CN105988494B - 通过电流调整调整输出阻抗的驱动电路、驱动装置及方法 - Google Patents

通过电流调整调整输出阻抗的驱动电路、驱动装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明揭示通过电流调整调整输出阻抗的驱动电路、驱动装置及方法。该驱动电路包含一运算放大器及一输出电路，运算放大器用以接收一电压信号以产生一输出，输出电路耦接至运算放大器并用以接收运算放大器的输出，决定通过输出电路的电流，产生驱动电路的输出信号，据此调整驱动电路的输出阻抗，其中驱动电路的输出阻抗是可被调整的并由通过输出电路的电流所决定。

Description

通过电流调整调整输出阻抗的驱动电路、驱动装置及方法
技术领域
本发明涉及一种输出阻抗的调整机制，特别是涉及一种通过电流调整来调整输出阻抗以匹配传输线阻抗的驱动电路、驱动装置及方法。
背景技术
一般而言，连接于一传输线的驱动器(通常称为线驱动器﹚的输出阻抗设计为匹配于该传输线的特性阻抗，以避免信号发生反射、信号传递效率降低。目前传统机制中使用于一传输线的公知线驱动器通常通过调整内部多个电阻的阻值来调整输出信号的振幅与输出阻抗，以符合该传输线规格所要求的设计值，使得与该传输线的特性阻抗匹配，而实作上，传统的作法是藉由比较输出电压的实际振幅与参考电压的振幅并根据比较的结果来控制该多个电阻的阻值，以实现调整输出阻抗的目的，然而，通过电压调整来调整输出阻抗的操作使用了多个电阻，可能会进一步提高整体电路的使用面积，增加额外成本，因此，为降低电路成本，发展另一套不同的输出阻抗调整操作实为相当重要。
发明内容
因此，本发明的目的之一在于提供一种通过电流调整来调整输出阻抗以匹配传输线特性阻抗的驱动电路、驱动装置及方法，以解决现有技术所存在的问题。
根据本发明的实施例，其揭示一种使用于一传输线的驱动电路。驱动电路包含有一运算放大器与一输出电路，运算放大器用以接收一电压信号以产生一输出，以及输出电路耦接至运算放大器，用以接收运算放大器的输出，并决定通过输出电路的电流，产生驱动电路的一输出信号，据此调整驱动电路的一输出阻抗，驱动电路的输出阻抗是可被调整的并由通过输出电路的电流所决定。
根据本发明的实施例，其揭示一种使用于一传输线的驱动装置。驱动装置包含有一数字/模拟转换器、一放大器与一驱动电路。数字/模拟转换器用以接收一输入电流信号，以相对应产生一输出电压信号。放大器耦接至数字/模拟转换器，并用以放大输出电压信号，以产生一放大后输出电压信号。驱动电路耦接至放大器并用以根据放大后输出电压信号决定通过驱动电路的电流，产生驱动电路的输出信号，据此调整驱动装置的一输出阻抗，其中该输出阻抗是可被调整的并由通过该驱动电路的电流所决定。
根据本发明的实施例，其揭示一种使用于一传输线的驱动方法，包含有：提供一运算放大器，以接收一电压信号以产生一输出；以及接收该运算放大器的该输出，并决定通过的电流，产生一输出信号，据此调整一输出阻抗，以匹配该传输线；其中该输出阻抗由通过其该电流所决定并可被调整。
根据本发明的实施例，其揭示一种使用于一传输线的驱动装置的方法，包含有：使用一数字/模拟转换器，接收一输入电流信号，以相对应产生一输出电压信号；放大该输出电压信号，以产生一放大后输出电压信号；以及根据该放大后输出电压信号来产生该装置的一输出信号，其中该装置的一输出阻抗由通过该装置的电流所决定并且可被调整。
在本发明的实施例中，本发明的驱动机制可于电路出厂前/后、每次开机使用前或任一时间点时均可通过控制/调整通过晶体管的电流量大小来决定或调整上述驱动装置/驱动电路本身的输出阻抗，使输出阻抗与传输线的特性阻抗互相匹配，以避免信号发生反射、信号传递效率降低，解决因半导体工艺偏移及/或电阻工艺偏移所造成的阻抗不匹配的问题。
附图说明
图1为本发明第一实施例的驱动装置的电路示意图。
图2为图1所示的驱动装置内所包含的调校电路的电路示意图。
图3为图2所示的调校电路来调整驱动装置的输出阻抗的示意图。
图4为本发明第二实施例的驱动装置的电路示意图。
【附图标记说明】
100、400 驱动装置
105、405 数字模拟转换器
110、410 放大电路
115、415 驱动电路
200 调校电路
205 电流源
210 可变电阻
215 误差放大器
220 控制电路
1051、4051 电流数字模拟转换器
1052、4052 电阻单元
1101、4101 放大器
1151P、1151N、4151 运算放大器
1152、4152 输出电路
1153P、1153N、4153 电阻网络
1154P、1154N、4154 电流调整电路
具体实施方式
请参照图1，图1是本发明第一实施例的驱动装置100的示意图，驱动装置100连接至一传输线，例如是以太网络传输线(Ethernet transmission line﹚而此并非是本发明的限制。驱动装置100用以提升输入至该传输线的信号的强度，例如接收一输入信号、处理并产生一输出信号至该传输线，提供该输出信号的强度，此外，为了解决由于半导体工艺偏移及/或电阻工艺偏移造成的阻抗不匹配问题，驱动装置100于电路芯片出厂前/后、每次开机使用时或任一时间点，均可决定或调整驱动装置100本身的输出阻抗，使该输出阻抗与该传输线的特性阻抗互相匹配。
实作上，驱动装置100包含有一数字模拟转换器105、一放大电路110以及一驱动电路115。数字模拟转换器105包含有一电流数字模拟转换器1051、一电阻单元1052，电流数字模拟转换器1051用于将输入至驱动装置100的一输入信号转换为一电流信号，本实施例中，该输入信号为一差动信号，电流数字模拟转换器1051包含有两电流数字模拟转换器，于图1上分别以两电流源IP、IN表示，数字模拟转换器105之后利用电阻单元1052将电流数字模拟转换器1051的输出电流信号转换为一电压信号，该电压信号亦为一组差动信号，分别以VP、VN表示。放大电路110耦接至数字模拟转换器105并用以放大该输出电压信号VP、VN以产生一放大后输出电压信号VP’、VN’，放大电路110包含电阻RSP、RSP’、RSN、RSN’及差动放大器1101，电阻RSP’的阻值设计为RSP的m倍，m为大于1的数值，而电阻RSN’的阻值也设计为RSN的m倍。驱动电路115包含运算放大器1151P、1151N与输出电路1152，驱动电路115耦接至放大电路110并用以根据该放大后输出电压信号VP’、VN’决定通过驱动电路115的电流量，来产生驱动装置100的输出信号，据此调整驱动装置100的输出阻抗，该输出阻抗是可被调整的并由通过驱动电路115的电流量的大小所决定，运算放大器1151P、1151N分别接收放大电路110的放大后输出电压信号VP’与VN’以产生一输出，输出电路1152耦接至运算放大器1151并用以接收运算放大器1151P、1151N的输出，并决定通过输出电路1152的电流量大小，来产生驱动电路115的输出信号(亦即驱动装置100的输出信号﹚，据此决定或调整驱动装置100的输出阻抗。
输出电路1152包含一电阻网络1153P、1153N以及一电流调整电路1154P、1154N，电阻网络1153P包含电阻RP1、RP2，电阻网络1153N包含电阻RN1、RN2，电阻RP1的阻值设计为N*R，电阻RP2的阻值设计为(N+1)*R，电阻RN1的阻值设计为N*R，电阻RN2的阻值设计为(N+1)*R，亦即，电阻RP1、RN1的阻值设计为N倍单位，而电阻RP2、RN2的阻值设计为(N+1)倍单位，电流调整电路1154P、1154N分别耦接至电阻网络1153P、1153N，并用以调整通过电流调整电路1154P、1154N本身的电流量，产生输出的差动信号TXOP、TXON，据此调整装置100的输出阻抗，使得该输出阻抗与传输线的输出阻抗匹配。具体来说，电流调整电路1154P包含第一晶体管MP1、多个第二晶体管MP2，第一晶体管MP1具有耦接至一参考电源电平VDD的第一端、耦接至电阻网络1153P的第二端以及耦接至运算放大器1151P的输出的控制端，该多个第二晶体管MP2分别具有耦接至参考电源电平VDD的第一端、耦接至电阻网络1153P的第二端以及耦接至运算放大器1151P的输出的控制端，电流调整电路1154P调整该多个第二晶体管MP2的导通个数，以决定通过电流调整电路1154P的电流量大小，来调整输出阻抗。电流调整电路1154N包含第一晶体管MN1、多个第二晶体管MN2，第一晶体管MN1具有耦接至一参考电源电平VDD的第一端、耦接至电阻网络1153N的第二端以及耦接至运算放大器1151N的输出的控制端，该多个第二晶体管MN2分别具有耦接至参考电源电平VDD的第一端、耦接至电阻网络1153N的第二端以及耦接至运算放大器1151N的输出的控制端，电流调整电路1154N调整该多个第二晶体管MN2的导通个数，以决定通过电流调整电路1154N的电流量大小，来调整输出阻抗。
就具体操作而言，在本实施例中，电流数字模拟转换器1051中的输出电流流经过电阻单元1052，而转换产生该组输出电压信号VP、VN，通过电流数字模拟转换器1051，该组电压信号VP、VN的电压波形为原先信号的输出电压振幅的1/m倍，相对应地，电流数字模拟转换器1051的电流振幅变化亦可减少为原先电流振幅的1/m倍，而在后续放大电路110中，由于放大电路110中的电阻RSP’的阻值设计为RSP的m倍，且电阻RSN’的阻值也设计为RSN的m倍，因此，输出电压振幅为原先1/m倍的电压信号VP、VN，通过放大电路110的m倍放大之后，可被还原放大为具有与原先输入电压振幅相等振幅的电压波形，而由于电流数字模拟转换器1051的电流振幅变化可减少为原先电流振幅的1/m倍，因此可减轻晶体管通道长度调变的影响，增加信号本身的线性度，也可减少所占用的电路面积与功耗。另外，需注意的是，上述数字模拟转换器105与放大电路110的搭配使用，并非是本发明的限制；在本发明的另一实施例中，如果不考虑晶体管通道长度调变的影响，亦可以不需要在驱动装置100中实现数字模拟转换器105与放大电路110，亦即，数字模拟转换器105与放大电路110是可选择的(Optional﹚。
另外，驱动装置100还包含有一调校电路，用以调整控制或决定上述该多个第二晶体管MP2、MN2的导通个数以控制其通过的电流量。请参照图2，其绘示了图1所示的驱动装置100内所包含的调校电路200的电路示意图。如图2所示，调校电路200包含有一参考电流源205，一参考电压VREF，一可变电阻210、一误差放大器215及一控制电路220。参考电流源205用以提供一固定电流值的参考电流，参考电压VREF设计为具有一固定电压值，误差放大器215的非反向输入端耦接于参考电压VREF，而反向输入端耦接于参考电流源205与可变电阻210之间，接收跨接于可变电阻210两端之间的电压，控制电路220耦接至误差放大器215的输出端，并用以接收误差放大器215的输出，以决定/调整可变电阻210的电阻值，之后利用所决定的可变电阻210的电阻值来调整前述驱动装置100的输出阻抗，举例来说，如果传输线的特性阻抗是50欧姆，则在调整驱动装置100的输出阻抗之前，调校电路200先利用控制电路220根据误差放大器215的输出来决定/调整可变电阻210的电阻值，使得最后当误差放大器215的反向输入端几乎等于参考电压VREF的电压电平时可变电阻210的电阻值等于50欧姆，之后当决定出可变电阻210的电阻值，再利用已决定出的可变电阻210的电阻值(等于50欧姆﹚来调整驱动装置100的输出阻抗。
请参照图3，图3是利用图2所示的调校电路200来调整驱动装置100的输出阻抗的电路操作示意图。当在开始调整或决定驱动装置100的输出阻抗之前，如图2所示，调校电路200会先根据参考电流源205的电流来调整可变电阻210的电阻值，使可变电阻210的电阻值等于所预先设计的阻值(例如50欧姆﹚，之后在决定出或调整完可变电阻210的电阻值后，调校电路200利用已决定好的可变电阻210、误差放大器215、控制电路220来调整或决定该多个第二晶体管MP2的导通个数，以调整输出阻抗，使该输出阻抗等于所预先设计的阻值(例如50欧姆﹚，以和传输线的特性阻抗匹配，于此情形中，如图3所示，误差放大器215的非反向输入端耦接至参考电压VREF，反向输入端耦接至可变电阻210与输出电路1152的差动信号TXOP的输出端口，输出端则耦接至控制电路220，控制电路220根据误差放大器215的输出来控制/调整该多个第二晶体管MP2的导通个数，此时运算放大器1151P的非反向输入端的输入信号改为参考电压VREF，直到输出阻抗调整程序结束后再改为接收电压信号VP’，换言之，在输出阻抗的调整过程中，驱动电路115的一差动端的输入信号为参考电压VREF的电压电平，而通过误差放大器215与控制电路220调整该多个第二晶体管MP2的导通个数，可增加或减少所通过的电流量大小，使得最后驱动电路115的一差动端的相对应输出信号的电位实质上等于参考电压VREF的电位，此时，所调整出的驱动电路115在该差动端的输出阻抗会匹配于可变电阻210的电阻值，因此也与传输线的特性阻抗互相匹配。当输出阻抗的调整程序结束之后，如图1所示，运算放大器1151P不再接收参考电压VREF的电位，而改为接收放大电路110所输出的一差动端的放大后电压信号VP’，调校电路200则不需再使用到，可变电阻210与驱动电路115的一相对应差动输出端的连接会断开，调校电路200此时不再调整该多个晶体管MP2的导通个数。
另外，对于调整驱动电路115的对应于另一差动信号TXON的输出端的输出阻抗而言，在一实施例中，同样可使用调校电路200来调整该多个第二晶体管MN2的导通个数，以调整对应于另一差动信号TXON的输出端的输出阻抗，使该输出阻抗与传输线的特性阻抗互相匹配，其输出阻抗的调整程序的步骤如同前述。而需注意的是，不同电阻可能存在不同的工艺差异，该多个晶体管MN2的导通个数可异于该多个晶体管MP2的导通个数。另外，为了节省输出阻抗的调整程序的时间，当调校电路200结束或完成一差动信号(例如TXON)的输出端的输出阻抗时，也可根据该多个第二晶体管MP2的导通个数，来调整该多个第二晶体管MN2的导通个数，以调整或决定另一差动信号(例如TXOP)的输出端的输出阻抗，使另一输出端的输出阻抗与该传输线的阻抗匹配。
再者，本发明的实施例的驱动装置亦适用于具有单端输出端口的传输线，请参照图4，图4是本发明第二实施例的驱动装置400的电路示意图。驱动装置400包含数字模拟转换器405、放大电路410以及驱动电路415，数字模拟转换器405包含电流数字模拟转换器4051、电阻单元4052，电流数字模拟转换器4051用于将输入至驱动装置400的一输入信号转换为一电流信号，之后利用电阻单元4052将电流数字模拟转换器4051的输出电流信号转换为一电压信号，放大电路410耦接至数字模拟转换器405并用以放大该输出电压信号以产生一放大后输出电压信号，放大电路410包含电阻RS、RS’及放大器4101，电阻RS’的阻值设计为RS的m倍，m为大于1的数值，驱动电路415包含运算放大器4151与输出电路4152，驱动电路415耦接至放大电路410并用以根据该放大后输出电压信号决定通过驱动电路415的电流量，来产生驱动装置400的输出信号，据此调整驱动装置400的输出阻抗，该输出阻抗是可被调整的并由通过驱动电路415的电流量的大小所决定，运算放大器4151接收放大电路410的放大后输出电压信号以产生一输出，输出电路4152耦接至运算放大器4151并用以接收运算放大器4151的输出，并决定通过输出电路4152的电流量大小，来产生驱动电路415的输出信号，据此决定或调整装置400的输出阻抗，输出电路4152包含一电阻网络4153以及电流调整电路4154，电阻网络4153包含电阻R1、R2，电阻R1的阻值设计为N*R，电阻R2的阻值设计为(N+1)*R，电阻R1的阻值设计为N倍单位，而电阻R2的阻值设计为(N+1)倍单位，电流调整电路4154耦接至电阻网络4153，并用以调整通过电流调整电路4154本身的电流量，产生输出信号，据此调整装置400的输出阻抗，使得该输出阻抗与传输线的输出阻抗匹配。具体来说，电流调整电路4154包含第一晶体管M1、多个第二晶体管M2，第一晶体管M1具有耦接至一参考电源电平VDD的第一端、耦接至电阻网络4153的第二端以及耦接至运算放大器4151的输出的控制端，该多个第二晶体管M2分别具有耦接至参考电源电平VDD的第一端、耦接至电阻网络4153的第二端以及耦接至运算放大器4151的输出的控制端，电流调整电路4154调整该多个第二晶体管M2的导通个数，以决定通过电流调整电路4154的电流量大小，来调整输出阻抗。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种使用于一传输线的驱动电路，包含有：
一运算放大器，用以接收一电压信号以产生一输出；
一输出电路，耦接至该运算放大器，用以接收该运算放大器的该输出，并决定通过该输出电路的电流，产生该驱动电路的一输出信号，据此调整该驱动电路的一输出阻抗；
其中该驱动电路的该输出阻抗是可被调整的并由通过该输出电路的电流所决定，
一误差放大器，具有耦接至该输出电路的一第一输入端、耦接至一参考电压的一第二输入端以及一输出端；以及
一控制电路，耦接至该误差放大器的该输出端，用以接收该误差放大器的一输出，调整通过该输出电路的电流，据此调整该驱动电路的该输出阻抗；
其中当该控制电路调整通过该输出电路的电流时，该参考电压被输入至该运算放大器，作为该运算放大器的一输入信号。
2.如权利要求1所述的驱动电路，其中该输出电路包含有：
一电阻网络；以及
一电流调整电路，耦接至该电阻网络，用以调整通过该电流调整电路的电流，产生该驱动电路的该输出信号，据此调整该驱动电路的该输出阻抗。
3.如权利要求2所述的驱动电路，其中该电流调整电路包含：
一第一晶体管，具有耦接至一参考电平的一第一端、耦接至该电阻网络的一第二端以及耦接至该运算放大器的该输出的一控制端；以及
多个第二晶体管，分别具有耦接至该参考电平的一第一端、耦接至该电阻网络的一第二端以及耦接至该运算放大器的该输出的一控制端；
其中该电流调整电路调整该多个第二晶体管的导通个数，以决定通过该电流调整电路的电流。
4.一种使用于一传输线的驱动装置，包含有：
一数字/模拟转换器，用以接收一输入电流信号，以相对应产生一输出电压信号；
一放大器，耦接至该数字/模拟转换器，用以放大该输出电压信号，以产生一放大后输出电压信号；以及
一驱动电路，耦接至该放大器，用以根据该放大后输出电压信号决定通过该驱动电路的电流，产生该驱动电路的一输出信号，据此调整该驱动装置的一输出阻抗，其中该输出阻抗是可被调整的并由通过该驱动电路的电流所决定，
所述驱动电路包括：
一运算放大器，用以接收该放大后输出电压信号以产生一输出；
一电阻网络；
一第一晶体管，具有耦接至一参考电平的一第一端、耦接至该电阻网络的一第二端以及耦接至该运算放大器的该输出的一控制端；
多个第二晶体管，分别具有耦接至该参考电平的一第一端、耦接至该电阻网络的一第二端以及耦接至该运算放大器的该输出的一控制端；
其中该驱动电路调整该多个第二晶体管的导通个数，以决定通过该驱动电路的电流，据此调整该输出阻抗；
一误差放大器，具有耦接至该电阻网络的一第一输入端、耦接至一参考电压的一第二输入端以及一输出端；以及
一控制电路，耦接至该误差放大器的该输出端，用以接收该误差放大器的一输出，调整通过该多个第二晶体管的电流，据此调整该驱动电路的该输出阻抗；
其中当该控制电路调整通过该多个第二晶体管的电流时，该参考电压被输入至该运算放大器，作为该运算放大器的一输入信号。
5.一种使用于一传输线的驱动方法，包含有：
提供一运算放大器，以接收一电压信号以产生一输出；
接收该运算放大器的该输出，并决定通过的电流，产生一输出信号，据此调整一输出阻抗，以匹配该传输线；
其中该输出阻抗是由通过的该电流所决定并可被调整，
提供一误差放大器，具有耦接至该输出电路的一第一输入端、耦接至一参考电压的一第二输入端以及一输出端；以及
接收该误差放大器的一输出，调整通过的该电流，据此调整该输出阻抗，以匹配该传输线；
其中当调整通过该输出电路的电流时，该参考电压被输入至该运算放大器，作为该运算放大器的一输入信号。
6.如权利要求5所述的驱动方法，其中决定通过的电流的步骤包含有：
提供一电阻网络；以及
提供一电流调整电路，调整通过该电流调整电路的电流，产生该输出信号，据此调整该输出阻抗。
7.如权利要求6所述的驱动方法，其中调整通过该电流调整电路的电流的步骤包含：
提供一第一晶体管，具有耦接至一参考电平的一第一端、耦接至该电阻网络的一第二端以及耦接至该运算放大器的该输出的一控制端；
提供多个第二晶体管，分别具有耦接至该参考电平的一第一端、耦接至该电阻网络的一第二端以及耦接至该运算放大器的该输出的一控制端；以及
调整该多个第二晶体管的导通个数，以决定通过该电流调整电路的电流。
8.一种使用于一传输线的驱动装置的方法，包含有：
使用一数字/模拟转换器，接收一输入电流信号，以相对应产生一输出电压信号；
放大该输出电压信号，以产生一放大后输出电压信号；以及
根据该放大后输出电压信号来产生该装置的一输出信号，其中该驱动装置的一输出阻抗是由通过该驱动装置的电流所决定并且可被调整，
其中根据该放大后输出电压信号来产生该驱动装置的该输出信号的步骤包含有：
使用一运算放大器，接收该放大后输出电压信号以产生一输出；
提供一电阻网络；
提供一第一晶体管，具有耦接至一参考电平的一第一端、耦接至该电阻网络的一第二端以及耦接至该运算放大器的该输出的一控制端；
提供多个第二晶体管，分别具有耦接至该参考电平的一第一端、耦接至该电阻网络的一第二端以及耦接至该运算放大器的该输出的一控制端；
调整该多个第二晶体管的导通个数，以决定通过该多个第二晶体管的电流，据此调整该驱动装置的该输出阻抗，
提供一误差放大器，具有耦接至该电阻网络的一第一输入端、耦接至一参考电压的一第二输入端以及一输出端；以及
接收该误差放大器的一输出，调整通过该多个第二晶体管的电流，据此调整该驱动装置的该输出阻抗；
其中当调整通过该多个第二晶体管的电流时，该参考电压被输入至该运算放大器，作为该运算放大器的一输入信号。
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