CN1118935C - 具动态调整参考电压的信号转换电路及使用其的晶片组 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种具有动态调整的参考电压以接受不同信号品质的信号转换电路。包括一输入电路及一参考电压产生电路，输入电路可根据参考电压产生电路产生的参考电压将一输入信号转换为另一形式的输出信号，例如将GTL+信号转换为TTL或CMOS信号，当一控制电路要经该输入电路接收外部的信号时，可控制该参考电压产生电路调整其产生的参考电压，以接受不同品质的输入信号。

Description

具动态调整参考电压的信号转换 电路及使用其的晶片组

本发明是有关于一种信号转换电路，且特别是有关于一种具有动态调整的参考电压以接受不同信号品质的信号转换电路。

在一个典型的数字电路中，通常以0V与5V代表数字信号的不同逻辑状态。而构成数字电路的元件又可分为TTL元件与CMOS元件，其中TTL元件构成的数字电路具有较快的速度，但是消耗较高的功率，而CMOS元件构成的电路则消耗较低的功率。另一方面，逻辑电路的工作频率提高到数十MHz时，若未妥善的安排零件的位置或做适当的隔离，将产生电磁干扰(EMI)的问题。

近来提出来另外一种称为GTL+(Gunning Transceiver Logical)的电子信号规格，BTL+信号的振幅在0V至1.5V之间，并且在信号传输线的终端连一个提升(pull up)到1.5V的56Ω的终端电阻，以避免信号的反射及作为印刷电路板(Printed Circuit Board，简称PCB)的阻抗匹配，因为GTL+信号的电压变动范围只有1.5V，所以采用GTL+信号的电路具有消耗功率及速度快的特点，同时也可避免EMI的问题。

因为GTL+信号与使用GTL+信号的GTL+总线具有消耗功率与速度快的特点，所以在目前工作时钟的频率达数百MHz的电脑系统中，中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)也采用GTL+总线与电路板上的其他元件沟通。如图1所示为两个装置透过GTL+总线沟通的示意图。装置110及120可以是电脑主机板上的CPU及晶片组(chipset)，CPU可透过GTL+总线与晶片组沟通，再由晶片组控制电脑主机板上的其他装置。如图所示，装置110及装置120经由GTL+总线的传输线130互相连接。装置110中具有输入缓冲器114及输出缓冲器112，其中输入缓冲器114可将由传输线130接收到的GTL+信号转换成装置110内部工作的信号规格，例如TTL信号或其他数字信号，输出缓冲器112则可将装置110输出的信号转换成GTL+信号，再经传输线130送到装置120。同样的，在装置120中亦具有输入缓冲器124及输出缓冲器122负责装置120内部的信号与GTL+信号的转换工作。

在装置110与装置120连接到传输线130的端点上，各有一个终端电阻Rt1及Rt2连接在传输线130的每一末端与电源Vtt之间，终端电阻的功用除改善信号品质外，因为GTL+信号的输出缓冲器是采用开漏极(open drain)的方式，故终端电阻的另一用途是当信号的提升之用。终端电阻的匹配情形会影响传输线上的信号品质，尤其是传输速度提高时，更会有信号回振(ringback)的现象产生。如图2所示为GTL+总线的信号波形，其中波形(A)为理想的波形，而波形(B)则为产生回振的情形，点P即为回振信号的波形。当终端电阻与传输线及输出入电路的阻抗不匹配时，点P的回振会变得更大。

已知的输入缓冲器在将GTL+信号转换为其他的逻辑信号时，是参考一固定的参考电压，当输入的GTL+信号的电位超过参考电压时，则当作逻辑1，反之，当输入的GTL+信号的电位低于参考电压时，则当作逻辑0。如前面所述，当GTL+总线的Vtt设定为1.5V时，则一般的参考电压设定在1.0V±200mV，当信号的回振太大而超过预设参考电压时，输入缓冲器亦会将信号的回振亦当成信号，而产生错误的转换。

像上面所述以GTL+总线连接的晶片组，因为信号线的数量非常多，为了降低外部电路的复杂度，终端电阻大都做在晶片内，因此，终端电阻除了会影响信号的品质，终端电阻的阻质亦会增加元件所消耗的功率，例如以目前的CPU来说，其信号线的数目高达上百条，如以INTEL公司出产的PENTIUM II CPU所使用的终端电阻为56Ω为例，并假设信号线的数目为一百条，当Vtt为1.5V时，其所消耗的功率为47.8mW，此为与电路功能无关的功率消耗，并且当信号线的数量增加时，所消耗的功率亦随之增加。因此终端电阻消耗的功率亦会增加晶片的热量，使晶片的温度提高。另一方面负责电脑主机板上相关控制的晶片组若采用与CPU同样的终端电阻，亦会消耗同样多的功率。终端电阻不只是消耗功率而已，而且由终端电阻所产生的热量亦会影响电路的稳定度，原本随着CPU工作频率的提升，CPU与晶片组即因消耗功率大为增加而使热量增加，再加上终端电阻所产生的热量，更使CPU及晶片组除了需要使用更大的散热片外，在制造晶片时亦需考虑本身的散热条件，例如晶片的基板(substrate)即必须使用较多层的基板，如由两层增加到四层，以提供较佳的散热条件，但如此即会增加生产的成本。

为了改善终端电阻所生的热量，可将终端电阻的阻值提高，但是若在传输线两端的终端电阻没有同时改变，将使GTL+信号的回振变大。而在实际状况中，常常无法同时改变传输线两端的终端电阻，因为目前在电脑中使用的CPU及晶片组通常是由不同的厂商所生产，厂商只能改变其所生产的晶片内部的终端电阻，因此对于信号的回振情形必须采用另外的解决方法，例如将已知的输入缓冲器采用固定参考电压来检测输入的GTL+信号的状态变化的做法，改为可视需要改变参考电压的方式，以容忍较高的回振信号。

综合以上的讨论，可知已知采用固定参考电压来转换输入的GTL+信号的输入缓冲器具有下述缺点，即当配合使用的元件的终端电阻已无法改变，为了改善信号的回振现象而采用与之对应的终端电阻，当此终端电阻的阻值较低并且信号线的数量很多时，会消耗大量的功率并且产生较大的热量，制造元件时必须考虑较佳的散热条件，相形之下会使成本增加，另一方面因为热量增加使温度升高，亦将使系统的稳定性变差。

因此本发明主要目的是提供一种具动态调整参考电压的信号转换电路，可动态调整输入及输出电路的参考电压，以使其输入电路可容忍较大的回振信号，并且借由此信号转换电路可使用阻抗值较大的终端电阻，以改善晶片的消耗功率及产生的热量。

为达成本发明的上述和其他目的，本发明提出一种具动态调整参考电压的信号转换电路，连接在一控制电路与一总线之间，该信号转换电路包括一输入电路及一参考电压产生电路。

其中该输入电路的输入端耦接至该总线，其输出端耦接至该控制电路，该输入电路根据一参考电压将该总线的信号转换为该控制电路可接受的信号，该输入电路的输出端输出的信号包括一第一状态及一第二状态，当该输入电路的输入信号大于该参考电压时，该输入电路输出的信号为该第一状态，当该输入电路的输入信号小于该参考电压时，该输入电路输出的信号为该第二状态。

该参考电压产生电路接受该控制电路的控制，并输出该参考电压供该输入电路及该控制电路内的其他电路使用，该参考电压包括一第一电位及一第二电位的变化，当该控制电路要送出信号至该总线时，控制该参考电压产生电路将该参考电压改变为该第一电位，而当该控制电路由该总线接收信号时，控制该参考电压产生电路将该参考电压改变为该第二电位。

依照本发明的一较佳实施例，该信号转换电路还包括一输出电路，其输入端耦接至该控制电路，输出端耦接至该总线，用以将该控制电路的信号转换为该总线的信号，该参考电压亦提供该输出电路使用。

另外，依照本发明的一较佳实施例，该总线为GTL+总线，并且该第二电位大于该第一电位。例如，该第一电位设定为1.0V，以及该第二电位设定为1.2V。

为让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图简要说明：

图1是两个装置透过GTL+总线沟通的示意图；

图2是GTL+总线的信号波形；

图3是本发明的具动态调整参考电压的信号转换电路的方框图；

图4是使用本发明的具动态调整参考电压的信号转换电路的晶片组的方框图；

图5是参考电压由外部输入的包括信号转换电路的晶片组的方框图。

请参照图3，其绘示依照本发明一较佳实施例的一种具动态调整参考电压的信号转换电路的方框图。信号转换电路300连接在控制电路310与总线130之间，负责控制电路310与总线130之间的信号转换。

如图所示，信号转换电路300包括输入电路314、输出电路312、及参考电压产生电路320。输入电路314及输出电路312连接在控制电路310与GTL+总线的传输线130之间，以提供控制电路310与GTL+总线之间的信号转换，在传输线130的末端并有终端电阻Rt连接在传输线130的末端及电源Vtt之间。参考电压产生电路320产生参考电压Vr供输入电路314及输出电路312做信号转换的参考用。

输入电路314根据参考电压产生电路320产生的参考电压Vr将GTL+总线的GTL+信号转换成控制电路310可接受的信号格式，例如TTL或CMOS的信号。在转换时，当输入的GTL+信号的电位大于参照电压Vr时，输入电路314即将之转换为逻辑1，而当输入的GTL+信号的电位小于参考电压Vr时，输入电路314则将之转换为逻辑0，至于转换后的逻辑1与逻辑0是高电位或低电位，则视实际电路而定。因此当控制电路310经输入电路314接收传输线130的信号时，可视信号的品质改变参考电压Vr的电位，即可决定输入电路314可容忍的信号回振的大小。

控制电路310可经由控制信号S控制参考电压产生电路320以调整其产生的参考电压Vr的电位，例如产生两种不同的电位以供输入电路314及输出电路312或其他电路使用。参考电压Vr可按实际电路的设计或其他条件决定其电位大小，例如前面所述的Vtt为1.5V，转换信号时一般以1.0V为基准，但考虑单独一端增加终端电阻的阻值使回振增加时，则可将参考电压Vr提高至1.2V或其他电位值，以容忍许较大的回振信号。当控制电路310要经由输出电路312送出信号时，控制电路310同时由控制信号S控制参考电压产生电路320输出的参考电压Vr为其中一种电位供输出电路312使用，例如1.0V，而当控制电路310送完信号之后，同时经由控制信号S改变参考电压产生电路320输出的参考电压Vr为另一电位，例如1.2V，以接受外部送来的GTL+信号，并经由提高参考电压Vr以使输入电路314可容忍因终端电阻不匹配所造成的较高的回振信号。而当控制电路310接收完信号之后，控制电路310要再次送出信号时，又可控制参考电压产生电路320将参考电压Vr改变为送信号时的电位，例如1.0V。

以上所叙述的本发明的具动态调整参考电压的信号转换电路可适用于电脑主机板的晶片组，以配合使用GTL+信号规格的CPU。请参见图4，其所绘示为使用本发明的信号转换电路的晶片组的方框图。晶片组400包括控制电路410、输入电路414、输出电路412、及参考电压产生电路420。控制电路410为控制整个晶片组400的运作以及参考电压产生电路420产生不同电位的参考电压Vr。控制电路410并经输入电路414及输出电路412与晶片组400外界的电路互相传送数据。其中输入电路414、输出电路412、及参考电压产生电路420组成信号转换电路430，其动作方式和前面所述的信号转换电路300一样。

如上所述，本发明的信号转换电路可整合于电脑主机板的晶片组，以配合使用GTL+信号规格的CPU，但其中参考电压亦可由外部输入供晶片组内的信号转换电路使用。请参见图5，其所绘示为参考电压由外部输入的包括信号转换电路的晶片组的方框图。晶片组500包括控制电路510、输入电路514、及输出电路512，其中输入电路514及输出电路512转换信号时所需的参考电压Vr则由外部的参考电压产生电路520提供。控制电路510为控制整个晶片组500内部的运作以及晶片组500外部的参考电压产生电路520产生不同电位的参考电压Vr。控制电路510并经输入电路514及输出电路512与晶片组500外界的电路互相传送数据。其中输入电路514与输出电路512以及参考电压产生电路520在进行信号转换时，其动作方式和前面所述的信号转换过程相同。

经由上述本发明的动态调整的参考电压，在要接收外部送来的GTL+信号时，若GTL+信号的回振较大时，可将参考电压提高，以容忍信号的回振，如此即可避免因终端电阻不匹配而影响电路的正常工作，当要送出信号时，又将参考电压恢复为一般的电位，供输出电路或其他电路使用。如此虽然其他元件内部使用较小的终端电阻，在本身元件的内部仍可使用阻值较高的终端电阻，以降低功率的消耗以及产生的热量，进一步可因温度降低使电路的工作更稳定。

从以上的讨论，可知本发明的具动态调整参考电压的信号转换电路与已知采用固定参考电压来转换GTL+信号的输入缓冲器比较，具有下述优点，虽然当配合使用的元件的终端电阻已无法改变，因为未采用与之对应的终端电阻可能增大信号的回振现象，但是在接收输入信号时，可动态调整参考电压，以容忍具有较大回振的GTL+信号，如此即可采用阻值较高的终端电阻，以降低消耗的功率并且减少产生的热量，而在制造元件时不须特别考虑散热条件，相形之下可降低生产成本，另一方面因为热量减少使温度降低，亦将改善系统的稳定性。

虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作少许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims (23)

1.一种具动态调整参考电压的信号转换电路，连接在一控制电路与一总线之间，其特征是该信号转换电路包括：

一输入电路，其输入端耦接至该总线，其输出端耦接至该控制电路，该输入电路根据一参考电压将该总线的信号转换为该控制电路可接受的信号，该输入电路的输出端输出的信号包括一第一状态及一第二状态，当该输入电路的输入信号大于该参考电压时，该输入电路输出的信号为该第一状态，当该输入电路的输入信号小于该参考电压时，该输入电路输出的信号为该第二状态；以及

一参考电压产生电路，接受该控制电路的控制，并输出该参考电压供该输入电路使用，该参考电压包括一第一电位及一第二电位的变化，当该控制电路要送出信号至该总线时，控制该参考电压产生电路将该参考电压改变为该第一电位，而当该控制电路由该总线接收信号时，控制该参考电压产生电路将该参考电压改变为该第二电位。

2.如权利要求1所述的具动态调整参考电压的信号转换电路，其特征是还包括一输出电路，其输入端耦接至该控制电路，其输出端耦接至该总线，用以将该控制电路的信号转换为该总线的信号，该参考电压亦供该输出电路使用。

3.如权利要求1所述的具动态调整参考电压的信号转换电路，其特征是该总线为GTL+总线。

4.如权利要求1所述的具动态调整参考电压的信号转换电路，其特征是该第二电位大于该第一电位。

5.如权利要求1所述的具动态调整参考电压的信号转换电路，其特征是该第一电位为1.0V。

6.如权利要求1所述的具动态调整参考电压的信号转换电路，其特征是该第二电位为1.2V。

7.一种具动态调整参考电压的信号转换电路，连接在一控制电路与一总线之间，其特征是该输入输出电路包括：

一输入电路，其输入端耦接至该总线，输出端耦接至该控制电路，根据一参考电压将该总线的信号转换为该控制电路可接受的信号；

一输出电路，其输入端耦接至该控制电路，输出端耦接至该总线，用以将该控制电路的信号转换为该总线的信号；以及

一参考电压产生电路，接受该控制电路的控制，并输出该参考电压供该输入电路及该输出电路使用，该参考电压包括一第一电位及一第二电位的变化，当该控制电路要送出信号至该总线时，控制该参考电压产生电路将该参考电压改变为该第一电位，而当该控制电路由该总线接收信号时，控制该参考电压产生电路将该参考电压改变为该第二电位。

8.如权利要求7所述的具动态调整参考电压的信号转换电路，其特征是该总线为GTL+总线。

9.如权利要求7所述的具动态调整参考电压的信号转换电路，其特征是该第二电位大于该第一电位。

10.如权利要求7所述的具动态调整参考电压的信号转换电路，其特征是该第一电位为1.0V。

11.如权利要求7所述的具动态调整参考电压的信号转换电路，其特征是该第二电位为1.2V。

12.一种使用具动态调整参考电压的信号转换电路的晶片组，耦接至一总线，其特征是该晶片组包括：

一控制电路，控制该晶片组的运作；

一输入电路，其输入端耦接至该总线，其输出端耦接至该控制电路，该输入电路根据一参考电压将该总线的信号转换为该控制电路可接受的信号；以及

一参考电压产生电路，接受该控制电路的控制，并输出该参考电压供该输入电路使用，该参考电压包括一第一电位及一第二电位的变化，当该控制电路要送出信号至该总线时，控制该参考电压产生电路将该参考电压改变为该第一电位，而当该控制电路由该总线接收信号时，控制该参考电压产生电路将该参考电压改变为该第二电位。

13.如权利要求12所述的使用具动态调整参考电压的信号转换电路的晶片组，其特征是还包括一输出电路，其输入端耦接至该控制电路，其输出端耦接至该总线，用以将该控制电路的信号转换为该总线的信号，该参考电压亦供该输出电路使用。

14.如权利要求12所述的使用具动态调整参考电压的信号转换电路的晶片组，其特征是该总线为GTL+总线。

15.如权利要求12所述的使用具动态调整参考电压的信号转换电路的晶片组，其特征是该第二电位大于该第一电位。

16.如权利要求15所述的使用具动态调整参考电压的信号转换电路的晶片组，其特征是该第一电位为1.0V。

17.如权利要求16所述的使用具动态调整参考电压的信号转换电路的晶片组，其特征是该第二电位为1.2V。

18.一种使用具动态调整参考电压的信号转换电路的晶片组，耦接至一总线及一参考电压产生电路，该参考电压产生电路接受该晶片组的控制，以产生包括一第一电位及一第二电位之变化的一参考电压，其特征是该晶片组包括：

一控制电路，控制该晶片组的运作及该参考电压产生电路；以及

一输入电路，其输入端耦接至该总线，其输出端耦接至该控制电路，该输入电路根据一参考电压将总线的信号转换为该控制电路可接受的信号；

当该控制电路要送出信号至该总线时，控制该参考电压产生电路将该参考电压改变为该第一电位，而当该控制电路由该总线接收信号时，控制该参考电压产生电路将该参考电压改变为该第二电位。

19.如权利要求18所述的使用具动态调整参考电压的信号转换电路的晶片组，其特征是还包括一输出电路，其输入端耦接至该控制电路，其输出端耦接至该总线，用以将该控制电路的信号转换为该总线的信号，该参考电压亦供该输出电路使用。

20.如权利要求18所述的使用具动态调整参考电压的信号转换电路的晶片组，其特征是，该总线为GTL+总线。

21.如权利要求18所述的使用具动态调整参考电压的信号转换电路的晶片组，其特征是，该第二电位大于该第一电位。

22.如权利要求21所述的使用具动态调整参考电压的信号转换电路的晶片组，其特征是该第一电位为1.0V。

23.如权利要求22所述的使用具动态调整参考电压的信号转换电路的晶片组，其特征是该第二电位为1.2V。

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