CN103176499B - 低功耗抗工艺偏差和电源噪声的动态电流模式收发系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及集成电路通信技术领域，具体地说是一种低功耗抗工艺偏差和电源噪声的动态电流模式收发系统，包括发射装置和接收装置，其特征在于所述发射装置中的发射电路采用动态电流源结构，其包括弱驱动电流源、强驱动电流源、数字控制器和偏置电路，所述接收装置中的接收电路包括电流电压转化器、反相器放大器和反相器，弱驱动电流源在数据传输期间一直工作，强驱动电流源由数字控制器控制在数据传输发生变化期间工作，电流电压转化器将弱驱动电流源和强驱动电流注入到长互连线的电流信号转换为电压信号，通过反相器放大器将该电压信号恢复成正常幅值，再通过反相器使输入电压和输出电压信号相位相同，本发明具有结构新颖、功耗低、有效抵抗工艺偏差和电源噪声影响等优点。
Description
技术领域
本发明涉及涉及集成电路通信技术领域，具体地说是一种低功耗抗工艺偏差和电源噪声的动态电流模式收发系统。
背景技术
目前，现有的电流模式收发电路采用电流模式信号在互连线上传递，使得互连线上的电压摆幅很小，能极大的减少功耗消耗。同时，低摆幅的信号传递也有助于提高传递速度。但是，低摆幅也导致电流模电路的鲁棒性降低，所以摆幅必须控制在一个合理的范围。在这种情况下，进一步提高速度只能加大传输电流，而这又将引起功耗增加。所以，对于一般电流模式收发电路而言，其静态功耗和速度存在一定权衡。另一方面，在先进工艺制程下，工艺偏差对器件参数有较大影响。所述工艺偏差可分为片间（inter-die）工艺偏差和片内（intra-die）工艺偏差。一般电流模电路的可靠性在先进工艺制程下不但受到工艺偏差的严重影响，而且还无法抵抗电源噪声。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种结构新颖、功耗低、有效抵抗工艺偏差和电源噪声影响的低功耗抗工艺偏差和电源噪声的动态电流模式收发系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种低功耗抗工艺偏差和电源噪声的动态电流模式收发系统，包括发射装置和接收装置，其特征在于所述发射装置中的发射电路采用动态电流源结构，有助于降低电流模式互连系统的功耗，其包括弱驱动电流源、强驱动电流源、数字控制器和偏置电路，所述接收装置中的接收电路包括电流电压转化器、反相器放大器和反相器，弱驱动电流源在数据传输期间一直工作，强驱动电流源仅在传输数据发生变化期间工作，数字控制器控制强驱动电流源工作，电流电压转化器将弱驱动电流源和强驱动电流源分别注入到长互连线的电流信号转换为电压信号，通过反相器放大器将该电压信号恢复成正常幅值，再通过反相器使输入电压和输出电压信号相位相同，强驱动电流源和弱驱动电流源随着参考电流变化，补偿了片间工艺偏差对电流模式电路性能的影响，并且，由于本发明中的发射电路和接收电路均未采用局部反馈连接，使整个电路的性能并不依赖发射电路和接收电路的晶体管参数匹配，因此，片内工艺偏差对电流模式收发电路性能影响很小。
本发明所述偏置电路上设有至少四个晶体管，四个晶体管构成自偏置结构，有助于提高对电源噪声的抵抗性。
本发明可在所述偏置电路至少增设两个长沟道晶体管，由于偏置电路采用长沟道MOS管，抑制了片间工艺变化对参考电流变化的影响。
本发明所述发射装置的偏置电路采用自偏置结构，所以设有自启动电路，以避免偏置电路中的零工作点。
本发明所述反相器放大器中的PMOS和NMOS宽长比与电流电压转化器中的PMOS和NMOS的宽长比相等，保证两者的阈值电压在不同的工艺偏差下几乎一致，以利于抵御工艺偏差的影响。
本发明所述发射电路和接收电路中的晶体管采用金属氧化物半导体（MOS）晶体管。
本发明由于采用上述结构，具有结构新颖、功耗低、有效抵抗工艺偏差和电源噪声影响等优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明发射装置的结构示意图。
图3是本发明接收装置的结构示意图。
附图标记：发射装置1，接收装置2，长互连线3，偏置电路110，数字控制器130，延时单元131，启动电路120、强驱动电流源140，弱驱动电流源150，电流电压转换器210，反相器放大器220，反相器230，长沟道晶体管111, 晶体管112, 晶体管113, 长沟道晶体管114, 晶体管115, 晶体管116, 晶体管141, 晶体管142, 晶体管143, 晶体管144, 晶体管151, 晶体管152, 晶体管153, 晶体管154, 晶体管211, 晶体管212。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明：
如附图1、图2和图3所示，一种低功耗抗工艺偏差和电源噪声的动态电流模式收发系统，包括发射装置1和接收装置2，其特征在于所述发射装置1中的发射电路采用动态电流源结构，其包括弱驱动电流源150、强驱动电流源140、数字控制器130和偏置电路110，所述接收装置2中的接收电路包括电流电压转化器210、反相器放大器220和反相器230，弱驱动电流源150在数据传输期间一直工作，强驱动电流源140仅在传输数据发生变化期间工作，数字控制器130控制强驱动电流源140工作，电流电压转化器210将弱驱动电流源150和强驱动电流源140分别注入到长互连线3的电流信号转换为电压信号，通过反相器放大器220将该电压信号恢复成正常幅值，再通过反相器230使输入电压和输出电压信号相位相同，强驱动电流源140和弱驱动电流源150随着参考电流变化，补偿了片间工艺偏差对电流模式电路性能的影响，并且，由于本发明中的发射电路和接收电路均未采用局部反馈连接，使整个电路的性能并不依赖发射电路和接收电路的晶体管参数匹配，因此，片内工艺偏差对电流模电路影响很小。
本发明所述偏置电路110上设有至少四个晶体管，四个晶体管构成自偏置结构，有助于提高对电源的抵抗性。
本发明可在所述偏置电路110至少增设两个长沟道晶体管111和114，由于偏置电路采用长沟道MOS管，抑制了片间工艺变化对参考电流变化的影响。
本发明所述发射装置的偏置电路采用自偏置结构，所以设有自启动电路，以避免偏置电路中的零工作点。
本发明所述反相器放大器220中的PMOS和NMOS宽长比与电流电压转化器210中的PMOS和NMOS的宽长比相等，保证两者的阈值电压在不同的工艺偏差下几乎一致，以利于抵御片间工艺偏差的影响。
本发明所述发射电路和接收电路中的晶体管采用金属氧化物半导体（MOS）晶体管。
如附图2所示，电流模式发射装置100用于将输入的电压信号转化成电流信号注入到长互连线3上。
本发明实施例采用两套电流源结构：弱驱动电流源150和强驱动电流源140。弱驱动电流源150在数据传输期间一直工作。当输入高电平时，晶体管152开启，弱驱动电流Iweak注入长互连线；当输入低电平时，晶体管153开启，反向弱驱动电流负Iweak注入长互连线。强驱动电流源140在数字控制器130的控制下工作。只有在传输的数据发生变化时，强驱动电流源140才开始工作，工作持续时间由数字控制器中的延时单元131决定。当输入信号从低电平变为高电平时，晶体管142开启，强驱动电流Ipeak注入长互连线；当输入信号从高电平变为低电平时，晶体管143开启，反向强驱动电流负Ipeak注入长互连线。
本发明实施例中，由于本身整体电流模式电路未采用局部反馈的结构，因此片内工艺偏差对本发明实例中的电流模电路影响并不大。同时电流模式发射装置采用了特殊偏置电路110来抑制片间工艺偏差的影响。强驱动电流源140的强驱动电流Ipeak和弱驱动电流源150的弱驱动电流Iweak与参考电流Iref1和Iref2相关，故Iweak和Ipeak随着参考电流Iref1和Iref2的变化而变化，补偿了工艺偏差对电流模式电路性能的影响。另外，特殊偏置电路还采用长沟道晶体管111和长沟道晶体管114，用来抵御片间工艺偏差。该特殊偏置电路中，晶体管111，晶体管112, 晶体管113, 晶体管114, 晶体管115和晶体管116构成了自偏置结构，一方面有助于提高对电源噪声的抵抗性，另一方面也使得偏置电路有两个工作点：零工作点和正常工作点。采用启动电路120,来避免零工作点。
如附图3所示，接收装置200包括：电流电压转化器210，反相器放大器220和反相器230。电流电压转换器210由二极管接法的NMOS晶体管211和PMOS晶体管212构成，用于将发射装置经长互连线传过来的电流信号转换为电压信号。反相器放大器用于将该电压信号恢复成正常幅值。特别地，反相器放大器220中的PMOS和NMOS宽长比与电流电压转化器210中的PMOS和NMOS的宽长比相等，用于抵御片间工艺偏差影响。反相器230用于使输入电压和输出电压信号相位相同。
本发明由于采用上述结构，具有结构新颖、功耗低、有效抵抗工艺偏差和电源噪声影响等优点。
Claims (6)
1.一种低功耗抗工艺偏差和电源噪声的动态电流模式收发系统，包括发射装置和接收装置，其特征在于所述发射装置中的发射电路采用动态电流源结构，其包括弱驱动电流源、强驱动电流源、数字控制器和偏置电路，所述接收装置中的接收电路包括电流电压转化器、反相器放大器和反相器，弱驱动电流源在数据传输期间一直工作，强驱动电流源仅在传输数据发生变化期间工作，数字控制器控制强驱动电流源工作，电流电压转化器将弱驱动电流源和强驱动电流源分别注入到长互连线的电流信号转换为电压信号，通过反相器放大器将该电压信号恢复成正常幅值，再通过反相器使输入电压和输出电压信号相位相同。
2.根据权利要求1所述的一种低功耗抗工艺偏差和电源噪声的动态电流模式收发系统，其特征在于所述偏置电路上设有至少四个晶体管，四个晶体管构成自偏置结构。
3.根据权利要求1所述的一种低功耗抗工艺偏差和电源噪声的动态电流模式收发系统，其特征在于所述偏置电路至少增设两个长沟道晶体管。
4.根据权利要求1所述的一种低功耗抗工艺偏差和电源噪声的动态电流模式收发系统，其特征在于所述发射装置中设有自启动电路。
5.根据权利要求1所述的一种低功耗抗工艺偏差和电源噪声的动态电流模式收发系统，其特征在于所述反相器放大器中的PMOS和NMOS宽长比与电流电压转化器中的PMOS和NMOS的宽长比相等。
6.根据权利要求1所述的一种低功耗抗工艺偏差和电源噪声的动态电流模式收发系统，其特征在于所述发射电路和接收电路中的晶体管采用金属氧化物半导体MOS晶体管。
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