CN101441606B - 高速/高频差分信号传输中使用的电磁耦合器的无部件终端 - Google Patents

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Abstract

描述了高速/高频差分信号传输使用的电磁耦合器的无部件终端。在一个实施例中，装置包括：形成差分对的第一信号线和第二信号线；第一电磁耦合器，其用于提供从第一信号线采样的电磁信号；以及第二电磁耦合器，其用于提供从第二信号线采样的电磁信号，其中第一电磁耦合器是远端短路的，并且其中第二电磁耦合器是远端开路的。还描述了其它实施例并要求其权利。

Description

高速/高频差分信号传输中使用的电磁耦合器的无部件终端
技术领域
本发明的一个或多个实施例总体上涉及电磁耦合设备领域。更具体而言，本发明的一个或多个实施例涉及高速/高频差分信号传输中使用的电磁耦合器的无部件终端(component-less termination)。
背景技术
计算机系统内的设备之间的通信包括高速/高频数据链路。验证数据链路的电阻性探测器不太实用，原因在于它不仅会对测试的链路造成不利影响，而且也难以确定分立电阻器的位置。
发明内容
鉴于现有技术中的上述技术问题，提出了本发明。
在本发明的一个方面中，提出了一种电磁耦合装置，包括：发送设备；形成差分对的第一信号线和第二信号线；第一电磁耦合器，其用于提供从所述第一信号线采样的电磁信号，其中所述第一电磁耦合器具有远端和近端；第二电磁耦合器，其用于提供从所述第二信号线采样的电磁信号，其中所述第二电磁耦合器具有远端和近端，其中所述第一电磁耦合器是远端短路的，并且其中所述第二电磁耦合器是远端开路的；以及探测接收器，所述探测接收器用于从所述第一电磁耦合器和所述第二电磁耦合器接收近端信号，其中所述第一电磁耦合器和所述第二电磁耦合器的远端和近端分别是距离所述发送设备远的端和距离所述发送设备近的端，并且所述近端信号是在所述第一电磁耦合器和所述第二电磁耦合器的近端上的信号。
在本发明的另一个方面中，提出了一种电磁耦合装置，包括：集成电路设备；发送设备；差分信号对，其与所述集成电路设备耦合，所述差分对包含第一信号线和第二信号线；第一电磁耦合器，其用于提供从所述第一信号线采样的电磁信号，其中所述第一电磁耦合器具有远端和近端；第二电磁耦合器，其用于提供从所述第二信号线采样的电磁信号，其中所述第二电磁耦合器具有远端和近端，其中所述第一电磁耦合器是远端开路的，并且其中所述第二电磁耦合器是远端短路的；以及探测接收器，所述探测接收器用于从所述第一电磁耦合器和第二电磁耦合器接收近端信号，其中所述第一电磁耦合器和所述第二电磁耦合器的远端和近端分别是距离所述发送设备远的端和距离所述发送设备近的端，并且所述近端信号是在所述第一电磁耦合器和所述第二电磁耦合器的近端上的信号。
在本发明的另一个方面中，提出了一种电磁耦合系统，包括：网络控制器；存储器；处理器；发送设备；差分对，其与所述处理器和所述存储器耦合，所述差分对包含第一信号线和第二信号线；第一电磁耦合器，其用于提供从所述第一信号线采样的电磁信号，其中所述第一电磁耦合器具有远端和近端；第二电磁耦合器，其用于提供从所述第二信号线采样的电磁信号，其中所述第二电磁耦合器具有远端和近端，其中所述第一电磁耦合器是远端开路的，并且其中所述第二电磁耦合器是远端短路的；以及探测接收器，所述探测接收器用于从所述第一电磁耦合器和第二电磁耦合器接收近端信号，其中所述第一电磁耦合器和所述第二电磁耦合器的远端和近端分别是距离所述发送设备远的端和距离所述发送设备近的端，并且所述近端信号是在所述第一电磁耦合器和所述第二电磁耦合器的近端上的信号。
本发明可以用于验证数据链路，并且不会影响期望的近端信号，从而克服了现有技术中利用电阻性探测器验证数据链路的缺陷。
附图说明
在附图中以举例而非限制的方式示出了本发明的各种实施例，在附图中：
图1是根据本发明一个示例性实施例的电磁耦合器的示例性无部件终端的方框图；
图2示出了根据本发明一个示例性实施例的电磁耦合器的示例性无部件终端的截面图；
图3是与根据本发明一个示例性实施例的电磁耦合器的无部件终端一起使用的探测接收器上的示例性终端网络的方框图；以及
图4是适用于根据本发明一个示例性实施例的电磁耦合器的无部件终端的示例性电子装置的方框图。
具体实施方式
描述了一种在高速/高频差分信号传输中使用的电磁耦合器的无部件终端。在一个实施例中，电磁耦合器从差分对采样信号，所述电磁耦合器包括远端开路的第一电磁耦合器和远端短路的第二电磁耦合器。尽管可能存在从耦合器的远端反射回近端探测器的噪声，但是已经发现差分主信号诱发的第一电磁耦合器的这个噪声和第二电磁耦合器的这个噪声彼此具有相同的极性(因此，它们是共模噪声)，并且它们不会不利于差分链路数据的验证。
在以下的描述中，阐述了许多具体细节，例如逻辑实现、信号和总线的尺寸和名称、系统部件的类型和相互关系、以及逻辑划分/集成选择，以便更加充分地理解本发明。然而，本领域技术人员应该意识到可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明。在其它示例中，没有详细示出控制结构和门级电路，以免本发明难于理解。根据已包括的描述，本领域普通技术人员在不需要过度实验的情况下能够实现适当的逻辑电路。
电磁耦合设备能够使能量经由交互的电场和磁场在系统的各个部件之间传送。使用耦合系数来量化这些交互作用。容性耦合系数(KC)是两条耦合线路的每单位长度耦合电容(CM)与每单位长度电容的几何平均数(CL)之比。类似地，感性耦合系数(KL)是两条耦合线路的每单位长度互感(LM)与每单位长度电感的几何平均数(LL)之比。
对本领域技术人员公知的是，任何一对耦合的平行传输线路都会产生电磁耦合，本领域技术人员有时也将其称为串扰。换言之，串扰是传输一个信号的信息，其中该信息可能或不可能干扰另一个信号。在基于电磁耦合器的探测解决方案中，耦合器近端处的耦合信号携带了足够的信息来进行逻辑验证。
另外，尽管这里描述的实施例涉及电磁耦合器，但本领域技术人员应该意识到，可以将本发明的这些实施例应用到其它系统上。其它结构落入了如所附权利要求限定的本发明的实施例中。选择上述实施例，并对其描述，以便最好地介绍本发明实施例的原理以及它的实际应用。选择这些实施例，从而使得本领域技术人员最好地利用本发明和各种实施例，为了适合特定的预期用途，可对实施例进行各种修改。
图1是根据本发明一个示例性实施例的电磁耦合器的示例性无部件终端的方框图。如图所示，系统100包括发送设备102、接收设备104、主p信号106、主n信号108、p信号耦合器110、p信号耦合器远端112、p信号耦合器近端114、n信号耦合器116、n信号耦合器远端118以及n信号耦合器近端120。
发送设备102和接收设备104可以代表任意类型的集成电路设备。在一个实施例中，例如，发送设备102可以是处理器或控制器，接收设备可以是存储器或I/O设备。发送设备102和接收设备104可以集成在同一平台中，例如印刷电路板，或者发送设备102和接收设备104可以并入到隔开一些距离的分离平台中。
主p信号106和主n信号108形成了发送设备102的差分对，用于向接收设备104传送数据。如本领域所公知，在高速/高频信号传输中，差分信号传输比单端信号传输有优势，特别是在抗噪性方面。在一个实施例中，主p信号106和主n信号108包括匹配的长度和几何结构，并且它们不需要如图所示那样直。
p信号耦合器110和n信号耦合器116代表电磁耦合器，以分别提供从主p信号106和主n信号108采样的电磁信号。在一个实施例中，p信号耦合器110和n信号耦合器116具有匹配的长度，并且分别与主p信号106和主n信号108的几何结构一致。
在一个示例性实施例中，p信号耦合器110在p信号耦合器远端112处短路(连接到地)，而n信号耦合器116在n信号远端118处开路(无端接)。尽管这会导致能量反射回p信号耦合器近端114和n信号耦合器近端120，但是由于反射系数的相位差是180度，因此反射的能量被有效地转换为共模信号。这使得在模式正交的基础上期望的近端耦合能量与远端反射的能量有效分离。在将适当的共模终端(为了简单起见在图1中没有示出)构造在互连通道中的情况下，反射的远端前向耦合能量(共模)不会干扰期望的近端信号(差分模式)。
图2示出了根据本发明一个示例性实施例的电磁耦合器的示例性无部件终端的截面图。如图所示，系统200包括主p信号202、主n信号204、p信号耦合器206、n信号耦合器208、过孔210、接地层212、金属层214和金属层216。
在一个实施例中，p信号耦合器206提供从主p信号202采样的电磁信号，该p信号耦合器206通过在耦合器远端的过孔210连接到接地层212。反之，n信号耦合器208提供从主n信号204采样的电磁信号，该n信号耦合器208是远端无端接的。
在一个实施例中，主信号202和204位于金属层214上，而电磁耦合器206和208位于金属层216上。在另一个实施例中，主信号202和204位于与电磁耦合器206和208相同的金属层上。
图3是与根据本发明一个示例性实施例的电磁耦合器的无部件终端一起使用的探测接收器上的示例性终端网络的方框图。如图所示，系统300包括终端网络302、耦合的n信号304、耦合的p信号306、终端电阻器308，310和312、以及分析设备314。
将终端网络302设计成从电磁耦合器(例如，图1的耦合器110和116)接收所述耦合的n信号304和耦合的p信号306，并且传送它们到分析设备314。在一个实施例中，在接收器匹配网络中，终端网络302包括终端电阻器308、310和312，以便同时与共模阻抗和差分阻抗相匹配。终端匹配网络对来自远端耦合的共模信号进行吸收，并且由于模式正交，因此来自远端耦合的共模信号不会对来自近端耦合的期望差分信号造成干扰。在这个例子中，如果终端电阻器308和310的值是R1并且终端电阻器312的值是R2，那么差分阻抗将是2×R1并且共模阻抗将是0.5×R1+R2。
分析设备314可以代表任意能够分析差模信号的示波器。
图4是适用于根据本发明一个示例性实施例的电磁耦合器的无部件终端的示例性电子装置的方框图。电子装置400旨在代表各种各样的传统电子装置和非传统电子装置、膝上型计算机、蜂窝电话、无线通信用户单元、个人数字助理中的任意一种，或者电子装置400旨在代表任何受益于本发明教导的电气装置。根据所示的示例性实施例，电子装置400可以包括处理器402、存储控制器404、系统存储器406、输入/输出控制器408、网络控制器410以及输入/输出设备412中的一种或多种，它们如图4所示那样进行耦合。电子装置400可以包括位于部件(差分对)之间的连接，所述部件包括具有如上所述的本发明实施例的无部件终端的电磁耦合器。
处理器402可以代表任意的各种各样的控制逻辑，包括但不限于微处理器、可编程逻辑器件(PLD)、可编程逻辑阵列(PLA)、专用集成电路(ASIC)、微控制器等中的一种或多种，尽管本发明并不仅限于此。在一个实施例中，处理器402是
Figure GSB00000620848700051
兼容处理器。处理器402可以具有指令集，该指令集含有多个机器级指令，这些指令集可以例如由应用程序或操作系统调用。
存储控制器404可以代表任意类型的芯片组或控制逻辑，它们将系统存储器406与电子装置400的其它部件进行接口。在一个实施例中，处理器402与存储控制器404之间的连接可以是包括一个或多个差分对的高速/高频串行链路。在另一个实施例中，存储控制器404可以并入到处理器402中，并且差分对可以直接将处理器402与系统存储器406连接在一起。
系统存储器406可以代表任意类型的用于存储数据和指令的存储器设备，这些数据和指令可能已经由处理器402使用或者将要由处理器402使用。典型地，尽管本发明不局限于此，但是系统存储器406由动态随机存取存储器(DRAM)构成。在一个实施例中，系统存储器406可以由Rambus DRAM(RDRAM)构成。在另一实施例中，系统存储器406可以由双倍数据速率同步DRAM(DDRSDRAM)构成。
输入/输出(I/O)控制器408可以代表任意类型的芯片组或控制逻辑，其将I/O设备412与电子装置400的其它部件进行接口。在一个实施例中，可以将I/O控制器408称为南桥。在另一个实施例中，I/O控制器408可以遵守PCI特别兴趣组在2003年4月15日发布的外围部件互连(PCI)ExpressTM基础规范，修订本1.0a。
网络控制器410可以代表任意类型的允许电子装置400与其它电子装置(设备)进行通信的设备。在一个实施例中，网络控制器410可以遵守电气和电子工程师协会(IEEE)802.11b标准(1999年9月16日批准，作为1999版本的ANSI/IEEE标准802.11的补充)。在另一个实施例中，网络控制器410可以是以太网接口卡。
输入/输出(I/O)设备412可以代表任意类型的设备、外围设备或部件，其向电子装置400提供输入或处理电子装置400的输出。
应该理解，即使已经在前面的描述中阐述了本发明各种实施例的多种特征和优点、以及本发明各种实施例的结构和功能的细节，但是该公开只是示例性的。在一些情况下，仅针对某一个实施例详细描述了特定的子组件。然而，应该意识到，可以将这样的子组件应用在本发明的其它实施例中。可以在由所述权利要求所采用的术语表达的广阔一般意义的范围内对细节进行各种改变，特别是对在本发明实施例的原理之内的部件结构和管理方面进行各种改变。
已经公开了示例性实施例和最优模式，可以对所公开的实施例进行各种修改和改变，同时使它们保持在由下列权利要求限定的本发明实施例的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种电磁耦合装置，包括：
发送设备；
形成差分对的第一信号线和第二信号线；
第一电磁耦合器，其用于提供从所述第一信号线采样的电磁信号，其中所述第一电磁耦合器具有远端和近端；
第二电磁耦合器，其用于提供从所述第二信号线采样的电磁信号，其中所述第二电磁耦合器具有远端和近端，其中所述第一电磁耦合器是远端短路的，并且其中所述第二电磁耦合器是远端开路的；以及
探测接收器，所述探测接收器用于从所述第一电磁耦合器和所述第二电磁耦合器接收近端信号，
其中所述第一电磁耦合器和所述第二电磁耦合器的远端和近端分别是距离所述发送设备远的端和距离所述发送设备近的端，并且
所述近端信号是在所述第一电磁耦合器和所述第二电磁耦合器的近端上的信号。
2.如权利要求1所述的电磁耦合装置，其中所述第一信号线和所述第二信号线包括基本匹配的长度和几何结构。
3.如权利要求1所述的电磁耦合装置，其中所述信号线包括与所述电磁耦合器的金属层相同的金属层。
4.如权利要求1所述的电磁耦合装置，其中所述信号线包括与所述电磁耦合器的金属层不同的金属层。
5.如权利要求1所述的电磁耦合装置，进一步包括位于所述探测接收器上的终端网络，所述终端网络包括匹配的共模阻抗和匹配的差分阻抗，其中所述匹配的共模阻抗的值为R1，而所述匹配的差分阻抗的值为R2。
6.如权利要求5所述的电磁耦合装置，其中所述探测接收器包括等于2×R1的差分阻抗。
7.如权利要求5所述的电磁耦合装置，其中所述探测接收器包括等于0.5×R1+R2的共模阻抗。
8.一种电磁耦合装置，包括：
集成电路设备；
发送设备；
差分信号对，其与所述集成电路设备耦合，所述差分对包含第一信号线和第二信号线；
第一电磁耦合器，其用于提供从所述第一信号线采样的电磁信号，其中所述第一电磁耦合器具有远端和近端；
第二电磁耦合器，其用于提供从所述第二信号线采样的电磁信号，其中所述第二电磁耦合器具有远端和近端，其中所述第一电磁耦合器是远端开路的，并且其中所述第二电磁耦合器是远端短路的；以及
探测接收器，所述探测接收器用于从所述第一电磁耦合器和第二电磁耦合器接收近端信号，
其中所述第一电磁耦合器和所述第二电磁耦合器的远端和近端分别是距离所述发送设备远的端和距离所述发送设备近的端，并且
所述近端信号是在所述第一电磁耦合器和所述第二电磁耦合器的近端上的信号。
9.如权利要求8所述的电磁耦合装置，其中所述第一电磁耦合器和所述第二电磁耦合器包括基本匹配的长度和几何结构。
10.如权利要求8所述的电磁耦合装置，其中所述信号线包括与所述电磁耦合器的金属层相同的金属层。
11.如权利要求8所述的电磁耦合装置，其中所述信号线包括与所述电磁耦合器的金属层不同的金属层。
12.如权利要求8所述的电磁耦合装置，进一步包括终端网络，用于针对从所述电磁耦合器接收的耦合信号进行阻抗匹配。
13.一种电磁耦合系统，包括：
网络控制器；
存储器；
处理器；
发送设备；
差分对，其与所述处理器和所述存储器耦合，所述差分对包含第一信号线和第二信号线；
第一电磁耦合器，其用于提供从所述第一信号线采样的电磁信号，其中所述第一电磁耦合器具有远端和近端；
第二电磁耦合器，其用于提供从所述第二信号线采样的电磁信号，其中所述第二电磁耦合器具有远端和近端，其中所述第一电磁耦合器是远端开路的，并且其中所述第二电磁耦合器是远端短路的；以及
探测接收器，所述探测接收器用于从所述第一电磁耦合器和第二电磁耦合器接收近端信号，
其中所述第一电磁耦合器和所述第二电磁耦合器的远端和近端分别是距离所述发送设备远的端和距离所述发送设备近的端，并且
所述近端信号是在所述第一电磁耦合器和所述第二电磁耦合器的近端上的信号。
14.如权利要求13所述的电磁耦合系统，其中所述第一电磁耦合器和所述第二电磁耦合器包括基本匹配的长度和几何结构。
15.如权利要求13所述的电磁耦合系统，其中所述信号线包括与所述电磁耦合器的金属层相同的金属层。
16.如权利要求13所述的电磁耦合系统，其中所述信号线包括与所述电磁耦合器的金属层不同的金属层。
17.如权利要求13所述的电磁耦合系统，进一步包括终端网络，用于针对从所述电磁耦合器接收的耦合信号进行阻抗匹配。
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