CN101847988B - 信号转换器 - Google Patents

Abstract

一种信号转换器，包括第一电流源、第二电流源、第一切换单元、第二切换单元、第一电容单元以及第二电容单元。第一切换单元依据差动输入信号将第一电流源所提供的参考电流，导向至第一切换单元的第二端或第三端。第一切换单元的第二端与第三端分别外接至负载的两端，以形成差动输出信号。第二切换单元依据差动输入信号而将流经负载的参考电流导向至第二切换单元的第一端。第一电容单元与第二电容单元依据切换信号，来分别调整第一电容单元与第二电容单元所对应的电容值，以滤除电磁干扰所产生的突波。第二电流源用以汇集参考电流。

Description

信号转换器

技术领域

本发明涉及一种信号转换器，且特别涉及一种降低电磁干扰的信号转换器。

背景技术

近年来，由于印刷电路板(Printed circuit board，PCB)不断进步，使得电子产品的应用日益广泛且需求日益增加，各种电子产品的电路设计也越来越复杂。为了符合高性能及高反应度的要求，数字数据传输速度越来越快，而晶体管-晶体管逻辑(Transistor-Transistor Logic，TTL)信号传输的频率极限仅约为50MHz。因此，倘若TTL信号要达到全摆幅(full swing)的上升时间(rising time)过长时，TTL信号将无法应用在高速传输的方式。针对此种情况，TTL信号在传送的过程中，通常会通过信号转换器转换成差动小信号的方式去传送，其中差动小信号所需的上升时间较短，因此可以满足高速传输的需求。

虽然差动小信号可以减少转态的时间以达到更快的操作频率，但在传送的过程中往往都会遇到电磁干扰(Electromagnetic Interference，EMI)的问题。电磁干扰主要可分为辐射性(Radiated)电磁干扰与传导性(Conducted)电磁干扰。辐射性电磁干扰直接经由开放空间传递，不需要经由任何传输介质，故一般仅能以遮蔽(Shielding)、接地(Grounding)等方式来解决。而传导性电磁干扰经由电源导线来传递噪声。因此，连接在同一个系统的电子装置所产生的电磁干扰会经由电源线而彼此相互干扰，造成在传输信号过程中信号判读错误，使得产品输出功能不正常或是寿命因此减短。

发明内容

本发明提供一种信号转换器，可降低信号传输时发生的电磁干扰。

本发明提出一种信号转换器，包括第一电流源、第二电流源、第一切换单元、第二切换单元、第一电容单元及第二电容单元。其中，第一电流源用以提供参考电流。第一切换单元用以依据差动输入信号将参考电流导向至第一切换单元的第二端或第三端。差动输出信号可由第一切换单元的第二端与第三端取出，即由第二端上的输出信号及第三端上的输出信号取出差动输出信号。第二切换单元用以依据差动输入信号而将流经负载的参考电流导向至第二切换单元的第一端。第二电流源用以汇集参考电流。第一电容单元用以依据切换信号来调整第一电容单元所对应的电容值。第二电容单元用以依据切换信号来调整第二电容单元所对应的电容值。

在本发明的实施例中，所述的第一电容单元包括多个第一开关及多个第一电容。其中，所述多个第一开关的第一端耦接至第一切换单元的第一端，并分别依据切换信号而决定其导通状态。另外，所述多个第一电容分别与所述多个第一开关一一对应，其中所述多个第一电容的第一端各自耦接至对应的第一开关的第二端，且所述多个第一电容的第二端耦接至接地电压。

在本发明的实施例中，所述的第二电容单元包括多个第二开关及多个第二电容。其中，所述多个第二开关的第一端耦接至第二切换单元的第一端，并分别依据切换信号而决定其导通状态。另外，所述多个第二电容分别与所述多个第二开关一一对应，其中所述多个第二电容的第一端各自耦接至对应的第二开关的第二端，且所述多个第二电容的第二端耦接至接地电压。

在本发明的实施例中，所述的第一电容单元与第二电容单元还参照差动输入信号的频率来控制切换信号，以致使第一电容单元与第二电容单元所对应的电容值的大小与差动输入信号的频率相关。

基于上述，本发明可通过设定第一电容单元及第二电容单元的电容值，来减低开关切换所造成的电磁干扰，并滤除第一电流源与第二电流源所产生的噪声。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并结合附图详细说明如下。

附图说明

图1是依照本发明一实施例说明信号转换器的电路图；

图2是依照本发明另一实施例说明信号转换器的电路图；

图3是依照本发明一实施例的差动输入信号与差动输出信号的示意图；

图4是依照本发明一实施例说明第一电容单元的电路图；

图5是依照本发明一实施例说明第二电容单元的电路图。

【主要元件符号说明】

100、200：信号转换器

102：第一切换单元

104：第二切换单元

106：第一电容单元

108：第二电容单元

110：负载

A1：第一电流源

A2：第二电流源

CP1、CP2、C11～C1N、C21～C2N：电容

R0：电阻

TM21～TM23：第一切换单元的端点

TM41～TM43：第二切换单元的端点

VS：电源电压

GND：接地电压

I1：参考电流

D1：差动输入信号

D11：第一输入信号

D12：第二输入信号

D2：差动输出信号

D21、D22：输出信号

S1、S11～S1N：切换信号

SW1～SW4、SW51～SW5N、SW61～SW6N：开关

L1、L2：振幅

具体实施方式

公知的信号转换器，虽可将摆幅(swing)较大的数据信号转换为差动小信号，以符合高速传送数字数据的需求。但当信号转换器操作的频率越快时，电磁干扰也越严重，如此将使得产品输出功能不正常，或是寿命因此减短。

有鉴于此，本发明的实施例提供一种信号转换器，可以减低信号转换器在高速操作时所产生的电磁干扰，以避免在传输信号过程中信号判读错误，使得产品输出功能不正常。下面将参考附图详细阐述本发明的实施例，附图举例说明了本发明的示范实施例，其中相同标号指示同样或相似的元件。

图1是依照本发明实施例的信号转换器的电路图。请参照图1，本实施例所提供的信号转换器100主要包括第一电流源A1、第二电流源A2、第一切换单元102、第二切换单元104、第一电容单元106以及第二电容单元108。其中，图1还示出了信号转换器100在实际应用上所外接的负载110。在此，负载110例如是信号转换器100的下级电路(例如信号接收器)或是信号传输通道(例如印刷电路板)等。为了说明方便起见，图1还示出了负载110的等效电路，且此等效电路包括电阻R0、电容CP1及电容CP2。

第一电流源A1耦接电源电压VS。第一切换单元102具有第一端TM21至第三端TM23。第一切换单元102的第一端TM21耦接至第一电流源A1。第一切换单元102的第二端TM22与第三端TM23分别外接至负载110的两端。第二切换单元104具有第一端TM41至第三端TM43。第二切换单元104的第二端TM42与第三端TM43分别耦接至第一切换单元102的第二端TM22与第三端TM23。第二电流源A2耦接在第二切换单元104的第一端TM41与接地电压GND之间。另外，第一电容单元106耦接在第一切换单元102的第一端TM21与接地电压GND之间。第二电容单元108与第二电流源A2相互并联。

其中，第一电流源A1用以提供参考电流I1。第一切换单元102用以依据差动输入信号D1将参考电流I1导向至其第二端TM22或第三端TM23。另一方面，第二切换单元104会依据差动输入信号D1而将流经负载110的参考电流I1导向至第二切换单元104的第一端TM41。第二电流源A2则用以汇集参考电流I1。

如此一来，随着第一切换单元102与第二切换单元104对参考电流I1的流向的切换，参考电流I1将流经负载110并在负载110的两端形成一差动输出信号D2，也就是压降在第一切换单元102的第二端TM22上的输出信号D21以及其第三端TM23上的输出信号D22。在此，差动输出信号D2的振幅小于差动输入信号D1的振幅，故经由信号转换器100转换的差动输入信号D1，将满足高速传输的需求。

另一方面，第一电容单元106用以依据切换信号S1来调整第一电容单元106所对应的电容值。第二电容单元108用以依据切换信号S1来调整第二电容单元108所对应的电容值。其中，第一电容单元106与第二电容单元108还参照差动输入信号D1的频率来控制切换信号S1，使第一电容单元106与第二电容单元108所对应的电容值的大小与差动输入信号D1的频率相关。因此，第一电容单元106与第二电容单元108将可有效地滤除第一切换单元102与第二切换单元104在切换参考电流I1的瞬间所形成的突波。

在本发明的另一实施例中，图1中的差动输入信号D1包括两个互不重叠的输入信号，而第一切换单元102与第二切换单元104各可包括两个开关。举例来说，图2是依照本发明另一实施例的信号转换器的电路图，图3是依照本发明一实施例的差动输入信号与差动输出信号的示意图。请参照图2与图3，本实施例中的差动输入信号D1包括互不重叠的第一输入信号D11与第二输入信号D12。其中，信号在高准位时为致能，在低准位时为失能。因此，当第一输入信号D11为致能的期间第二输入信号D12为失能，当第二输入信号D12为致能的期间第一输入信号D11为失能，且两输入信号不同时为致能。

另外，第一切换单元102包括第一开关SW1以及第二开关SW2。其中，第一开关SW1的第一端耦接至第一切换单元102的第一端TM21，第一开关SW1的第二端耦接至第一切换单元102的第二端TM22。第二开关SW2的第一端耦接至第一切换单元102的第一端TM21，第二开关SW2的第二端耦接至第一切换单元102的第三端TM23。

第二切换单元104则包括第三开关SW3以及第四开关SW4。其中，第三开关SW3的第一端耦接至第二切换单元104的第二端TM42，第三开关SW3的第二端耦接至第二切换单元104的第一端TM41。第四开关SW4的第一端耦接至第二切换单元104的第三端TM43，第四开关SW4的第二端耦接至第二切换单元104的第一端TM41。此外，第一开关SW1至第四开关SW4可以分别由一个至多个晶体管所构成。

针对第一切换单元102与第二切换单元104的具体操作来看。其中，第一开关SW1与第四开关SW4依据第一输入信号D11来切换其本身的导通状态，而第二开关SW2与第三开关SW3依据第二输入信号D12来切换其本身的导通状态。

在此，当第一输入信号D11为致能的期间，第一开关SW1及第四开关SW4为导通，而第二开关SW2及第三开关SW3为断开。因此，第一电流源A1所提供的参考电流I1将由导通的第一开关SW1的第一端流入，并流经负载110而由导通的第四开关SW4的第二端流出，进而被第二电流源A2所汇集。此时，依据参考电流I1的流向可知，第一切换单元102的第二端TM22将可产生具有高准位的输出信号D21，且第一切换单元102的第三端TM23将可产生具有低准位的输出信号D22。

相对地，当第二输入信号D12为致能的期间，第二开关SW2及第三开关SW3为导通，而第一开关SW1及第四开关SW4为断开。因此，第一电流源A1所提供的参考电流I1将由导通的第二开关SW2的第一端流入，并流经负载110而由导通的第三开关SW3的第二端流出，进而被第二电流源A2所汇集。此时，依据参考电流I1的流向可知，第一切换单元102的第二端TM22将可产生具有低准位的输出信号D21，且第一切换单元102的第三端TM23将可产生具有高准位的输出信号D22。

值得注意是，随着第一开关SW1至第四开关SW4的切换，流经负载110的参考电流I1的流向也将不断地反复交替。因此，负载110的两端将可形成互不重叠的输出信号D21及输出信号D22，也就是差动输出信号D2。其中，差动输出信号D2的振幅即为参考电流I1的电流值与负载110的电阻值的乘积，也就是输出信号D21与输出信号D22之间的电压差。此外，如图3所示，差动输出信号D2的振幅L2小于差动输入信号D1的振幅L1，且在第一电容单元106及第二电容单元108的作用下，差动输出信号D2受电磁干扰而产生的突波将可有效地被滤除。

值得一提的是，当第一开关SW1至第四开关SW4的切换频率越快时，第一开关SW1的第二端上的电压，以及第二开关SW2的第二端上的电压，其瞬间变化所造成的电压突波情形也就越严重。为了减低电磁干扰，本实施例可通过调整第一电容单元106与第二电容单元108所等效的电容值，来滤除开关切换时电压上冲及下冲所造成的电压突波，并同时滤除第一电流源A1与第二电流源A2所产生的噪声。

在此，第一电容单元106与第二电容单元108可用来通过交流而阻隔直流、存储和释放电荷以缓和输出信号D21及D22的电压突波。当第一开关SW1至第四开关SW4以较高频率切换时，第一电容单元106与第二电容单元108的充放电次数增多且放电电流增强，此时必须将第一电容单元106与第二电容单元108所对应的电容值调小，以符合瞬间放出大电流的需求。相对地，当第一开关SW1至第四开关SW4以较低频率切换时，电容的充放电次数减少且放电电流减弱，此时必须将第一电容单元106与第二电容单元108所对应的电容值调大，以配合差动输入信号D1的频率充放电，进而获得稳定的输出信号D21及D22。

其中，第一电容单元106与第二电容单元108可包括相互并联的多个电容，并可通过调整电容的并联个数来控制两电容单元所对应的电容值的大小。举例来说，图4是依照本发明实施例的第一电容单元的电路图。请同时参照图2及图4，第一电容单元106可包括多个第五开关SW51～SW5N及多个第一电容C11～C1N，其中N为正整数。

在此，多个第五开关SW51～SW5N的第一端耦接至第一切换单元102的第一端TM21，多个第一电容C11～C1N分别与多个第五开关SW51～SW5N一一对应，其中多个第一电容C11～C1N的第一端各自耦接至对应的第五开关，且多个第一电容C11～C1N的第二端耦接至接地电压GND。另外，切换信号S1可包括切换信号S11～S1N。

第一电容单元106可依据差动输入信号D1的频率来控制切换信号S11～S1N。当第一开关SW1至第四开关SW4以较高频率切换时，第一电容单元106将依据切换信号S11～S1N改变第五开关SW51～SW5N的导通个数，以减少第一电容单元106中电容并联的个数，进而调整出适当的第一电容单元106的电容值。相对地，当第一开关SW1至第四开关SW4以较低频率切换时，第五开关SW51～SW5N的导通个数将在切换信号S11～S1N的控制下变多，以增加第一电容单元106中电容并联的个数，进而调整出适当的第一电容单元106的电容值。

同理类推，图5是依照本发明一实施例的第二电容单元的电路图。请同时参照图2及图5，第一电容单元108可包括多个第六开关SW61～SW6N及多个第二电容C21～C2N。其中，多个第六开关SW61～SW6N的第一端耦接至第二切换单元104的第一端TM41，多个第二电容C21～C2N分别与多个第六开关SW61～SW6N一一对应，其中多个第二电容C21～C2N的第一端各自耦接至对应的第六开关，且多个第二电容C21～C2N的第二端耦接至接地电压GND。

相似地，第二电容单元108可依据差动输入信号D1的频率来控制切换信号S11～S1N。当第一开关SW1至第四开关SW4以较高频率切换时，第六开关SW61～SW6N的导通个数将在切换信号S11～S1N的控制下变少，以减少第一电容单元108中电容并联的个数，进而调整出适当的第二电容单元108的电容值。相对地，当第一开关SW1至第四开关SW4以较低频率切换时，第六开关SW61～SW6N的导通个数将在切换信号S11～S1N的控制下变多，以增加第二电容单元108中电容并联的个数，进而调整出适当的第二电容单元108的电容值。

综上所述，上述诸实施例可配合信号转换器的开关切换频率设定第一电容单元及第二电容单元的电容值，以减低开关切换所造成的电磁干扰，并滤除第一电流源与第二电流源所产生的噪声，进而避免在传输信号过程中信号判读的错误、产品输出功能的不正常或是寿命的缩减。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与修改，故本发明的保护范围当以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种信号转换器，包括：

第一电流源，耦接电源电压，以提供参考电流；

第一切换单元，具有第一端至第三端，所述第一切换单元的第一端耦接至所述第一电流源，以依据差动输入信号将所述参考电流导向至所述第一切换单元的第二端或第三端，且所述第一切换单元的第二端与第三端分别外接至负载的两端，以形成差动输出信号；

第一电容单元，耦接在所述第一切换单元的第一端与接地电压之间，并用以依据切换信号来调整所述第一电容单元所对应的电容值；

第二切换单元，具有第一端至第三端，所述第二切换单元的第二端与第三端分别耦接至所述第一切换单元的第二端与第三端，并依据所述差动输入信号而将流经所述负载的所述参考电流导向至所述第二切换单元的第一端；

第二电流源，耦接在所述第二切换单元的第一端与所述接地电压之间，以汇集所述参考电流；以及

第二电容单元，与所述第二电流源相互并联，并用以依据所述切换信号来调整所述第二电容单元所对应的电容值，

其中所述第一电容单元与所述第二电容单元还参照所述差动输入信号的频率来控制所述切换信号，以致使所述第一电容单元与所述第二电容单元所对应的电容值的大小与所述差动输入信号的频率相关。

2.如权利要求1所述的信号转换器，其中所述差动输入信号包括互不重叠的第一输入信号与第二输入信号，且所述第一切换单元包括：

第一开关，其第一端耦接至所述第一切换单元的第一端，所述第一开关的第二端耦接至所述第一切换单元的第二端；以及

第二开关，其第一端耦接至所述第一切换单元的第一端，所述第二开关的第二端耦接至所述第一切换单元的第三端，

其中，所述第一开关与所述第二开关分别依据所述第一输入信号与所述第二输入信号来切换其本身的导通状态。

3.如权利要求2所述的信号转换器，其中所述第二切换单元包括：

第三开关，其第一端耦接至所述第二切换单元的第二端，所述第三开关的第二端耦接至所述第二切换单元的第一端；以及

第四开关，其第一端耦接至所述第二切换单元的第三端，所述第四开关的第二端耦接至所述第二切换单元的第一端，

其中，所述第三开关与所述第四开关分别依据所述第二输入信号与所述第一输入信号来切换其本身的导通状态。

4.如权利要求3所述的信号转换器，其中所述第一开关至所述第四开关分别由一个至多个晶体管所构成。

5.如权利要求1所述的信号转换器，其中所述第一电容单元包括：

多个第五开关，其中所述多个第五开关的第一端耦接至所述第一切换单元的第一端，并分别依据所述切换信号而决定其导通状态；以及

多个第一电容，分别与所述多个第五开关一一对应，其中所述多个第一电容的第一端各自耦接至对应的第五开关的第二端，且所述多个第一电容的第二端耦接至所述接地电压。

6.如权利要求1所述的信号转换器，其中所述第二电容单元包括：

多个第六开关，其中所述多个第六开关的第一端耦接至所述第二切换单元的第一端，并分别依据所述切换信号而决定其导通状态；以及

多个第二电容，分别与所述多个第六开关一一对应，其中所述多个第二电容的第一端各自耦接至对应的第六开关的第二端，且所述多个第二电容的第二端耦接至所述接地电压。

7.如权利要求1所述的信号转换器，其中所述差动输入信号的振幅大于所述差动输出信号的振幅。

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