CN101202723B

CN101202723B - 电平转换电路及具有该电路的ic芯片

Info

Publication number: CN101202723B
Application number: CN200610164997XA
Authority: CN
Inventors: 迟红武; 马克
Original assignee: Analogix Semiconductor Beijing Inc
Current assignee: Analogix Semiconductor Beijing Inc
Priority date: 2006-12-11
Filing date: 2006-12-11
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2026-12-11
Also published as: CN101202723A

Abstract

本发明提供了一种用于接口芯片的电平转换电路，接口芯片连接至通信线路的信号线，信号线上设置有匹配电阻和偏置电源，信号线、匹配电阻、和偏置电源提供信号电平，信号电平高于接口芯片的工作部分的工作电平，该电平转换电路包括：耦合部分，其连接于信号线与工作部分之间，用于将信号电平耦合至工作部分；耦合部分还负载信号电平的一部分，并将信号电平的其余部分输出至工作部分，其中，信号电平的其余部分不高于工作电平。本发明还提供了一种集成电路芯片，包括上述的电平转换电路。

Description

电平转换电路及具有该电路的IC芯片

技术领域

本发明涉及半导体集成芯片(IC)，更具体而言，涉及一种电平转换电路(Analog Level Shift Circuit)，以及具有该电平转换电路的IC芯片。

背景技术

在进行数据通信时，由于数据传输是在强干扰的环境中进行的，而且传输距离又较远，所以数据的损耗较大且失真较大。

为了保证数据能准确传输，通信电缆最好选用具有屏蔽层的双绞线，可以提高抗电场和磁场干扰的能力，同时也很经济。例如，图1示出了通信传输示意图。在图1中，L1、L2共一绞，L3、L4共另一绞。另外，双绞线的屏蔽层最好单点接地。

同时为了实现数据高速传输，有必要提高数据信号频率，然而这会带来反射问题。由于高频信号在端点发生反射，导致与传入信号的叠加，致使传入信号产生严重的畸变，这是人们不愿意看到的。为了解决该问题，人们提出了一种匹配电阻的技术。

例如，双绞线的终端要连接终端匹配电阻R_f，以减小网络的反射，提高抗干扰能力。终端匹配电阻R_f值可以取50Ω，偏置电源(BiasPower)Vcc的电平可以取3.3v，连接方法可以采用平衡匹配法。图2是根据现有技术的一个实施例的平衡匹配电阻的连接方法，示出了上述的情况。

在上述的通信线路中，由于数据传输要求发送(Txd)和接收(Rxd)双方能够正常接收发送，所以必须遵守一致的通信协议。目前，世界上的各种标准化组织已经制订了并且还将制订很多的通信协议。根据这些通信协议，对于匹配电阻的电阻值，以及偏置电源Vcc的电平值往往都作出了具体的规定。在不同的标准协议中，匹配电阻和偏置电源Vcc的电平往往不相同。例如，匹配电阻可以是75Ω、100Ω、150Ω等，偏置电源Vcc的电平可以是5v、12v等。然而标准是固定的，用于通信线路的接口芯片却是因设计而各异的，不一定适应该通信线路的关于偏置电源Vcc的电平的规定。

例如，在图2所示的通信线路中，协议要求匹配电阻是50Ω，偏置电源Vcc的电平是3.3v，然而接口芯片Chip的额定工作电平是1.8v。由于接口芯片Chip长期工作在3.3v的波动电平下，导致长期承受压力(stress)，严重缩短了寿命。

因此，人们需要一种通信线路电平转换的解决方案，以解决上述相关技术中的问题。

发明内容

本发明旨在提供电平转换电路以及具有该电平转换电路的IC芯片，以为IC芯片提供合适的工作电平，从而延长IC芯片的使用寿命。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于接口芯片的电平转换电路，接口芯片连接至通信线路的信号线，信号线上设置有匹配电阻和偏置电源，信号线、匹配电阻、和偏置电源提供信号电平，信号电平高于接口芯片的工作部分的工作电平，该电平转换电路包括：耦合部分，其连接于信号线与工作部分之间，用于将信号电平耦合至工作部分；耦合部分还负载信号电平的一部分，并将信号电平的其余部分输出至工作部分，其中，信号电平的其余部分不高于工作电平，耦合部分包括低通部分和与低通部分并联的高通部分，低通部分是电阻器，其用于耦合信号电平中的低频部分，高通部分是电容器，其用于耦合信号电平的高频部分。

显然，该电平转换方案用于将信号线上的各种标准所规定的偏置电平转换成适合于接口芯片的工作电平，从而减轻接口芯片承受的压力，进而，延长接口芯片的工作寿命。

在上述的电平转换电路中，还包括反馈部分，用于产生反馈电流，并提供给电阻器，反馈电流对应于信号电平的其余部分与工作电平的差值，当差值增大时，反馈电流减小，否则反之。

在上述的电平转换电路中，反馈部分包括串联的第一晶体管和第二晶体管，第一晶体管的源极连接至电阻器的输出端，其栅极连接偏置电源，其漏极连接至第二晶体管的源极，第二晶体管的栅极接接口芯片提供的反馈偏置电平，其漏极接接口芯片的地线，反馈偏置电平对应于差值。

由于本发明的电路具有反馈调节功能，所以能够自适应地调节转换电平，从而减少了信号电平波动带来的影响。

显然，以上提供的电平转换电路结构简单，适合于芯片集成，不会带来显著的成本上升。

在上述的电平转换电路中，信号线是双绞线，耦合部分包括一对电阻器，反馈部分包括一对串联的第一晶体管和第二晶体管，这些电阻器和晶体管全都对称地分布于双绞线的一对线上。

在上述的电平转换电路中，信号线是n芯线缆，耦合部分包括n个电阻器，反馈部分包括n对串联的第一晶体管和第二晶体管，这些电阻器和晶体管全都对称地分布于n芯线缆的每一条线上。

在上述的电平转换电路中，接口芯片包括用于提供差值的比较电路，比较电路从信号电平的其余部分提取出信号共模电平，并与一固定电平相比较，得到差值。

根据本发明的另一方面，提供了一种集成电路芯片，包括上述的电平转换电路。

通过上述技术方案，本发明实现了如下技术效果：

本发明使得信号线上的各种标准所规定的偏置电平转换成了适合于接口芯片的工作电平，从而减轻了接口芯片承受的压力，进而，延长了接口芯片的工作寿命。

另外，由于本发明提供的电平转换电路具有反馈调节功能，所以能够自适应地调节转换电平，减少信号电平波动带来的影响。

再又，本发明提供的电平转换电路结构简单，适合于芯片集成，不会带来显著的成本上升。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据相关技术的通信线路示意图；

图2示出了根据相关技术的具有匹配电阻和偏置电源的通信线路示意图；

图3示出了根据本发明实施例的电平转换电路的等效电路图；

图4示出了根据本发明双绞线实施例的电平转换电路的等效电路图；

图5示出了图3所示的电平转换电路的电平转换对比图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

图3示出了根据本发明实施例的电平转换电路300的示意图，接口芯片连接至通信线路的信号线，信号线上设置匹配电阻和偏置电源AVDD，信号线、匹配电阻、和偏置电源提供信号电平，其高于接口芯片的工作电平，图中AVDD为3.3v，而工作电平约为1.8v，电平转换电路300包括：耦合部分302，其连接于信号线与接口芯片的工作部分之间，用于将信号电平耦合至工作部分；耦合部分302还负载信号电平的一部分，并将信号电平的其余部分输出至工作部分，其中，信号电平的其余部分不高于工作电平1.8v。

以上的电平转换电路将信号线上的各种标准所规定的偏置电平转换成了适合于接口芯片的工作电平，从而减轻了接口芯片承受的压力，进而，延长了接口芯片的工作寿命。

耦合部分302可包括低通部分306，用于耦合信号电平中的低频部分。低通部分306可以是电阻器R2。

耦合部分302还可包括与低通部分306并联的高通部分308，其用于耦合信号电平的高频部分。高通部分308可以是电容器C0。

在电平转换电路300中，还可包括反馈部分304，用于产生反馈电流，并提供给电阻器，反馈电流对应于耦合部分所输出的信号电平的其余部分与工作电平的差值，当差值增大时，反馈电流减小，否则反之。

反馈部分304可用串联的第一晶体管310(M3)和第二晶体管312(M2)来实现，第一晶体管310的源极连接至电阻器的输出端，其栅极接偏置电源AVDD，其漏极连接至第二晶体管312的源极，第二晶体管312的栅极接上述的差值，其漏极接接口芯片的地线电平AVSS。

在上述的电平转换电路中，接口芯片可包括用于提供差值的比较电路，比较电路从耦合部分的输出OUT中提取出信号共模电平，并与一固定电平相比较，得到上述的差值。

由于本发明的电路具有反馈调节功能，所以能够自适应地调节转换电平，减少了信号电平波动带来的影响。

显然，本发明提供的电平转换电路结构简单，适合于芯片集成，不会带来显著的成本上升。

信号线可以是双绞线，耦合部分302包括一对电阻器，反馈部分304包括一对串联的第一晶体管310和第二晶体管312，这些电阻器和晶体管全都对称地分布于双绞线的一对线上。

如图5所示，采用如图3所示的本发明的电平转换电路后，将原本在3.3v上下波动的Vin转换成了低于1.8v，适合于工作部分工作的Vout。

如图4所示，在一对双绞线上，分别设置有电阻器R2、R3作为低通部分，并且设置与其并联的电容器C0、C1作为高通部分。而晶体管则在一对双绞线上，分别设置有M3和M2，以及M0和M1。

显然，信号线也可以是n芯线缆，耦合部分302包括n个电阻器，反馈部分304包括n对串联的第一晶体管310和第二晶体管312，这些电阻器和晶体管全都对称地分布于n芯线缆的每一条线上。其具体实现类似于图3和图4，这里不再赘述。

从以上描述可以看出，本发明实现了如下技术效果：

另外，由于本发明提供的电平转换电路具有反馈调节功能，所以能够自适应地调节转换电平，从而减少了信号电平波动带来的影响。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于接口芯片的电平转换电路，所述接口芯片连接至通信线路的信号线，所述信号线上设置有匹配电阻和偏置电源，所述信号线、所述匹配电阻、和所述偏置电源提供信号电平，所述信号电平高于所述接口芯片的工作部分的工作电平，所述电平转换电路的特征在于，包括：

耦合部分，其连接于所述信号线与所述工作部分之间，用于将所述信号电平耦合至所述工作部分；所述耦合部分还负载所述信号电平的一部分，并将所述信号电平的其余部分输出至所述工作部分，其中，所述信号电平的其余部分不高于所述工作电平，

其中，所述耦合部分包括低通部分和与所述低通部分并联的高通部分，所述低通部分是电阻器，其用于耦合所述信号电平中的低频部分，所述高通部分是电容器，其用于耦合所述信号电平的高频部分。

2.根据权利要求1所述的电平转换电路，其特征在于，还包括反馈部分，用于产生反馈电流，并提供给所述电阻器，所述反馈电流对应于所述信号电平的其余部分与所述工作电平的差值，当所述差值增大时，所述反馈电流减小，否则反之。

3.根据权利要求2所述的电平转换电路，其特征在于，所述反馈部分包括串联的第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管的源极连接至所述电阻器的输出端，其栅极连接所述偏置电源，其漏极连接至所述第二晶体管的源极，所述第二晶体管的栅极接所述接口芯片提供的反馈偏置电平，其漏极接所述接口芯片的地线，所述反馈偏置电平对应于所述差值。

4.根据权利要求3所述的电平转换电路，其特征在于，所述信号线是双绞线，所述耦合部分包括一对电阻器，所述反馈部分包括一对串联的第一晶体管和第二晶体管，这些电阻器和晶体管全都对称地分布于所述双绞线的一对线上。

5.根据权利要求3所述的电平转换电路，其特征在于，所述接口芯片包括用于提供所述差值的比较电路，所述比较电路从所述信号电平的其余部分提取出信号共模电平，并与一固定电平相比较，得到所述差值。

6.一种集成电路芯片，其特征在于，包括权利要求1至5中任一项所述的电平转换电路。