CN103166627A - 一种带有共模反馈的低电压差分信号驱动器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带有共模反馈的低电压差分信号驱动器，该驱动器包括共模反馈电路(10)和驱动电路(20)，其中：共模反馈电路(10)，用于稳定所输出的低压差分信号的共模电压；驱动电路(20)，用于产生低压差分信号。本发明提供的这种带有共模反馈的低电压差分信号驱动器，通过取消提取共模点的大电阻的方式，实现了一种带有共模反馈的LVDS驱动器。此驱动器的偏置电路简单，在功耗和面积等方面的性能都有所提升，解决了现有LVDS驱动器偏置电路复杂、功耗较大及提取共模点的大电阻占用面积较大的问题。

Description

一种带有共模反馈的低电压差分信号驱动器
技术领域
本发明涉及CMOS模拟集成电路设计技术领域，具体涉及一种带有共模反馈的低电压差分信号(Low-Voltage Differential Signaling，LVDS)驱动器。
背景技术
20世纪90年代出现的LVDS技术，作为一种具有功耗低、抗干扰能力强、传输速度快、传输距离远、易于匹配等诸多优势的接口技术，能够满足今天高性能数据传输的应用需求，是解决数据传输瓶颈问题的关键技术，它由美国国家半导体公司提出，正逐渐成为人们的研究重点。
LVDS驱动器的主要功能是将TTL或CMOS信号转换成LVDS信号，目前驱动器的工作方式分为电压模和电流模两种，以电流模工作方式应用较多，本发明中的LVDS驱动器正是采用电流模工作方式。为了减小面积，降低功耗，同时简化电路，本发明提出了一种新型带有共模反馈的LVDS驱动器。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的主要目的在于提供一种带有共模反馈的LVDS驱动器，以解决现有LVDS驱动器偏置电路复杂、功耗较大及提取共模点的大电阻占用面积较大的问题。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明提供了一种带有共模反馈的低电压差分信号驱动器，该驱动器包括共模反馈电路10和驱动电路20，其中：
共模反馈电路10，用于稳定所输出的低压差分信号的共模电压；
驱动电路20，用于产生低压差分信号。
上述方案中，所述共模反馈电路10包括由第七至第十金属氧化物半导体场效应晶体管M7～M10和第二电流源12组成的单级差分放大器，由第十一至第十五金属氧化物半导体场效应晶体管M11～M15和第一电阻R1、第二电阻R2及开关管组成的负反馈环路，其中：
由第七至第十金属氧化物半导体场效应晶体管M7～M10和第二电流源I2组成的单级差分放大器，用于放大节点102处的电压和参考电压Vref的差值；
由第十一至第十五金属氧化物半导体场效应晶体管M11～M15和第一电阻R1、第二电阻R2及开关管组成的负反馈环路，用于使节点102处的电压和参考电压Vref的差值维持在一个很小的范围内。
上述方案中，所述由第十一至第十五金属氧化物半导体场效应晶体管M11～M15和第一电阻R1、第二电阻R2及开关管组成的负反馈环路，为了使该负反馈环路的相位裕度足够大，在第十一金属氧化物半导体场效应晶体管M11的漏极和栅极加入补偿电阻R0和补偿电容C0进行相位补偿。
上述方案中，所述驱动电路20包括第一至第四开关管M1～M4，由第一电流源I1、第五金属氧化物半导体场效应晶体管M5和第六金属氧化物半导体场效应晶体管M6组成的电流偏置，其中：
由第一电流源I1、第五金属氧化物半导体场效应晶体管M5和第六金属氧化物半导体场效应晶体管M6组成的电流偏置，用于为驱动电路20提供稳定的偏置电流；
第一至第四开关管M1～M4交替导通，选择不同的电流通路，从而在终端电阻两端产生低压差分信号。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明的技术方案产生的有益效果如下：
1、本发明提供的带有共模反馈的低电压差分信号驱动器电路，由于只需偏置电路部分为驱动电路和共模反馈电路中的差分放大器各提供一路偏置电流，所以其偏置电路部分相对简单，更容易实现。
2、本发明提供的带有共模反馈的低电压差分信号驱动器电路，由于偏置电路部分相对简单，用到的器件少，从电源到地之间的电流通路相对较少，使电路在功耗方面，也有明显的改善，达到了降低功耗的目的。
3、本发明提供的带有共模反馈的低电压差分信号驱动器电路，通过在驱动电路开关管靠近电源(102)处和靠近地(202)处提取电压，再通过共模反馈电路调整流过驱动电路的电流，进而调整差分信号共模点的方式，实现了无提取共模点大电阻的带有共模反馈的低压差分信号驱动电路，从而消除了由提取共模点大电阻所产生的噪声，使电路性能得到进一步改善；此外，还避免了在版图中实现提取共模点大电阻的面积消耗。
4、本发明提供的带有共模反馈的低电压差分信号驱动器电路，其共模稳定性能如图4所示，完全能够满足LVDS相关标准。
附图说明
图1是现有技术的一种带有共模反馈的LVDS驱动器的电路示意图；
图2是依照本发明实施例的一种带有共模反馈的LVDS驱动器的电路示意图；
图3是现有技术的一种带有共模反馈的LVDS驱动器的功耗和共模电压仿真结果；
图4是依照本发明实施例的一种带有共模反馈的LVDS驱动器的功耗和共模电压仿真结果。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
图1是现有技术的一种带有共模反馈的LVDS驱动器的电路示意图，该LVDS驱动器包括放大器、负反馈环路、电流偏置和驱动电路；其中由M7～M10和电流源I3组成的单级差分放大器，用于放大节点102处的电压和参考电压Vref的差值；由M5、M6、M11、M12、R1、R2组成的负反馈回路与放大器相结合，用来稳定输出LVDS信号的共模电压；电流偏置I1和I2为驱动电路提供合适的偏置电流；驱动电路用于产生LVDS信号。
图2是依照本发明实施例的一种带有共模反馈的LVDS驱动器的电路示意图，该LVDS驱动器包括共模反馈电路10和驱动电路20，其中：共模反馈电路10，用于稳定所输出的低压差分信号的共模电压；驱动电路20，用于产生低压差分信号。
在图2中，共模反馈电路10包括由第七至第十金属氧化物半导体场效应晶体管M7～M10和第二电流源I2组成的单级差分放大器，由第十一至第十五金属氧化物半导体场效应晶体管M11～M15和第一电阻R1、第二电阻R2及开关管组成的负反馈环路。其中：由第七至第十金属氧化物半导体场效应晶体管M7～M10和第二电流源I2组成的单级差分放大器，用于放大节点102处的电压和参考电压Vref的差值；由第十一至第十五金属氧化物半导体场效应晶体管M11～M15和第一电阻R1、第二电阻R2及开关管组成的负反馈环路，用于使节点102处的电压和参考电压Vref的差值维持在一个很小的范围内。
其中，由第十一至第十五金属氧化物半导体场效应晶体管M11～M15和第一电阻R1、第二电阻R2及开关管组成的负反馈环路，为了使该负反馈环路的相位裕度足够大，在第十一金属氧化物半导体场效应晶体管M11的漏极和栅极加入补偿电阻R0和补偿电容C0进行相位补偿。
驱动电路20包括第一至第四开关管M1～M4，由第一电流源I1、第五金属氧化物半导体场效应晶体管M5和第六金属氧化物半导体场效应晶体管M6组成的电流偏置。其中：由第一电流源I1、第五金属氧化物半导体场效应晶体管M5和第六金属氧化物半导体场效应晶体管M6组成的电流偏置，用于为驱动电路20提供稳定的偏置电流；第一至第四开关管M1～M4交替导通，选择不同的电流通路，从而在终端电阻两端产生低压差分信号。
再参照图2，当输入信号A为高电平B为低电平时，M1和M3导通，M2和M4截止，电流流经R1、M1、Rt、M3、R2；当输入信号A为低电平B为高电平时，M1和M3截止，M2和M4导通，电流流经R1、M2、Rt、M4、R2；这样，在终端电阻Rt的两端，也即203和204处产生LVDS信号。
当流过R1的电流偏大，即输出的LVDS信号共模电压偏高时，必然有102和202处的电压偏高，即M8和M15的栅极电压偏高，致使M8和M15的漏极也即101处的电压偏低，流过M11和M13的电流变大，使M12的漏极电流变大，从而降低流过R1的电流，即使输出LVDS信号的共模电压降低；同理，当流过R1电流偏小，即共模电压偏低时，通过负反馈环路调整输出信号的共模电压，使其上升；这样，共模反馈电路就起到了稳定共模电压的作用。
参见图3，是现有技术的一种带有共模反馈的LVDS驱动器的平均功耗为17.8W，共模电压峰峰值为32mV。与之对应的是，图4是依照本发明实施例的一种带有共模反馈的LVDS驱动器的平均功耗为13.9mW，共模电压峰峰值为35mV。由此可见，本发明提供的这种带有共模反馈的LVDS驱动器，具有以下有益效果：
1)本发明通过取消提取共模点大电阻的方式，实现了一种带有共模反馈的LVDS驱动器；
2)通过图1和图2的比较可知，该驱动器的偏置电路简单，所用的面积小；
3)通过图3和图4的比较可知，该驱动器的功耗较低，且在共模稳定效果方面与现有技术的驱动器差别很小。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种带有共模反馈的低电压差分信号驱动器，其特征在于，该驱动器包括共模反馈电路(10)和驱动电路(20)，其中：
共模反馈电路(10)，用于稳定所输出的低压差分信号的共模电压；
驱动电路(20)，用于产生低压差分信号。
2.根据权利要求1所述的带有共模反馈的低电压差分信号驱动器，其特征在于，所述共模反馈电路(10)包括由第七至第十金属氧化物半导体场效应晶体管(M7～M10)和第二电流源(I2)组成的单级差分放大器，由第十一至第十五金属氧化物半导体场效应晶体管(M11～M15)和第一电阻(R1)、第二电阻(R2)及开关管组成的负反馈环路，其中：
由第七至第十金属氧化物半导体场效应晶体管(M7～M10)和第二电流源(I2)组成的单级差分放大器，用于放大节点102处的电压和参考电压Vref的差值；
由第十一至第十五金属氧化物半导体场效应晶体管(M11～M15)和第一电阻(R1)、第二电阻(R2)及开关管组成的负反馈环路，用于使节点102处的电压和参考电压Vref的差值维持在一个很小的范围内。
3.根据权利要求2所述的带有共模反馈的低电压差分信号驱动器，其特征在于，其特征在于，所述由第十一至第十五金属氧化物半导体场效应晶体管(M11～M15)和第一电阻(R1)、第二电阻(R2)及开关管组成的负反馈环路，为了使该负反馈环路的相位裕度足够大，在第十一金属氧化物半导体场效应晶体管(M11)的漏极和栅极加入补偿电阻(R0)和补偿电容(C0)进行相位补偿。
4.根据权利要求1所述的带有共模反馈的低电压差分信号驱动器，其特征在于，所述驱动电路(20)包括第一至第四开关管(M1～M4)，由第一电流源(I1)、第五金属氧化物半导体场效应晶体管(M5)和第六金属氧化物半导体场效应晶体管(M6)组成的电流偏置，其中：
由第一电流源(I1)、第五金属氧化物半导体场效应晶体管(M5)和第六金属氧化物半导体场效应晶体管(M6)组成的电流偏置，用于为驱动电路(20)提供稳定的偏置电流；
第一至第四开关管(M1～M4)交替导通，选择不同的电流通路，从而在终端电阻两端产生低压差分信号。
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