐的電流。有源終端電路108中的電路堆疊在差動輸出節點104和106下面。換而言之,有源終端電路108中的電路位于差動輸出節點104和106下面(例如,與差動輸出節點104和106串聯),并產生差動電流通過連接到放大器輸出端的晶體管直接進入差動輸出節點104和106。因此,稍微高的線路驅動器電壓供應(例如,2.5V)用來使差動輸出節點104和106偏壓,并為有源終端電路108適當運行提供充足的余度(headroom)。例如,在2.5V,差動輸出節點104和106的電壓可以降低至2.5V-1.25V=1.25V,這是用于運行在差動輸出節點104和106下面堆疊的有源電路的適當電壓余度。然而,將線路驅動器電壓供應減小到1.8伏將最小電壓減小到約1.8V-1.25V=550mV,在550mV的操作電壓會難以或不可能適當地操作堆疊在差動輸出節點104和106下面的有源電路。圖2示出可以用減小的線路驅動器電壓供應例如1.8V操作的線路驅動器200。線路驅動器200將跨導級202從堆疊在差動輸出節點104和106下面分離或解耦。線路驅動器200不產生直接進入差動輸出節點104和106的電流。代替地,跨導級202產生局部差動電流,并且電流轉換(transfer)級206 (例如,電流鏡)在差動輸出節點104和106生成對應的差動電流。
此外,跨導級202可以由與向差動輸出節點104和106供應線路驅動器供電電壓的相同或分離電壓源直接供電。例如,包括放大器和其它電路部件(或被配置為驅動差動輸出節點104、106的任何其它電路)的跨導級202可以從芯片電壓供應204 (例如,1.8V的供應)直接供電。芯片電壓供應204通過跨導級電壓供應輸入端212連接到跨導級202。注意盡管芯片電壓供應204也提供線路驅動器供電電壓(例如,1.8V),但跨導級202不堆疊在差動輸出節點104和106下面,并且不需要用由這樣的配置導致的減小電壓余度來操作。結果,使用減小的電壓余度將跨導級202從操作解耦,并且可以使用全范圍的較低供電電壓(例如,1.8V)正確操作跨導級202,在該范圍中難以或不可能使用由堆疊在差動輸出節點104和106下面導致的減小余度范圍(例如,550mV)來操作。換而言之,不再由差動輸出節點104和106上存在的電壓范圍將跨導級202限于其操作電壓范圍。差動輸出節點104和106可以是包括線路驅動器200的物理線路驅動器集成電路封裝上的輸出引腳或焊點。差動輸出節點104和106通過片外變壓器208連接。在變壓器上的抽頭210 (例如,中心抽頭)向差動輸出節點104和106提供用于供電電壓的線路驅動器電壓供應輸入端。線路驅動器供電電壓可以是例如1.8V。變壓器208可以是將差動輸出節點104和106從將不同裝置、系統或網絡互連的物理差動輸出線路隔離的變壓器電路的部分。變壓器電路再現差動輸出節點104和106兩端之間的電壓差到被驅動的實際差動輸出線路上。跨導級202感測電壓差Vtdp-Vtdn,并響應于電壓差生成電流。例如,對于100歐的有源終端,跨導級202生成通過差動輸出節點104和106的電流,該電流在電流轉換級206之后是約(Vtdp-Vtdn) /100。電流轉換級206 (例如,電流鏡)將跨導級202中生成的電流復制到差動輸出節點104和106。換而言之,差動輸出電流不由跨導級202在差動輸出節點104和106中直接生成。極少或沒有余度需要轉移差動電流輸出到差動輸出節點104和106。此外,在一些實施中,跨導級202實施相對低的電流(小于通過差動輸出節點104和106的全部期望輸出電流),同時電流遷移級206實施電流增益,從而實現通過差動輸出節點104和106的期望輸出電流。換而言之,在電流遷移級206中的電流增益不需要是1:1,但代替地可以被設定為在跨導級202中實現希望的功率效率。在一個實施中,跨導級202是有源終端級。有源終端級可以采用基于電壓感測電阻器網絡用反饋環控制晶體管的運算放大器。電流遷移級206以提供期望的終端阻抗所需要的量復制跨導級中生成的電流到差動輸出節點104和106。然而,跨導級202可以用除了有源終端電路之外的其它方式實施,并且電流遷移級206可以用除了電流鏡之外的其它方式實施。圖3示出線路驅動器200的詳細電路圖300。線路驅動器包括差動輸出節點104和106。差動輸出節點104和106可以通過具有中心抽頭304的片外變壓器302連接。中心抽頭304提供線路驅動器供電電壓(例如,1.8V)連接到的線路驅動器電壓供應輸入端。跨導級306被耦接到差動輸出節點104和106。跨導級306包括跨導級電壓供應輸入端(連接到例如芯片電壓供應204),并且該跨導級電壓供應輸入端可以與線路驅動器電壓供應輸入端相同或分離。在該實例中,跨導級306是用于差動輸出節點104和106的有源終端級。有源終端級感測差動輸出節點104和106上的差動電壓,并且在將差動輸出電流鏡像到差動輸出節點104和106時,產生與跨差動輸出節點104和106兩端的期望阻抗(例如,100歐)匹配的差動輸出電流(如在下面更詳細解釋)。有源終端級的跨導輸出端308運送(carry)對應于差動電壓的差動輸出電流。在圖3中的例子中,差動輸出電流流過Mgml晶體管的漏極連接310和Mgm2晶體管的漏極連接312。差動輸出電流不直接向差動輸出節點104和106提供。代替地,電流鏡級314連接到差動輸出節點104和106以及跨導輸出端308。電流鏡級314生成(例如,通過電流鏡像化)到差動輸出節點104和106的差動輸出電流的版本。在圖3中示出的例子中,由Mlin和Mlout形成的電流鏡將流過漏極連接310的部分差動輸出電流鏡像到差動輸出節點tdp。相似地,由M2in和M2out形成的電流鏡將流過漏極連接312的部分差動輸出電流鏡像到差動輸出節點tdn。線路驅動器300也包括差動輸入節點316 (Isig_p)和318 (Isig_n)。差動輸入節點316和318強制電流在差動輸出節點104和106生成指定輸出電壓。在圖3中的例子中,差動輸入節點316和318分別耦接到非反相運算放大器節點320和322。在差動輸入節點316和318上施加的(force,強制)電流改變在非反相運算放大器節點320和322存在的電壓,并因此改變在差動輸出節點104和106的輸出電壓。特別地,跨導級306在跨導輸出端308產生對應的電流變化,并且電流鏡級314在差動輸出節點104和106生成對應電流,從而維持期望的有源終端阻抗。跨導級306包括帶有放大器輸入級324和326的運算放大器325和327。運算放大器325和327在包括在放大器輸出級328和330中的Mgml和Mgm2晶體管的源極節點復制在差動輸出節點104和106上存在的差動電壓的一小部分(fraction)。放大器輸出級328和330在跨導輸出端308生成差動輸出電流。為此,跨導級306使用耦接到運算放大器非反相輸入端的電壓感測網絡感測在差動輸出節點104和106上存在的差動電壓。電壓感測網絡為每個運算放大器形成負反饋環。電壓感測網絡實施為由Rl和R2形成的分壓器。Rl和R2的值可以大幅變化。在一個實施中,Rl的值是約I K歐,R2的值是約IOK歐。跨導級306在尾電阻器Rt兩端呈現差動輸出節點104和106上存在的差動電壓的縮放版本(如由Rl和R2設定)。尾電阻器Rt分尾電流Itail從而形成流過Mgml晶體管的漏極連接310和Mgm2晶體管的漏極連接312的差動輸出電流。尾電阻器Rt可以根據跨導級306呈現的期望阻抗來改變電阻。在一個實施中,尾電阻器Rt為約5歐以下。然而,為了容易制作或制造可以通過例如改變電流鏡級314的增益來調節尾電阻器Rt的電阻。由線路驅動器300呈現的分量值和阻抗Z由以下方程涉及:Z = ^R] + R2hu
Rf + kR\其中k是Mlin、M2in、Mlout、M2out之間的鏡像比(例如,在電流鏡級314中的增益)(例如在1:4和1:10之間)。在線路驅動器300中,在差動輸出節點104和106上的差動電壓被電阻器Rl和R2分壓,并耦接到運算放大器的非反相輸入端。與晶體管Mgml和Mgm2 —起的運算放大器的負反饋復制尾電阻器Rt兩端的差動電壓的縮放版本。差動電壓的縮放版本產生位于跨導級306的差動電流。電流鏡314然后使用晶體管對Mlin和Mlout、M2in和M2out將差動電流鏡像到差動輸出節點104和106,從而維持期望的終端阻抗。圖4示出可替換實例線路驅動器400。代替在運算放大器的非反相輸入端供應信號電流,在線路驅動器400中,信號電流Isig_n318和Isig_p316在Mlin和M2in晶體管的鏡像節點供應或移除。特別地,在圖4中的例子中,信號電流在配置為二極管的Mlin和M2in晶體管的基極連接添加或移除。圖5示出另一可替換實施線路驅動器500,特別地線路驅動器500具有與上面描述的不同的跨導級。與上面說明的設計相似,在線路驅動器500中,跨導級502饋入電流鏡504。差動輸出節點txp506和txm508不在跨導級502上面堆疊。代替地,跨導級502生成適合于在差動輸出節點506和508兩端之間提供期望輸出阻抗的差動電流。該差動輸出電流流過跨導輸出端510 (例如,連接到晶體管Tl和T2的二極管的漏極連接)。電流鏡504然后在差動輸出節點506和508產生差動電流從而實現期望的終端阻抗。差動輸入電流被施加在差動輸入節點512 (ip)和514 (im)上,以在差動輸出節點506和508生成期望的差動輸出。圖6示出另一可替換實施線路驅動器600,特別地線路驅動器600具有與上面描述的不同的跨導級。與上面說明的設計相似,在線路驅動器600中,跨導級602饋入電流鏡604。差動輸出節點txp606和txm608不在跨導級602上面堆疊。代替地,跨導級602生成適合與在差動輸出節點606和608兩端之間提供期望輸出阻抗的差動電流。該差動輸出電流流過跨導輸出端610 (例如,連接晶體管Tl和T2的二極管的漏極連接)。電流鏡604然后在差動輸出節點606和608產生差動電流從而實現期望的終端阻抗。差動輸入電流被施加在差動輸入節點612 (ip)和614 (im)上,以在差動輸出節點606和608生成期望的差動輸出。圖7示出用于驅動通信線路的方法700。提供線路驅動器,其中,跨導級不在差動輸出節點下面堆疊(702)。跨導級感測在差動輸出節點上存在的差動電壓(704)。跨導級在跨導輸出端生成與差動輸出節點上的差動電壓對應的差動輸出電流(706)。差動輸出電流在差動輸出節點兩端實施期望的輸出阻抗(例如,100歐)。跨導級可以實施差動輸出節點的有源終端(例如,給予期望輸出阻抗的出現)。連接到跨導輸出端的電流鏡級接收差動輸出電流。電流鏡級將差動輸出電流鏡像到差動輸出節點(708 )。為將差動輸出節點驅動到用于傳輸數據的期望輸出電壓,差動輸入端可以將差動電流施加到跨導級(710)。作為實例,差動電流可以在運算放大器325和327的非反相輸入端施加,或在連接到晶體管Mlin和M2in的二極管施加,如在圖3和圖4中所示。該操作按需要繼續。除感測差動輸出節點兩端之間的差動電壓以及將差動電流(在跨導級中生成)鏡像回到差動輸出節點之外,在上面描述的新線路驅動器將跨導級從差動輸出節點充分解耦。與使用具有2.5V供應的有源終端電路的線路驅動器比較,本線路驅動器容許將電壓供應(例如,中心抽頭電壓)降低到1.8V。減小的電壓供應使得系統功率減小28%或更多。此外,1.8V供應通常在28nm產品中可用,并且使用可用的1.8V供應消除生成(例如,用另外的電路)分離的2.5V供應的需求。此外,1.8V供應與在28nm工藝中使用的厚氧化物晶體管的電壓容差兼容,這意味著不需要如果2.5V供應用于線路驅動器則需要的專用晶體管設計(或其它電路開銷以避免過壓狀況)。
權利要求
1.一種線路驅動器,包括: 差動輸出節點,其特征在于對應的電壓余度;以及 用于驅動所述差動輸出節點的電路,所述電路被連接到所述差動輸出節點而不被堆疊在所述差動輸出節點下面,借此所述電路的操作從所述電壓余度解耦并且從而不受所述電壓余度限制。
2.根據權利要求1所述的線路驅動器,其中: 所述差動輸出節點被配置為連接到引起所述電壓余度的第一電壓供應;以及 所述電路被配置為連接到與所述第一電壓供應分離的第二電壓供應。
3.根據權利要求1所述的線 路驅動器,其中,所述電路包括: 跨導級,被耦接到所述差動輸出節點,所述跨導級包括: 用于所述差動輸出節點的有源終端級,適于感測在所述差動輸出節點上的差動電壓,并生成與所述差動電壓對應的差動輸出電流;以及 所述有源終端級的跨導輸出端,被配置為運送所述差動輸出電流。
4.根據權利要求3所述的線路驅動器,進一步包括: 電流鏡級,被連接到所述差動輸出節點和所述跨導輸出端,所述電流鏡級被配置為將所述差動輸出電流鏡像到所述差動輸出節點。
5.一種用于驅動通信線路的方法,所述方法包括: 在耦接到差動輸出節點的跨導級中感測所述差動輸出節點上的差動電壓; 在所述跨導級的跨導輸出端生成與所述差動電壓對應的差動輸出電流;以及 將所述差動輸出電流鏡像到所述差動輸出節點。
6.根據權利要求5所述的方法,進一步包括: 向差動輸出節點提供線路驅動器電壓供應;以及 向所述跨導級提供從所述線路驅動器電壓供應分離的跨導級電壓供應。
7.根據權利要求5所述的方法,進一步包括: 向所述跨導級中的耦接到所述差動輸入節點中的至少一個的放大器輸入端施加差動輸入電流以驅動所述差動輸出節點。
8.根據權利要求5所述的方法,進一步包括: 復制放大器級中的所述差動電壓的一小部分,其中所述放大器級被配置為由所述差動電壓的一小部分生成所述差動輸出電流。
9.一種線路驅動器,包括: 差動輸出節點,包括用于耦接線路驅動器電壓供應輸入端的第一輸出節點和第二輸出節點; 跨導級,包括: 跨導級電壓供應輸入端; 第一放大器,包括: 第一輸入端,連接到所述第一輸出節點; 第一輸出端;以及 第一輸出電流路徑,響應于所述第一輸出端和第一反饋電阻器; 第二放大器,包括:第二輸入端,連接到所述第二輸出節點;第二輸出端;以及第二輸出電流路徑,響應于所述第二輸出端和第二反饋電阻器;以及電流鏡級,包括:第一電流鏡,適于將所述第一輸出電流路徑中的電流鏡像到所述第一輸出節點;以及第二電流鏡,適于將所述第二輸出電流路徑中的電流鏡像到所述第二輸出節點。
10.根據權利要求9所述的線路驅動器,其中,所述第一電流鏡包括:所述第一輸出電流路徑中的二極管接法晶體管;以及鏡像晶體管,被連接到所述二極管接法晶體管和所述第一輸出節點。
全文摘要
本發明涉及一種低壓線路驅動器。該線路驅動器包括感測在差動輸出節點存在的差動電壓的跨導級。該跨導級復制差動電壓的一小部分,并生成與復制的差動電壓對應的差動輸出電流。差動輸出電流流過將差動輸出電流鏡像到差動輸出節點的電流鏡級。線路驅動器由此將跨導級從差動輸出節點解耦。較低的線路驅動器電壓供應(例如1.8V)可以因此向差動輸出節點供應。從線路驅動器電壓供應分離的跨導級電壓供應可以為跨導級提供供電電壓。
文檔編號H04L25/02GK103188178SQ20121058130
公開日2013年7月3日 申請日期2012年12月27日 優先權日2011年12月27日
發明者卡爾蒂克·斯瓦米納坦 申請人:美國博通公司