CN108234137B - 网络驱动电路及网络装置的驱动方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种网络驱动电路及网络装置的驱动方法，网络装置的驱动方法用来将信号输出至一实体网络传输媒介，该网络装置包含一数字模拟转换器，该数字模拟转换器包含多数字模拟转换单元，每一数字模拟转换单元包含一第一辅助电流源以及一第二辅助电流源，该驱动方法包含：检测该实体网络传输媒介的一线长；依据该线长产生一控制信号；依据该控制信号产生一偏压信号；以及施加该偏压信号于该第一辅助电流源及该第二辅助电流源，以控制该第一辅助电流源及该第二辅助电流源的电流。本公开提供的网络装置的驱动方法可以减少驱动电路的耗电量。

Description

网络驱动电路及网络装置的驱动方法

技术领域

本发明涉及网络应用技术领域，尤其涉及网络驱动电路及网络装置的驱动方法。

背景技术

网络装置的驱动电路通常使用数字模拟转换器(digital-to-analog converter,DAC)来将数字信号转换为模拟信号，再将模拟信号输出至网络的实体网络传输媒介。网络的实体网络传输媒介例如包含双绞线(twisted pair)、同轴线缆(co-axial cable)以及光纤线缆(fiber optical cable)等等。某些网络的应用对网络装置要求较高的线性度(linearity)，而其他网络的应用则不需特别加强线性度。若是不顾实际的应用情况而一味提高驱动电路的线性度，则反而可能带来缺点，例如在不需特别加强线性度的应用中增加DAC的耗电量。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的一目的在于提供一种网络驱动电路及网络装置的驱动方法，以减少驱动电路的耗电量。

本发明公开一种网络驱动电路，包含：一数字模拟转换器，用来将一数字输出信号转换为一模拟输出信号；一线驱动器，耦接该数字模拟转换器，用来提高该模拟输出信号的传输能量；一变压器，耦接该线驱动器，用来将该模拟输出信号耦合至一实体网络传输媒介；一控制单元，耦接该数字模拟转换器，用来根据该实体网络传输媒介的一线长产生一控制信号；以及一偏压电路，耦接该控制单元，用来依据该控制信号产生与该线长相关的一偏压信号。该数字模拟转换器包含多数字模拟转换单元，每一数字模拟转换单元包含一主电流源及一辅助电流源，该辅助电流源的偏压由该偏压信号控制。

本发明另公开一种网络驱动电路，用来将信号输出至一实体网络传输媒介，包含：一数字模拟转换器，包含多数字模拟转换单元，用来将一数字输出信号转换为一模拟输出信号，每一数字模拟转换单元包含：一第一辅助电流源；以及一第二辅助电流源；一变压器，耦接该数字模拟转换器，用来将该模拟输出信号耦合至该实体网络传输媒介；以及一偏压电路，用来产生与该实体网络传输媒介的一线长相关的一偏压信号，以控制该第一辅助电流源及该第二辅助电流源的电流。

本发明另公开一种网络装置的驱动方法，用来将信号输出至一实体网络传输媒介，该网络装置包含一数字模拟转换器，该数字模拟转换器包含多数字模拟转换单元，每一数字模拟转换单元包含一第一辅助电流源以及一第二辅助电流源，该驱动方法包含：检测该实体网络传输媒介的一线长；依据该线长产生一控制信号；依据该控制信号产生一偏压信号；以及施加该偏压信号于该第一辅助电流源及该第二辅助电流源，以控制该第一辅助电流源及该第二辅助电流源的电流。

本发明的网络驱动电路及网络装置的驱动方法能够适应性地调整线性度，以避免对驱动电路造成额外功耗。相较于传统技术，本发明的网络驱动电路及网络装置的驱动方法更为省电。

有关本发明的特征、实作与技术效果，兹配合附图作实施例详细说明如下。

附图说明

图1为本发明一实施例的网络驱动电路的功能方框图；

图2为本发明的数字模拟转换单元的其中一实施例的电路图；

图3为本发明的数字模拟转换单元的另一实施例的电路图；

图4为本发明一实施例的偏压单元与辅助电流源的连接关系图；

图5为本发明另一实施例的偏压单元与辅助电流源的连接关系图；

图6为本发明另一实施例的偏压单元与辅助电流源的连接关系图；

图7为本发明一实施例的电流源412的细节电路图；

图8为本发明的驱动方法的一实施例的流程图；以及

图9为本发明的驱动方法的另一实施例的流程图。

附图标记说明：

10 网络驱动电路

20 应用电路

30 实体网络传输媒介

110 控制单元

120 数字模拟转换器

130 线驱动器

140 变压器

150 放大器

160 模拟数字转换器

170 偏压电路

171、172、410、510、610 偏压单元

220 数字模拟转换单元

221、222、223、224、414、416、418、511、512、513、514、515、516、615、616 晶体管

227 主电流源

228、229 辅助电流源

412、611 电流源

612、730 开关阵列

613 电阻阵列

614 运算放大器

617、618 电阻

710 晶体管阵列

S810～S840、S910～S930 步骤

具体实施方式

以下说明内容的技术用语是参照本技术领域的习惯用语，如本说明书对部分用语有加以说明或定义，该部分用语的解释是以本说明书的说明或定义为准。

本发明的公开内容包含网络驱动电路及网络装置的驱动方法，以降低驱动电路的耗电量。由于本发明的网络驱动电路所包含的部分元件单独而言可能为已知元件，因此在不影响该装置发明的充分公开及可实施性的前提下，以下说明对于已知元件的细节将予以省略。此外，本发明的网络装置的驱动方法可以是软件及/或固件的形式，并且可通过本发明的网络驱动电路或其等效装置来执行，在不影响该方法发明的充分公开及可实施性的前提下，以下方法发明的说明将着重于步骤内容而非硬件。

图1是本发明一实施例的网络驱动电路的功能方框图。网络驱动电路10设置于网络装置，包含控制单元110、DAC 120、线驱动器(line driver)130、变压器140、放大器150、模拟数字转换器(analog-to-digital converter,ADC)160以及偏压电路170。应用电路20产生待传输的数字输出信号，例如声音信号、影像信号或其他数据信号。数字输出信号经由网络驱动电路10转换为模拟输出信号后，通过实体网络传输媒介30传送至网络(例如以太网络(Ethernet))。另一方面，网络上的模拟信号通过网络驱动电路10传送至应用电路20，该模拟信号经由网络驱动电路10的转换后成为应用电路20可处理的数字信号。网络驱动电路10及应用电路20可以是独立的电路，或同时整合于系统单芯片中(system on chip,SoC)。

网络驱动电路10的控制单元110可检测实体网络传输媒介30的线长。控制单元110发送数字的测试信号，数字的测试信号经由DAC 120转换为模拟的测试信号，再经由线驱动器130增强其传输能量后，通过变压器140耦合至实体网络传输媒介30。模拟的测试信号在实体网络传输媒介30上反射后形成反射信号，反射信号经由变压器140耦合回到网络驱动电路10中。反射信号接着由放大器150放大后再经由ADC 160转换为数字的反射信号。控制单元110再依据数字的反射信号判断实体网络传输媒介30的线长。控制单元110的检测方法为本技术领域技术人员所熟知，不再赘述。另外，控制单元110可以依据网络驱动电路10的组态(configuration)得知网络驱动电路10的传输速率。该组态可以储存于网络驱动电路10内部的暂存器或外部的存储器(图未示)中。

一般而言，当网络驱动电路10的传输速率愈高，及/或实体网络传输媒介30的线长愈长时，网络驱动电路10需要愈高的线性度。提高网络驱动电路10的线性度的方法之一是在DAC 120增设辅助电流源。DAC 120包含多个数字模拟转换单元，图2以其中一个数字模拟转换单元为例，说明DAC 120的内部电路以及DAC 120与线驱动器130及偏压电路170的连接关系。数字模拟转换单元220包含晶体管221、222、223及224，分别具有控制端C1、C2、C3及C4。晶体管221的其中一端连接至线驱动器130，另一端连接至节点N1；晶体管222的其中一端连接至线驱动器130，另一端连接至节点N2；晶体管223的其中一端连接至节点N1，另一端连接至主电流源227；晶体管224的其中一端连接至节点N2，另一端连接至主电流源227。操作时，晶体管221、222、223及224作为开关元件使用，通过在控制端C1、C2、C3及C4输入控制信号可以控制晶体管221、222、223及224的开关状态，进而控制流过线驱动器130的电流。在图1的实施例中，控制信号可以来自应用电路20或是控制单元110。

为了提高线性度，数字模拟转换单元220还包含辅助电流源228及辅助电流源229。辅助电流源228及辅助电流源229分别耦接至节点N1及节点N2。主电流源227、辅助电流源228及辅助电流源229的偏压由偏压电路170所输出的偏压信号bias控制。一般而言，当偏压信号愈大时，电流源提供愈大的电流。当控制单元110所测得实体网络传输媒介30的线长较长时，控制单元110控制偏压电路170输出较大的偏压信号，以提高线性度；相对的，当测得实体网络传输媒介30的线长较短时，控制单元110控制偏压电路170输出较小的偏压信号，以降低电路的功耗。除了线长之外，网络驱动电路10的传输速率(亦即网络装置的传输速率)也可以是偏压信号的决定因素之一。当网络驱动电路10操作在传输速率较高的模式时，控制单元110控制偏压电路170输出较大的偏压信号，以提高线性度；相对的，当网络驱动电路10操作在传输速率较低的模式时，控制单元110控制偏压电路170输出较小的偏压信号，以降低电路的功耗。因此，控制单元110可以仅根据实体网络传输媒介30的线长与传输速率的其中之一来控制偏压电路170的偏压信号，亦即偏压信号与线长及传输速率的其中一者相关且与另一者无关；或者，控制单元110可以同时根据实体网络传输媒介30的线长以及网络驱动电路10的传输速率来控制偏压电路170的偏压信号，亦即偏压信号同时与线长及传输速率相关。

下列表1～表3为辅助电流源的电流提升幅度与传输速率及线长的对应关系的例示；其中，表1表示辅助电流的电流调整仅与传输速率有关，而与线长无关；表2表示辅助电流的电流调整仅与线长有关，而与传输速率无关；表3表示辅助电流的电流调整同时与线长及传输速率有关。在此假设主电流源227的电流大小为40mA，此电流大小是DAC 120的所有数字模拟转换单元220的全部主电流源227的电流量总和。

表1：

表2：

表3：

在表1所示的范例中，当网络驱动电路10的传输速率为100Mbps、1Gbps及10Gbps时，辅助电流源228及辅助电流源229相对主电流源227的电流提升幅度分别为0％、4％及8％(亦即分别提升0mA、1.6mA及3.2mA的电流量)，此提升幅度只与传输速率有关而与线长无关。此范例中因为100Mbps的传输速率相对较低，所以设定辅助电流源228及辅助电流源229所额外提供的电流量为0。表1所示的范例代表控制单元110只根据传输速率来控制偏压电路170，亦即控制单元110的控制信号及偏压电路170的偏压信号bias只与传输速率有关而与线长无关。

在表2所示的范例中，当线长为10M、100M及1000M时，辅助电流源228及辅助电流源229相对主电流源227的电流提升幅度分别为0％、5％及10％(亦即分别提升0mA、2mA及4mA的电流量)，此提升幅度只与线长有关而与传输速率无关。此范例中因为10M的线长相对较短，所以设定辅助电流源228及辅助电流源229所额外提供的电流量为0。表2所示的范例代表控制单元110只根据线长来控制偏压电路170，亦即控制单元110的控制信号及偏压电路170的偏压信号bias只与线长有关而与传输速率无关。

在表3所示的范例中，辅助电流源228及辅助电流源229相对主电流源227的电流提升幅度同时与传输速率及线长有关。基本上，传输速率愈高或线长愈长，辅助电流源228及辅助电流源229的电流提升幅度就愈大。表3所示的范例代表控制单元110同时根据传输速率及线长来控制偏压电路170，亦即控制单元110的控制信号及偏压电路170的偏压信号bias同时与传输速率及线长有关。

由以上的范例可以知道，本发明的网络驱动电路10可以根据实际的应用情形适应性地调整DAC 120的辅助电流源的电流大小，因此可以在需要高线性度时提高辅助电流源的电流，以及在不需要高线性度时降低辅助电流源的电流以减少DAC 120的功耗。在图2所示的实施例中，主电流源227与辅助电流源228及辅助电流源229受相同的偏压信号控制。虽然偏压相同，但主电流源227与辅助电流源228及辅助电流源229仍可通过不同的电路设计，或是不同的元件尺寸而提供不同大小的电流。例如通过适当的设计，使得在相同偏压下，主电流源227比辅助电流源228及辅助电流源229提供更大的电流。

图3为本发明的数字模拟转换单元的另一实施例的电路图。此实施例中，数字模拟转换单元220的主电流源227与辅助电流源228及辅助电流源229是接收不同的偏压信号。更详细地说，偏压电路170包含2个偏压单元171及172。偏压单元171对辅助电流源228及辅助电流源229提供与实体网络传输媒介30的线长及/或网络驱动电路10的传输速率相关的偏压信号bias1，偏压单元172对主电流源227提供与实体网络传输媒介30的线长及网络驱动电路10的传输速率无关的偏压信号bias2。因此主电流源227的电流量可以与辅助电流源228及辅助电流源229的电流量独立调整，且不受线长及传输速率影响。

图4为本发明一实施例的偏压单元与辅助电流源的连接关系图。偏压单元410包含电流源412及晶体管414，而辅助电流源228及辅助电流源229各包含晶体管416及418。晶体管414的栅极与晶体管414的漏极相连接，更与晶体管416及晶体管418的栅极相连接。通过调整电流源412的电流，即可改变辅助电流源228及辅助电流源229的偏压，也就是改变流经晶体管416及晶体管418的电流。基本上，根据图4的电路配置，辅助电流源228及辅助电流源229提供同样大小的电流。偏压单元410即是图2中的偏压电路170或是图3中的偏压单元171或偏压单元172的一种实施方式。

图5为本发明另一实施例的偏压单元与辅助电流源的连接关系图。偏压单元510包含电流源412、晶体管511及晶体管512，辅助电流源228包含晶体管513及514，而辅助电流源229包含晶体管515及516。与图4相较，图5的辅助电流源228及辅助电流源229各包含另一个串联的晶体管以增加输出阻抗。晶体管511的栅极与晶体管511的漏极相连接，更与晶体管513及晶体管515的栅极相连接；晶体管512的栅极与晶体管512的漏极相连接，更与晶体管514及晶体管516的栅极相连接。同样的，通过调整电流源412的电流，即可改变辅助电流源228及辅助电流源229的偏压，也就是改变流经其内部晶体管的电流。基本上，根据图5的电路配置，辅助电流源228及辅助电流源229提供同样大小的电流。偏压单元510即是图2中的偏压电路170或是图3中的偏压单元171或偏压单元172的一种实施方式。

图6为本发明另一实施例的偏压单元与辅助电流源的连接关系图。偏压单元610包含电流源611、开关阵列612、电阻阵列613及运算放大器614。辅助电流源228包含晶体管615及电阻617，而辅助电流源229包含晶体管616及电阻618。电流源611提供固定的电流。对应开关阵列612的导通开关个数的不同(由控制单元110控制)，电阻阵列613会产生不同的等效电阻，致使运算放大器614的反相输入端的电压Vx随的变化。根据运算放大器614的特性，其非反相输入端可产生实质上同样大小的电压Vx，此电压Vx即为辅助电流源228及辅助电流源229的偏压。基本上电阻617及电阻618的电阻值相同，因此辅助电流源228及辅助电流源229提供同样大小的电流。通过调整开关阵列612的切换状态，即可改变辅助电流源228及辅助电流源229的偏压，也就是改变流经晶体管615及晶体管616的电流。偏压单元610即是图2中的偏压电路170或是图3中的偏压单元171或偏压单元172的一种实施方式。

图7为本发明一实施例的电流源412的细节电路图。电流源412包含N个(N为正整数)串接的晶体管阵列710，每个晶体管阵列710中的晶体管的栅极互相连接。N个晶体管阵列710更与开关阵列730串接。通过控制开关阵列730的导通开关的个数(由控制单元110控制)，即可调整电流源412的总输出电流。

除了前述的网络驱动电路外，本发明亦相对应地公开了一种应用于网络装置的驱动方法，能够依据实体网络传输媒介的线长及/或网络装置的传输速率调整线性度。本方法由前揭网络驱动电路10或其等效装置来执行。网络装置包含一DAC，该DAC用来将一数字输出信号转换为一模拟输出信号，该数字模拟转换器包含多个数字模拟转换单元，每一个数字模拟转换单元包含一主电流源、一第一辅助电流源以及一第二辅助电流源。图8为本方法其中一实施例的流程图，包含下列步骤：

步骤S810：检测实体网络传输媒介的线长。网络装置的线性度的设定与实体网络传输媒介的线长有关。一般而言，当实体网络传输媒介的线长愈长，网络装置需要愈高的线性度；

步骤S820：依据该线长及/或网络装置的传输速率产生一控制信号。传输速率也是设定网络装置的线性度可纳入考虑的因素之一。该控制信号可以只与线长及传输速率的其中之一有关，或是同时与两者有关；

步骤S830：依据该控制信号产生一偏压信号。因为控制信号与实体网络传输媒介的线长及/或网络装置的传输速率有关，所以该偏压信号也与实体网络传输媒介的线长及/或网络装置的传输速率有关。在一个实施例中，该控制信号是用来控制开关阵列的开关切换状态；如图6所示，开关阵列612的不同切换状态使电压Vx(即偏压信号)产生变化；又如图7所示，开关阵列730的不同切换状态使电流源412的总输出电流产生变化，进而使图4的偏压单元410及图5的偏压单元510产生不同的偏压信号；以及

步骤S840：施加该偏压信号于该主电流源、该第一辅助电流源及该第二辅助电流源。以该偏压信号调整DAC的每一数字模拟转换单元的电流源，以改善线性度。也就是说线性度可以依据实体网络传输媒介的线长及/或网络装置的传输速率做调整。一般而言，当线长愈长及/或传输速率愈高时，可通过增加第一辅助电流源及该第二辅助电流源的电流以提高线性度；而当线长愈短及/或传输速率愈低时，可减少第一辅助电流源及该第二辅助电流源的电流以减低DAC的耗电量。

前述的偏压信号及控制信号可以依据表1～表3所示的范例及电路的元件特性(例如电阻个数、电阻值、晶体管个数、晶体管的尺寸等)做设计。

图9为本方法另一实施例的流程图，其中步骤S810～S830与图8相同。图9的实施例另包含下列步骤：

步骤S910：施加该偏压信号于该第一辅助电流源及该第二辅助电流源。本实施例中，与实体网络传输媒介的线长及/或网络装置的传输速率有关的偏压信号施加于该第一辅助电流源及该第二辅助电流源，而不施加于主电流源；

步骤S920：产生与线长及/或传输速率无关的一主偏压信号。此步骤额外产生一主偏压信号，该主偏压信号与实体网络传输媒介的线长及/或网络装置的传输速率无关；以及

步骤S930：施加该主偏压信号于该主电流源。

图9的实施例的主电流源与辅助电流源是独立调整，可以使主电流源不受实体网络传输媒介的线长及网络装置的传输速率影响，亦可增加本发明的设计弹性。

虽然附图中示出的的晶体管为N型金氧半场效晶体管(MOSFET)，但本发明亦可使用P型金氧半场效晶体管或N型与P型金氧半场效晶体管的组合来实作。此外，前述的晶体管亦不限于金氧半场效晶体管，其他的晶体管亦可适用于本发明，例如接面场效晶体管(JFET)、高分子场效晶体管(PFET)及双载子接面晶体管(BJT)等。

由于本技术领域技术人员可通过图1至图7的装置发明的公开内容来了解图8及图9的方法发明的实施细节与变化，因此，为避免赘文，在不影响该方法发明的公开要求及可实施性的前提下，重复的说明在此予以省略。请注意，前揭图示中，元件的形状、尺寸、比例以及步骤的顺序等仅为示意，是供本技术领域技术人员了解本发明之用，非用以限制本发明。再者，前揭实施例虽以以太网络为例，然此并非对本发明的限制，本技术领域人士可依本发明的公开适当地将本发明应用于其它类型的网络。

虽然本发明的实施例如上所述，然而所述实施例并非用来限定本发明，本技术领域技术人员可依据本发明的明示或隐含的内容对本发明的技术特征施以变化，凡此种种变化均可能属于本发明所寻求的专利保护范畴，换言的，本发明的专利保护范围须视本说明书的权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种网络驱动电路，其特征在于，包含：

一数字模拟转换器，用来将一数字输出信号转换为一模拟输出信号；

一线驱动器，耦接该数字模拟转换器，用来提高该模拟输出信号的传输能量；

一变压器，耦接该线驱动器，用来将该模拟输出信号耦合至一实体网络传输媒介；

一控制单元，耦接该数字模拟转换器，用来根据该实体网络传输媒介的一线长产生一控制信号；以及

一偏压电路，耦接该控制单元，用来依据该控制信号产生与该线长相关的一偏压信号；

其中，该数字模拟转换器包含多数字模拟转换单元，每一数字模拟转换单元包含一主电流源及一辅助电流源，该辅助电流源的偏压由该偏压信号控制。

2.如权利要求1所述的网络驱动电路，其中当该线长较长时，该偏压电路受该控制信号的控制而产生较大的该偏压信号，以增加该辅助电流源的电流，以及当该线长较短时，该偏压电路受该控制信号的控制而产生较小的该偏压信号，以减少该辅助电流源的电流。

3.如权利要求1所述的网络驱动电路，其中该偏压电路还产生与该线长无关的一主偏压信号，该主电流源的偏压由该主偏压信号控制。

4.如权利要求1所述的网络驱动电路，其中该主电流源的偏压由该偏压信号控制。

5.如权利要求1所述的网络驱动电路，其中该控制单元还依据网络驱动电路的一传输速率产生该控制信号，使该偏压信号与该传输速率及该线长相关。

6.一种网络驱动电路，用来将信号输出至一实体网络传输媒介，其特征在于，包含：

一数字模拟转换器，包含多数字模拟转换单元，用来将一数字输出信号转换为一模拟输出信号，每一数字模拟转换单元包含：

一第一辅助电流源；以及

一第二辅助电流源；

一变压器，耦接该数字模拟转换器，用来将该模拟输出信号耦合至该实体网络传输媒介；以及

一偏压电路，用来产生与该实体网络传输媒介的一线长相关的一偏压信号，以控制该第一辅助电流源及该第二辅助电流源的电流。

7.如权利要求6所述的网络驱动电路，还包含：

一线驱动器，耦接该数字模拟转换器，用来提高该模拟输出信号的传输能量；以及

一控制单元，耦接该数字模拟转换器，用来根据该实体网络传输媒介的该线长产生一控制信号；

其中，该偏压电路还依据该控制信号产生该偏压信号。

8.一种网络装置的驱动方法，用来将信号输出至一实体网络传输媒介，该网络装置包含一数字模拟转换器，该数字模拟转换器包含多数字模拟转换单元，每一数字模拟转换单元包含一第一辅助电流源以及一第二辅助电流源，该驱动方法包含：

检测该实体网络传输媒介的一线长；

依据该线长产生一控制信号；

依据该控制信号产生一偏压信号；以及

施加该偏压信号于该第一辅助电流源及该第二辅助电流源，以控制该第一辅助电流源及该第二辅助电流源的电流。

9.如权利要求8所述的驱动方法，其中每一数字模拟转换单元还包含一主电流源，该方法还包含：

产生与该线长无关的一主偏压信号；以及

施加该主偏压信号于该主电流源。

10.如权利要求8所述的驱动方法，其中每一数字模拟转换单元还包含一主电流源，该方法还包含：

施加该偏压信号于该主电流源。

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