專利名稱：用于高速低電壓共模驅(qū)動(dòng)器的復(fù)制偏置電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)一般地涉及驅(qū)動(dòng)器，而更具體地但非排他地涉及低電壓差分發(fā)信器件。
背景技術(shù)：
相對(duì)較長(zhǎng)的信號(hào)路徑是數(shù)字傳輸中的主要瓶頸。例如，印刷電路板常常包含負(fù)責(zé) 對(duì)相對(duì)較長(zhǎng)的布線路徑進(jìn)行電壓電平偏移及靜電放電保護(hù)的電路。此外，該電路常常需要 相對(duì)較大量的電流來(lái)驅(qū)動(dòng)由相對(duì)較長(zhǎng)的布線呈現(xiàn)的大的電阻及電容負(fù)載。因此，該電路常 常使用大焊盤(pán)(pad)區(qū)域(及大的被動(dòng)組件)，且還使用所使用的總電力的大部分。這些大 的區(qū)域及組件常常用于輔助該電路的耗電量。


參考以下附圖來(lái)說(shuō)明本公開(kāi)的非限制性且非詳盡具體實(shí)施例，其中各圖式中相似 的標(biāo)號(hào)指相似的部件，除非以別的方式指定。圖1是示例MIPI PHY輸出線電平的圖解。圖2是示例MIPI發(fā)射器的圖解。圖3是傳統(tǒng)LVDS驅(qū)動(dòng)器的圖解。圖4示出示例MIPI指定的共模電平穩(wěn)定時(shí)間相對(duì)于傳統(tǒng)共模反饋回路的比較。圖5示出具有可調(diào)整的Vdd (電源供應(yīng))的示例高速基于NMOS的差分高速LCM驅(qū) 動(dòng)器。圖6是傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)器偏置電路的圖解。圖7是示出具有固定Vdd(電源供應(yīng))的示例低功率低共模驅(qū)動(dòng)器的示意圖。圖8是示出示例電流模式邏輯(CML)驅(qū)動(dòng)器的示意圖。圖9是示出具有CML驅(qū)動(dòng)器與復(fù)制偏置電路的示例差分發(fā)射器的示意圖。圖10是示出具有CML驅(qū)動(dòng)器與已移除非作用(inactive)晶體管的復(fù)制電路的示 例差分發(fā)射器的示意圖。圖11是示出具有CML驅(qū)動(dòng)器與已將下拉晶體管替換為下拉電阻器的復(fù)制電路的 示例差分發(fā)射器的示意圖。圖12是示出具有CML驅(qū)動(dòng)器與已將下拉晶體管替換為電阻器且已移除非作用晶 體管的復(fù)制電路的示例差分發(fā)射器的示意圖。圖13是示出具有耦合至復(fù)制及主動(dòng)(active)驅(qū)動(dòng)器二者的PMOS晶體管的漏極 的示例差分發(fā)射器的示意圖。圖14是示出具有直接用于虛擬(dummy)及最終驅(qū)動(dòng)器的主動(dòng)LCM驅(qū)動(dòng)器的邏輯 高位的示例差分發(fā)射器的示意圖。圖15是示出具有邏輯反相器的示例差分發(fā)射器，該邏輯反射器具有用于該虛擬 及最終驅(qū)動(dòng)器的電阻器。
具體實(shí)施例方式本文說(shuō)明用于高速低電壓共模驅(qū)動(dòng)器的復(fù)制偏置電路的具體實(shí)施例。為了充分了 解本發(fā)明，在下面的說(shuō)明中提出許多特定細(xì)節(jié)。然而，相關(guān)領(lǐng)域中的技術(shù)人員應(yīng)明白，可不 使用其中一或多個(gè)特定細(xì)節(jié)，或采用其他方法、組件、材料等，來(lái)實(shí)施本文所說(shuō)明的技術(shù)。在 其他實(shí)例中，并不詳細(xì)顯示或說(shuō)明廣為人知的結(jié)構(gòu)、材料或操作，以免混淆特定方面。整份說(shuō)明書(shū)中所提及的"一項(xiàng)具體實(shí)施例"或"一具體實(shí)施例"表示結(jié)合該具 體實(shí)施例所說(shuō)明的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括于本發(fā)明的至少一項(xiàng)具體實(shí)施例中。因此， 本說(shuō)明書(shū)各處出現(xiàn)的"在一項(xiàng)具體實(shí)施例中"或"一具體實(shí)施例中"辭令不一定全部表 示同一具體實(shí)施例。此外，特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性可以任何合適的方式組合于一項(xiàng)或多項(xiàng) 具體實(shí)施例中。一般地，各種高速差分串聯(lián)鏈路標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)被設(shè)計(jì)用于適應(yīng)增加的片外數(shù)據(jù)速率通 信。高速 USB、火線(IEEE-1394)、串行 ATA 及 SCSI 是在 PC (personal computer ；個(gè)人計(jì)算 機(jī))工業(yè)中用于串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)中的若干個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。已在傳輸側(cè)串行數(shù)據(jù)通信中實(shí)施低 電壓差分發(fā)信(LVDS)。此外，供應(yīng)商(例如蜂窩電話公司)已建議〃 subLVDS(sub-low voltagedifferential signal ；超低電壓差分信號(hào))‘‘標(biāo)準(zhǔn)，其是該LVDS標(biāo)準(zhǔn)的較小電壓 擺動(dòng)變體。已建議將SubLVDS用于針對(duì)在(例如)圖像傳感器與內(nèi)建系統(tǒng)之間的串行通信 的精簡(jiǎn)相機(jī)端口 2(CCP2)規(guī)格。CCP2是標(biāo)準(zhǔn)移動(dòng)成像架構(gòu)(SMIA)標(biāo)準(zhǔn)的一部分。典型的LVDS (lowvoltage differential signal ；低電壓差分信號(hào))/subLVDS標(biāo)準(zhǔn)具有介于供應(yīng)電壓VDD與VSS之間 的輸出共模電平(Vcm)。例如，用于CCP2的發(fā)射器(Tx) —般在中心電壓Vcm處于0. 9V時(shí) 具有150mV的輸出信號(hào)擺動(dòng)(Vod)。除高速圖像數(shù)據(jù)外，常常在主機(jī)與用戶端之間發(fā)射低速芯片控制信號(hào)。已使用共 模電平針對(duì)高速(“HS")向低功率(“LP")狀態(tài)的變化開(kāi)發(fā)了若干新協(xié)議。各種蜂窩 電話公司的聯(lián)合努力已定義了新的實(shí)體層(PHY)標(biāo)準(zhǔn)。該P(yáng)HY標(biāo)準(zhǔn)定義移動(dòng)工業(yè)處理器接 口(MIPI)，其將高速圖像數(shù)據(jù)傳輸與低速控制信號(hào)組合于單一通信信號(hào)路徑(“信道〃) 中。圖1是示出MIPI PHY輸出線電平的圖解。可通過(guò)以特定的線電平驅(qū)動(dòng)該信道，來(lái) 編程發(fā)射器功能(例如"信道狀態(tài)")。例如，該高速傳輸(HS-TX)以差分方式通過(guò)低共模 電壓電平(Vcm 0. 2V)及小振幅(Vod 0. 2V)來(lái)驅(qū)動(dòng)該信道。在該HS-TX狀態(tài)中，HS-TX的 邏輯高電平(Voh 0. 3V)相對(duì)甚低于VDD。在低速度傳輸(LP-TX)期間，該輸出信號(hào)一般在OV與1. 2V之間雙態(tài)觸變。在從 該HS-TX向該LP-TX狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間，通過(guò)將該Vcm從0. 2V的低電平升高至1. 2V的高電平 來(lái)將LP邏輯高位同時(shí)呈現(xiàn)于兩個(gè)輸出焊盤(pán)(Dp與Dn)上。在用戶端側(cè)上的接收器(耦合 至該發(fā)射器的輸出)響應(yīng)于所判定的LP邏輯高位呈現(xiàn)而將其接收狀態(tài)從HS調(diào)整為L(zhǎng)P。圖2是示例MIPI發(fā)射器的圖解。MIPI發(fā)射器200包括串行器201、HS_TX發(fā)射器 202及LP-TX發(fā)射器203。串行器201 (亦稱為多工器，或"MUX")將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成具有 更高傳輸速率的單一數(shù)據(jù)通道。如圖所示，HS與LP傳輸可共用相同的實(shí)體信道以減少封 裝引腳的數(shù)目及封裝的成本。
5
圖3是傳統(tǒng)LVDS驅(qū)動(dòng)器的圖解。該傳統(tǒng)LVDS/subLVDS驅(qū)動(dòng)器300被設(shè)計(jì)為具有 電流源302的差分電流開(kāi)關(guān)對(duì)301。來(lái)自差分電流開(kāi)關(guān)對(duì)301的尾電流經(jīng)調(diào)整用以控制輸 出電壓擺動(dòng)Vod。通過(guò)分接(tap)反向終端電阻器303的中點(diǎn)來(lái)感測(cè)共模電平Vcm。通過(guò) 實(shí)時(shí)使用共模反饋濾波器304來(lái)追蹤并調(diào)整Vcm。在高速(例如每秒十億比特)傳輸中，若該傳輸線相對(duì)較長(zhǎng)，則一般使用特定程度 的阻抗匹配(在發(fā)射器輸出、接收器輸入與傳輸信道的特性阻抗之間)。為輔助阻抗匹配， 該傳統(tǒng)LVDS驅(qū)動(dòng)器300亦在輸出焊盤(pán)(Dp與Dn)之間包括芯片上100至200歐姆反向終 端電阻器303，從而提高在一般所關(guān)注的頻率時(shí)低于-IOdB的差分反射系數(shù)。反向終端電阻 器一般消耗額外50%至100%的最終輸出驅(qū)動(dòng)器電流的功率損耗。但是，在模式變化(在MIPI協(xié)議中從LP至HS)期間的高速穩(wěn)定時(shí)間要求常?？?能通過(guò)使用傳統(tǒng)模擬共模反饋回路來(lái)抑制實(shí)時(shí)Vcm追蹤。這些傳統(tǒng)模擬共模反饋回路一般 提供過(guò)長(zhǎng)以致無(wú)法提供足夠快的反饋信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間。圖4示出示例MIPI指定的共模電平穩(wěn)定時(shí)間相對(duì)于傳統(tǒng)共模反饋回路的比較。跡 線401示出從LP模式至HS模式的MIPI指定的轉(zhuǎn)換時(shí)間，而跡線402示出該共模反饋回路 的響應(yīng)時(shí)間?？煽闯觯搨鹘y(tǒng)模擬共模反饋回路的較長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間一般會(huì)防止在從LP至HS 模式的模式變化期間的即時(shí)Vcm追蹤?；赑MOS電流源的LVDS驅(qū)動(dòng)器因若干限制使用反向終端電阻器303來(lái)達(dá)到差分 S22規(guī)格(其是針對(duì)兩個(gè)端口的網(wǎng)路連接的輸出反射系數(shù))。由于用于指示模式HS的Vcm 較低(0. 2V)，因此該LVDS驅(qū)動(dòng)器300原本不可能具有至VSS的電流源。此外，至VDD的 PMOS電流源會(huì)呈現(xiàn)至VDD的高阻抗路徑，此會(huì)增加響應(yīng)時(shí)間。反向終端電阻器(例如電阻 器303)的使用仍呈現(xiàn)針對(duì)共模電平的至VDD及GND的高阻抗路徑。在有損的環(huán)境中，其展 示在較高速傳輸處的較高的Vcm漣波。圖5示出示例高速基于NMOS的差分高速LCM驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)器500包括被配置于" 無(wú)尾電流"配置中的預(yù)驅(qū)動(dòng)器501與(NMOS)晶體管510、511、512及513。若無(wú)反向終端電 阻器，則驅(qū)動(dòng)器500可提高電路的功率效率?？捎砷_(kāi)關(guān)NMOS晶體管的輸出阻抗來(lái)直接決定 反向終端電阻(Rout)。可通過(guò)精細(xì)的晶體管尺寸調(diào)節(jié)及偏置來(lái)達(dá)到50歐姆單端或100歐 姆差分反向終端的反向終端阻抗。因此，可使用晶體管尺寸調(diào)節(jié)及偏置條件而非尾電流來(lái) 決定Vod及Vcm。用于制造驅(qū)動(dòng)器500的工藝的變化可能導(dǎo)致產(chǎn)品中針對(duì)各個(gè)工藝拐點(diǎn)(process comer)具有VocUVcm及Rout的相對(duì)較大變化。例如，預(yù)驅(qū)動(dòng)器501的邏輯高電平Vr與最 終輸出驅(qū)動(dòng)器電源供應(yīng)Vs (參見(jiàn)下面的VS調(diào)節(jié)器603)兩者皆會(huì)引起這些變化。圖6是傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)器偏置電路的圖解。驅(qū)動(dòng)器600包括電流參考601、Vr調(diào)節(jié)器 602、Vs調(diào)節(jié)器603、預(yù)驅(qū)動(dòng)器604及發(fā)射器605?？蓪?duì)Vr調(diào)節(jié)器602與VS調(diào)節(jié)器603作 獨(dú)立調(diào)整以控制該驅(qū)動(dòng)器600的Vod、Vcm及Rout。Vs —般被設(shè)定為接近發(fā)射器605的上 拉晶體管612與613的輸出高電平，而發(fā)射器605的下拉晶體管610與611的輸出低電平 一般約為VSS。晶體管610、611、612及613因Vds相對(duì)較小(約為0. IV至0. 25V)而主動(dòng)晶體管 的Vgs相對(duì)較高(約為1. 0V)，而被偏置于線性偏置區(qū)域中。例如，可將晶體管610及612 作為一對(duì)來(lái)啟動(dòng)，而停用晶體管611及613。同樣的，可將晶體管611及613作為一對(duì)來(lái)啟
6動(dòng)，而使晶體管610及612保持停用。但是，使用Vr與Vs調(diào)節(jié)器的傳統(tǒng)偏置方案一般需要相對(duì)較大的電容器(其通常 提供于電路基板的外部)。用于充分驅(qū)動(dòng)這些調(diào)節(jié)器的足夠高的電源供應(yīng)所需的實(shí)體空間 亦相對(duì)較大。外部精密電阻器(其增加空間及封裝要求)一般是用作電阻參考來(lái)提高電路 組件的匹配精確度。由于從該LP模式至HS模式的相對(duì)較快的切換規(guī)格，用于最終電路及預(yù)驅(qū)動(dòng)器的 復(fù)制偏置電路一般是保持為導(dǎo)通。該復(fù)制偏置電路即使在LP狀態(tài)中也一般保持為導(dǎo)通以 使該電路能快速響應(yīng)。因此，在配置功率預(yù)算時(shí)，復(fù)制電路的耗電量常常是主要考量因素。VocUVcm及Rout信號(hào)的變化常常是由復(fù)制與真實(shí)驅(qū)動(dòng)器之間的組件失配引起。失 配分析及多個(gè)回路調(diào)節(jié)器的蒙特卡羅(Monte-Carlo)模擬的結(jié)果顯示與下面參考附圖所 揭示的復(fù)制偏置電路相比，在傳統(tǒng)電路中可能較大的失配。下面的圖式示出示例LCM輸出 驅(qū)動(dòng)器、示例預(yù)驅(qū)動(dòng)器電路、示例復(fù)制偏置電路及其示例組合。圖7是示出示例低功率低共模驅(qū)動(dòng)器的示意圖。LCM驅(qū)動(dòng)器700與NMOS晶體管 710、711、712及713被配置于〃無(wú)尾電流〃配置中。晶體管712與713的漏極(節(jié)點(diǎn)Vs) 被如圖7所示直接耦合至核心電源供應(yīng)VDD。節(jié)點(diǎn)"irm"的預(yù)驅(qū)動(dòng)器的邏輯低電平(例 如，在特定邏輯狀態(tài)中)被設(shè)計(jì)成足夠低以切斷晶體管710及713。以此方式，上拉晶體管 712的Vds足夠高以在飽和區(qū)域而非在線性區(qū)域中偏置晶體管712。因此，晶體管712用作 標(biāo)準(zhǔn)的源極跟隨器，其具有通過(guò)預(yù)驅(qū)動(dòng)器(其是在下面參考圖8來(lái)說(shuō)明)的邏輯高電平Vr 來(lái)控制的輸出電平。晶體管711 (在用作下拉電阻器時(shí))被依據(jù)等式(1)而偏置于該線性區(qū)域中。Routl = d (Vds)/d (Ids) = 2/[μ nCox ffl/Ll (Vr-Vth) ] (1)其中d(Vds)是在節(jié)點(diǎn)"Dn"處的漏極至源極電壓，d(Ids)是在節(jié)點(diǎn)"Dn"處的 漏極至源極電流，ynCox是晶體管711的柵極的電子遷移率及電容，Vr是邏輯高電平，Vth 是閾值電壓，而W1/L1是晶體管711的柵極的寬度與長(zhǎng)度比率。晶體管712 (在用作上拉電阻器時(shí))被依據(jù)等式(2)而偏置于飽和區(qū)域中。Rout2 = d(Vds2)/d(Ids) = d (_Voh)/d (Ids)= 1/ [ μ nCox W2/L2(Vr-Vth-Voh)](2)其中d()是()的導(dǎo)數(shù)，μ nCox是晶體管712的柵極的電子遷移率及電容，Vr是邏輯高電平，Vth是閾值 電壓，Voh是額外負(fù)擔(dān)電壓(Vr-Vth)，而W2/L2是晶體管712的柵極的寬度與長(zhǎng)度比率?？?忽略晶體管712的整體效應(yīng)，因?yàn)榫w管源極電壓處于或接近接地?？蓪⒌仁舰排c⑵相關(guān)，如等式⑶所示ffl/Ll(Vr. Vth){Voh_[l/2μ nCox W2/L2(Vr-. Vth-Voh)2]Rext} = W2/L2(Vr. Vth. Voh)2 (3)等式3證實(shí)針對(duì)這些下拉與上拉晶體管兩者的輸出電阻(Rout)是由電子遷移率、 W/L比率及Vr-Vth (或Voh)決定的。當(dāng)復(fù)制電路反饋回路被設(shè)計(jì)用以調(diào)節(jié)Vr以產(chǎn)生固定Voh時(shí)，輸出(Vr-Vth)的邏 輯高電平(其改變?yōu)榧s0. 3V) 一般不會(huì)針對(duì)工藝拐點(diǎn)發(fā)生實(shí)質(zhì)上的變化。一般不會(huì)產(chǎn)生針 對(duì)工藝拐點(diǎn)的Rout的實(shí)質(zhì)上變化，因?yàn)棣?η(如在等式3中)針對(duì)工藝拐點(diǎn)(而非針對(duì)溫度)接近常數(shù)。因此，揭示復(fù)制回路，其用于調(diào)整Vr以使得Vr-Vth針對(duì)工藝拐點(diǎn)而恒定。Voh與Vcm是用于達(dá)到針對(duì)欲在其中正確區(qū)分HS與LP狀態(tài)的接收器的輸出設(shè)計(jì) 邊限的重要參數(shù)?？蓪⒐潭╒oh (受反饋信號(hào)控制)定義為保持接近Vcm+l/2Vod的電壓。 該固定Voh將Vcm及Vod變化局限于針對(duì)工藝及溫度拐點(diǎn)的最小值。圖8是示出示例電流模式邏輯(CML)驅(qū)動(dòng)器的示意圖。驅(qū)動(dòng)器800是示例可選擇 負(fù)載電阻電路，其包括晶體管810、811、812、813(皆為NM0S)，晶體管820、821、822、823、 824,825,826 (皆為 PM0S)，電阻器 830、831、832、833、834、835 及電流源 840。驅(qū)動(dòng)器800可用作在LCM驅(qū)動(dòng)器中的預(yù)驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)器800使用電流模式邏輯 (CML)而非軌道至軌道(rail-to-rail)的CMOS架構(gòu)?？赏ㄟ^(guò)電流源(晶體管812)的尾電 流及負(fù)載電阻來(lái)設(shè)定該驅(qū)動(dòng)器800的輸出電壓擺動(dòng)以確保達(dá)到邏輯低與高電平從而在該 驅(qū)動(dòng)器700中切斷(在示例中)晶體管713及710而接通晶體管711及712。晶體管826 可以用作可調(diào)整的電阻器以控制從VDD起的電壓降。因此，可通過(guò)PRF來(lái)調(diào)整該邏輯高電 平Vr，如下面參考圖9所述。數(shù)字開(kāi)關(guān)信號(hào)(Sel<2:0>)可用于選擇針對(duì)驅(qū)動(dòng)器800的負(fù)載電阻。通過(guò)可選擇 電阻器的矩陣來(lái)控制驅(qū)動(dòng)器800的尾電流?？赏ㄟ^(guò)該數(shù)字開(kāi)關(guān)信號(hào)的設(shè)定值來(lái)選擇例示性 電路中的有效電阻。因此，可通過(guò)可編程控制邏輯來(lái)設(shè)定驅(qū)動(dòng)器800的輸出擺動(dòng)振幅、電流 消耗及轉(zhuǎn)換速率。用于該電路的可切換的偏置允許將該輸出信號(hào)的轉(zhuǎn)換速率調(diào)整用于服務(wù) 不同的數(shù)據(jù)速率應(yīng)用。因此，該數(shù)字開(kāi)關(guān)信號(hào)可用于依據(jù)所需操作模式對(duì)輸出信號(hào)強(qiáng)度進(jìn) 行編程。圖9是示出具有CML驅(qū)動(dòng)器與復(fù)制偏置電路的示例差分發(fā)射器的示意圖。發(fā)射器 900包括預(yù)驅(qū)動(dòng)器910、LCM驅(qū)動(dòng)器920、復(fù)制電路930及放大器940。預(yù)驅(qū)動(dòng)器910可以是 如圖8所示的驅(qū)動(dòng)器。LCM驅(qū)動(dòng)器920可以是如圖7所示的驅(qū)動(dòng)器?？蓪l(fā)射器900的輸 出耦合至(例如)外部接收器950。該預(yù)驅(qū)動(dòng)器910轉(zhuǎn)換輸入信號(hào)的電壓電平以產(chǎn)生經(jīng)偏 移的輸出信號(hào)。該預(yù)驅(qū)動(dòng)器910響應(yīng)于可選擇負(fù)載電阻電路(912)與電壓調(diào)節(jié)反饋信號(hào) (PRF)而偏移電壓。該驅(qū)動(dòng)器920接收該經(jīng)偏移的信號(hào)并響應(yīng)于所接收的經(jīng)偏移的信號(hào)而 產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)(Dp及Dn)。該復(fù)制電路930包括來(lái)自這些預(yù)驅(qū)動(dòng)器及驅(qū)動(dòng)器電路的 經(jīng)縮放組件(下面說(shuō)明)。這些經(jīng)縮放組件用于產(chǎn)生電壓調(diào)節(jié)反饋信號(hào)。所產(chǎn)生的電壓調(diào) 節(jié)反饋信號(hào)表示該驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)的輸出電壓。復(fù)制電路930 —般包括預(yù)驅(qū)動(dòng)器910及LCM驅(qū)動(dòng)器920的比例復(fù)制(scale r印lica)。該比例復(fù)制經(jīng)尺寸調(diào)節(jié)用以產(chǎn)生約為(例如)操作電路預(yù)驅(qū)動(dòng)器910與LCM驅(qū) 動(dòng)器920所消耗電流的十分之一的電流。例如，在該復(fù)制中的晶體管的寬度可以是在該預(yù) 驅(qū)動(dòng)器910及LCM驅(qū)動(dòng)器920中的對(duì)應(yīng)物的十分之一，而這些復(fù)制電阻器可以是在該預(yù)驅(qū) 動(dòng)器910及LCM驅(qū)動(dòng)器920中的對(duì)應(yīng)電阻器的十倍大。而且，例如，當(dāng)外部接收器的終端電 阻器951是100歐姆時(shí)，在復(fù)制電路930中的對(duì)應(yīng)物電阻器931可以被選擇為1000歐姆。由于這些節(jié)點(diǎn)的電壓電平是通過(guò)IR降(例如通過(guò)橫跨電阻器或晶體管的有效電 阻)來(lái)設(shè)定的，因此使用相同的比例因數(shù)按比例縮小電流與按比例增加電阻有助于確保在 這些操作電路與這些復(fù)制對(duì)應(yīng)物之間的電壓電平相同。此外，可使得電壓失配最小化，因 為該復(fù)制可以通過(guò)使用類(lèi)似結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)并通過(guò)相同的處理步驟來(lái)制造。因此，在運(yùn)算與復(fù) 制電路之間的操作電壓電平可以被設(shè)計(jì)為實(shí)質(zhì)上相同。當(dāng)復(fù)制電路930的功率輸入被耦
8合至VDD及GND而該復(fù)制電路930的輸出V(Dpx)被設(shè)定為邏輯高的電平時(shí)，該復(fù)制電路的 V(Dpx) 一般等于該操作電路的Voh。在該示例中的放大器940是將V(Dpx)與0. 3V (Vref)的參考電壓相比較，以針對(duì) 運(yùn)算與復(fù)制電路兩者的預(yù)驅(qū)動(dòng)器提供反饋信號(hào)PRF的高增益運(yùn)算放大器(op-amp)。信號(hào) PRF用于設(shè)定預(yù)驅(qū)動(dòng)器910的Vr，其相應(yīng)地將輸出Voh及V(Dpx)強(qiáng)制設(shè)為標(biāo)稱0. 3V。因此，揭示了使用反饋回路來(lái)將Voh強(qiáng)制為接近0.3V的示例復(fù)制偏置電路。因?yàn)?Vcm及Vol的量值比Voh更小，所以追蹤Vcm (0. 2V)或邏輯低輸出電平Vol (0. IV)的傳統(tǒng)方 法一般蒙受更多失配錯(cuò)誤。此外，在將用于傳統(tǒng)方法中的較小電壓電平相比較時(shí)一般會(huì)因 運(yùn)算放大器而產(chǎn)生更多錯(cuò)誤。該單一反饋回路發(fā)射器設(shè)計(jì)既使得設(shè)計(jì)復(fù)雜性最小化，且簡(jiǎn)化芯片布局。基于CML 的預(yù)驅(qū)動(dòng)器具有從VDD至VSS的恒定電流。因此，電源供應(yīng)及接地彈跳一般小于在使用 CMOS(軌道至軌道)預(yù)驅(qū)動(dòng)器時(shí)遇到的彈跳?？墒褂玫腿?.0V的單一電源供應(yīng)，但可直接 使用來(lái)自核心邏輯的1. 5V的供電。HS的穩(wěn)定時(shí)間可比典型的基于共模反饋的設(shè)計(jì)快兩個(gè) 數(shù)量級(jí)(order of magnitude)。無(wú)需使用反向終端電阻器便可達(dá)到較高的功率效率。該復(fù) 制偏置電路可使Vcm、Vod及針對(duì)典型工藝、電源供應(yīng)及溫度拐點(diǎn)的輸出阻抗保持在相對(duì)較 窄的性能范圍。圖10是示出具有CML驅(qū)動(dòng)器與已移除非作用晶體管的復(fù)制電路的示例差分發(fā)射 器的示意圖。發(fā)射器1000包括預(yù)驅(qū)動(dòng)器1010、LCM驅(qū)動(dòng)器1020、復(fù)制電路1030及放大器 1040?？蓪l(fā)射器1000的輸出耦合至(例如)外部接收器1050。外部接收器1050包括終 端電阻器1051。電阻器1031—般是電阻器1051的比例復(fù)制。在通過(guò)該復(fù)制LCM驅(qū)動(dòng)器 1020的晶體管的電流預(yù)期是接近零的情況下(例如在使用3. 3V NMOS工藝來(lái)提高ESD魯棒 性時(shí))，替代性復(fù)制電路1030不包括這些晶體管。圖11是示出具有CML驅(qū)動(dòng)器與已將下拉晶體管替換為下拉電阻器的復(fù)制電路的 示例差分發(fā)射器的示意圖。發(fā)射器1100包括預(yù)驅(qū)動(dòng)器1110、LCM驅(qū)動(dòng)器1120、復(fù)制電路 1130及放大器1140。可將發(fā)射器1100的輸出耦合至(例如)外部接收器1150。外部接收 器1150包括終端電阻器1151。電阻器1131可以是電阻器1151的比例復(fù)制。該替代性復(fù) 制電路1130以與電阻器1131串聯(lián)放置的下拉電阻器1132來(lái)替換下拉NMOS晶體管。圖12是示出具有CML驅(qū)動(dòng)器與已將下拉晶體管替換為電阻器且已移除非作用晶 體管的復(fù)制電路的示例差分發(fā)射器的示意圖。發(fā)射器1200包括預(yù)驅(qū)動(dòng)器1210、LCM驅(qū)動(dòng) 器1220、復(fù)制電路1230及放大器1240?？蓪l(fā)射器1200的輸出耦合至(例如)外部接收 器1250。外部接收器1250包括終端電阻器1251。電阻器1231可以是電阻器1251的比例 復(fù)制。替代性復(fù)制電路1230以該電阻器1232替換下拉NMOS晶體管。該替代性復(fù)制電路 1230 一般不包括該復(fù)制LCM驅(qū)動(dòng)器1220的非作用晶體管。圖13示出將PM0S(用作可調(diào)整的電阻器)的漏極一起聯(lián)接在該復(fù)制與主動(dòng)驅(qū)動(dòng) 器兩者上的示例差分發(fā)射器的示意圖。此設(shè)計(jì)減小該主動(dòng)與該復(fù)制驅(qū)動(dòng)器之間的Vr失配。 發(fā)射器1300包括預(yù)驅(qū)動(dòng)器1310、LCM驅(qū)動(dòng)器1320、復(fù)制電路1330及放大器1340?？蓪l(fā)射 器1300的輸出耦合至(例如)外部接收器1350。外部接收器1350包括終端電阻器1351。 電阻器1331可以是電阻器1351的比例復(fù)制。該替代性復(fù)制電路1330將晶體管1316的漏 極耦合至其在復(fù)制電路1330中的對(duì)應(yīng)物(晶體管1326)，從而減小在預(yù)驅(qū)動(dòng)器1310與復(fù)制電路1330之間的邏輯高電平失配。此配置可在預(yù)驅(qū)動(dòng)器電路1310始終通電時(shí)使用。圖14是示出具有直接用于虛擬及最終驅(qū)動(dòng)器的主動(dòng)LCM驅(qū)動(dòng)器的邏輯高位的示 例差分發(fā)射器的示意圖。發(fā)射器1400包括預(yù)驅(qū)動(dòng)器1410、LCM驅(qū)動(dòng)器1420、復(fù)制電路1430 及放大器1440?？蓪l(fā)射器1400的輸出耦合至(例如)外部接收器1450。外部接收器 1450包括終端電阻器1451。電阻器1431可以是電阻器1451的比例復(fù)制。該替代性復(fù)制 電路1430將晶體管1416的漏極耦合至復(fù)制電路1430的驅(qū)動(dòng)器部分的輸入，從而減小在預(yù) 驅(qū)動(dòng)器1410與復(fù)制電路1430之間的邏輯高電平失配。此配置可以是在預(yù)驅(qū)動(dòng)器電路1410 始終通電時(shí)使用，且通過(guò)將這些非作用晶體管刪除而以圖13的示例發(fā)射器為基礎(chǔ)。圖15是示出具有直接用于虛擬及最終驅(qū)動(dòng)器的主動(dòng)LCM驅(qū)動(dòng)器的邏輯高位且移 除非作用晶體管的示例差分發(fā)射器的示意圖。發(fā)射器1500包括預(yù)驅(qū)動(dòng)器1510、LCM驅(qū)動(dòng)器 1520、復(fù)制電路1530及放大器1540?？蓪l(fā)射器1500的輸出耦合至(例如)外部接收器 1550。外部接收器1550包括終端電阻器1551。電阻器1531可以是電阻器1551的比例復(fù) 制。該替代性復(fù)制電路1530將晶體管1516的漏極耦合至用于復(fù)制電路1530的驅(qū)動(dòng)器部 分的輸出晶體管的柵極，從而減小在預(yù)驅(qū)動(dòng)器1510與復(fù)制電路1530之間的邏輯高電平失 配。此配置可以是在預(yù)驅(qū)動(dòng)器電路1510始終通電時(shí)使用，且以圖14的示例發(fā)射器為基礎(chǔ)。上面本發(fā)明的所示出具體實(shí)施例的說(shuō)明，包括發(fā)明摘要所述內(nèi)容，并不期望包攬 無(wú)遺或?qū)⒈景l(fā)明限于所揭示的精密形式。盡管本文基于說(shuō)明目的而說(shuō)明本發(fā)明的特定具體 實(shí)施例及示例，但相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員會(huì)明白可在本發(fā)明的范疇內(nèi)作各種變化?？筛鶕?jù)上述詳細(xì)描述對(duì)本發(fā)明作此等變更。隨附權(quán)利要求中所使用的術(shù)語(yǔ)不應(yīng)解 釋為將本發(fā)明限制于本說(shuō)明書(shū)所揭示的特定具體實(shí)施例。實(shí)際上，本發(fā)明的范疇將完全由 以下權(quán)利要求來(lái)決定，這些權(quán)利要求應(yīng)依據(jù)已確定的權(quán)利要求解釋規(guī)則而加以解釋。
10
權(quán)利要求
一種發(fā)射器，包括預(yù)驅(qū)動(dòng)器，被耦合用以偏移輸入信號(hào)的電壓電平以產(chǎn)生經(jīng)偏移的輸出信號(hào)，其中所述預(yù)驅(qū)動(dòng)器響應(yīng)于可選擇負(fù)載電阻電路和電壓調(diào)節(jié)反饋信號(hào)而偏移所述輸入信號(hào)的電壓電平；驅(qū)動(dòng)器，用于接收所述經(jīng)偏移的信號(hào)，并響應(yīng)于所接收的經(jīng)偏移的信號(hào)而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)；以及復(fù)制電路，被耦合到所述預(yù)驅(qū)動(dòng)器和所述驅(qū)動(dòng)器，所述復(fù)制電路包括來(lái)自所述驅(qū)動(dòng)器電路的經(jīng)縮放組件，其中所述經(jīng)縮放組件用于產(chǎn)生所述電壓調(diào)節(jié)反饋信號(hào)，其中所述電壓調(diào)節(jié)反饋信號(hào)表示所述驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)的輸出電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述復(fù)制電路包括相對(duì)于在所述預(yù)驅(qū)動(dòng)器和所述 驅(qū)動(dòng)器中的對(duì)應(yīng)組件具有縮放因數(shù)10的組件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述可選擇負(fù)載電阻電路包括并聯(lián)的電位電流路 徑，其中每一電位電流路徑包括串聯(lián)耦合的P型晶體管和電阻器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述輸入信號(hào)和所述驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)是差分信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述預(yù)驅(qū)動(dòng)器使用電流模式邏輯。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述復(fù)制電路包括經(jīng)縮放的預(yù)驅(qū)動(dòng)器，該經(jīng)縮放 的預(yù)驅(qū)動(dòng)器響應(yīng)于經(jīng)縮放的可選擇負(fù)載電阻電路和所述電壓調(diào)節(jié)反饋信號(hào)而偏移所述電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述復(fù)制電路包括具有一電阻的經(jīng)縮放的電阻 器，該電阻器被縮放為用于接收所述驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)的接收器的負(fù)載電阻器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述經(jīng)縮放的電阻器耦合在所述復(fù)制電路的下拉 電阻器和經(jīng)縮放的上拉驅(qū)動(dòng)器晶體管之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述預(yù)驅(qū)動(dòng)器的P型晶體管的漏極耦合到所述復(fù) 制電路的經(jīng)縮放的P型晶體管的漏極。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述預(yù)驅(qū)動(dòng)器的ρ型晶體管的漏極耦合到所述復(fù) 制電路的多個(gè)經(jīng)縮放的η型晶體管的柵極。
11.一種方法，包括 接收差分輸入信號(hào)；響應(yīng)于電壓調(diào)節(jié)反饋信號(hào)而偏移所接收的差分輸入信號(hào)的電壓電平，以產(chǎn)生經(jīng)偏移的 差分輸出信號(hào)；響應(yīng)于所述經(jīng)偏移的信號(hào)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)；使用復(fù)制電路產(chǎn)生復(fù)制操作電壓，其中所述復(fù)制電路包括用于產(chǎn)生所述驅(qū)動(dòng)器輸出信 號(hào)的電路的經(jīng)縮放的組件；以及將所述復(fù)制操作電壓與參考電壓相比較以產(chǎn)生所述電壓調(diào)節(jié)反饋信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中進(jìn)一步響應(yīng)于可選擇負(fù)載電阻電路而偏移所述 差分輸入信號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)的強(qiáng)度對(duì)應(yīng)于高速模式或 者低功率對(duì)高速傳輸。
14.一種發(fā)射器，包括預(yù)驅(qū)動(dòng)器，被耦合用以偏移輸入信號(hào)的電壓電平以產(chǎn)生經(jīng)偏移的輸出信號(hào)，其中所述 預(yù)驅(qū)動(dòng)器響應(yīng)于電壓調(diào)節(jié)反饋信號(hào)而偏移所述輸入信號(hào)的電壓電平；驅(qū)動(dòng)器，用于接收所述經(jīng)偏移的信號(hào)，并響應(yīng)于所接收的經(jīng)偏移的信號(hào)而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)器 輸出信號(hào)；以及復(fù)制電路，被耦合到所述預(yù)驅(qū)動(dòng)器和所述驅(qū)動(dòng)器，所述復(fù)制電路包括來(lái)自所述預(yù)驅(qū)動(dòng) 器電路和所述驅(qū)動(dòng)器電路的經(jīng)縮放組件，其中所述經(jīng)縮放組件和電壓參考被用于產(chǎn)生所述 電壓調(diào)節(jié)反饋信號(hào)，其中所述復(fù)制電壓調(diào)節(jié)反饋信號(hào)表示所述驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)的輸出電 壓。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述預(yù)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)一步響應(yīng)于可選擇負(fù)載電阻電 路而偏移所述電壓。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述可選擇負(fù)載電阻電路包括并聯(lián)的電位電流 路徑，其中每一電位電流路徑包括串聯(lián)耦合的P型晶體管和電阻器。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述復(fù)制電路包括具有一電阻的經(jīng)縮放的電阻 器，該電阻器被縮放為用于接收所述驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)的接收器的負(fù)載電阻器。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中基板包括CMOS晶體管。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述預(yù)驅(qū)動(dòng)器的ρ型晶體管的漏極耦合到所述 復(fù)制電路的經(jīng)縮放的P型晶體管的漏極。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述復(fù)制電路包括具有一電阻的經(jīng)縮放的電阻 器，該電阻器被縮放為用于接收所述驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)的接收器的負(fù)載電阻器。
全文摘要
發(fā)射器提供快速穩(wěn)定時(shí)間、轉(zhuǎn)換率控制及功率效率，且同時(shí)降低對(duì)于大外部電容器的需求。發(fā)射器一般包括預(yù)驅(qū)動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)器和復(fù)制電路。預(yù)驅(qū)動(dòng)器可偏移輸入信號(hào)的電壓電平以產(chǎn)生偏移信號(hào)。預(yù)驅(qū)動(dòng)器可響應(yīng)于可選擇負(fù)載電阻電路和電壓調(diào)節(jié)反饋信號(hào)而偏移電壓電平。驅(qū)動(dòng)器接收該偏移信號(hào)并響應(yīng)于所接收的偏移信號(hào)而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)。復(fù)制電路可以是使用來(lái)自預(yù)驅(qū)動(dòng)器和驅(qū)動(dòng)器電路的縮放組件的預(yù)驅(qū)動(dòng)器和驅(qū)動(dòng)器的縮放復(fù)制。這些縮放組件可用于產(chǎn)生電壓調(diào)節(jié)反饋信號(hào)。所產(chǎn)生的電壓調(diào)節(jié)反饋信號(hào)表示例如驅(qū)動(dòng)器輸出的輸出電壓是否高于參考電壓。
文檔編號(hào)H03K19/0185GK101904100SQ200880120991
公開(kāi)日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2008年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月17日
發(fā)明者查爾斯·坤格·吳, 高潤(rùn)鶴 申請(qǐng)人:美商豪威科技股份有限公司