CN101656476A - 预充放电lvds驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了模拟集成电路中的一种预充放电LVDS(低电压差分信号)驱动器。该驱动器的结构是在传统LVDS驱动器电路上增加由两个开关电流源和一个预充放电容组成的预充放电路，其中：两个开关电流源分别增加在传统驱动器桥接开关的两端，且受nD信号控制：nD为高电平时电流源开启，nD为低电平时电流源关闭；预充放电容跨接在桥接开关的两端，用做电荷预存储，以进一步提高边沿充放电速度。本发明的预充放电机制大大减小了负载寄生电容对电路工作速度的影响，同时所需的额外电流极少。

Description

预充放电LVDS驱动器

技术领域

本发明涉及一种LVDS(低电压差分信号)驱动器，尤其涉及一种预充放电LVDS驱动器，属于LVDS驱动器技术领域。

背景技术

典型的LVDS驱动器是一个能高速切换电流方向的电流源，输出电流在负载电阻两端建立正确的差分输出电压摆幅。如图1所示的传统LVDS驱动器，电流源Issa(Issb)提供输出电流，随着输入电平的切换，负载电阻R_L上的电流方向也随之改变，这样就在电阻两端建立正确的差分输出电压V_AB＝±I_SS×R_L。为了控制电流切换方向，该结构使用了四个NMOS管构成的桥接开关式(bridged-switches)结构。

但是，对于这种结构而言，由于输出节点A和B寄生电容(它是ESD和PAD寄生电容、开关两端节点寄生电容、外围PCB走线及器件寄生电容等之和)的存在严重制约了电路的工作速度，特别是在多点结构应用中，容性负载较大，此问题更加突出。这样大大限制了这种电路在高速场合的应用。

发明内容

本发明为解决传统LVDS驱动器由于输出节点寄生电容制约工作速度的问题而提出一种预充放电LVDS驱动器。

本发明的预充放电LVDS驱动器，包括由第一至第四NMOS晶体管、第一和第二电流源及负载组成的LVDS驱动器电路，其中：第一至第四NMOS晶体管构成桥式结构，第一NMOS晶体管的源极分别连接第二电流源的输入端和第二NMOS晶体管的源极，第二电流源的输出端接地，第二NMOS晶体管的漏极分别连接第三NMOS晶体管的源极和负载的一端，第三NMOS晶体管的漏极分别连接第一电流源的输出端和第四NMOS晶体管的漏极，第一电流源的输入端连接电源，第四NMOS晶体管的源极分别连接第一NMOS晶体管的漏极和负载的另一端，该预充放电LVDS驱动器还包括由第一和第二开关电流源及预充放电容组成的预充放电路，其中：第一开关电流源的输出端分别连接第三NMOS晶体管的漏极、第一电流源的输出端、第四NMOS晶体管的漏极和预充放电容的一端，第一开关电流源的输入端连接电源，第二开关电流源的输入端分别连接第二NMOS晶体管的源极、第二电流源的输入端、第一NMOS晶体管的源极和预充放电容的另一端，第二开关电流源的输出端接地。

本发明提出的预充放电机制大大减小了负载寄生电容对电路工作速度的影响，大大提高了驱动电路的工作速度，同时，本发明仅需要极少的额外电流。

附图说明

图1是传统LVDS驱动器的电路原理图。

图2是本发明预充放电LVDS驱动器的电路原理图。

图3是控制信号产生电路示意图。

图4是预充放电容Cp工作原理示意图：图4(a)是D⁺开启、D^-关闭后Cp和C_L的初始状态示意图；图4(b)是D⁺关闭、D^-开启瞬间Cp和C_L的充放电状态示意图。

图5是本发明的应用实例电路原理图。

图1～图5中部分标号名称：C₁、C₂为实际中存在的寄生电容；C_L为C₁和C₂的等效电容；D为输入信号；nD、D⁺、D^-均为控制信号；Cp是预充放电容；Issl是Issa和Ia的等效电流源；MS0～MS3、M9～M16均为NMOS晶体管，MS0～MS3是基准电流源产生电路的启动构成部分，M9～M16是基准电流源产生电路的电流镜部分。

具体实施方式

如图1所示是传统的LVDS(低电压差分信号)驱动器电路原理图，其工作速度受到限制是因为固定尾电流Issa(Issb)的制约。因此为了提高工作速度，增加驱动能力，并且避免明显增加功耗，本发明提出如图2所示的预充放电LVDS驱动器电路。

本发明预充放电LVDS驱动器结构包括由第一至第四NMOS晶体管M1、M2、M3、M4、第一和第二电流源Issa、Issb及负载R_L组成的LVDS驱动器电路，其中：第一至第四NMOS晶体管M1、M2、M3、M4构成桥式结构，第一NMOS晶体管M1的源极分别连接第二电流源Issb的输入端和第二NMOS晶体管M2的源极，第二电流源Issb的输出端接地，第二NMOS晶体管M2的漏极分别连接第三NMOS晶体管M3的源极和负载R_L的一端，第三NMOS晶体管M3的漏极分别连接第一电流源Issa的输出端和第四NMOS晶体管M4的漏极，第一电流源Issa的输入端连接电源，第四NMOS晶体管M4的源极分别连接第一NMOS晶体管M1的漏极和负载R_L的另一端，该驱动器还包括由第一和第二开关电流源Ia、Ib及预充放电容Cp组成的预充放电路，其中：第一开关电流源Ia的输出端分别连接第三NMOS晶体管M3的漏极、第一电流源Issa的输出端、第四NMOS晶体管M4的漏极和预充放电容Cp的一端，第一开关电流源Ia的输入端连接电源，第二开关电流源Ib的输入端分别连接第二NMOS晶体管M2的源极、第二电流源Issb的输入端、第一NMOS晶体管M1的源极和预充放电容Cp的另一端，第二开关电流源Ib的输出端接地。

由图2可见，预充放电路是在传统LVDS驱动器电路桥接开关两端各增加了一个受nD信号控制的开关电流源(Ia和Ib)，nD为高电平时电流源开启，nD为低电平时电流源关闭，跨接在桥接开关两端的预充放电容Cp用做电荷预存储，以进一步提高边沿充放电速度。

控制信号产生电路如图3所示。由输入信号D分别产生nD信号和桥接开关的控制信号D⁺、D^-，nD在D⁺、D^-的每个边沿来临时被触发一小段时间，此时给输出端寄生电容充放电的电流将瞬时由Issa(Issb)增大为Issa+Ia(Issb+Ib)，加快了输出端寄生电容充放电的速度。

图4是预充放电容Cp工作原理示意图。为了便于分析，图中将实际中存在的寄生电容C₁和C₂等效为C_L。当D⁺控制的两个桥接开关开启时，Cp的正负极之间储存电荷，建立起I_SS×R_L的压差，如图4(a)所示，式中I_SS为电流源Issa的大小，下同；当D⁺控制的两个桥接开关关闭、D^-控制的两个桥接开关开启时，此时Cp和C_L电荷的极性还没改变，Cp储存的电荷通过如图4(b)所示的回路迅速与C_L的电荷结合，瞬间使得R_L上的电压V_RL由I_SS×R_L变为 $-\frac{\mathrm{Cp}-C_L}{\mathrm{Cp}+C_L}\·R_L\·I_{\mathrm{SS}}.$

如果Cp＝9C_L，则可见开关切换时，R_L两端电压可以迅速从I_SS×R_L变为-0.8I_SS×R_L，极大的提高了负载的充放电速度。剩下的电压差可以很容易地通过电流源Issa(Issb)和由nD控制的开关电流源Ia(Ib)来补充电荷以使压差达到-I_SS×R_L。

如图5所示是本发明的预充放电LVDS的驱动器的应用实例，它由两部分构成：左边部分是基准电流产生电路，右边部分是预充放电LVDS驱动电路。基准电流产生电路通过M15给M5和M6提供镜像电流，通过M16给M7和M8提供镜像电流，以提供预充放电LVDS驱动器所需电流源。在这里电流源M5受开关switch1控制，电流源M7受开关switch2控制，由M18构成的开关switch1的栅极直接接控制信号nD(源极接VDD，漏极接M5的栅极)；由M17构成的switch2的栅极通过反相器接控制信号nD(源极接地，漏极接M7的栅极)。LVDS驱动器是由M1、M2、M3、M4组成的桥式结构构成，其中M1、M3栅极的输入信号与M2、M4栅极的输入信号相反，M3的源极与M2的漏极和M4的源极与M1的漏极分别连接负载R_L的两端，而M3、M4的漏极和M1、M2的源极接预充放电容Cp的两端，并且M3、M4的漏极上端接电流源M5和M6，M1、M2的源极下端接电流源M7和M8。此电路可以用标准CMOS工艺制作。

Claims (1)

1、一种预充放电LVDS驱动器，包括由第一至第四NMOS晶体管(M1、M2、M3、M4)、第一和第二电流源(Issa、Issb)及负载(R_L)组成的LVDS驱动器电路，其中：第一至第四NMOS晶体管(M1、M2、M3、M4)构成桥式结构，第一NMOS晶体管(M1)的源极分别连接第二电流源(Issb)的输入端和第二NMOS晶体管(M2)的源极，第二电流源(Issb)的输出端接地，第二NMOS晶体管(M2)的漏极分别连接第三NMOS晶体管(M3)的源极和负载(R_L)的一端，第三NMOS晶体管(M3)的漏极分别连接第一电流源(Issa)的输出端和第四NMOS晶体管(M4)的漏极，第一电流源(Issa)的输入端连接电源，第四NMOS晶体管(M4)的源极分别连接第一NMOS晶体管(M1)的漏极和负载(R_L)的另一端，其特征在于：还包括由第一和第二开关电流源(Ia、Ib)及预充放电容(Cp)组成的预充放电路，其中：第一开关电流源(Ia)的输出端分别连接第三NMOS晶体管(M3)的漏极、第一电流源(Issa)的输出端、第四NMOS晶体管(M4)的漏极和预充放电容(Cp)的一端，第一开关电流源(Ia)的输入端连接电源，第二开关电流源(Ib)的输入端分别连接第二NMOS晶体管(M2)的源极、第二电流源(Issb)的输入端、第一NMOS晶体管(M1)的源极和预充放电容(Cp)的另一端，第二开关电流源(Ib)的输出端接地。

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