CN102158216A - 接收电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种接收电路。根据本发明的示例性方面的接收电路包括：第一分压电路，该第一分压电路基于第一和第二电阻器之间的电阻比率来输出通过差分信号中的一个的分压而获得的第一输入信号；第二分压电路，该第二分压电路基于第三和第四电阻器的电阻比率来输出通过差分信号的另一个的分压而获得的第二输入信号；差分放大器，该差分放大器放大第一和第二输入信号之间的差分分量；共模电压检测电路，该共模电压检测电路检测差分信号的共模电压；以及偏置电压切换电路，该偏置电压切换电路基于共模电压来切换偏置电压的电压值。

Description

接收电路

相关申请的交叉引用

本申请基于并且要求2010年1月14日提交的日本专利申请No.2010-005914的优先权，通过引用将其内容整体合并于此。

技术领域

本发明涉及一种接收电路，特别地涉及接收差分信号并且将它们发送到后级中的电路的接收电路。

背景技术

差分信号被经常用于半导体器件之间的信号发送/接收。当外来噪声被混合到差分信号时，外来噪声同等地影响组成差分信号的两个信号的共模分量(或者共模电压)。同时，接收差分信号的接收电路基于通过从差分信号移除共模分量而获得的差分分量来生成输出信号。通过以这样的方式使用用于信号传输的差分信号，接收电路能够在没有外来噪声影响的情况下接收通过差分分量发送的传输数据。

然而，通常地，通过使用差分放大器构造接收电路。因此，在一些情况下，当差分信号的共模电压超过接收电路的共模输入范围时，接收电路不能精确地接收差分信号的差分分量。因此，日本未经审查的专利申请公开No.2002-217653和2002-314398和“易用的差分放大器的简化平衡信号设计-设计笔记333(Easy-to-Use DifferentialAmplifiers Simplify Balanced Signal Designs-Design Note 333)，线性技术(Linear Technology)公司(在下文中，被简单地称为“设计笔记333”)”公开了扩展接收电路的共模输入范围的技术。

在日本未经审查的专利申请公开No.2002-217653中公开的差分放大器电路包括电压移位单元，该电压移位单元位于差分放大单元和输入端子之间。然后，差分放大电路通过使用电压移位单元来移位输入信号的电压电平从而扩展它的共模输入范围。在日本未经审查的专利申请公开No.2002-314398中公开的半导体集成电路通过使用公共电平检测电路来检测差分信号的公共电平。然后，半导体集成电路基于检测到的公共电平，通过控制偏置电压的电压电平来控制差分放大器的操作电流。这样，在日本未经审查的专利申请公开No.2002-314398中公开的半导体集成电路扩展了差分放大器的共模输入范围。

然而，在日本未经审查的专利申请公开No.2002-217653中公开的差分放大电路中存在如下的问题，即，对于超过电源电压范围的共模电压而言，电压移位单元的输出被饱和。此外，在日本未经审查的专利申请公开No.2002-314398中公开的半导体集成电路仅控制差分放大器的操作电流。因此，还存在共模输入范围不能够扩展超出电源电压范围的问题。

同时，设计笔记333公开了能够处理超过电源电压范围的共模电压的差分放大器电路的示例。图7示出在设计笔记333中公开的差分放大器电路100的电路图。如图7中所示，差分放大电路100通过使用由电阻器Rg和Rs组成的分压电路来压缩输入信号Vin的振幅电平。然后，被压缩的输入信号Vin被输入到差分放大器AMP，以获得输出信号Vout。

发明内容

然而，本发明人已经发现下述问题。在设计笔记333中公开的差分放大电路中，需要根据共模电压的电压电平来增加电阻器Rg和Rs的分压比率。此电阻器的分压比率的增加可能导致差分放大电路的电压增益被降低。此外，当通过由电阻器组成的分压电路来压缩共模电压时，差分分量也要被压缩。因此，当电阻器的分压比率增加时，差分分量的幅度被减少，从而引起不能够精确地接收信号的问题。

本发明的第一示例性方面是一种接收电路，该接收电路包括：第一分压电路，该第一分压电路包括被串联地连接在第一输入端子与偏置端子之间的第一和第二电阻器，该第一分压电路被构造为输出通过基于第一和第二电阻器之间的电阻比率分压差分信号中的一个差分信号而获得的第一输入信号，其中通过所述第一输入端子输入差分信号中的所述一个差分信号，通过所述偏置端子施加偏置电压；第二分压电路，该第二分压电路包括被串联地连接在第二输入端子和偏置端子之间的第三和第四电阻器，该第二分压电路被构造为输出通过基于第三和第四电阻器的电阻比率分压差分信号的另一个差分信号而获得的第二输入信号，其中通过所述第二输入端子输入差分信号中的所述另一个差分信号；差分放大器，该差分放大器放大第一和第二输入信号之间的差分分量；共模电压检测电路，该共模电压检测电路检测差分信号的共模电压，共模电压检测电路被连接在第一和第二输入端子之间；以及偏置电压切换电路，该偏置电压切换电路基于共模电压来切换偏置电压的电压值。

在根据本发明的示例性方面的接收电路中，基于共模电压来切换偏置电压的电压值。这样，根据本发明的示例性方面的接收电路将第一和第二输入信号的电压电平位移到高压侧或者低压侧。此外，当第一和第二输入信号的电压电平被位移到高压侧时，用于差分信号的共模电压的、被提供到差分放大器的第一和第二输入信号的电压电平变得比仅由电阻比率确定的电压电平更高。结果，接收电路的共模输入范围能够被扩展到低电平侧。另一方面，当第一和第二输入信号的电压电平被位移到低压侧时，用于差分信号的共模电压的、被提供到差分放大器的第一和第二输入信号的电压电平变得比仅由电阻比率确定的电压电平更低。结果，接收电路的共模输入范围能够被扩展到高压侧。即，在根据本发明的示例性方面的接收电路中，基于共模电压切换偏置电压的电压值，使得能够实现比通过第一和第二分压电路的电阻比率确定的共模输入范围更宽的共模输入范围。

根据本发明的示例性方面的接收电路，能够在没有削弱接收电路的增益的情况下，扩展共模输入范围。

附图说明

结合附图，从某些示例性实施例的以下描述中，以上和其它示例性方面、优点和特征将更加明显，其中：

图1是根据本发明的第一示例性实施例的发送/接收电路的框图；

图2是根据本发明的第一示例性实施例的接收电路的电路图；

图3是根据本发明的第一示例性实施例的偏置电压切换电路的电路图；

图4是示出根据本发明的第一示例性实施例的接收电路的共模输入范围的图；

图5是根据本发明的第二示例性实施例的偏置电压切换电路的电路图；

图6是示出根据本发明的第二示例性实施例的接收电路的共模输入范围的图；以及

图7是在设计笔记333中公开的差分放大电路的电路图。

具体实施方式

[第一示例性实施例]

在下文中，参考附图解释根据本发明的示例性实施例。例如，根据本示例性实施例的接收电路被用作发送/接收电路的接收电路。因此，图1示出其中安装了根据本示例性实施例的接收电路的发送/接收电路1的框图。如图1中所示，发送/接收电路1包括发送电路TX和接收电路RX。例如，发送电路TX接收来自于诸如控制器2的处理电路的传输信号，并且基于接收到的传输信号来输出差分信号。同时，接收电路RX接收从其它的电路(未示出)输出的差分信号，并且将合成信号输出到诸如控制器2的处理电路。尽管在图1中示出接收差分信号并且输出单端信号的接收电路RX的示例，但是接收电路RX也可以输出差分信号。注意，通过使用对差分信号进行接收并且对单端信号进行输出的接收电路作为示例进行下述解释。

根据本发明的示例性方面的发送/接收电路1其特征在于它的接收电路RX。因此，在下文中详细地解释接收电路RX。图2示出接收电路RX的电路图。如图2中所示，接收电路RX包括第一分压电路10、第二分压电路11、差分放大器12、共模电压检测电路13、以及偏置电压切换电路14。

第一分压电路10包括电阻器R3和R4。电阻器R3和R4被串联地连接在通过其输入差分信号中的一个(例如，信号BP)的第一输入端子与向其施加偏置电压Vb的偏置端子(例如，偏置电压切换电路14的输出端子)之间。然后，第一分压电路10基于电阻器R3和R4之间的电阻比率来输出通过信号BP的分压而获得的第一输入信号。

第二分压电路11包括电阻器R5和R6。电阻器R5和R6被串联地连接在通过其输入差分信号的另一个(例如，信号BM)的第二输入端子和偏置端子之间。然后，第二分压电路11基于电阻器R5和R6的电阻比率来输出通过信号BM的分压而获得的第二输入信号。

差分放大器12放大通过第一分压电路10输出的第一输入信号和通过第二分压电路11输出的第二输入信号之间的差分分量，并且输出被放大的差分分量作为输出信号OUT。注意，在第一示例性实施例中假定差分放大器12包括组成差分对的具有P型导电性的晶体管。差分对接收第一和第二输入信号。

共模电压检测电路13包括电阻器R1和R2。电阻器R1和R2被连接在第一和第二输入端子之间。然后，共模电压检测电路13检测差分信号的共模电压Vcm。更加具体地，电阻器R1和R2具有相同的电阻值，并且因此从电阻器R1和R2的连接点输出差分信号之间的中间点电压。注意，差分信号之间的中间点电压等于差分信号的共模电压Vcm。

偏置电压切换电路14基于共模电压Vcm切换偏置电压Vb的电压值。更加具体地，偏置电压切换电路14具有阈值电压，在该阈值电压处，偏置电压处Vb的电压值被切换。然后，当共模电压Vcm高于阈值电压(当共模电压Vcm处于高电平)时，偏置电压切换电路14将偏置电压Vb降低到比当共模电压Vcm小于阈值电压时(当共模电压Vcm处于低电平时)使用的电压值更低。此外，偏置电压切换电路14在对偏置电压Vb的电压值的切换之前的状态和在其之后的状态的任意状态中，在差分放大器12的共模输入范围内切换偏置电压Vb。

图3示出偏置电压切换电路14的详细电路图。如图3中所示，偏置电压切换电路14包括电压移位电路20和反相器21。该电压移位电路20被布置在高压电源(例如，电源VDD)和反相器21之间。然后，电压移位电路20通过降低电源VDD的电压来输出低于电源VDD的被转换的电压VH。例如，通过使用二极管或者类似的组件来实现此电压移位电路20。

反相器21基于被转换的电压VH和低压电源(例如，接地电源GND)进行操作。反相器21包括NMOS晶体管N1和PMOS晶体管P1。NMOS晶体管N1的源极被连接到低压电源。PMOS晶体管P1和NMOS晶体管N1的漏极相互连接，并且从它们的连接点输出偏置电压Vb。PMOS晶体管P1的源极被连接到电平移位电路20的输出端子(例如，从其输出被转换的电压VH的端子)。共模电压Vcm被施加给PMOS晶体管P1的栅极和NMOS晶体管N1的栅极。注意，公共的高压电源和低压电源都被提供到偏置电压切换电路14和差分放大器12。

由于反相器21基于被转换的电压VH和接地电压进行操作，所以与反相器基于电源电压和接地电压进行操作的情况相比较，它的阈值电压变得较低。在根据第一示例性实施例的反相器21中，阈值电压被从电源电压和接地电压之间的中间点电压位移到接地电压侧。此外，通过将低于电源电压的被转换的电压VH施加到反相器21，能够降低输出偏置电压Vb使其低于电源电压。

接下来，解释根据第一示例性实施例的接收电路RX的共模输入范围。图4示出接收电路RX的共模输入范围的图。注意，在图4中所示的示例中，在从-20V至20V范围内变化的电压被作为还没有对其执行分压的信号BP和BM(在下文中被称为“分压前的信号BP和BM”)而输入。此外，在下面的解释中，从第一和第二分压电路10和20输出的第一和第二输入信号的共模电压被称为“分压后的共模电压Vcmd”。

在图4中所示的图中，水平轴显示被输入到第一和第二分压电路10和20的信号BP和BM的共模电压Vcmo，并且垂直轴显示(与第一和第二输入信号相对应的)通过第一和第二分压电路10和20进行分压而获得的信号BP和BM的共模电压Vcmd。

如图4中所示，当分压前的共模电压Vcm的电压值小于偏置电压切换电路14的阈值电压时，偏置电压切换电路14输出处于高电平的偏置电压Vb(在图4中所示的示例中为大约2V)。另一方面，当分压前的共模电压Vcm的电压值高于偏置电压切换电路14的阈值电压时，偏置电压切换电路14输出处于低电平的偏置电压Vb(图4中所示的示例中为接地电压)。然后，在接收电路RX中，响应于偏置电压Vb的切换来切换分压后的共模电压Vcmd的电压值。

如图4中所示，在当偏置电压Vb被固定在高电平时获得的分压后的共模电压Vcmd的电压值和当偏置电压Vb被固定在低电平时获得的分压后的共模电压Vcmd的电压值都处于差分放大器12的共模输入范围内的状态下，执行接收电路RX中的偏置电压Vb的电压值的切换。更加具体地，当分压前的共模电压Vcm的电压值低于偏置电压切换电路14的阈值电压时(当分压前的共模电压Vcm处于低电平时)，接收电路RX基于高电平偏置电压Vb和分压前的共模电压Vcm生成第一和第二输入信号(分压后的共模电压Vcmd)。另一方面，当分压前的共模电压Vcm的电压值高于偏置电压切换电路14的阈值电压时(当分压前的共模电压Vcm处于高电平时)，接收电路RX基于低电平偏置电压Vb和分压前的共模电压Vcm生成分压后的共模电压Vcmd。

基于相同的电阻比率来生成在偏置电压Vb的切换前和切换后生成的分压后的共模电压Vcmd。根据此事实，在偏置电压Vb的切换前和切换后生成的分压后的共模电压Vcmd具有其电压值相互位移的关系。即，接收电路RX基于分压前的共模电压Vcm的电压值位移分压后的共模电压Vcmd的电压值。

特别地，接收电路RX在其中通过将偏置电压Vb位移到高电平使得分压前的共模电压Vcm处于低电平的时段期间，将分压后的共模电压Vcmd的电压电平位移到高压侧，然而，在其中分压前的共模电压Vcm处于高电平的时段期间将分压后的共模电压Vcmd的电压电平位移到低压侧。

接收电路RX的共模输入范围对应于其中所获得的分压后的共模电压Vcmd落在差分放大器12的共模输入范围的分压前的共模电压Vcm的范围。在接收电路RX中，偏置电压切换电路14切换偏置电压Vb的电压值，使得接收电压RX的共模输入范围被扩展。在下文中以更加详细的方式解释此特征。

当通过偏置电压切换电路14获得的偏置电压Vb的电压值被固定在高电平时，接收电路RX的共模输入范围大致地从-15V到8V。此外，在这样的情况下，分压后的共模电压Vcmd的可能电压值大致地从-1.4V至5.4V。另一方面，当通过偏置电压切换电路14获得的偏置电压Vb的电压值被固定在低电平时，接收电路RX的共模输入范围大致地从-3V至19V。此外，在这样的情况下，分压后的共模电压Vcmd的可能电压值大致地在从-3.4V至3.4V的范围内变化。即，当分压前的共模电压Vcm是处于-3V至8V的范围内时，不管偏置电压是处于高电平或者低电平，分压后的共模电压Vcmd总是落在差分放大器12的共模输入范围内。

在接收电路RX中，偏置电压切换电路14具有处于或者接近1.4V的阈值电压。即，当分压前的共模电压Vcm低于1.4V时，接收电路RX基于高电平偏置电压Vb生成分压后的共模电压Vcmd，然而当分压前的共模电压Vcm高于1.4V时，它基于低电平偏置电压Vb生成分压后的共模电压Vcmd。通过像这样的操作，接收电路RX的共模输入范围的下限值是基于高电平偏置电压Vb确定的-15V，并且接收电路RX的共模输入范围的上限值是基于下限偏置电压Vb确定的19V。

如上所解释，当分压前的共模电压Vcm处于低电平时，根据第一示例性实施例的接收电路RX能够切换偏置电压Vb的电压值，使得分压后的共模电压Vcmd的电压值的电平被位移到高压侧。通过这样做，接收电路RX能够将共模输入范围扩展到低压侧。此外，当分压前的共模电压Vcm处于高电平时，根据第一示例性实施例的接收电路RX能够切换偏置电压Vb的电压值，使得分压后的共模电压Vcmd的电压值的电平被位移到低压侧。通过这样做，接收电路RX能够将共模输入范围扩展到高压侧。即，在没有提高第一和第二分压电路10和11中的分压比率的情况下，根据本发明的第一示例性实施例的接收电路RX能够通过切换偏置电压Vb扩展共模输入范围。

此外，即使当第一和第二分压电路10和11中的分压比率被设置为较低的值时，根据第一示例性实施例的接收电路RX也能够确保充分的共模输入范围。因此，能够增加用于接收电路RX的差分分量的增益。

[第二示例性实施例]

在根据第一示例性实施例的接收电路RX中，通过使用具有P型导电性的晶体管来形成差分放大器12的差分对。与此相反，当通过使用具有N型导电性的晶体管来形成差分对时，差分放大器12的共模输入范围位移到高压侧。因此，当通过使用具有N型导电性的晶体管来形成差分对时，需要更改偏置电压切换电路14的阈值。此外，还需要更改偏置电压Vb的高电平电压和低电平电压。

因此，图5示出适合于由具有N型导电性的晶体管组成的差分对的偏置电压切换电路14a的电路图。如图5中所示，偏置电压切换电路14a包括电压移位电路30和反相器31。电压移位电路30被布置在低压电源(例如，接地电源GND)和反相器31之间。然而，电压移位电路30输出高于接地电压的被转换的电压VL。例如，通过使用二极管或者类似的组件来实现此电压移位电路30。

反相器31基于被转换的电压VL和高压电源(例如，电源VDD)进行操作。反相器31包括NMOS晶体管N1和PMOS晶体管P1。PMOS晶体管P1的源极被连接到高压电源。PMOS晶体管P1和NMOS晶体管N1的漏极被相互连接，并且从它们的连接点输出偏置电压Vb。NMOS晶体管N1的源极被连接到电压移位电路30的输出端子(例如，从其输出被转换的电压VL的端子)。共模电压Vcm被施加给PMOS晶体管P1的栅极和NMOS晶体管N1的栅极。注意，公共的高压电源和低压电源都被提供到偏置电压切换电路14a和差分放大器12。

因为反相器31基于被转换的电压VL和电源电压进行操作，所以与反相器基于电源电压和接地电压进行操作的情况相比较，它的阈值电压变得较高。在根据第二示例性实施例的反相器31中，阈值电压被从电源电压和接地电压之间的中间点电压位移到电源电压侧。此外，通过将高于接地电压的被转换的电压VL施加给反相器31，能够提升在接地电压以上的输出偏置电压Vb。

接下来，解释根据第二示例性实施例的接收电路RX的共模输入范围。图6示出根据第二示例性实施例的接收电路RX的共模输入范围的图。如图6中所示，根据第二示例性实施例的接收电路RX的操作等效于根据第一示例性实施例的接收电路RX的操作，不同之处在于差分放大器的共模输入范围、分压后的共模电压Vcmd、以及阈值电压被位移到高压侧。即，根据第二示例性实施例的接收电路RX的操作与根据第一示例性实施例的接收电路RX的基本上相同。通过组成差分对的晶体管的导电性的变化、通过由偏置电压切换电路14a代替偏置电压切换电路14、以及通过分压电路的电阻比率的变化能够实现像这样的操作范围的移位，

如上所述，根据接收分压后的共模电压Vcmd的差分放大器12的共模输入范围能够适当地更改偏置电压切换电路14a的阈值电压以及偏置电压Vb的切换前和切换后的电压值。

本领域的技术人员能够根据需要组合第一和第二示例性实施例。

虽然已经按照若干示例性实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解本发明可以在权利要求的精神和范围内进行各种修改的实践，并且本发明并不限于上述的示例。

此外，权利要求的范围不受到上述的示例性实施例的限制。例如，上面示出的偏置电压切换电路的构造仅是示例，并且通过使用其它类型的电路也能够实现类似的操作。

此外，应当注意的是，申请人意在涵盖所有权利要求要素的等同形式，即使在后期的审查过程中对权利要求进行过修改亦是如此。

Claims (6)

1.一种接收电路，包括：

第一分压电路，所述第一分压电路包括被串联地连接在第一输入端子和偏置端子之间的第一和第二电阻器，所述第一分压电路被构造为输出通过基于所述第一和第二电阻器之间的电阻比率分压差分信号中的一个差分信号而获得的第一输入信号，其中通过所述第一输入端子输入所述差分信号中的所述一个差分信号，通过所述偏置端子输入偏置电压；

第二分压电路，所述第二分压电路包括被串联地连接在第二输入端子和所述偏置端子之间的第三和第四电阻器，所述第二分压电路被构造为输出通过基于所述第三和第四电阻器之间的电阻比率分压所述差分信号的另一个差分信号而获得的第二输入信号，其中通过所述第二输入端子输入所述差分信号的所述另一个差分信号；

差分放大器，所述差分放大器放大所述第一和第二输入信号之间的差分分量；

共模电压检测电路，所述共模电压检测电路检测所述差分信号的共模电压，所述共模电压检测电路被连接在所述第一和第二输入端子之间；以及

偏置电压切换电路，所述偏置电压切换电路基于所述共模电压来切换所述偏置电压的电压值。

2.根据权利要求1所述的接收电路，其中，当所述共模电压低于阈值电压时，所述偏置电压切换电路将所述偏置电压设置为比当所述共模电压高于所述阈值电压时使用的电压值高的电压值，其中在所述阈值电压处切换所述偏置电压的电压值。

3.根据权利要求1所述的接收电路，其中，在所述偏置电压的电压电平的切换之前的状态和切换之后的状态中的任何一个状态中，所述偏置电压落在所述差分放大器的共模输入范围内。

4.根据权利要求1所述的接收电路，其中

所述偏置电压切换电路基于被提供到所述偏置电压切换电路和所述差分放大器二者的公共高压电源和低压电源进行操作，并且

当所述差分放大器包括组成差分对的具有N型导电性的晶体管时，阈值电压具有从高压电源和低压电源之间的中间点电压位移到所述高压电源侧的电压值，而当所述差分放大器包括组成所述差分对的具有P型导电性的晶体管时，所述阈值电压具有从所述高压电源和所述低压电源之间的中间点电压位移到所述低压电源侧的电压值，其中在所述阈值电压处，所述偏置电压切换电路切换所述偏置电压的电压值。

5.根据权利要求1所述的接收电路，其中，所述偏置电压切换电路包括：

电压移位电路，所述电压移位电路通过位移被提供到所述偏置电压切换电路和所述差分放大器二者的公共高压电源和低压电源中的任意一个的电压的电平，来输出被转换的电压，以及

反相器，所述反相器基于所述公共高压电源和低压电源中的另一个的电压和所述被转换的电压来进行操作。

6.根据权利要求1所述的接收电路，其中

当所述差分放大器包括组成差分对的具有N型导电性的晶体管时，所述电压移位电路被布置在低压电源和反相器之间，并且输出比所述低压电源的电压值高的被转换的电压，并且

当所述差分放大器包括组成所述差分对的具有P型导电性的晶体管时，所述电压移位电路被布置在高压电源和反相器之间，并且输出比所述高压电源的电压值低的被转换的电压。

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