CN102346720B - 串行数据传输系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种串行数据传输系统，包括一用于发送数据的发送端、一用于接收所述发送端发送数据的接收端、一连接于所述发送端与所述接收端之间的第一连接电容及一连接于所述发送端与所述接收端之间的第二连接电容，所述发送端包括一发送端驱动单元及一与所述发送端驱动单元相连的幅度检测单元，所述发送端驱动单元根据接收的数据信号输出一对差分信号，所述幅度检测单元检测所述发送端驱动单元输出差分信号的幅度变化，并输出一指示所述发送端与所述接收端是否连接正常的指示信号。本发明还提供一种串行数据传输方法。本发明结构简单、抗干扰能力强且功耗低。

Description

串行数据传输系统及方法

技术领域

本发明涉及一种数据传输系统及方法，尤指一种具有幅度检测单元的串行数据传输系统及方法。

背景技术

在串行数据传输系统中，当要进行高速数据传输时，一电子设备的发送端需要检测对方的接收端是否与该电子设备的发送端连接正常，只有当电子设备的发送端检测到与对方的接收端连接正常后才可以开始进行高速数据传输。

因此要求电子设备的发送端要具有一能够检测出接收端是否连接正常的检测电路。由于在串行数据传输系统中外围电路变化较大，尤其是板极通路中交流耦合器件、板上寄生电路等的存在，以及接收端不确定的阻抗设计等因素的存在，在设计检测电路时，就要求系统有高的抗干扰能力，准确的判断范围，且在功耗上要尽可能小，以满足日后发展的低功耗应用。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种结构简单、抗干扰能力强且功耗低的具有幅度检测单元的串行数据传输系统及方法。

一种串行数据传输系统，包括一用于发送数据的发送端、一用于接收所述发送端发送数据的接收端、一连接于所述发送端与所述接收端之间的第一连接电容及一连接于所述发送端与所述接收端之间的第二连接电容，所述发送端包括一发送端驱动单元及一与所述发送端驱动单元相连的幅度检测单元，所述发送端驱动单元根据接收的数据信号输出一对差分信号，所述幅度检测单元检测所述发送端驱动单元输出差分信号的幅度变化，并输出一指示所述发送端与所述接收端是否连接正常的指示信号。

一种串行数据传输方法，用于将一发送端接收的差分数据传输至一接收端，包括以下步骤：

所述发送端接收一对差分数据；

开启所述发送端内的一幅度检测单元；

所述发送端内的一发送端驱动单元根据接收的差分数据输出一对差分信号至所述幅度检测单元内的一幅度检测电路；

所述幅度检测电路检测接收的差分信号的幅度变化，并输出一与接收的差分信号偏离共模的电压值成正比的检测电压值至所述幅度检测单元内的一比较器的一正相输入端；

一参考电压端输入一参考电压值至所述比较器的一反相输入端；

所述比较器的一输出端输出一指示所述发送端与所述接收端是否连接正常的指示信号；及

如果所述发送端与所述接收端连接正常，所述发送端将接收的差分数据传输至所述接收端。

相对现有技术，本发明串行数据传输系统及方法通过幅度检测单元检测发送端传输数据所产生的幅度变化，产生与传输数据所产生的幅度变化成正比的检测电压值，并通过与参考电压值相比较来检测发送端与接收端是否连接正常，结构简单、抗干扰能力强且功耗低。

附图说明

图1为本发明串行数据传输系统较佳实施方式的系统架构图。

图2为本发明串行数据传输系统较佳实施方式中幅度检测单元的系统框图。

图3为本发明串行数据传输系统较佳实施方式的具体电路图。

图4为本发明串行数据传输方法较佳实施方式的流程图。

具体实施方式

请参阅图1与图3，本发明串行数据传输系统较佳实施方式包括一发送端、一接收端、一连接于该发送端与该接收端之间的第一连接电容C1及一连接于该发送端与该接收端之间的第二连接电容C2。该发送端包括一发送端驱动单元及一与该发送端驱动单元相连的幅度检测单元，该接收端包括并联连接的一第一电阻R1及一第二电阻R2。

该发送端驱动单元根据接收的数据信号输出一对差分信号tx_on、tx_op，该幅度检测单元检测该发送端驱动单元输出信号tx_on、tx_op的幅度变化，并输出一用于指示该发送端与该接收端是否连接正常的指示信号，该第一连接电容C1与该第二连接电容C2均为交流耦合电容，用于隔离直流信号，仅允许交流信号通过。该第一电阻R1与该第二电阻R2为该接收端的负载阻抗，该第一电阻R1与该第二电阻R2共同接地。

请参阅图2，图2为本发明串行数据传输系统较佳实施方式中幅度检测单元的系统框图。请同时参阅图3，该幅度检测单元包括一幅度检测电路、一参考电压产生电路、一与该参考电压产生电路相连的参考电压端Vref、一与该幅度检测电路及该参考电压端Vref相连的比较器COMP。该幅度检测电路用于检测该发送端驱动电路输出差分信号的幅度变化，并输出一与差分信号的幅度变化成正比的电压值至该比较器COMP，该参考电压产生电路用于产生一需要的参考电压至该参考电压端Vref，该比较器COMP用于比较该幅度检测电路输出的电压值与该参考电压端Vref的电压值的大小，并输出用于指示该发送端与该接收端是否连接正常的指示信号。

请参阅图3，图3为本发明串行数据传输系统较佳实施方式的具体电路图。其中，该发送端驱动单元包括一第一电流源I1、一与该第一电流源I1相连的第一场效应管M1、一与该第一电流源I1相连的第二场效应管M2、一与该第一场效应管M1相连的第三电阻R3及一与该第二场效应管M2相连的第四电阻R4。该幅度检测电路包括一第四电流源I4、一第五电流源I5、一第三场效应管M3、一第四场效应管M4、一第八场效应管M8、一第五电阻R5、一第六电阻R6、一第七电阻R7、一第八电阻R8、一第九电阻R9、一第十电阻R10、一第三电容C3及一第四电容C4。该参考电压产生电路包括一第二电流源I2、一第三电流源I3、一第五场效应管M5、一第六场效应管M6、一第七场效应管M7、一第十一电阻R11、一第十二电阻R12、一第十三电阻R13、一第十四电阻R14、一第十五电阻R15、一第十六电阻R16、一第五电容C5及一第六电容C6。

本发明串行数据传输系统较佳实施方式的具体电路连接关系如下：该第一电流源I1的一端、该第二电流源I2的一端、该第三电流源I3的一端、该第四电流源I4的一端、该第五电流源I5的一端、该第七电阻R7的一端、该第八电阻R8的一端、该第十一电阻R11的一端及该第十二电阻R12的一端共同连接一电源端VDD。该第一场效应管M1的源级与该第二场效应管M2的源级共同连接该第一电流源I1的另一端，该第一场效应管M1的栅极与该第二场效应管M2的栅极共同接收一对输入的差分数据DATA_P、DATA_N，该第一场效应管M1的漏极与该第三电阻R3的一端、该第一连接电容C1的一端、该第三场效应管M3的栅极及该第九电阻R9的一端相连，该第二场效应管M2的漏极与该第四电阻R4的一端、该第二连接电容C2的一端、该第四场效应管M4的栅极及该第十电阻R10的一端相连，该第一场效应管M1的漏极与该第二场效应管M2的漏极共同输出一对差分信号Tx_on、Tx_op至该第三场效应管M3的栅极与该第四场效应管M4的栅极。该第一连接电容C1的另一端与该第二电阻R2的一端相连，该第二连接电容C2的另一端与该第一电阻R1的一端相连。该第三场效应管M3的漏极与该第八电阻R8的另一端相连，该第四场效应管M4的漏极与该第七电阻R7的另一端相连，该第三场效应管M3的源级、该第四场效应管M4的源级、该第八场效应管M8的漏极、该第五电阻R5的一端、该第六电阻R6的一端、该第三电容C3的一端及该第四电容C4的一端共同连接一检测电压端Vdct。该第五电阻R5的另一端与该第四电流源I4的另一端相连，该第六电阻R6的另一端与该第五电流源I5的另一端相连。该第九电阻R9的另一端与该第十电阻R10的另一端共同连接该第五场效应管M5的栅极及该第六场效应管M6的栅极，并输出一共模信号Tx_com至该第五场效应管M5的栅极及该第六场效应管M6的栅极。该第五场效应管M5的漏极与该第十一电阻R11的另一端相连，该第六场效应管M6的漏极与该第十二电阻R12的另一端相连。该第五场效应管M5的源级、该第六场效应管M6的源级、该第七场效应管M7的漏极、该第十五电阻R15的一端、该第十六电阻R16的一端、该第五电容C5的一端及该第六电容C6的一端共同连接。该第七场效应管M7的栅极与该第八场效应管M8的栅极相连，并共同连接一电压端Vb。该第十三电阻R13的一端与该第二电流源I2的另一端相连，该第十四电阻R14的一端与该第三电流源I3的另一端相连，该第十三电阻R13的另一端与该第十五电阻R15的另一端共同连接参考电压端Vref，该第十四电阻R14的另一端与该第十六电阻R16的另一端相连。该第一电阻R1的另一端、该第二电阻R2的另一端、该第三电阻R3的另一端、该第四电阻R4的另一端、该第三电容C3的另一端、该第四电容C4的另一端、该第五电容C5的另一端、该第六电容C6的另一端、该第七场效应管M7的源级及该第八场效应管M8的源级共同连接一接地端GND。该比较器COMP的一正相输入端与该检测电压端Vdct相连，一反相输入端与该参考电压端Vref相连，一输出端OUT输出指示该发送端与该接收端是否连接正常的指示信号，该比较器COMP的一电压端连接该电源端VDD，该比较器COMP的另一电压端连接该接地端GND。

本发明串行数据传输系统较佳实施方式的工作原理如下：

请参阅图3，差分数据DATA_P、DATA_N为该串行数据传输系统中需要发送端传输的串行数据，当开启该幅度检测单元时，差分数据DATA_P、DATA_N为一定频率的待检测数据，其频率可以根据设计需要进行调节。

假设差分信号Tx_on、Tx_op的输出幅度分别为：

= +ΔV，=-ΔV；

其共模电压为：=I1R4，其中，ΔV为差分信号Tx_on、Tx_op偏离共模的电压值，即发送端输出信号的幅值。

此时，流过该第三场效应管M3与该第四场效应管M4的电流之和为：

，

由该表达式可得到检测电压端Vdct的电压值Vdct随ΔV的变化公式为：

，

，

即检测电压端Vdct的电压值Vdct与差分信号Tx_on、Tx_op偏离共模的电压值ΔV成正比例关系。

其中，K为比例系数，其值K=， 为场效应管工艺的迁移率，Cox为场效应管工艺的栅氧厚度， 为该第三场效应管M3与该第四场效应管M4的宽长比，Vth为场效应管的阈值电压。

由以上公式可知，检测电压端Vdct的电压值Vdct随差分信号Tx_on、Tx_op偏离共模的电压值ΔV变大而变大。

假设当发送端检测到发送端与接收端连接正常时，差分信号Tx_on、Tx_op偏离共模的电压值为ΔV1，检测电压端Vdct的电压值为Vdct1；当发送端检测到发送端与接收端连接不正常时，差分信号Tx_on、Tx_op偏离共模的电压值为ΔV2，检测电压端Vdct的电压值为Vdct2，则：

当发送端检测到发送端与接收端连接正常时，ΔV1=I1 ;

当发送端检测到发送端与接收端连接不正常时，ΔV2=I1R4；

由于ΔV1 <ΔV2，因此Vdct1< Vdct2。

为了区分以上两种情况，使得参考电压产生电路产生的参考电压值Vref在ΔV1和ΔV2之间。

当发送端检测到发送端与接收端连接正常时，Vdct<Vref，即比较器的输出端OUT输出为低电平；

当发送端检测到发送端与接收端连接不正常时，Vdct >Vref，即比较器的输出端OUT输出为高电平。

由此可以看出，通过比较器输出端输出的电平信号即可检测出发送端是否与接收端连接正常。

请参阅图4，本发明串行数据传输方法较佳实施方式包括以下步骤：

步骤一，发送端接收一对差分数据DATA_P、DATA_N，该对差分数据DATA_P、DATA_N为需要发送端传输的串行数据。

步骤二，开启发送端内的幅度检测单元，此时，差分数据DATA_P、DATA_N为一定频率的待检测数据，其频率可以根据设计需要进行调节。

步骤三，发送端内的发送端驱动单元根据接收的差分数据DATA_P、DATA_N输出一对差分信号Tx_on、Tx_op至幅度检测单元内的幅度检测电路。

步骤四，幅度检测电路检测接收的差分信号Tx_on、Tx_op的幅度变化，并输出与差分信号Tx_on、Tx_op偏离共模的电压值ΔV成正比的检测电压值Vdct至幅度检测单元内的比较器的正相输入端。

步骤五，参考电压产生电路产生参考电压值至参考电压端Vref，参考电压端Vref输入参考电压值至比较器的反相输入端。

步骤六，比较器的输出端输出指示该发送端与该接收端是否连接正常的指示信号，并判断该发送端与该接收端是否连接正常。

步骤七，如果该发送端与该接收端连接正常，发送端将接收的差分数据DATA_P、DATA_N传输至接收端；如果该发送端与该接收端连接不正常，则停止工作。

本发明串行数据传输系统及方法通过幅度检测单元检测发送端传输数据所产生的幅度变化，即差分信号Tx_on、Tx_op偏离共模的电压值，产生与传输数据所产生的幅度变化成正比的检测电压值，并通过与参考电压值相比较来检测发送端与接收端是否连接正常，结构简单、抗干扰能力强且功耗低。

Claims (8)

1.一种串行数据传输系统，包括一用于发送数据的发送端、一用于接收所述发送端发送数据的接收端、一连接于所述发送端与所述接收端之间的第一连接电容及一连接于所述发送端与所述接收端之间的第二连接电容，其特征在于：所述发送端包括一发送端驱动单元及一与所述发送端驱动单元相连的幅度检测单元，所述发送端驱动单元根据接收的数据信号输出一对差分信号，所述幅度检测单元检测所述发送端驱动单元输出差分信号的幅度变化，并输出一指示所述发送端与所述接收端是否连接正常的指示信号；且所述发送端驱动单元包括一第一电流源、一与所述第一电流源相连的第一场效应管、一与所述第一电流源相连的第二场效应管、一与所述第一场效应管相连的第三电阻及一与所述第二场效应管相连的第四电阻，所述第一电流源的一端连接一电源端，所述第一场效应管的源极与所述第二场效应管的源极共同连接所述第一电流源的另一端，所述第一场效应管的栅极与所述第二场效应管的栅极共同接收一对输入的差分数据，所述第一场效应管的漏极与所述第三电阻的一端及所述第一连接电容的一端连接，所述第二场效应管的漏极与所述第四电阻的一端、所述第二连接电容的一端连接，所述第一场效应管的漏极与所述第二场效应管的漏极共同输出一对差分信号。

2.如权利要求1所述的串行数据传输系统，其特征在于：所述幅度检测单元包括一幅度检测电路、一参考电压产生电路、一与所述参考电压产生电路相连的参考电压端、一与所述幅度检测电路及所述参考电压端相连的比较器，所述幅度检测电路检测所述发送端驱动电路输出差分信号的幅度变化，并输出一与差分信号幅度变化成正比的电压值至所述比较器，所述比较器比较所述幅度检测电路输出的电压值与所述参考电压端的电压值的大小，并输出指示所述发送端与所述接收端是否连接正常的指示信号，所述接收端包括并联连接的一第一电阻及一第二电阻。

3.如权利要求2所述的串行数据传输系统，其特征在于：所述幅度检测电路包括一第四电流源、一第五电流源、一与所述第一场效应管及所述第三电阻相连的第三场效应管、一与所述第二场效应管及所述第四电阻相连的第四场效应管、一第八场效应管、一与所述第四电流源相连的第五电阻、一与所述第五电流源相连的第六电阻、一与所述第四场效应管相连的第七电阻、一与所述第三场效应管相连的第八电阻、一与所述第三场效应管相连的第九电阻、一与所述第四场效应管相连的第十电阻、一与所述第五电阻相连的第三电容及一与所述第六电阻相连的第四电容，所述参考电压产生电路包括一第二电流源、一第三电流源、一第五场效应管、一与所述第五场效应管相连的第六场效应管、一与所述第五场效应管及所述第六场效应管相连的第七场效应管、一与所述第五场效应管相连的第十一电阻、一与所述第六场效应管相连的第十二电阻、一与所述第二电流源相连的第十三电阻、一与所述第三电流源相连的第十四电阻、一与所述第十三电阻相连的第十五电阻、一与所述第十四电阻相连的第十六电阻、一与所述第十五电阻相连的第五电容及一与所述第十六电阻相连的第六电容。

4.如权利要求3所述的串行数据传输系统，其特征在于：所述第一电流源的一端、所述第二电流源的一端、所述第三电流源的一端、所述第四电流源的一端、所述第五电流源的一端、所述第七电阻的一端、所述第八电阻的一端、所述第十一电阻的一端及所述第十二电阻的一端共同连接一电源端，所述第一场效应管的漏极与所述第三电阻的一端、所述第一连接电容的一端、所述第三场效应管的栅极及所述第九电阻的一端相连，所述第二场效应管的漏极与所述第四电阻的一端、所述第二连接电容的一端、所述第四场效应管的栅极及所述第十电阻的一端相连，所述第一场效应管的漏极与所述第二场效应管的漏极共同输出一对差分信号至所述第三场效应管的栅极与所述第四场效应管的栅极。

5.如权利要求4所述的串行数据传输系统，其特征在于：所述第一连接电容的另一端与所述第二电阻的一端相连，所述第二连接电容的另一端与所述第一电阻的一端相连，所述第三场效应管的漏极与所述第八电阻的另一端相连，所述第四场效应管的漏极与所述第七电阻的另一端相连，所述第三场效应管的源极、所述第四场效应管的源极、所述第八场效应管的漏极、所述第五电阻的一端、所述第六电阻的一端、所述第三电容的一端及所述第四电容的一端共同连接一检测电压端，所述第五电阻的另一端与所述第四电流源的另一端相连，所述第六电阻的另一端与所述第五电流源的另一端相连。

6.如权利要求5所述的串行数据传输系统，其特征在于：所述第九电阻的另一端与所述第十电阻的另一端共同连接所述第五场效应管的栅极及所述第六场效应管的栅极，并输出一共模信号至所述第五场效应管的栅极及所述第六场效应管的栅极，所述第五场效应管的漏极与所述第十一电阻的另一端相连，所述第六场效应管的漏极与所述第十二电阻的另一端相连，所述第五场效应管的源极、所述第六场效应管的源极、所述第七场效应管的漏极、所述第十五电阻的一端、所述第十六电阻的一端、所述第五电容的一端及所述第六电容的一端共同连接。

7.如权利要求6所述的串行数据传输系统，其特征在于：所述第七场效应管的栅极与所述第八场效应管的栅极相连，并共同连接一电压端，所述第十三电阻的一端与所述第二电流源的另一端相连，所述第十四电阻的一端与所述第三电流源的另一端相连，所述第十三电阻的另一端与所述第十五电阻的另一端共同连接所述参考电压端，所述第十四电阻的另一端与所述第十六电阻的另一端相连。

8.如权利要求7所述的串行数据传输系统，其特征在于：所述第一电阻的另一端、所述第二电阻的另一端、所述第三电阻的另一端、所述第四电阻的另一端、所述第三电容的另一端、所述第四电容的另一端、所述第五电容的另一端、所述第六电容的另一端、所述第七场效应管的源极及所述第八场效应管的源极共同连接一接地端，所述比较器的一正相输入端与所述检测电压端相连，一反相输入端与所述参考电压端相连，一输出端输出指示所述发送端与所述接收端是否连接正常的指示信号。