CN101099358B - 用于传输数字信号的传输电路、接口、控制功耗的方法 - Google Patents

Abstract

一种通过多个并行驱动器片(20A，20B，20C，20D)提供可选功耗的数字传输电路和方法，提高了接口的灵活性，同时在可能的情况下降低了发射机功耗，面积和复杂度。通过一组并行驱动器片(20A，20B，20C，20D)和激活这些片当中一个或多个的控制逻辑提供级联的一系列驱动器级(I1，I3，I5)，它们组合起来产生级联的有源驱动器电路。片组合的功耗/驱动级别可选性提供可以微调至适合于特定应用的驱动器，以便以最低的功耗级提供要求的性能。

Description

用于传输数字信号的传输电路、接口、控制功耗的方法

对相关申请的交叉参考 

本申请涉及公开序号为2004/203483、标题为“INTERFACE TRANSEIVER POWER MANAGEMENT METHOD AND APPARATUS”的；以及公开号为2005/0240386、标题为“METHODAND SYSTEM FOR INTERACTIVE MODELING OF HIGH LEVEL NETWORK PERFORMANCE WITH LOW-LEVEL DESIGN”的未决美国专利申请，这两个申请与本申请具有至少一个相同的发明人，并转让给与本申请相同的受让人。上述专利申请的说明书合并于此以资参考。 

技术领域

本发明一般涉及通信链路电路，并且更具体而言，涉及具有可选驱动能力和功耗的数字信号发射机。 

背景技术

当今系统设备之间的接口及电路之间的接口在工作频率和复杂度方面已经发生了增长。特别地，高速串行接口包括发射机和接收机，它们通常消耗继集成电路相对大量的功率分配。然而，取决于信道状态和参数，为了在接口的远端获得适当的信号接收，可能不需要传输电路的最大输出信号级别。例如，与其他情况相比，在某些应用中信道物理长度可能会更短，这就降低了信号劣化并由此降低相同接收机复杂度的发射功率要求。 

由于有限的设计资源和满足多种接口应用要求，客户和信道状态的需求，上述接口内的发射机和接收机通常为最坏情况的误比特率和环境条件而设计，从而产生相对复杂的接收机和大功率发射机。因此， 并不总是有可能提供一种当能够获得高信道质量时具有较低功耗的发射机。 

上述参考专利申请披露了一种接口，其中发射机和接收机具有可调节和/或自适应参数，以便细微地调谐接口以管理功耗。可控参数之一是接口驱动器电路的发射机功率级。然而，通过改变驱动器电压和/或电流水平而执行的典型发射功率调节并不总是调节发射功率的优选机制。计算机子系统内及之间的通信链路已经达到了5gHz至10gHz之间的带宽，并且接口频率可以预期在未来得以进一步增长。以这种高频率运行的驱动器电路的操作通常并不与电压或偏置电流调节很好地成比例地进行，这是因为由这些调节引起的内部阻抗变化导致功率失配或损耗。随着发射机功率的降低，延迟通常也会增加，降低了数据窗口完整性。 

上述发射机驱动器一般不是简单的将使用实际上接近零的阻抗的功率轨道级别转换到接口线路上的数字缓冲器或逆变器，而通常是这样的线性驱动器电路，其配备具有逐渐增加且受控的信号电流水平的多个放大级或者开关。级联驱动器电路将集成电路或子系统内部的信号功率级，逐渐地升高到在整个接口信道上传输所要求的级别。 

当配备上述引用的专利申请中所用的可调节功耗发射机时，可需要若干不同的功率级以提供功率级对驱动器性能的最佳选择。特别地，对于标题为“METHOD AND SYSTEM FOR INTERACTIVEMODELING OF HIGH LEVEL NETWORK PERFORMANCEWITH LOW-LEVEL DESIGN”的申请，可需要许多不均匀间隔的驱动器功率级。一个极端是，最不挑剔的应用和信道具有很低的功率级要求，并因此在发射功率级的选择中具有很高的分辨率。另一个极端是，要求最苛刻的应用和信道要求很大的发射功率级。 

因此需要提供一种具有可选功耗的接口发射机电路，它提供多个不均匀间隔的功率级。另外还需要提供一种具有最少量的控制逻辑的接口发射机电路。 

发明内容

根据本发明，在方法和装置中提供一种接口收发机，它具有多个不均匀间隔的可选功率级，其具有最少量的控制逻辑。该方法和装置同时满足在有限数目的全异链路及信道状态上操作的接口要求，而不需要在可选的发射功率上施加很多非常小的增量。更少可选功率级的使用，通过降低所需控制逻辑的数量，还降低了发射机电路的面积和复杂度。 

所述装置是用于发射数字信号的发射机电路。该发射机分为许多片，每一片都具有从发射机输入端延续到发射机输出端的多个级联驱动器级。这些片在每个驱动器级处并行连接，并且包括使能输入，从而可以禁用这些片中的任何一个，为驱动器电路提供可编程的功率级。通过对每个片使用不等的功率级，与一组相等功率级的片相比，提高了功率选择性的范围，这可以只产生N∶1的值范围，其中N为片数。由此还可以减少控制逻辑，因为片数会减小，而仍同时满足功率级/性能选择性的期望范围。 

该选择和功率控制过程可以由逻辑连接，寄存器比特或者通过来自接口质量测量电路的信号进行编程。通过向远程发射机发送控制信号，也可以在接口的另一端对远程发射机进行功率管理。 

通过下述对如附图所示的本发明优选实施例所进行的更具体的描述，本发明的前述和其他目的，特征和优点将显而易见。 

附图说明

认为是本发明特征的新颖特征将在所附权利要求中进行阐述。然而，通过参考以下对说明性实施例的详细描述，当结合附图一起阅读时，本发明自身，以及本发明使用的优选模式，进一步的目的和优点，将得到最好的理解，在附图中相同的附图标记表示相同的部件： 

图1是根据本发明实施例的通过接口相连的收发机的方框图。 

图2是根据本发明实施例的传输电路的示意图。 

具体实施方式

现在参照附图，特别是参照图1，描绘了根据本发明实施例，通过接口或信道10相连的收发机12A和12B的方框图。收发机12A，12B可以位于诸如计算机外围设备，计算机系统的设备内，或者系统内互连的集成电路内。接口10可以是所描绘的单一双线双向接口，或者可以是全双工单线接口，或者是具有半双工或全双工配置中的多个收发机的总线。收发机12A和12B每一个都利用接收机14A和14B及发射机16A和16B与接口10相连，但本发明可应用于一般而言的发射机，并应当理解根据本发明实施例的发射机可以包含在设备中，以便与任意一种以上指定类型的接口10，以及其他形式的电信号互连相连。 

本发明的发射机16A和16B包含当信道状态允许时降低发射机功耗的从可编程寄存器19提供的功率控制模式选择输入。发射机(驱动器)电路分为权重不等的多个片20，对这些权重进行计算以提供各种接口功耗对性能的最佳覆盖范围。 

通过使一个或多个供电轨道与每个禁用片中的内部逆变器或缓冲器隔离，可以禁用发射机16A，16B内不需要的片。替代地，这些逆变器或缓冲器可以设计为带有串行旁路晶体管，其具有耦合至使能信号以便阻碍电流通过逆变器/缓冲器从而防止或显著减少漏泄电流流过该设备的栅极。通过对供电轨道隔离设备使用更高的阈值电压设备，多阈值CMOS(MTCMOS)设计可以用来进一步减少禁用片中的漏泄电流。 

解码器15接收来自可编程寄存器19的功率级选择信号，并产生用于各片20的控制信号，这些控制信号可以独立地启用或禁用各片20。因此，上述发射机电路提供可选的功耗，其可以用来当信道状态良好时在收发机12A和12B内提供较低的功率使用和耗散，而当信道状态较差时利用较高的功耗状态保持低的误比特率(BER)。 

通过可编程寄存器19的功耗状态选择可选地可以是硬连线的，利用到可编程寄存器19的外部数据通路进行外部编程的，或者可以通 过来自接收机14A的接收进行编程的。接收机14A，发射机16A或二者都可以由一个或多个选择信号进行控制，例如可以给发射机16A和接收机14A当中任意一个提供多个比特，从而可以为接收机处理功率或发射机信号强度等，对功耗进行非常细微的权衡。在上述引用的专利申请中描述了具有可选功耗的接收机的细节，并且这些接收机可以与本发明的传输电路一致地使用。 

收发机12A是通过寄存器编程或外部连接进行外部功率模式选择的收发机的一个例子。功率模式的有线或寄存器选择在集成电路或系统(包括计算机系统，通信系统或外围设备)中是非常有用的。在这些系统中，外部终端(17)根据其应用(例如，缚于外围设备上的已知短屏蔽电缆长度指示高信道质量，或者高质量电路板上两个收发机的连接也指示高信道质量)可以是硬连线的。 

收发机12B是响应接口质量测量块18执行的测量，进行基于信道质量的自动功率级选择的收发机的一个例子，所述接口质量测量块18可以是眼图电路，检错电路或用于检测信道质量低于预期阈值的其他机构。选择信号SWL B由接口质量测量块18的输出端提供，并且自动地选择与所测信道质量一致的功率级。 

另一种收发机功耗控制由接口链路提供，其中可以通过经由接口10发送的且由诸如接收机14A的接收机接收的命令代码的接收，来设置诸如可编程寄存器19的寄存器。远程接口链路控制可用于当被编程的收发机不能确定信道质量或没有关于信道质量(例如电缆长度)的信息时，向收发机通告信道状态。同样，来自接口远端的信道质量返回提供了有关所发送信号的绝对信息，其中本地端的测量仅仅提供基于来自远端的信号接收的估计。因此，实际上，根据本发明，希望在接口的两端都提供接口质量测量，并且向始发侧返回信道质量测量信息以控制发射机功率。 

现在参照图2，描绘了根据本发明实施例的发射机/驱动器的细节。在各个内部输出点，驱动器片20A-20D通过片20A-20D的互连提供并行驱动电流。显示驱动器片20A的细节以说明内部实现的各种可 能性，但这些细节不应当理解为限制。通过由使能A信号和逆变器I2生成的补充量来控制的供电控制晶体管P1和N1选择性地启用逆变器I1。逆变器I1的输出端连接至其他驱动器片20B-20D第一级的输出端，这些输出端通常都沿着驱动器片20B-20D内级联逆变器(或缓冲器)提供的分布式驱动器的物理信号路径来共同定位。通过各个启用驱动器片的电流和来确定各个级的电流水平。例如，如果片20A-20B启用而片20C-20D禁用的话，把作为片20A的第二逆变器I3级的电流分量的电流IimA，加到作为片20B的相应级的电流分量的IimB上。同样，在这种功率选择配置中的整个发射机电路的输出电流将会是IoA+IoB。各个驱动器片20A-20D均具有用于各个级的电流水平，其是与其他片相比不同的、用于每个级的总的可能电流的一部分。一般而言，跨过片内各级的电流水平将与跨过所有片的该级位置的总的可能功率的相同部分成正比，但不是对本发明的限制。 

同样在片20A的细节中也示出了用于处理片20A-20D内使能控制信号的不同机制。对于邻近的逆变器/缓冲器(例如逆变器I1和I3)而言，更为实际的是共用供电控制设备P1和N1，从而减少所需设备的总体数目。当供电公用内部轨道(“虚拟供电轨道”)相对于供电控制设备P1和N1的预期尺寸而言延伸出不切实际的距离时，将使能信号提供给另一组供电控制设备N2和P2。逆变器I4提供互补的使能信号，但可选地，逆变器I2的输出可以连接至随后的级，以便控制正供电轨道。一般而言，根据驱动器的物理布局和级之间的物理长度，可以使用共用虚拟供电轨道或总线使能信号的任意组合。 

通过选择各片的电流比例(scaling)作为整个发射机/驱动器电路的总电流的特定离散部分，可以满足各种各样的全异接口需求目标对功耗目标。如果将这些片设置为相等的电流水平，那么在单位电流步进(step)中选择范围为N∶1。如果选择了各个级均具有1/2n的电流水平比例因子的“二进制”分法(其中N为片的总数目而n在1至N之间)，那么可以实现设备数目和控制架构尺寸的降低。然而，存在很多其他不相等的电流比例，其可以用来产生对于特定应用、并且根据 诸如接收机处理功率的其他可选接口特征优化的结果。这些值可以根据诸如标题为“METHOD AND SYSTEM FOR INTERACTIVEMODELING OF HIGH LEVEL NETWORK PERFORMANCEWITH LOW-LEVEL DESIGN”的上述引用的专利申请中描述的方法，利用经验来获得或推导。 

上述引用的专利申请中描述的方法根据所需的误比特率(BER)和抖动约束，来决定特定接口配置的发射机信号强度。 

结合诸如接收机复杂度等的其他参数来作出上述决定，从而可以在所选状态下确保接口性能。通过基于各个驱动器片20的比例因子来提供任意一组发射机功率级，结合其他接口参数和信道状态来选择驱动器功率的能力为必须服务于各种应用的接口提供健壮的解决方案，同时保持复杂度简化的驱动器。 

尽管已经结合本发明优选实施例，对本发明进行了具体展示和描述，但本领域技术人员应当理解，在此可以作出形式和细节上的前述和其他变化，而不脱离本发明的精神和范围。 

Claims (20)

1.一种用于向一个或多个接口导体传输数字信号的传输电路，包括：

多个并行驱动器片，每一个都包括多个级联的驱动器级，其中所述这些片在每个级具有公共输出节点，由此生成所述这些级的驱动电流，作为各个特定级处各片的不相等的各自的驱动电流的和；以及

控制逻辑，用于有选择地启用所述这些并行驱动器片，由此可以启用所述多个并行驱动器片的子集，以便选择功耗和性能级别。

2.根据权利要求1的传输电路，其中将所述各个特定级处各片的各自的驱动电流加权为不同值，以便提高功率选择性的范围。

3.根据权利要求2的传输电路，其中用二的幂来加权所述各个特定级处各片的各自的驱动电流，由此提供发射机电流的二进制选择。

4.根据权利要求2的传输电路，其中用任意因子来加权所述各个特定级处各片的各自的驱动电流，由此根据一组离散的发射机功率要求来提供发射机电流的选择。

5.根据权利要求1的传输电路，其中所述这些片的每一个均包括多个串联的逆变器，并且其中所述逆变器当中的至少两个具有连接到至少一个共用虚拟供电轨道的供电连接，并且其中所述传输电路还包括至少一个供电控制晶体管，所述至少一个供电控制晶体管具有耦合至所述控制逻辑的控制输入，由此启用和禁用所述至少两个逆变器。

6.根据权利要求1的传输电路，其中所述这些片的每一个均包括多个串联的缓冲器，并且其中所述缓冲器当中的至少两个具有连接到至少一个共用虚拟供电轨道的供电连接，并且其中所述传输电路还包括至少一个供电控制晶体管，所述至少一个供电控制晶体管具有耦合至所述控制逻辑的控制输入，由此启用和禁用所述至少两个缓冲器。

7.根据权利要求1的传输电路，还包括：解码器，用于接收多个选择信号，并生成各片的使能信号。

8.根据权利要求7的传输电路，还包括：可编程寄存器，用于接收与发射机信号电平相应的值并保存所述值，并且其中将所述可编程寄存器的输出耦合至所述解码器以提供所述多个选择信号。

9.根据权利要求1的传输电路，其中所述这些片的每一个均包括多个串联的逆变器，并且所述这些片的每一个还包括至少一个供电控制晶体管，所述至少一个供电控制晶体管具有耦合至所述控制逻辑的控制输入，由此启用和禁用所述逆变器，并且其中所述至少一个供电控制晶体管具有比构成所述逆变器的晶体管的阈值电压更大的阈值电压。

10.根据权利要求1的传输电路，其中所述这些片的每一个均包括多个串联的缓冲器，并且所述这些片的每一个还包括至少一个供电控制晶体管，所述至少一个供电控制晶体管具有耦合至所述控制逻辑的控制输入，由此启用和禁用所述缓冲器，并且所述至少一个供电控制晶体管具有比构成所述缓冲器的晶体管的阈值电压更大的阈值电压。

11.一种接口，包括：

传输电路，用于向一个或多个接口导体传输数字信号，所述传输电路包括：

输出驱动器，具有多个并行驱动器片，每一个并行驱动器片都包括多个级联的驱动器级，其中所述这些片在每个级具有公共输出节点，由此生成每个级的驱动电流，作为各个级处各片的不相等的各自的驱动电流的和；以及控制逻辑，用于响应于一个或多个控制信号有选择地启用所述并行驱动器片，由此可以启用所述多个并行驱动器片的子集，以便选择功耗和性能级别；以及

接口质量测量电路，用于响应于所述接口导体上的信号质量的确定，提供所述一个或多个控制信号。

12.根据权利要求11的接口，其中所述接口质量测量电路位于所述接口导体的与所述输出驱动器相对的远端，并且所述接口还包括：

第二传输电路，位于所述接口的所述远端，并耦合至所述接口导体和所述接口质量测量电路，用于传输所述信号质量确定的指示；

接收机，位于所述接口的本地端，并且耦合至所述一个或多个接口导体，用于接收来自所述接口的所述远端的所述指示，并且用于响应于所述接收到的指示，提供所述一个或多个控制信号。

13.根据权利要求11的接口，其中所述接口质量测量电路连同所述输出驱动器一起位于所述接口导体的本地端，以及其中所述接口质量测量电路耦合至所述控制逻辑，用于提供所述一个或多个控制信号。

14.根据权利要求11的接口，其中将所述各个特定级处各片的各自的驱动电流加权为不同值，以便提高功率选择性的范围。

15.一种控制数字接口发射机中的功耗的方法，包括：

接收可以降低所述接口发射机的功耗的指示；以及

响应于降低所述功耗的所述指示，禁用一个或多个不同加权的并行驱动器片，所述并行驱动器片的每一个都包括多个级联的驱动器级，其中所述这些片在每个级具有公共输出节点。

16.根据权利要求15的方法，其中所述禁用步骤将所述片的各个级处各片的各自的驱动电流编程为不同值的权重，以便提高功率选择性的范围。

17.根据权利要求16的方法，其中所述禁用步骤将各个级处各片的各自的驱动电流编程为二的幂的权重，由此提供发射机电流的二进制选择。

18.根据权利要求16的方法，其中所述禁用步骤将各个级处各片的各自的驱动电流编程为任意因子的权重，由此根据一组离散的发射机功率要求来提供发射机电流的选择。

19.根据权利要求15的方法，还包括：

测量所述接口信号线路上接口信号的质量；

确定所述质量是否超过阈值水平；以及

响应于确定出所述质量超过阈值水平，生成所述指示。

20.根据权利要求19的方法，其中所述测量和确定步骤在所述接口信号线路的与所述接口发射机相对的远端执行，并且所述方法还包括将所述指示的状态传递给位于所述接口信号线路的本地端的接收机，由此所述指示的所述状态用来执行在所述接口的所述本地端的所述禁用。

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