CN102204156A - 使用共模信令在差分对上的独立链接 - Google Patents

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Abstract

使用单端共模信令的方法与装置，可沿正向、反向及/或者两方向通过现存的差分对连接而无需附加其他线路传输附加数据。

Description

使用共模信令在差分对上的独立链接
优先权
本申请要求2008年10月27日提交的题为“INDEPENDENT LINK(S)OVER DIFFERENTIAL PAIRS USING COMMON-MODE SIGNALING(使用共模信令在差分对上的独立链接)”的相应美国临时专利申请S/N 61/108,757的优先权，且该申请通过引用结合于此。
背景
差分信令可用于在电缆上传送串行数据。为了增加数据传输的速率，可在高速串行链路上使用两个或多个差分对。
图1示出使用两个差分对形成虚拟差分对的一个示例。在计算机系统中，处理器101包含发送器106及接收器110。此处理器例如使用最小跳变差分信令(Transition Minimized Differential Signaling，TMDS)通信协议来将数字像素发送至视频显示终端102。因此，处理器101通过四双绞线差分对105a-d耦合至视频显示终端102。双绞线差分对105a-d可实现在单一电缆组件内。
或者，处理器101可使用任何其他适当的通信协议(诸如低电压差分信令(Low-Voltage Differential Signaling)，LVDS)来将数字像素数据至视频显示终端102，在这种情况下耦合于处理器101与视频显示终端102之间的双绞线差分对的数量可以不同。这些双绞线差分对用于发送红、绿及蓝数字像素数据至视频显示终端102，并发送用于同步数据的时钟信号。
显示终端102包含接收器107、发送器115及直流偏移模块(DC offset module)125。接收器107接收传入的数字像素数据并将数据路由至显示终端102内的列和行驱动电路(row/column driver circuitry)。显示终端102内的发送器115从与显示终端102耦合的周边设备接收传入的数字数据，并使用直流偏移模块125将该数字数据发送至处理器101。直流偏移模块125用于处理两双绞线差分对105a-d的直流偏移。当比较每两双绞线对中每一个的直流偏移时，两直流偏移之差用于发送反向数字数据。
可使第一对中的两线的直流偏移调整少量，而第二对中的两线中的直流偏移则维持不变。为了沿反向传送数字信息，第一直流偏移比较于第二偏移。此外，可使第二对中的两线的直流偏移调整少量，而第一对中的两线中的直流偏移则维持不变。为了沿反向传送数字信息，第一直流偏移比较于第二偏移。这允许数字数据的双向传输。数字数据亦通过两个双绞线差分对140、150沿反向传输。
附图简述
本发明在各附图中是作为示例而非限定来示出的，在附图中相似的附图标记指代类似的元件。
图1示出包含双向数据传输系统的系统。
图2是包含利用共模信令的双向数据传输系统的系统的一个实施例的框图。
图3是使用本文描述的技术所形成的示例波图。
图4示出通过可利用共模信令通信的电线相连接的发送器与接收器的一个实施例。
图5示出可用在双模接收器中的传输电路的一个实施例。
详细描述
在以下的描述中，将具体指出许多细节。然而，本发明的实施例不需这些具体细节仍可实施。在其他实例中，公知的电路、结构和技术未被详细示出以免混淆对本描述的理解。
在图2所示的共模信令配置中，利用多对差分对以形成虚拟差分对。即，利用四线以提供虚拟差分对。进一步，虚拟差分对上的数据传输是单向的。在以下描述的配置中，数据可以使用共模电压信令通过差分对发送。即，除了以差分对数据传输信号之外，差分对的共模电压可提供其他数据传输信号。数据可单向或双向传送。
图2是包含利用共模信令双向数据传输系统的系统的一个实施例的框图。此方案调制两相反方向的共模差分对以代表一位，并且在这两对之间检测共模差分以恢复该位。
在图2的示例中，其余的虚拟差分对示为从处理器201发送至显示器202。在可选实施例中，传输可以从显示装置202至处理器201，或双向通信。图3的发送器(以下更详细地描述)可被用以提供在差分对205a-d上的其他的数据传输能力。
在图2的计算机系统中，处理器201包含发送器206及接收器210。处理器201使用例如最小跳变差分信令(Transition Minimized Differential Signaling，TMDS)来将数字数据(例如数字像素数据)发送至显示终端器202。处理器201通过有线接口耦合于显示终端202，该有线接口包含至少四差分对205a-d。差分对205a-d可实现在单个电缆组件内。在一实施例中，四差分对运载红像素数据、绿像素数据、蓝像素数据及时钟信号。其他数据也可以使用差分对运载。差分对可采用双绞线对的形式。
另外，处理器201可使用其他任何适当的通信协议(例如LVDS)，用以传输数字像素数据至视频显示终端202，在这种情况下，在处理器201与视频显示终端202间的差分对的数量可能不同。这些差分对可用于将红、绿及蓝数字像素数据与用于同步数据的时钟信号一起发送至显示终端202。
显示终端202包含接收器207、发送器215及直流偏移模块225。接收器207接收传入数据并将该数据路由至列及行驱动电路230。显示器202内的发送器215可从耦合于显示终端202的周边设备接收传入数据，并且可使用直流偏移模块225将此数据发送至处理器201。直流偏移模块225用于处理两差分对105a-d上的直流偏移。当比较两双绞线对中每一个的直流偏移时，两直流偏移之差用于将数字数据从显示器202发送至处理器201。
通过发送器215操作直流偏移允许多对差分对上的数据传输，用以形成虚拟差分对280与290。虽然传输被表示为从显示装置202至处理器201，但是处理器201可包含一发送器，且显示装置202包含接收器以允许通过虚拟差分对从处理器201至显示装置202的传输。更进一步，虚拟差分对上支持双向通信。
可使第一对中的两线的直流偏移调整少量，而第二对中的两线的直流偏移维持不变。为了沿反向传送数字信息，将第一直流偏移比较于第二偏移。再者，可使第二对中的两线的直流偏移调整少量，而第一对中的两线的直流偏移则维持不变。为了沿反向传送数字信息，将第一直流偏移比较于第二偏移。这允许数字数据的双向传送。数字数据亦可通过两个双绞线差分对240与250在反向传送。
为了发送更多的数据，发送器215可将来自第一数据流与第二数据流的数据混合后产生将在差分对上发送的信号，该信号以共模信令方式经由差分数据表示两个数据流。接收器210解码差分数据与共模信令以恢复该两个数据流。使用参考图3和4描述的发送器电路，两个数据流可通过一一差分对发送。
图3是使用这些技术所产生的示例波形。本文所描述的信令技术与装置可应用于任何差分对数据传输机制，例如通过微通用串行总线(Universal Serial Bus，micro-USB)电缆的移动高清链路(Mobile High-Definition Link，MHL)，从而时钟与数据信号皆可经由USB电缆的单一差分线对或一双模接收器发送，该双模接收器接收上述的MHL信号与常见的HDMI信号。
在图3中，如实线所指示的，DP及DN差分信号。此二波形之差分部份Vdiff＝(DP-DN)可传送一数据流D1，从本例中可被解码为10101010…。共模部分Vcommon＝(DP+DN)/2，如图中的虚线C绘制的，可传送另一数据流D2，其可被解码为000111110000011。
由于在差分对中，共模电压之变化不会显著影响差分数据传送，所以该差分与共模可为独立。数据可被单向或双向传送数据。不同信号摆幅(swing)可用于差分及共模信令。信号可以有不同数据率。在图3的示例中，共模数据信号的数据率较小于差分对数据信号的数据率。
图4示出通过电缆400连接的发送器与接收器，其可利用有线差分对与共模信令通信，例如通过传送两个单向数据流D1与D2。一般来说，图4由三个部分组成：发送器，其混合数据流D1与D2以产生共模信令的差分数据；差分对电缆；以及接收器，其分离差分及共模信号并恢复数据流D1与D2。如图4的示例中，D1对应于差分对数据信号，且D2对应于共模数据信号。
由D2+与D2-驱动的电流切换电路经由电阻器R1与R2调制差分对的共模。R1与R2还作为差分源终端，因而理想值可为电缆差分阻抗的一半。电阻R3及R4作为共模信号的终端，因而对于中断阻抗匹配，理想值为电缆的共模块抗的两倍。
电阻器R5和R6提取共模电压。它们亦为由R3、R4、R5及R6组成之差分终端网路之一部分，因而理想值应符合电缆的差分阻抗匹配的公式：
Z差分＝(R3+R4)//(R5+R6)
差分放大器AMP1恢复数据流D1，且单端放大器AMP2恢复数据流D2。
图5示出可在双模接收器中使用的传输电路的一个实施例。图5的示例可用于MHL/HDMI双模接收器。图5的示例的概念也可被应用于其他双模环境。
在一个实施例中，对于HDMI模式下，开关S可被连接，使得接收器运作成为传统的HDMI接收器，从CLK信道(CLK channel)及数据信道0、1、2得到四差分信号，且将CLK、D0、D1、D2传送至系统。对于MHL模式，添加共模CLK信号的差分数据被施加到数据信道0，所有其他输入(如CLK信道、数据信道1、2)则浮置(floating)，开关S也为非连接。接着，配置与上述相同且恢复CLK与D0。
说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。
在上述说明书中，已参考本发明具体示例实施例描述了本发明。然而，很明显，可作出各种修改和改变而不背离本发明的更宽泛的精神和范围。因此，说明书和附图应当以说明性而非限制性的意义来对待。

Claims (22)

1.一种发送器，包含：
第一信号生成电路，用以生成第一数据信号，其经由差分电压对信号通过线路对传送第一数据流；以及
第二信号生成电路，用以生成第二数据信号，其经由共模电压信号传送第二数据流，其中所述线路对同时传送所述共模电压信号与差分对信号。
2.如权利要求1所述的发送器，其特征在于，所述第一信号生成电路包含至少一第一电流切换电路，以调制所述差分电压对信号。
3.如权利要求2所述的发送器，其特征在于，所述第二信号生成电路包含至少一第二电流切换电路，以调制所述共模电压信号。
4.如权利要求3所述的发送器，其特征在于，还包含串联耦合于所述线路对之间的电阻结构对，其中所述电阻结构对中的第一个电阻结构耦合于所述第二电流切换电路之输出与所述线路对中的第一线路之间，且所述电阻结构对中的第二个电阻结构耦合于第二电流元件的输出与所述线路对中的第二线路之间。
5.如权利要求1所述的发送器，其特征在于，所述线路对包含在遵循通用串行总线(USB)的电缆中。
6.如权利要求5所述的发送器，其特征在于，所述遵循USB的电缆包含遵循微USB的电缆。
7.如权利要求5所述的发送器，其特征在于，所述线路对包含通过微USB电缆的移动高清链路(MHL)接口。
8.如权利要求5所述的发送器，其特征在于，差分电压对信号包含HDMI信号。
9.一种系统，包含：
第一信号生成电路，用以生成第一数据信号，其经由一差分电压对信号通过线路对传送第一数据流；
第二信号生成电路，用以生成第二数据信号，其经由共模电压信号传送第二数据流，其中所述线路对同时传送所述共模电压信号与差分对信号；
与所述线路对耦合的第一放大器，用于提取所述差分电压对信号；以及
与所述线路对耦合的第二放大器，用于提取所述共模电压对信号。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一信号生成电路包含至少一第一电流切换电路，以调制所述差分电压对信号。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述第二信号生成电路包含至少一第二电流切换电路，以调制所述共模电压信号。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，还包含串联耦合于所述线路对之间的电阻结构对，其中所述电阻结构对中的第一个电阻结构耦合于第二电流切换电路的输出与所述线路对的第一线路之间，且所述电阻结构对中的第二个电阻结构耦合于第二电流元件的输出与所述线路对的第二线路之间。
13.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一放大器耦合用以从线路对的每一线路接收信号，以及第二放大器耦合用以经由耦合于所述线路对之间的电阻结构接收共模电压信号。
14.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述线路对包含在遵循通用串行总线(USB)的电缆中。
15.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述遵循USB的电缆包含遵循微USB的电缆。
16.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述线路对包含通过微USB电缆的移动高清链路(MHL)接口。
17.如权利要求9所述的系统，其特征在于，差分电压对信号包含HDMI信号。
18.一种方法，包含：
通过使线路对之间的电压差指示第一信号的数据值来利用电压差分信令通过线路对发送第一信号；
通过变化线路对的共模电压电平以指示第二信号的数据值来利用共模电压信令通过线路对发送第二信号。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述线路对包含遵循通用串行总线(USB)的电缆中。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述遵循USB的电缆包含遵循微USB的电缆。
21.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述线路对包含通过微USB电缆的移动高清链路(MHL)接口。
22.如权利要求18所述的方法，其特征在于，差分电压对信号包含HDMI信号。
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