CN105577168B - 信号接收机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种信号接收机，所述信号接收机包括信号限幅装置和信号放大装置。其中，所述信号限幅装置用于将所接收的输入信号的电压限制在第一阈值和第二阈值之间；以及所述信号放大装置用于将限幅后的输入信号进行放大。本发明所提供的信号接收机结构简单，易于实现，并且该信号接收机可以接收非轨到轨的输入信号，并且输出具有均衡的占空比的满摆幅信号。

Description

信号接收机
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种信号接收机。
背景技术
I/O是内部芯片(intra-chip)和外部芯片(outer-chip)之间的接口，主要功能是发射或接收数字/模拟信号。在一些极端情况下，输入信号是低电平的并且不是满摆幅(full swing)的，传统的I/O接收机不能运作或者性能不佳。
最简单的数字信号接收机是两个串联的反相器(inverter)。图1示出了一种数字信号接收机的示意图。如图1所示，数字信号接收机100包括两个反相器。其中，每一个基本的反相器都具有一个PMOS器件和一个NMOS器件，如图2所示。在每个反相器中，PMOS和NMOS的栅极相连为输入端，PMOS的源极接电源，NMOS的源极接地，PMOS和NMOS的漏极相连为输出端。当输入是高电平时，NMOS器件主要运作并且输出是低电平；当输入是低电平时，PMOS器件主要运作并且输出是高电平。
如果输入信号的摆幅是轨到轨(rail to rail)的或者输入共模电压(commonmodel voltage)是中电平(middle level)，那么PMOS和NMOS器件的增益相等，并且反相器的输出摆幅基本是平衡(balance)的。如果输入摆幅不是轨到轨的，而是偏移(offset)高或低，那么PMOS器件或NMOS器件在比另一个小的过载电压(overdrive voltage)下工作，输出总是与更强(stronger)的一个有关。输入信号的频率越高，接收机的性能越差。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种信号接收机，所述信号接收机包括信号限幅装置和信号放大装置。其中，所述信号限幅装置用于将所接收的输入信号的电压限制在第一阈值和第二阈值之间；以及所述信号放大装置用于将限幅后的输入信号进行放大。
在本发明的一个实施例中，所述信号限幅装置包括一对串联连接的PMOS管和NMOS管。其中，所述PMOS管用于将所述输入信号的电压嵌位在所述第一阈值及以上；所述NMOS管用于将所述输入信号的电压嵌位在所述第二阈值及以下。
在本发明的一个实施例中，所述PMOS管被第一信号所偏置，所述第一信号的电压与所述第一阈值相关；以及所述NMOS管被第二信号所偏置，所述第二信号的电压与所述第二阈值相关。
在本发明的一个实施例中，所述输入信号先经过所述PMOS管后经过所述NMOS管。
在本发明的一个实施例中，所述输入信号先经过所述NMOS管后经过所述PMOS管。
在本发明的一个实施例中，所述第一阈值小于所述第二阈值，并且所述第一阈值大于第一电源的电压值，所述第二阈值小于第二电源的电压值。
在本发明的一个实施例中，所述第一电源为Vss，所述第二电源为Vdd。
在本发明的一个实施例中，所述信号放大装置将所述限幅后的输入信号的电压范围放大到在所述第一电源的电压值和所述第二电源的电压值之间。
在本发明的一个实施例中，所述信号放大装置包括两个串联连接的反相器。
在本发明的一个实施例中，所述信号接收机所接收的输入信号的频率小于预定值。
本发明所提供的信号接收机结构简单，易于实现，并且该信号接收机可以接收非轨到轨的输入信号，并且输出具有均衡的占空比(duty-cycle)的满摆幅信号。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
附图中：
图1示出了现有的一种数字信号接收机的示意图；
图2示出了图1中的数字信号接收机的具体结构图；
图3示出了根据本发明的实施例的信号接收机的结构图；
图4示出了根据本发明的实施例的信号接收机所接收的一种输入信号的波形图(左侧)以及该信号接收机该输入信号后所输出的信号的波形图(右侧)；
图5示出了根据本发明的实施例的信号接收机所接收的四种不同类型的输入信号的波形图；以及
图6示出了根据本发明的实施例的信号接收机接收图5中所示的输入信号后所输出的信号的波形图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
本发明提供一种信号接收机，图3示出了根据本发明的实施例的信号接收机300的结构图。如图3所示，信号接收机300包括信号限幅装置301和信号放大装置302。其中，信号限幅装置301用于将所接收的输入信号的电压限制在第一阈值和第二阈值之间；信号放大装置302用于将限幅后的输入信号进行放大。
信号接收机所接收的输入信号可能不是轨到轨的，如图4(左侧)所示，即输入信号可能不是满摆幅的，例如输入信号可能包括电压小于第一阈值(例如VIL)的部分和电压大于第二阈值(例如VIH)的部分，其中VIL小于VIH。根据本发明的实施例的信号接收机300可以接收这种输入信号，通过信号接收机300中所包括的信号限幅装置301对输入信号的电压进行嵌位，从而将输入信号的电压限制在某一个区间范围中(例如从VIL到VIH的范围)；然后通过信号接收机300中所包括的信号放大装置302将位于该区间范围的输入信号的电压进行放大，从而实现满摆幅(例如从第一电源Vss到第二电源Vdd的范围)输出，如图4(右侧)所示。
根据本发明的一个实施例，信号限幅装置可以包括一对串联连接的PMOS管和NMOS管。如图3所示，信号接收机300的信号限幅装置301包括一对串联连接的PMOS管MP和NMOS管MN。
输入信号可以从第一焊盘进入，图5示出了根据本发明的实施例的信号接收机所接收的四种典型的输入信号的波形图。如图5所示，输入信号的摆幅可以在Vss到VIH之间、VIL到Vdd之间、VIL到VIH之间以及Vss到Vdd之间。本领域普通技术人员可以理解，图5中所示出的输入信号仅是示例性的，其代表了几种较为典型的信号。信号接收机300还可以接收其他输入信号，例如高电平在VIH到Vdd之间，低电平在Vss到VIL之间的输入信号。
在图3中，输入信号可以首先经过PMOS管MP。如图3所示，PMOS管MP被第一信号BIAS_P所偏置，并且接第二电源Vdd，使其可以满足低电平导通条件。对于PMOS管MP，其导通条件为：Vsg-Vt＞0，即Vs-Vg-Vt＞0，由此可得Vs-Vt＞Vg，其中Vs为PMOS管MP的源极电压，Vg为PMOS管MP的栅极电压，Vt为PMOS管MP的开启电压(或门限电压)。
在信号限幅装置301中，PMOS管MP用于将输入信号的电压嵌位在第一阈值及以上。该第一阈值例如为VIL。可选地，VIL可以大于第一电源(例如Vss)的电压值。如欲将PMOS管MP的输出端，即Vs嵌位在VIL及以上，Vg(即第一信号BIAS_P)的电压应该为VIL-Vt，即第一信号的电压与第一阈值VIL相关。这样，PMOS管MP的输出(图3中的节点X)将具有相同的低摆幅电压VIL。
输入信号从PMOS管MP输出后开始进入NMOS管MN。如图3所示，NMOS管MN被第二信号BIAS_N所偏置，并且接第一电源Vss，使其可以满足高电平导通条件。对于NMOS管MN，其导通条件为：Vgs-Vt＞0，即Vg-Vs-Vt＞0，由此可得Vs+Vt＜Vg，其中Vs为NMOS管MN的源极电压，Vg为NMOS管MN的栅极电压，Vt为NMOS管MN的开启电压(或门限电压)。
在信号限幅装置301中，NMOS管MN用于将输入信号的电压嵌位在第二阈值及以下。该第二阈值例如为VIH。可选地，VIH可以小于第二电源(例如Vdd)的电压值。如欲将NMOS管MN的输出端，即Vs嵌位在VIH及以下，Vg(即第二信号BIAS_N)的电压应该为VIH-Vt，即第二信号的电压与第二阈值VIH相关。这样，NMOS管MN的输出(图3中的节点Y，也即信号限幅装置301的输出)将具有相同的高摆幅电压VIH，同时具有相同的低摆幅电压VIL。
输入信号经过信号限幅装置301的处理后可以进入信号放大装置302。如图3所示，信号放大装置302可以包括两个串联连接的反相器，用于将限幅后的输入信号的电压范围放大到在第一电源(例如Vss)的电压值和第二电源(例如Vdd)的电压值之间。本领域普通技术人员可以理解，两级反相器是实现信号放大的最简单的方法，信号放大装置302还可以有其他实现方式。
在根据本发明的实施例所提供的信号接收机300中，信号限幅装置301的输出信号共模电平与信号放大装置302的输入共模电平一致，信号放大装置302可以接收信号限幅装置301的输出并放大至满摆幅信号然后再输出，这样，信号放大装置302的输出信号可以是满摆幅输出信号并且具有均衡的占空比。
图6出了根据本发明的实施例的信号接收机300接收图5中所示的输入信号后所输出的信号的波形图。如图6所示，输入信号通过PMOS管MP后(即图3中的节点X输出)电压被嵌位在VIL及以上；接着又通过NMOS管MN后(即图3中的节点Y输出)电压不仅被嵌位在VIL及以上，而且还被嵌位在VIH及以下；最后再通过信号放大装置302后(即图3中的节点Z输出)为满摆幅，并且具有均衡的占空比。
值得注意的是，输入信号可以先经过PMOS管后经过NMOS管，或者输入信号也可以先经过NMOS管后经过PMOS管。即在如图3所示的信号接收机300中，信号限幅装置301的PMOS管MP和NMOS管MN的位置可以互换。也就是说，输入信号的电压可以先被NMOS管MN嵌位在第二阈值(例如VIH)及以下，再被PMOS管MP电压嵌位在第一阈值(例如VIL)及以上。总之，不论输入信号先经过PMOS管MP还是先经过NMOS管MN，信号限幅装置301的输出(图3中的节点Y)都将具有相同的高摆幅电压VIH，同时具有相同的低摆幅电压VIL，实现满摆幅输出。
此外，本发明所提供的信号接收机在输入信号的频率小于预定值(例如极高频率值)时性能更好，并且在较高电源供电模式下性能更好。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (8)

1.一种信号接收机，其特征在于，所述信号接收机包括信号限幅装置和信号放大装置，其中，
所述信号限幅装置用于将所接收的输入信号的电压限制在第一阈值和第二阈值之间；以及
所述信号放大装置用于将限幅后的输入信号进行放大；
其中，所述信号限幅装置包括一对串联连接的PMOS管和NMOS管，所述PMOS管用于将所述输入信号的电压嵌位在所述第一阈值及以上，所述NMOS管用于将所述输入信号的电压嵌位在所述第二阈值及以下；
并且其中，所述PMOS管被第一信号所偏置，所述第一信号的电压与所述第一阈值相关，所述NMOS管被第二信号所偏置，所述第二信号的电压与所述第二阈值相关。
2.如权利要求1所述的信号接收机，其特征在于，所述输入信号先经过所述PMOS管后经过所述NMOS管。
3.如权利要求1所述的信号接收机，其特征在于，所述输入信号先经过所述NMOS管后经过所述PMOS管。
4.如权利要求1所述的信号接收机，其特征在于，所述第一阈值小于所述第二阈值，并且所述第一阈值大于第一电源的电压值，所述第二阈值小于第二电源的电压值。
5.如权利要求4所述的信号接收机，其特征在于，所述第一电源为Vss，所述第二电源为Vdd。
6.如权利要求4所述的信号接收机，其特征在于，所述信号放大装置将所述限幅后的输入信号的电压范围放大到在所述第一电源的电压值和所述第二电源的电压值之间。
7.如权利要求1所述的信号接收机，其特征在于，所述信号放大装置包括两个串联连接的反相器。
8.如权利要求1所述的信号接收机，其特征在于，所述信号接收机所接收的输入信号的频率小于预定值。
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