CN101807908A

CN101807908A - 混合式驱动装置与方法

Info

Publication number: CN101807908A
Application number: CN200910004128A
Authority: CN
Inventors: 吴健铭
Original assignee: Realtek Semiconductor Corp
Current assignee: Realtek Semiconductor Corp
Priority date: 2009-02-12
Filing date: 2009-02-12
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2029-02-12
Also published as: CN101807908B

Abstract

一种混合式驱动装置与方法，该混合式驱动装置包含：第一驱动单元、第二驱动单元及输出电阻。第一驱动单元具有第一输出端。第二驱动单元具有第二输出端，第二输出端耦接至第一接合垫。输出电阻耦接至第一输出端与第一接合垫之间，用以做为匹配阻抗。其中，当驱动装置操作于第一传输模式时，第一与第二驱动单元共同驱动第一接合垫。当驱动装置操作于第二传输模式时，第一驱动单元与第二驱动单元分别驱动第一接合垫与第二接合垫。

Description

混合式驱动装置与方法

技术领域

本发明涉及一种驱动装置与方法，特别涉及一种混合式驱动装置与方法。

背景技术

现今，集成电路为了与外部的电子产品或与互联网做连结，在其输出的接口上会设有驱动器(或称线驱动器，line driver)以驱动外部的负载。一般而言，驱动器的设计考量有下列几点，第一为阻抗匹配，第二为省电，第三为省面积，第四为驱动器所输出的驱动信号需符合标准规范。因此，电子电路的设计者也不断地朝上述几点的需求而努力。

在先前技术中，为了使驱动器所输出的驱动信号能够符合标准规范，美国专利US 7119611号提供了一种解决方式。该篇专利通过在输出端516上耦接了一个可变电流源514，来控制驱动信号Vout的振幅，使得驱动信号能够符合标准规范。然而，由于可变电流源514、放大器502与输出电阻522之间形成了一反馈路径，输出阻抗Rout将会被可变电流源514所影响，因此，须要额外的校正电路(526、528)来校正可变电流源514的等效阻抗，才能使得输出阻抗Rout能够与负载阻抗RL匹配。如此一来，新增的校正电路(526、528)将浪费面积与增加额外的功率消耗。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种混合式驱动装置与方法。通过本发明所提出的混合式驱动装置与方法不仅可达到阻抗匹配，省电的功效，且不需如先前技术需额外增设校正电路，更可节省成本的支出。此外，本发明所提出的混合式驱动装置所输出的驱动信号亦能够需符合标准规范。

本发明提出一种驱动装置，用以驱动第一接合垫与第二接合垫，该驱动装置包含：第一驱动单元、第二驱动单元及输出电阻。第一驱动单元具有第一输出端。第二驱动单元具有第二输出端，第二输出端耦接至第一接合垫。输出电阻耦接至第一输出端与第一接合垫之间，用以做为匹配阻抗。其中，当驱动装置操作于第一传输模式时，第一与第二驱动单元共同驱动第一接合垫。当驱动装置操作于第二传输模式时，第一驱动单元与第二驱动单元分别驱动第一接合垫与第二接合垫。

此外，本发明亦提出一种驱动装置用以输出驱动信号至第一接合垫上，该驱动装置包含：第一驱动单元、第二驱动单元及输出电阻。第一驱动单元具有第一输出端，第一驱动单元用以产生第一驱动电压至第一输出端。第二驱动单元具有第二输出端耦接至第一接合垫，第二驱动单元用以输出第一驱动电流至第二输出端。输出电阻耦接至第一输出端与第二输出端之间，用以做为匹配阻抗。其中，当驱动装置操作于第一传输模式时，第二驱动单元输出第一驱动电流至第一接合垫，使得第一驱动电流流经第一接合垫以输出驱动信号。当该驱动装置操作于第二传输模式时，第二驱动单元停止输出第一驱动电流至第一接合垫上，使得第一驱动电压经由输出电阻输出驱动信号。

有关本发明的优选实施例及其功效，现在配合附图说明如后。

附图说明

图1：本发明驱动装置的第一实施例示意图。

图2：本发明驱动装置的第二实施例示意图。

【主要元件符号说明】

N₁：第一接合垫

N₂：第二接合垫

R_S1、R_S2：输出电阻

R_L1、R_L2：负载电阻

R_f1、R_f2：反馈电阻

R_SS：辅助电阻

10：第一驱动单元

101：第一输出端

12：第一运算放大器

13：第一晶体管

14：电流源

20：第二驱动单元

201：第二输出端

202：第三输出端

22：第二运算放大器

23：第二晶体管

24：第三晶体管

25：切换单元

26：电流源

具体实施方式

请参照「图1」，该图为本发明驱动装置的第一实施例示意图。驱动装置包含：输出电阻R_S1、第一驱动单元10、第二驱动单元20。耦接关系如图所示，第一驱动单元10的第一输出端101耦接于输出电阻R_S1的一端，且输出驱动电压V₁。第二驱动单元20具有第二输出端201耦接于输出电阻R_S1的另一端与第一接合垫N₁，此外，第二驱动单元20另具有第三输出端202耦接于第二接合垫N₂。

为了方便说明，假设本发明的驱动装置设置于一超高速以太网络(Gigabit Ethernet)芯片中，且具有多种不同的传输模式，例如：10Mbps、100Mbps、1000Mbps、10Gbps...等传输模式。且假设输出电阻R_S1、输出电阻R_S2、负载电阻R_L1与负载电阻R_L2皆为50欧姆。需注意，本发明的驱动装置并不以以太网络的芯片为限，也可应用于其他的传输接口上。

当驱动装置操作于10Mbps传输模式时，第一驱动单元10输出一驱动电压V₁至第一输出端101上，且第二驱动单元20输出一驱动电流I₂至第一接合垫N₁上。此时，第一驱动单元10与第二驱动单元20共同输出驱动信号V_out1至第一接合垫N₁与负载电阻R_L1上。换句话说，在10Mbps传输模式时，为一种混合的传输模式，即，第一驱动单元10以电压模式来提供驱动电压V₁，第二驱动单元20以电流模式提供驱动电流I₂，共同地来驱动第一接合垫N₁与负载电阻R_L1。由于第二驱动单元20辅助地输出驱动电流I₂至第一接合垫N₁，且经由适当设计驱动电流I₂的大小，可使得驱动信号V_out1与驱动电压V₁实质上相同。如此一来，输出电阻R_S1上所流过的电流I_out1实际上相当的微小，可达到低耗电的功效，并使得驱动信号能够符合标准规范。此外，由于驱动装置操作于10Mbps传输模式下，第二接合垫N₂并不需输出驱动信号，因此，第二驱动单元20将禁用(disable)驱动电流I₁输出至第二接合垫N2上。

接着，当驱动装置操作于100Mbps传输模式时，第一驱动单元10输出驱动电压V₁至第一输出端101上，第二驱动单元20停止输出驱动电流I₂至第一接合垫N₁上。此时，第一驱动单元10以电压模式提供驱动电压V₁，并经由输出电阻R_S1输出驱动信号V_out1至第一接合垫N1上。由于第二驱动单元20停止输出驱动电流I₂至第一接合垫N₁，且输出电阻R_S1与负载电阻R_L1皆为50欧姆，故驱动信号V_out1实质上等于1/2的驱动电压V₁。

接着，当驱动装置操作于1000Mbps传输模式时，第一驱动单元10输出驱动电压V₁至第一输出端101上，第二驱动单元20输出驱动电流I₁至第三输出端202，以产生驱动电压V_A。驱动电压V_A再经由输出电阻R_S2输出驱动信号V_out2至第二接合垫N2上。需注意，在1000Mbps传输模式下，第二驱动单元20亦停止输出驱动电流I₂至第一接合垫N₁上。

由上述说明可知，本发明的驱动装置在10Mbps传输模式下，第一驱动单元10与第二驱动单元20共同地来驱动第一接合垫N₁；在100Mbps传输模式下，第一驱动单元10独立地驱动第一接合垫N₁，而第二驱动单元20亦不输出驱动信号至第二接合垫N₂；以及在1000Mbps传输模式下，第一驱动单元10与第二驱动单元20分别驱动第一接合垫N₁与第二接合垫N₂。

再者，由「图1」中所示可知，第二驱动单元20包含两个输出级，其中一个输出级输出驱动电流I₁，另一个输出级输出驱动电流I₂，而驱动电流I₁与驱动电流I₂之间为一比例关系。由第二驱动单元20所输出的驱动电流I₂流至第一接合垫N₁而产生驱动信号V_out1。因此，本发明利用第二驱动单元20的输出级的比例大小，精准的控制驱动电流I₂，进而控制第驱动信号V_out1。在后将有更详尽的说明。

请参照「图2」，该图为本发明驱动装置的第二实施例示意图。在第二实施例中，更详尽说明第一驱动单元10与第二驱动单元20所包含元件的一实施例。

第一驱动单元10包含：反馈电阻R_f1、第一运算放大器12及第一晶体管13。第一运算放大器12具有至少一个输入端与输出端，输入端耦接于电流源14。第一晶体管13作为第一驱动单元10的输出级，其栅极耦接于第一运算放大器12的输出端，其漏极经由反馈电阻R_f1而耦接于运算放大器12的输入端。因此，第一运算放大器12、第一晶体管13与反馈电阻R_f1形成一反馈路径，而由端点101看进去，其阻抗值近乎为零。所以，整个驱动装置的输出阻抗R_out，也就是由第一接合垫N₁看进去，其阻抗值即为输出电阻R_S1的阻抗值，以数学式表示为R_out＝R_S1。

第二驱动单元20包含：反馈电阻R_f2、第二运算放大器22、第二晶体管23及第三晶体管24。第二运算放大器22具有至少一输入端与一输出端，输入端耦接于电流源26。第二晶体管23的栅极耦接于运算放大器22的输出端，其漏极经由反馈电阻R_f2而耦接于第二运算放大器22的输入端，且第二晶体管23与反馈电阻R_f2耦接之处产生驱动电压V_A。第二驱动单元20介绍至此，与上述的第一驱动单元10构造相同，实质上第一驱动单元10与第二驱动单元20两者原本为互相独立的驱动单元，而本发明利用一原本独立的驱动单元来辅助另一驱动单元，组成一混合式的驱动装置。

第二驱动单元20还包含晶体管24，其栅极耦接于第二运算放大器22的输出端，其漏极耦接于第一接合垫N₁。而第二晶体管23与第三晶体管24两者的输出为一比例关系，如1∶K，其中K可为任何数值。

此外，第二驱动单元20包含切换单元25与辅助电阻R_SS。其中，切换单元25耦接至输出电阻R_S2，用以控制第二驱动单元20的操作模式。当驱动装置操作于10Mbps传输模式时，切换单元25将输出电阻R_S2耦接至辅助电阻R_SS，使得第二驱动单元20通过晶体管24以辅助地输出驱动电流I₂；而当驱动装置操作于1000Mbps传输模式时，切换单元25将输出电阻R_S2耦接至第二接合垫N₂，使得第二驱动单元20输出驱动信号V_out2至第二接合垫N₂。依据本发明的一实施例，辅助电阻R_SS的阻抗值被设计为大于输出电阻R_S1或输出电阻R_S2的阻抗值。

由「图2」的实施例可知，通过辅助电阻R_SS、第二晶体管23及第三晶体管24的宽长比(aspect ratio)适当地的设计，可大幅降低驱动装置的功率消耗。例如，当设计的驱动电流I₂能够使得驱动信号V_out1实质上等于驱动电压V₁时，流过输出电阻R_S1上的电流I_out1将等于0。如此一来，输出电阻R_S1将不会有功率消耗。然而，实际上，不一定要将驱动信号V_out1与驱动电压V₁调整为一致。可通过调整驱动电流I₂，而使驱动信号V_out1与驱动电压V₁的电压差值小于某一预设值即可(电压差值越小，输出电阻R_S1的功率损耗越小)。只要电压差值小于某一预设值，即可比传统驱动装置更为节省功率的损耗，而达到省电的功能。

本发明的驱动装置可应用于超高速以太网络(Gigabit Ethernet)芯片中。由于超高速以太网络的输出本身包含四对线，而在10Mbps或100Mbps两种模式下，仅会使用其中两对线，且此两对线的任何一对线可由第一驱动单元10来驱动。而未使用的另外两对输出线的任何一对线可由第二驱动单元20来驱动。如此，在10Mbps的传输模式下，可通过未使用的第二驱动单元20来辅助地驱动第一接合垫N₁，因此，不需占用额外的配置面积，且可达到低耗电的技术功效。如果超高速以太网络处于1000Mbps传输模式(须同时使用四对线)时，只需将切换单元25切回第二接合垫N₂，再将第三晶体管24禁用(disable)，即可正常传输。

虽然本发明的技术内容已经以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所作些许的更动与润饰，皆应涵盖于本发明的范围内，因此本发明的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种驱动装置，包含：

一第一驱动单元，具有一第一输出端；

一第二驱动单元，具有一第二输出端；以及

一电阻，耦接至该第一输出端与一第一接合垫之间；

其中，当该驱动装置操作于一第一传输模式时，该第一与该第二驱动单元共同驱动一第一信号至该第一接合垫，当该驱动装置操作于一第二传输模式时，该第一驱动单元与该第二驱动单元分别驱动一第二信号与一第三信号至该第一接合垫与一第二接合垫。

2.如权利要求1所述的驱动装置，其中该第一驱动单元包含：

一第一反馈电阻；

一第一运算放大器，具有至少一输入端与一输出端；以及

一第一晶体管，其栅极耦接至该第一运算放大器的该输出端，其漏极耦接至该第一输出端并经由该第一反馈电阻而耦接于该第一放大器的该输入端。

3.如权利要求2所述的驱动装置，其中该第二驱动单元包含：

一第二反馈电阻；

一第二运算放大器，具有至少一输入端与一输出端；

一第二晶体管，其栅极耦接至该第二运算放大器的该输出端，其漏极经由该第二反馈电阻而耦接于该第二放大器的该输入端；以及

一第三晶体管，其栅极耦接至该第二放大器的该输出端，其漏极耦接至该第二输出端。

4.如权利要求3所述的驱动装置，其中该第二驱动单元还包含：

一第二输出电阻，耦接至该第二晶体管的漏极；以及

一切换单元，耦接至该第二输出电阻与该第二接合垫之间；

其中，当该驱动装置操作于该第一传输模式时，该切换单元将该第二输出电阻耦接至一辅助电阻，当该驱动装置操作于该第二传输模式时，该切换单元将该第二输出电阻耦接至该第二接合垫。

5.如权利要求4所述的驱动装置，其中该辅助电阻的阻值大于该第二输出电阻的阻值。

6.如权利要求1所述的驱动装置，其中当该驱动装置操作于该第一传输模式时，该第一信号实质上等于该第一输出端输出的一第一驱动电压。

7.如权利要求6所述的驱动装置，其中当该驱动装置操作于第二传输模式时，该第二信号实质上等于1/2的该第一驱动电压。

8.如权利要求1所述的驱动装置，其中当该驱动装置操作于该第一传输模式时，该第二驱动单元为电流模式，当该驱动装置操作于该第二传输模式时，该第二驱动单元为电压模式。

9.如权利要求1所述的驱动装置，其中该驱动装置操作于该第二传输模式时，该第一驱动单元与该第二驱动单元为电压模式。

10.如权利要求1所述的驱动装置，其中该第一传输模式为10Mbps传输模式，该第二传输模式为1000Mbps传输模式。

11.如权利要求1所述的驱动装置，其中该第一信号的振幅实质上为该第二信号的振幅的二倍。

12.一种驱动装置，用以输出一驱动信号至一第一接合垫上，该驱动装置包含：

一第一驱动单元，具有一第一输出端，该第一驱动单元用以产生一第一驱动电压至该第一输出端；

一第二驱动单元，具有一第二输出端耦接至该第一接合垫，该第二驱动单元用以输出一第一驱动电流至该第二输出端；以及

一电阻，耦接至该第一输出端与该第二输出端之间；

其中，当该驱动装置操作于一第一传输模式时，该第二驱动单元输出该第一驱动电流至该第一接合垫，使得该第一驱动电流流经该第一接合垫以输出该驱动信号，当该驱动装置操作于一第二传输模式时，该第二驱动单元停止输出该第一驱动电流至该第一接合垫上，使得该第一驱动电压经由该输出电阻输出该驱动信号。

13.如权利要求12所述的驱动装置，其中该第一驱动单元包含：

一第一反馈电阻；

一第一运算放大器，具有至少一输入端与一输出端；以及

一第一晶体管，其栅极耦接至该第一运算放大器的该输出端，其漏极耦接至该第一输出端并经由该第一反馈电阻而耦接于该第一运算放大器的该输入端。

14.如权利要求13所述的驱动装置，其中该第二驱动单元包含：

一第二反馈电阻；

一第二运算放大器，具有至少一输入端与一输出端；

一第二晶体管，其栅极耦接至该第二运算放大器的该输出端，其漏极经由该第二反馈电阻而耦接于该第二运算放大器的该输入端；以及

15.如权利要求14所述的驱动装置，其中该第二驱动单元还包含：

一第二输出电阻，耦接至该第二晶体管的漏极；以及

一切换单元，耦接至该第二输出电阻与一第二接合垫之间；

其中，当该驱动装置操作于一第一传输模式时，该切换单元将该第二输出电阻耦接至一辅助电阻，当该驱动装置操作于一第二传输模式时，该切换单元将该第二输出电阻耦接至该第二接合垫。

16.如权利要求15所述的驱动装置，其中该辅助电阻的阻值大于该第二输出电阻的阻值。

17.如权利要求12所述的驱动装置，其中当该驱动装置操作于该第一传输模式时，该驱动信号的一电压值实质上等于该第一驱动电压，当该驱动装置操作于第二传输模式时，该驱动信号的该电压值实质上等于1/2的该第一驱动电压。

18.如权利要求12所述的驱动装置，其中当该驱动装置操作于该第一传输模式时，该第二驱动单元用以辅助驱动该第一接合垫，当该驱动装置操作于该第二传输模式时，该第二驱动单元用以驱动一第二接合垫。

19.如权利要求12所述的驱动装置，其中当该驱动装置操作于该第一传输模式时，该第二驱动单元用以电流模式驱动该第一接合垫，当该驱动装置操作于该第二传输模式时，该第一驱动单元用以电压模式驱动该第一接合垫。

20.如权利要求12所述的驱动装置，其中该输出电阻实质上为50欧姆。

21.如权利要求12所述的驱动装置，其中该第一传输模式为10Mbps传输模式，该第二传输模式为100Mbps传输模式或1000Mbps传输模式。

22.一种用于一驱动装置的驱动方法，该驱动装置耦接一第一接合垫与一第二接合垫，该驱动装置包括有一第一驱动单元以及一第二驱动单元，该方法包含：

当该驱动装置操作于一第一传输模式时，该第一与该第二驱动单元共同驱动一第一信号；以及

当该驱动装置操作于一第二传输模式时，该第一驱动单元与该第二驱动单元分别驱动一第二信号与一第三信号至该第一接合垫与一第二接合垫。

23.如权利要求22所述的方法，其中该驱动装置包括有一第一电阻耦接于该第一驱动单元与该第一接合垫之间，该第一驱动单元包含：

一第一反馈电阻；

一第一运算放大器，具有至少一输入端与一输出端；以及

24.如权利要求23所述的方法，其中该第二驱动单元包含：

一第二反馈电阻；

一第二运算放大器，具有至少一输入端与一输出端；

25.如权利要求24所述的方法，其中该第二驱动单元还包含：

一第二电阻，耦接至该第二晶体管的漏极；以及

一切换单元，耦接至该第二输出电阻与该第二接合垫之间；

其中，当该驱动装置操作于一第一传输模式时，该切换单元将该第二输出电阻耦接至一辅助电阻，当该驱动装置操作于一第二传输模式时，该切换单元将该第二电阻耦接至该第二接合垫。

26.如权利要求25所述的方法，其中该辅助电阻的阻值大于该第二电阻的阻值。

27.如权利要求22所述的方法，其中当该驱动装置操作于该第一传输模式时，该第一信号实质上等于该第一输出端输出的一第一驱动电压。

28.如权利要求27所述的方法，其中当该驱动装置操作于第二传输模式时，该第二信号实质上等于1/2的该第一驱动电压。

29.如权利要求22所述的方法，其中当该驱动装置操作于该第一传输模式时，该第二驱动单元为电流模式，当该驱动装置操作于该第二传输模式时，该第二驱动单元为电压模式。

30.如权利要求22所述的方法，其中该驱动装置操作于该第二传输模式时，该第一驱动单元与该第二驱动单元为电压模式。

31.如权利要求22所述的方法，其中该第一传输模式为10Mbps传输模式，该第二传输模式为1000Mbps传输模式。

32.如权利要求22所述的方法，其中该第一信号的振幅实质上为该第二信号的振幅的二倍。