CN101488778B - 具有自动调整输出阻抗功能的线驱动器 - Google Patents

Abstract

一种线驱动器，用于放大一输入信号，以产生一输出信号，且包含一差动放大器、一对串接电阻、一对负反馈电阻、一对正反馈可变电阻及一调整单元。其中，该调整单元根据该输出信号，调整该对正反馈可变电阻的电阻值，以达到自动调整输出阻抗的功能并节省整体面积。

Description

具有自动调整输出阻抗功能的线驱动器

技术领域

本发明涉及一种线驱动器，特别是涉及一种具有自动调整输出阻抗功能的线驱动器。

背景技术

现今常使用一传输线(Transmission Line)来传输高速信号，并使用一线驱动器(Line Driver)来驱动该传输线。然而，为了减少信号的反射，该线驱动器的输出阻抗需与该传输线的本质阻抗相互匹配。

请参阅图1，图1为一现有的主动终端式(Active Terminal)线驱动器，是设置在一集成电路(图未示)中。该线驱动器耦接到该集成电路外的一外部电阻18。该线驱动器用于放大一输入电流I_in，以产生一输出电压来驱动该外部电阻18，其包含一差动放大器11、一对串接可变电阻12、13、一对负反馈电阻14、15及一对正反馈电阻16、17。每一串接可变电阻12、13包括多个电阻(图未示)及多个开关(图未示)，其中，所述开关可被控制，以改变所述电阻的耦接状态，进而改变该串接可变电阻12、13的电阻值。

请参阅图2，该线驱动器可被等效成一个半电路(Half Circuit)，以计算其输出阻抗Z_out及其转换阻抗(Transimpedance)1/G_m，计算结果如下所示：

$Z_{\mathrm{out}}=\frac{V_{\mathrm{out}}}{I_{\mathrm{out}}}=\frac{R_s}{1-\frac{R_f}{R_p}+\frac{R_s}{R_p}}\≅\frac{R_s}{1-\frac{R_f}{R_p}}$ (如果R_p＞＞R_s)

$\frac{1}{G_m}=\frac{V_{\mathrm{out}}}{I_{\mathrm{in}}}=\frac{R_f}{1+\frac{R_s}{R_l//R_p}-\frac{R_f}{R_p}}\≅\frac{R_f}{1+\frac{R_s}{R_l}-\frac{R_f}{R_p}}$ (如果R_p＞＞R_l)

其中，V_out是该输出电压的振幅，R_s是该对串接可变电阻12、13的电阻值，R_f是该对负反馈电阻14、15的电阻值，R_p是该对正反馈电阻16、17的电阻值，而R_l是该外部电阻18的电阻值。

因此，该输出电压的振幅V_out如下所示：

$V_{\mathrm{out}}=I_{\mathrm{in}}\×\frac{R_f}{1+\frac{R_s}{R_l}-\frac{R_f}{R_p}}.$

因为该集成电路的工艺偏移(所述电阻12-17的电阻值R_s、R_f、R_p的偏移比例实质上相同，且大约在±20％的范围内)，使得该输出阻抗Z_out及该转换阻抗1/G_m跟着偏移，且该输出阻抗Z_out约略正比于该对串接可变电阻12、13的电阻值R_s。

为了校正该输出阻抗Z_out到设计值，现有作法是藉由调整该对串接可变电阻12、13的电阻值R_s来达到目的，且为了使该输出电压的振幅V_out固定，现有作法更参考该集成电路中的一内部电阻(图未示)来产生该输入电流I_in(该输入电流I_in会受工艺偏移影响)，以抵消该转换阻抗1/G_m的偏移。

由于现有作法是根据该输出阻抗Z_out及该输出电压的振幅V_out经化简后的结果来进行校正，因此该输出阻抗Z_out及该输出电压的振幅V_out仍有偏移。

再者，由于该对串接可变电阻12、13的电阻值R_s很小(一般为几十欧姆)，使得所述开关的尺寸必须很大，以降低其导通电阻值，这会耗费较大的面积来实现所述开关，且所述开关的导通电阻值会受该输出电压影响，而降低了该输出电压的线性度。

发明内容

因此，本发明的目的即在提供一种线驱动器，可以自动调整输出阻抗及节省面积。

于是，本发明线驱动器包含：

一差动放大器，用来放大一输入信号，该差动放大器包括一反向输入端、一非反向输入端、一反向输出端及一非反向输出端，其中，该反向输入端及该非反向输入端接收该输入信号；

一对串接电阻，其中一第一串接电阻耦接在该差动放大器的非反向输出端，而一第二串接电阻耦接在该差动放大器的反向输出端，该对串接电阻输出一输出信号；

一对负反馈电阻，其中一第一负反馈电阻耦接在该差动放大器的反向输入端及非反向输出端之间，而一第二负反馈电阻耦接在该差动放大器的非反向输入端及反向输出端之间；

一对正反馈可变电阻，其中一第一正反馈可变电阻耦接在该差动放大器的反向输入端及该第二串接电阻之间，而一第二正反馈可变电阻耦接在该差动放大器的非反向输入端及该第一串接电阻之间；以及

一调整单元，耦接至该对正反馈可变电阻，用来根据该输出信号，以调整该对正反馈可变电阻的电阻值。

附图说明

图1是一电路示意图，说明一现有的主动终端式线驱动器；

图2是一电路示意图，说明该现有的线驱动器的半电路；

图3是一电路示意图，说明本发明线驱动器的第一实施例；及

图4是一电路示意图，说明本发明线驱动器的第二实施例。

附图符号说明

21  ··  差动放大器

22、  23  串接电阻

24、  25  负反馈电阻

26、  27  正反馈可变电阻

28  ··  调整单元

281   ·  比较器

282   ·  控制器

29  ··  参考振幅产生单元

291   ·  电压缓冲器

292   ·  电流源

293   ·  电流源

294   ·  电阻

295   ·  电阻

31、 32   电流源。

具体实施方式

有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的二个实施例的详细说明中，将可清楚地呈现。

请参阅图3，图3为本发明线驱动器的一第一实施例，其是设置在一集成电路(图未示)中。本实施例耦接到该集成电路外的一外部电阻30。本实施例包含一差动放大器21、一对串接电阻22、23、一对负反馈电阻24、25、一对正反馈可变电阻26、27及一调整单元28。每一正反馈可变电阻26、27包括多个电阻(图未示)及多个开关(图未示)，其中，所述开关可被控制，以改变所述电阻的耦接状态，进而改变该正反馈可变电阻26、27的电阻值R_p。

该差动放大器21用于放大一输入电流I_in，以产生一输出电压来驱动该外部电阻30。以一实施例来说，该输入电流I_in参考该集成电路外部的一参考电阻(图未示)而产生，因此，该输入电流I_in不受工艺偏移影响。该差动放大器21包括一反向输入端、一非反向输入端、一反向输出端及一非反向输出端。该反向输入端及该非反向输入端接收该输入电流I_in。

该串接电阻22耦接在该差动放大器21的非反向输出端及该外部电阻30的第一端之间，而该串接电阻23耦接在该差动放大器21的反向输出端及该外部电阻30的第二端之间。该对串接电阻22、23输出该输出电压到该外部电阻30，以一实施例来说，该对串接电阻22、23是由一对实质上固定电阻(fixed resistor)所实现。

该负反馈电阻24耦接在该差动放大器21的反向输入端及非反向输出端之间，而该负反馈电阻25耦接在该差动放大器21的非反向输入端及反向输出端之间，以一实施例来说，该对负反馈电阻24、25由一对实质上固定电阻所实现。

该正反馈可变电阻26耦接在该差动放大器21的反向输入端及该外部电阻30的第二端之间，而该正反馈可变电阻27耦接在该差动放大器21的非反向输入端及该外部电阻30的第一端之间。

该调整单元28根据该输出电压的振幅V_out，调整该对正反馈可变电阻26、27的电阻值R_p，以消除该输出电压的振幅V_out的偏移。

由于该集成电路的工艺偏移，所述电阻22-27的实际值R_{s_real}、R_{f_real}、R_{p_real}会变成设计值R_{s_design}、R_{f_design}、R_{p_design}的1+x倍。当调整该对正反馈可变电阻26、27的电阻值R_p，使其变成实际值R_{p_real}的1+y倍，本实施例的转换阻抗1/G_m的设计值1/G_{m_design}及校正值1/G_{m_cal}如下所示：

$\frac{1}{G_{m\_\mathrm{design}}}=\frac{R_{f\_\mathrm{design}}}{1+\frac{R_{s\_\mathrm{design}}}{R_l//R_{p\_\mathrm{design}}}-\frac{R_{f\_\mathrm{design}}}{R_{p\_\mathrm{design}}}},$

$\frac{1}{G_{m\_\mathrm{cal}}}=\frac{R_{f\_\mathrm{design}}(1+x)}{1+\frac{R_{s\_\mathrm{design}}(1+x)}{R_l//\left[R_{p\_\mathrm{design}}(1+x)(1+y)\right]}-\frac{R_{f\_\mathrm{design}}(1+x)}{R_{p\_\mathrm{design}}(1+x)(1+y)}}.$

为了使该转换阻抗1/G_m的设计值1/G_{m_design}及校正值1/G_{m_cal}相等，y必须满足下式：

$y=\frac{1}{1+x\·(\frac{R_{p\_\mathrm{design}}}{R_{s\_\mathrm{design}}-R_{f\_\mathrm{design}}}+1)}-1,$

此时，由于该转换阻抗1/G_m的偏移被消除，加上该输入电流I_in不会受工艺偏移影响，该输出电压的振幅V_out固定。

当调整该对正反馈可变电阻26、27的电阻值R_p，使其变成实际值R_{p_real}的1+z倍，本实施例的输出阻抗Z_out的设计值Z_{out_design}及校正值Z_{out_cal}如下所示：

$Z_{\mathrm{out}\_\mathrm{design}}=\frac{R_{s\_\mathrm{design}}}{1-\frac{R_{f\_\mathrm{design}}}{R_{p\_\mathrm{design}}}+\frac{R_{s\_\mathrm{design}}}{R_{p\_\mathrm{design}}}},$

$Z_{\mathrm{out}\_\mathrm{cal}}=\frac{R_{s\_\mathrm{design}}(1+x)}{1-\frac{R_{f\_\mathrm{design}}(1+x)}{R_{p\_\mathrm{design}}(1+x)(1+z)}+\frac{R_{s\_\mathrm{design}}(1+x)}{R_{p\_\mathrm{design}}(1+x)(1+z)}}.$

为了使该输出阻抗Z_out的设计值Z_{out_design}及校正值Z_{out_cal}相等，z必须满足下式：

$z=\frac{1}{1+x\·(\frac{R_{p-\mathrm{design}}}{R_{s\_\mathrm{design}}-R_{f\_\mathrm{design}}}+1)}-1.$

由于消除该输出电压的振幅V_out的偏移及该输出阻抗Z_out的偏移的条件相同，且不是根据化简后的结果进行推导，因此本实施例藉由该调整单元28来校正该输出电压的振幅V_out，可以同时校正该输出阻抗Z_out，且可以使该输出电压的振幅Z_out及该输出阻抗Z_out不偏移。

再者，由于该对正反馈可变电阻26、27的电阻值R_p较大(例如5kΩ)，使得所述开关的尺寸可以较小，这可以节省面积，且当所述开关被耦接到该差动放大器11的反向输入端或非反向输入端，所述开关的导通电阻值不会受该输出电压影响，这可以提高该输出电压的线性度。

在本实施例中，该调整单元28包括一比较器281及一控制器282。该比较器281比较该输出电压的振幅V_out及一参考振幅，并输出一比较结果。该控制器282根据该比较结果，在该输出电压的振幅V_out大于该参考振幅时，将该对正反馈可变电阻26、27的电阻值R_p调小，而在该输出电压的振幅V_out小于该参考振幅时，将该对正反馈可变电阻26、27的电阻值R_p调大。

本实施例可以更包含一参考振幅产生单元29。该参考振幅产生单元29包括一电压缓冲器291、一对电流源292、293及一对电阻294、295。该电压缓冲器291用于缓冲，且其输入端接收一参考电压，而其输出端输出一输出参考电压。该参考电压可以是一带隙电压(Bandgap Voltage)V_bg。该对电流源292、293分别提供一第一电流及一第二电流。以一实施例来说，该第一电流及该第二电流参考该集成电路内部的一内部电阻(图未示)而产生，因此，该第一电流及该第二电流会受工艺偏移影响。该电阻294耦接在该电压缓冲器291的输出端及该第一电流源292之间，而该电阻295耦接在该电压缓冲器291的输出端及该第二电流源293之间，且该对电阻294、295依据该第一电流、该第二电流及该输出参考电压产生该参考振幅。

此外，请参考图4，图4为依据本发明的第二实施例。如图4所示，该线驱动器的输出端亦可不需耦接于该外部电阻30，而该外部电阻30可由该集成电路内部的二电流源31、32所取代，换句话说，所述电流源31、32是做为该线驱动器输出端的一负载单元。相较于第一实施例，第二实施例可省去耦接至该外部电阻30所需的接脚(Pin)，且亦可达到自动调整输出阻抗及节省面积的功效，其相关的输出阻抗调整方法如同第一实施例，故在此不另赘述。

惟以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种线驱动器，包含：

一差动放大器，用来放大一输入信号，该差动放大器包括一反向输入端、一非反向输入端、一反向输出端及一非反向输出端，其中，该反向输入端及该非反向输入端接收该输入信号；

一对串接电阻，其中，一第一串接电阻耦接在该差动放大器的非反向输出端和一外部电阻的第一输出端或第一电流源之间，而一第二串接电阻耦接在该差动放大器的反向输出端和该外部电阻的第二输出端或第二电流源之间，该对串接电阻输出一输出信号；

一对负反馈电阻，其中，一第一负反馈电阻耦接在该差动放大器的反向输入端及非反向输出端之间，而一第二负反馈电阻耦接在该差动放大器的非反向输入端及反向输出端之间；

一对正反馈可变电阻，其中，一第一正反馈可变电阻耦接在该差动放大器的反向输入端及该外部电阻的第二输出端或第二电流源之间，而一第二正反馈可变电阻耦接在该差动放大器的非反向输入端及该外部电阻的第一输出端或第一电流源之间；以及

一调整单元，耦接至该对正反馈可变电阻，用来根据该输出信号，以调整该对正反馈可变电阻的电阻值。

2.依据权利要求1所述的线驱动器，其中，该调整单元包括：

一比较器，用来比较该输出信号的一振幅及一参考振幅，并输出一比较结果；以及

一控制器，耦接在该比较器与该对正反馈可变电阻之间，用来根据该比较结果，以调整该对正反馈可变电阻的电阻值。

3.依据权利要求2所述的线驱动器，其中，在该输出信号的该振幅大于该参考振幅时，该控制器将该对正反馈可变电阻的电阻值调小，而在该输出信号的该振幅小于该参考振幅时，该控制器将该对正反馈可变电阻的电阻值调大。

4.依据权利要求2所述的线驱动器，还包含一参考振幅产生单元，该参考振幅产生单元包括：

一电压缓冲器，用来缓冲一参考电压以在一输出端输出一输出参考电压；

一第一电流源，用来提供一第一电流；

一第二电流源，用来提供一第二电流；

一第一电阻，耦接在该电压缓冲器的该输出端与该第一电流源之间；及

一第二电阻，耦接在该电压缓冲器的该输出端与该第二电流源之间；

其中，该第一电阻与该第二电阻依据该第一电流、该第二电流与该输出参考电压以产生该参考振幅。

5.依据权利要求4所述的线驱动器，其中，该参考电压是一带隙电压。

6.依据权利要求1所述的线驱动器，其中，该对串接电阻耦接至一负载单元。

7.依据权利要求1所述的线驱动器，其中，该对串接电阻耦接至集成电路外的一外部电阻。

8.依据权利要求1所述的线驱动器，其中，该第一串接电阻耦接至一第一电流源，该第二串接电阻耦接至一第二电流源。

9.依据权利要求1所述的线驱动器，其中，该输入信号是一电流信号。

10.依据权利要求1所述的线驱动器，其中，该对负反馈电阻是一对实质上固定电阻。

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