CN101908832A - 从信号信宿的功率抽取 - Google Patents

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Abstract

披露一种适合位于信号信道的信宿近端位置的功率抽取器。功率抽取器可从信号信道产生功率而不会显著影响信道中的信号质量。在一个实施例中，功率抽取电路可包括：耦合于信号信道的信宿侧的电流源，其中所述信号信道独立于任何电源信号，电流源是高阻抗的，以维持所述信号信道中的信号质量；配置成从使用电流源信号信道取得的电流产生第一经调节的电源的第一调节器；以及耦合于第一调节器的第二调节器，其中第二调节器配置成从第一经调节的电源产生第二经调节的电源。

Description

从信号信宿的功率抽取
技术领域
本发明总的来说涉及与电子设备关联的电源，更具体地涉及从信号信宿抽取功率。
背景技术
在计算设备或电子设备之间的信号传播一般涉及电缆(例如同轴电缆、双绞线等)。为了增加这种电缆敷设长度，可能需要在终端信宿处增强或重构通过电缆的信号。可使用位于信宿近端的专门芯片来实现这种重构。然而，许多信令协议不包括在通过电缆的信号信道中供电。
发明内容
披露了一种适用于信号信道的信宿近端位置的功率抽取器。该功率抽取器可从信号信道发电而不会显著影响信道中的信号质量。在一个实施例中，功率抽取电路可包括：耦合于信号信道的信宿侧的电流源，其中信号信道独立于任何电源信号，电流源是高阻抗的以维持信号信道中的信号质量；配置成从使用电流源的信号信道取得的电流产生第一经调节的电源的第一调节器；以及耦合于第一调节器的第二调节器，其中第二调节器配置成从第一经调节的电源产生第二经调节的电源。
在一些实施例中，抽取功率的方法可包括：从信号信道的信宿侧接收信号，其中信号信道独立于任何电源信号；使用高阻抗电流源检测信号上的电压降；使用经由电流源取自信号信道的电流从第一调节电路产生第一经调节的电源；并使用第二调节器从第一经调节的电源产生第二经调节的电源。
在一个实施例中，电缆连接模块可包括：耦合于信宿的连接信道，其中所述连接信道包括独立于任意电源信号的信号信道；以及耦合于靠近信宿的连接信道的功率抽取电路，该功率抽取电路配置成从信号信道抽取功率，其中所述功率抽取电路包括：耦合于信号信道的高阻抗电流源，其中在信号信道中维持其信号质量；线性压降调节器，其配置成使用电流源从取自信号信道的电流产生第一经调节的电源；以及耦合于线性压降调节器的开关调节器，其中所述开关调节器配置成从第一经调节的电源产生第二经调节的电源。
附图说明
图1是示出示例性功率抽取器配置的方框图。
图2是示出示例性功率抽取器应用的图。
图3是示出示例性发射机结构的方框示意图。
图4是示出示例性连接信道结构的方框示意图。
图5是示出示例性信宿结构的方框示意图。
图6是示出示例性线性压降调节器电路的方框示意图。
图7是示出示例性开关调节电路的方框示意图。
图8是示出从信号信道抽取功率的示例性方法的流程图。
具体实施方式
具体实施例允许从信号信道产生功率而不会显著影响该信道中信号的质量。具体实施例中的功率抽取器适于实现在信号信道的信宿侧附近的位置(例如电缆连接器中)处。具体实施例中的功率抽取器的其它位置包括沿电缆连接的任何适宜位置(例如源、信宿、中间抽头点等)。此外，具体实施例中可采用任何适当的电压电平或经调节电源的数量。可利用各种调节器设计来有效地适应接收已调节功率输出的特殊芯片或器件。如本文所述，各种调节器和关联电路可具有适应不同应用的特定约束条件的不同配置。
现在参见图1，图中示出一种示例性功率抽取器配置100的方框示意图。发射机102可经由电缆104发送信号。例如，电缆104可以是任意合适类型的连接，比如同轴电缆、双绞线或任意类型的总线(例如串行外围接口(SPI)、通用串行总线(USB)、集成电路间互连总线(I2C)、任意DC耦合的漏极开路接口以及双重(信宿和源)端子的DC耦合接口等)以提供连接。此外，电缆104中的信号信道可包括任意合适类型的信令(例如差动对、电流信令、电压信令等)，所述信令支持信号信道本身中没有电源或线路的协议。接收机106可包括连接信道108和信宿110。连接信道108可连接于功率抽取器116。功率抽取器116可从线性压降调节器112提供第一经调节的输出，并从开关调节器114提供第二经调节的输出。可在电缆104中或在与电缆104端子相联的连接模块或连接器处或附近实现接收机106中示出的一个或多个组件。例如，这类组件中的一个或多个可在高分辨率多媒体接口(HDMI)应用的信宿侧(例如电视机)近端(例如在印刷电路板(PCB)迹线中或在连接器信道108中的芯片内)。又如，当信号信道是HDMI电缆时，HDMI延长线(lane extender)可包括一个或多个这样的组件。
当然，在某些实施例中可以发现图1所示特定实例的多种变化形式。例如，可选择多种或不同类型的调节器、经调节的输出、其它类型的电缆、组件的顺序和位置以及功率抽取电路的不同连接点。也可包括其它类型的放大电路或其它功能。
本文所述的特定实例涉及从50ΩVDD或VCC终端信宿(例如在HDMI接收机中)的远端接收机抽取直流(DC)功率。具体实施例也可支持从具有任意适宜阻抗的信号抽取功率，例如从大约1Ω至大约100Ω的阻抗，包括从大约25Ω至大约75Ω。具体实施例也可支持具有任意适当电压的电压调节输出，例如从大约0.7V至大约20V的电压，包括从大约1V至大约5V，例如大约1.2V和大约2.5V。因此，具体实施例的功率抽取器可用于具有不同阻抗和调节电压的多种不同产品。
现在参见图2，图中示出示例性功率抽取器应用200的图。在该例中，数字视频盘(DVD)播放机202是HDMI发射机或源。电缆104因此可以是在信宿终端侧具有能连接于电视机204的连接器或连接模块206的HDMI电缆。功率抽取器116可集成在连接器206中，或位于电缆104信宿侧的近端。如此，由于可使用从功率抽取器116供电的电路重构电缆104中的劣化信号，因此可采用更长的电缆104(例如大约3米、10米、30米等，并取决于电缆规格)。此外，电缆104中的信号工作质量基本不受电源抽取器116的影响，由此保持电视机204上从播放机202播放的DVD的性能。
因此，从电缆104中的信号抽取的功率量是有限的，以使信号操作和/或质量不受显著影响。另外，对工作在双向模式的信号协议来说，可在电缆104的任一端利用这类功率抽取器116。一般来说，在具体实施例中，可支持电缆104中没有单独功率信号或电源的任意信令协议。另外，除了信号重构或放大，还可经由抽取的功率对其它芯片和/或电路供电。
下面参照图3-5论述的示例性电路示出HDMI关联的电路。因此，示出若干差动信号对，其中三个提供数据信号而一个提供时钟信令。然而，具体实施例中也可支持信道中的其它协议、类型和信号数目。
现在参见图3，图中示出示例性发射机结构300的方框示意图。在本例中，发射机102包括发送信道308-0、308-1、308-2和308-3。每个发送信道308可包括如图所示耦合于电流源I306的NMOS晶体管M302和M304以提供差动信令。发送信道308-0可经由信号信道104-0连接于差动对端子310-0、312-0以供时钟信号发送。对于数据信号传输，发送信道308-1可经由信号信道104-1(Data3)连接于差动对端子310-1和312-1，发送信道308-2可经由信号信道104-2(Data2)连接于差动对端子310-2和312-2，而发送信道308-3可经由信号信道104-3(Data1)连接于差动对端子310-3和312-3。
现在参见图4，图中示出示例性连接信道结构400的方框示意图。在该例中，导体信道108包括HDMI信道408-0、408-1、408-2和408-3。每个导体信道408可包括用于缓冲输入差动对(例如310-0和312-0)的缓冲器424，其连接于由NMOS晶体管M402和M404、电阻器R414和R422以及电流源I406形成的差动放大器。来自差动放大器的输出可连接于NMOS晶体管M416和M418，NMOS晶体管M416和M418耦合于电流源I420以控制相应端子(例如410-0和412-0)。同样，HDMI信道408-1接收信号310-1/312-1，并提供信号410-1/412-1，HDMI信道408-2接收信号310-2/312-2，并提供信号410-2/412-2，而HDMI信道408-3接收信号310-3/312-3，并提供信号410-3/412-3。
现在参见图5，图中示出示例性信宿结构500的方框示意图。信宿110可包括端接每个差动信号对的信宿508。例如，HDMI信宿508-0能接收信号对410-0/412-0，HDMI信宿508-1能接收信号对410-1/412-1，HDMI信宿508-2能接收信号对410-2/412-2，而HDMI信宿508-3能接收信号对410-3/412-3。每个信宿508可包括缓冲器502以及上拉电阻R504和R506。
现在参见图6，图中示出示例性线性压降调节电路112的方框示意图。高阻抗电流源(例如受来自运算放大器604输出控制的NMOS晶体管M606、M608、M610、M612、M614、M616和M620)可经由信号信道(例如PCB迹线、HDMI电缆等)连接于信号信宿的相应输入(例如410-0、412-0、410-1、412-1、410-2、412-2、410-3和412-3)。基于经调节的输出电压(VREG)相对于基准电压(VREF1)的比较而控制NMOS晶体管。在该特定例中，VREG和VREF1两者可以是大约2.5V，但在特定实施例中也可采用任何适宜的调节电压。
如此，线性压降调节器112可从信号信道(例如经由连接410/412)抽取预定DC电流，并将电流传递给(例如电容器C622处的)负载以提供经调节的电压(VREG)。此外，可通过在VDD电源和VREG之间连接电阻R602而从VDD电源(例如从HDMI发射机提供的大约5V)抽取附加电流(例如大约5mA)。另外，通过经由运算放大器604控制NMOS晶体管的栅极，在连接点410/412呈现出高阻抗(例如大于约1000Ω)，从而当针对经调节的电源VREG抽取功率时有效地保持信号信道中的信号质量。
现在参见图7，图中示出示例性开关调节电路114的方框示意图。可使用开关调节器114自VREG形成第二经调节的电源(AVDD)。该示例性开关调节器可包括带磁滞的比较器704，该比较器704将输出提供给缓冲电路702。第一经调节的电源VREG可将功率提供给由PMOS晶体管M706和NMOS晶体管M708形成的逆变器，该逆变器则能驱动电容器C710处的调节电压AVDD。
反馈环可包括运算放大器712，用于将经调节的输出AVDD与基准电平VREF2(例如大约1.2V)比较。来自运算放大器712的输出可提供给比例-积分-微分(PID)控制714。比较器704可接收来自PID控制714的输出以与锯齿波形比较。缓冲电路/驱动器702可使用特殊的不重叠边沿时钟来使功率效率最大化。
AVDD的可用电流(例如大约1.2V)可通过示例性开关调节电路114相对于VREG有效地加倍。例如，对于大约200mV的HDMI远端信宿输入(例如410/412)的共模上的每次压降，本文描述的电路可用来将大约60mV传递给所产生的AVDD电源。此外，由于线性压降调节器112的高阻抗电流源结构，信号信道中的差动信令路径基本不受影响。另外，可经由线性压降和开关调节器的组合有效地使来自VDD电源(例如大约5V)的附加电流(例如大约5mA)加倍。
现在参见图8，图中示出从信号信道抽取功率的示例性方法800的流程图。该流程开始(802)，并且在电缆连接器的信宿侧接收(804)流过电缆的信号。可使用例如NMOS晶体管的高阻抗电流源检测(806)信号中的电压降。可使用线性压降调节电路中的电流源产生(808)第一经调节的电源(例如VREG)。也可使用开关电路从第一经调节的电源产生(810)第二经调节的电源，结束(812)流程。
本文描述的功率抽取器可从信号信道产生功率而不会显著影响信道中信号的工作质量。这些功率抽取器尤为适于实现在电缆的信宿侧，其中信号信道独立于任何功率信号。另外，任何适宜的技术(例如CMOS、双CMOS等)和特征尺寸(例如0.18μm、0.15μm和0.13μm等)可用来实现本文所述的电路和功能。
尽管已描述本发明的特定实施例，然而这些实施例的变例是可行的并落在本发明的范围内。例如，尽管已描述和示出特定调节器配置和结构，然而根据各个其它方面也可采用其它调节器等。例如，尽管示出线性压降调节器和开关调节器，然而在特定实施例中也可采用单独的调节器和/或其它类型的调节器和抽取电路等。另外，根据一些特定实施例，可应用于除来自电缆信令的等功率抽取以外的场合。
任意合适的编程语言可用来实现其特定实施例的例程，包括C、C++、Java、汇编语言等。可采用不同编程技术，例如面向程序或面向对象的编程技术。可在单个处理器件或多个处理器上执行例程。尽管可以特定顺序表现步骤、操作或计算，然而在不同的特定实施例中可改变这种顺序。在一些特定实施例中，可同时执行本说明书中顺序表示的多个步骤。
可在计算机可读存储介质(由指令执行系统、装置、系统或设备使用或与之关联)中实现特定实施例。可以软件或硬件或两者组合的控制逻辑形式实现特定实施例。当由一个或多个处理器执行该控制逻辑时，该控制逻辑可工作以执行特定实施例中描述的功能。
可通过使用编程的通用数字计算机、使用专用集成电路、可编程逻辑器件、现场可编程门阵列、光、化学、生物、量子或纳米工程系统、组件和机构来实现特定实施例。通常来说，可藉由业内已知的任意手段来达成特定实施例的功能。可使用分布式联网系统、组件和/或电路。数据的通信或传输可以是有线的、无线的或借助任意其它手段的。
还应理解，可以更为分立或集成的方式实现附图/插图中绘出的一个或多个要素，在某些情形下甚至可将其去除或表示为无用，只要这样做对于特定实施例是有益的即可。采用能存储在机器可读介质中以允许计算机执行任意上述方法的程序或代码也落在本发明的精神和范围内。
在本说明书和权利要求书中使用的“一”、“一个”和“该”包括复数表示，除非上下文清楚地陈述了相反情形。另外，在下面的本说明书和权利要求书中，“在”的含义包括“在......内”和“在......上”，除非上下文清楚地陈述了相反情形。
因此，尽管本文中已描述了特定实施例，然而前面的公开支持各种范围的修正、各种变化和替换，并且应当理解在一些情形下可采用特定实施例的一些实例和特征而不使用其它相应特征，这样做不会脱离所陈述的范围和精神。因此，可作出许多修正来使特殊情况或材料适应实质范围和精神。

Claims (20)

1.一种功率抽取电路，包括：
耦合于信号信道的信宿侧的电流源，其中所述信号信道独立于任何电源信号，所述电流源是高阻抗的以维持所述信号信道内的信号质量；
配置成使用所述电流源从自所述信号信道得到的电流产生第一经调节的电源的第一调节器；以及
耦合于所述第一调节器的第二调节器，其中所述第二调节器配置成从所述第一经调节的电源产生第二经调节的电源。
2.如权利要求1所述的功率抽取电路，其特征在于，所述信号信道包括差动信号。
3.如权利要求1所述的功率抽取电路，其特征在于，所述信号信道包括多个差动信号对。
4.如权利要求1所述的功率抽取电路，其特征在于，所述信号信道包括高清晰度多媒体接口(HDMI)电缆。
5.如权利要求1所述的功率抽取电路，其特征在于，所述第一调节器包括线性压降调节器。
6.如权利要求5所述的功率抽取电路，其特征在于，所述线性压降调节器包括：
耦合于所述信号信道的晶体管；以及
配置成将所述第一经调节的电源与基准电压比较并从中控制所述晶体管的运算放大器。
7.如权利要求1所述的功率抽取电路，其特征在于，所述第二调节器包括开关调节器。
8.如权利要求7所述的功率抽取电路，其特征在于，所述开关调节器包括由所述第一经调节的电源供电的逆变器，所述逆变器配置成接收经放大的控制信号并提供所述第二经调节的电源。
9.如权利要求1所述的功率抽取电路，其特征在于，所述第一经调节的电源包括大约2.5V的电压。
10.如权利要求1所述的功率抽取电路，其特征在于，所述第二经调节的电源包括大约1.2V的电压。
11.如权利要求1所述的功率抽取电路，其特征在于，所述功率抽取电路在电缆的连接器中实现。
12.如权利要求1所述的功率抽取电路，其特征在于，所述信号信道包括印刷电路板(PCB)迹线。
13.一种抽取功率的方法，所述方法包括：
从信号信道的信宿侧接收信号，其中所述信号信道独立于任何电源信号；
使用高阻抗电流源检测所述信号上的电压降；
使用从所述信号信道得到的电流经由所述高阻抗电流源从第一调节电路产生第一经调节的电源；以及
使用第二调节器从所述第一经调节的电源产生第二经调节的电源。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，接收信号包括接收多个差动信号。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括使用所述第一和第二经调节电源中的至少一者向配置成放大来自所述信号信道的信号的电路供电。
16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，产生所述第二经调节的电源包括相比所述第一经调节的电源使可用的电流加倍。
17.一种电缆连接模块，包括：
耦合于信宿的连接器信道，其中所述连接器信道包括独立于任何电源信号的信号信道；以及
在靠近所述信宿处耦合于所述连接器信道的功率抽取器电路，所述功率抽取器电路配置成从所述信号信道抽取功率，其中所述功率抽取器电路包括：
耦合于所述信号信道的高阻抗电流源，其中在所述信号信道内信号质量得以维持；
线性压降调节器，其配置成使用所述高阻抗电流源从自所述信号信道得到的电流产生第一经调节的电源；以及
耦合于所述线性压降调节器的开关调节器，其中所述开关调节器配置成从所述第一经调节的电源产生第二经调节的电源。
18.如权利要求17所述的电缆连接模块，其特征在于，所述信号信道包括高清晰度多媒体接口(HDMI)电缆。
19.如权利要求17所述的电缆连接模块，其特征在于，所述第一经调节的电源包括大约2.5V的电压。
20.如权利要求17所述的电缆连接模块，其特征在于，所述第二经调节的电源包括大约1.2V的电压。
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