CN112650344B - 可配置终端匹配电阻校准电路 - Google Patents
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Abstract
可配置终端匹配电阻校准电路，涉及集成电路技术，本发明包括：基准电路，包括串联于高电平和地电平之间的基准电阻和电流源；基准信号放大电路，其输入端与基准电路输出端连接，输出端连接钟控比较器的第一输入端；电阻阵列信号放大电路，其输入端与电阻阵列输出电路连接，输出端连接钟控比较器的第二输入端；电阻阵列输出电路，包括电阻阵列和与之连接的电阻——电压转换单元；钟控比较器，其输出端接校准电路的第一输入端；校准电路，其第二输入端接基准电路输出端，其第三输入端接电阻阵列输出电路输出端，其输出端接电阻阵列的控制端。本发明具有校准范围宽，校准精度高并且仅仅消耗一个端口资源的优势。
Description
技术领域
本发明属于集成电路设计领域，具体涉及一种用于终端匹配的可配置电阻校准电路。
背景技术
终端匹配技术在传输系统中影响着信号传输的质量。在传输系统中，传输线上的阻抗会使信号达不到规定的电压幅度，同时线路阻抗与外接负载不匹配将会产生信号反射现象，该现象将引起信号完整性问题。因此，在电路设计时需要使用良好的终端匹配技术来保障信号传输的完整性。在终端匹配技术中，通常利用电阻在传输线和负载间实现阻抗匹配，从而防止信号完整性问题，因此电阻的准确使用在终端匹配中起着重要的作用。在不同的环境中，传输线的传输阻抗存在着差异，同时传输线与负载间阻抗匹配的准确性受到匹配电阻精度的影响，工艺往往会给电阻带来10%～20%以上的误差，导致无法直接得到准确的电阻值。因此，在不同的环境中都能保障信号传输的完整性，在终端匹配技术中变的越来越重要。
目前，为了实现精准的电阻校准，常采用模拟和数字两种设计方法。模拟方法具有较高的线性度以及连续性，但容易受到工艺角(PVT)和噪声的影响，同时校准时间长，直流静态功耗较高；数字方法通过控制NMOS管增加校准精度，但不能完全匹配输出驱动器的结构。两种校准方法通常针对例如50Ω这样的固定环境去设计，校准精度不高并且具有多位控制信号而消耗端口资源较多。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提出使用片外精准电阻来校准片内电阻阵列阻值，实现可配置终端匹配电阻校准的解决方案，实现保障在不同环境中信号传输的完整。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，可配置终端匹配电阻校准电路，其特征在于，包括：
基准电路，包括串联于高电平和地电平之间的基准电阻和电流源；
基准信号放大电路，其输入端与基准电路输出端连接，输出端连接钟控比较器的第一输入端；
电阻阵列信号放大电路，其输入端与电阻阵列输出电路连接，输出端连接钟控比较器的第二输入端；
电阻阵列输出电路，包括电阻阵列和与之连接的电阻——电压转换单元；
钟控比较器，其输出端接校准电路的第一输入端；
校准电路，其第二输入端接基准电路输出端，其第三输入端接电阻阵列输出电路输出端，其输出端接电阻阵列的控制端，用于依据电阻阵列输出电路和基准电路的输出信号调整电阻阵列的等效电阻值，使电阻阵列的等效电阻值趋近于基准电阻的电阻值。
进一步的 ，所述校准电路包括：
加减法器，用于控制电阻阵列等效电阻值的增加或减少；
计数器，用于当第一输入端的信号出现跳变时开始计数，计满后向加减法器输出保持信号；所述计满是指计数至预设值。
放大比较器，放大比较器的两个输入端分别连接电阻阵列输出电路的输出端和基准电路的输出端，放大比较器的输出端接与门的一个输入端，计数器的输出端接与门的另一个输入端；
加减法器的加减运算选择端接钟控比较器的输出端，输出状态控制端接与门的输出端。
所述基准电路通过第一终端接口电路连接到基准信号放大电路，电阻阵列输出电路通过第二终端接口电路连接到电阻阵列信号放大电路，
所述第一终端接口电路由两组并联于高电平和地电平之间的二极管构成，其中一组二极管包括两个串联的二极管，串联连接点为第一终端接口电路的输入端；另一组二极管也包括两个串联的二极管，串联连接点为第一终端接口电路的输出端；
第二终端接口电路和第一端接口电路结构相同。
差分放大电路的两个支路分别作为电阻阵列信号放大电路和基准信号放大电路。
本发明基本结构简单、校准范围宽、校准精度高、校准速度快，并且电路采用全差分结构，具有更好的噪声抑制效果。采用本发明使用片外精准电阻来校准片内电阻阵列阻值，具有校准范围宽，校准精度高并且仅仅消耗一个端口资源的优势。
附图说明
图1为本发明一实施例中的可配置终端电阻校准电路的原理图；
图2为本发明一实施例中的终端接口电路与输入放大电路的原理图；
图3为本发明一实施例中的钟控比较器的原理图；
图4为本发明一实施例中的电阻阵列校准电路的原理图。
具体实施方式
参见图1，作为一个实施方式，可配置终端电阻校准电路包括：
基准电路，包括串联于高电平和地电平之间的基准电阻R0和电流源；
基准信号放大电路，其输入端与基准电路输出端连接，输出端连接钟控比较器COM的第一输入端；
电阻阵列信号放大电路，其输入端与电阻阵列输出电路连接，输出端连接钟控比较器COM的第二输入端；
电阻阵列输出电路，包括电阻阵列和与之连接的电阻——电压转换单元，图1中，以一个电流源作为电阻——电压转换单元；
钟控比较器，其输出端接校准电路的第一输入端；
校准电路，其第二输入端接基准电路输出端，其第三输入端接电阻阵列输出电路输出端，其输出端接电阻阵列的控制端，用于依据电阻阵列输出电路和基准电路的输出信号调整电阻阵列的等效电阻值，使电阻阵列的等效电阻值趋近于基准电阻的电阻值。
进一步的，所述基准电路通过第一终端接口电路101连接到基准信号放大电路，电阻阵列输出电路通过第二终端接口电路102连接到电阻阵列信号放大电路。图2示出了终端接口电路的一种结构。
本发明利用流过相同的电流的不同电阻，在其两端形成的电压不同的原理，将片外电阻和片内电阻阵列的阻值转换为电压值，以便于将片内外电阻值进行比较；通过改变片内电阻阵列的阻值，经过不断校准而逼近片外电阻的阻值，使得终端接口电路转换出的两电压非常相近。
本发明采用全差分的结构将两电压差值进行放大，同时具有更高的共模抑制比和更宽的输入电压范围，最后将放大的电压差值传输到钟控比较电路；
钟控比较电路用于比较放大后的电压差值，判断片外电阻与片内电阻阵列的阻值大小，通过接入正反馈负载及栅漏相接的MOS管形成具有一定磁滞范围的比较电路，加入灵敏放大结构提高比较精度，每次比较需要通过时钟进行驱动，比较放大的电压差值后得到的输出信号通过RS锁存器进行存储，存储的输出信号最后传输到电阻阵列校准电路；
校准电路（包括上电复位模块，加减法模块，计数模块，放大比较模块，可编程电阻阵列）通过上电复位模块，在电路启动后将电路复位到一个已知的状态，以钟控比较器的输出信号作为输入，控制校准电路中的计数模块和加减法模块，加减法模块控制可编程电阻阵列阻值变化，如图1所示的 VCTRL<4:0>，计数模块与放大比较模块通过与门使可编程电阻阵列阻值保持不变。
具体地，如图1所示，电阻阵列校准电路包括上电复位模块，加减法模块，计数模块，放大比较模块；上电复位模块在电源供电时将电路进行复位，通过NMOS管阈值来设置复位电压，其将电路复位到一个已知的工作状态；加减法模块在复位后，接收到钟控比较器输出的信号，则由复位到的中间值开始进行加法或者减法运算，是一个单调的过程，并输出5bit控制信号VCTRL<4:0>，控制可编程电阻阵列的阻值增大或者减小。
一种工作方式是，在片内电阻阵列阻值逼近片外电阻的阻值时，钟控比较器的输出信号将在高低两个电平之间不断跳变，使加减法模块在加法和减法之间不断转换，控制片内电阻阵列在两个阻值之间变化；
计数模块在钟控比较器的输出信号在高低两电平之间跳变时开始计数，在计满32个CLK周期后，输出一高电平信号；放大比较模块在钟控比较器的输出信号在高低两电平之间跳变时，将跳变的V in 与V off 之间的差值后比较，选择更加接近V off 的值，转化为高电平输出，将其与计数模块输出的高电平信号相与后，输出一保持信号，控制加减法模块输出控制信号保持不变，即控制片内电阻阵列阻值保持不变。
本发明可配置终端电阻校准电路的工作原理如下：开始工作时，上电复位模块将电路复位到已知状态，同时将加减法模块复位到一个中间值，控制片内电阻阵列阻值为校准范围的中间值。此中间阻值与片外阻值转换为电压值后，经过放大电路对电压差值进行放大，将放大的电压差值输入到钟控比较器进行比较。比较器输出一信号控制加减法模块进行加法或者减法运算，增大或减小片内电阻阻值。在比较器输出的信号不断跳变时，表明片内电阻转换的两跳变电压逼近片外电阻转换的电压，计数器进行计数，同时电阻阵列校准电路的放大器将两跳变的转换电压与片外阻值转换的电压差值进行放大，并选择更接近片外电阻转换的电压，将其以高电平的形式输出，计数器计满后也输出一高电平信号与放大电路输出的高电平信号相与，输出一保持信号，控制加减电路输出的控制信号保持不变，即控制片内电阻阻值保持不变。
图2为本发明一实施例中的终端接口电路与放大电路的原理图。在电路开始启动时，上电复位电路将电阻阵列复位到一个中间阻值R array ，终端接口电路将其阻值和片外电阻阻值R off 转换为电压值V in 和V off ，其表达式如公式（1）、（2）：
转换后的V in 和V off 通过放大电路将其差值放大为∆Vo，以便钟控比较电路能够正确比较其大小，如公式（3）、（4）：
其中，∆V表示V in 和V off 的差值，其表达式如公式（4）：
通过比较器比较其大小后输出的信号，控制加减法电路进行工作输出5bit控制信号V ctrl <4:0>，控制片内电阻阵列即改变其阻值，最终使得片内阻值逼近片外阻值，如公式（5）：
图3为本发明一实施例中的钟控比较电路的原理图。一般比较器易受到噪声等干扰的影响，本发明采用回滞比较器结构，减小其对电阻校准精度的影响，同时增加MN4、MN5、MP1、MP2、MP3、MP4管，增加其灵敏度，使其能够进行快速的比较和复位操作。该电路把MP6、MP7管的栅极交叉互联实现正反馈，以提高比较器的增益，假设V O +为高电平，V O -为低电平时，MP6和MP8导通，当V O -增大大于V THP 时，MP5与MP7导通，输出发生变化。当V O +为高，V O -为低时，MN5、MP6和MP8管导通，当V O -增大大于V THP 时，MN4、MP5与MP7导通，快速的将两电压进行精确的比较，同时为了能使比较器快速复位，使用了MP1、MP2、MP3、MP4四个管子进行控制，当比较完成后，时钟为低电平时，这几个控制管可以控制比较器快速复位，为下一次比较做准备。
图4为本发明一实施例中的校准电路的原理图。该电路主要由四个模块组成，分别为上电复位模块（POR）、放大模块（AMPLIFIER）计数模块（COUNTER）和加减法模块（ADD_SUB）。上电复位模块是为了使电路能够初始化到已知状态，该模块的输出复位电压是利用NMOS的阈值电压来设置的，如图4左下方所示，输出复位电压在NMOS未导通时一直跟随电源电压，当电源电压上升到NMOS管的阈值电压时，NMOS管导通，将输出电压拉低到低电平，从而产生一个脉冲的复位电压。计数模块将比较器输出的标志信号经过一个触发器锁存当前标志信号的状态，再经过一个异或电路比较当前时刻与前一时刻状态是否不相同，若在固定时刻内，两状态一致，则表明片内与片外阻值不相同，则计数器清零并重新计数；如果在固定时间内，两状态保持不一致，则表明片内与片外阻值相同，控制加减法电路输出的控制信号V ctrl <4:0>保持不变。放大电路将片内转换的两跳变电压与片外转换的电压差值放大，通过调节施密特反相器的上下限阈值，将更接近片外的转换电压选择出来。
本发明可配置终端匹配电阻校准电路使用一个端口，利用片外精准电阻来校准片内电阻阵列阻值，可用于收发器的电阻校准，提高匹配电阻的匹配范围和匹配精度。
Claims (3)
1.可配置终端匹配电阻校准电路，其特征在于，包括：
基准电路，包括串联于高电平和地电平之间的基准电阻和电流源；
基准信号放大电路，其输入端与基准电路输出端连接，输出端连接钟控比较器的第一输入端；
电阻阵列信号放大电路，其输入端与电阻阵列输出电路连接，输出端连接钟控比较器的第二输入端；
电阻阵列输出电路，包括电阻阵列和与之连接的电阻——电压转换单元；
钟控比较器，其输出端接校准电路的第一输入端；
校准电路，其第二输入端接基准电路输出端，其第三输入端接电阻阵列输出电路输出端，其输出端接电阻阵列的控制端，用于依据电阻阵列输出电路和基准电路的输出信号调整电阻阵列的等效电阻值，使电阻阵列的等效电阻值趋近于基准电阻的电阻值；
所述校准电路包括：
加减法器，用于控制电阻阵列等效电阻值的增加或减少；
计数器，用于当第一输入端的信号出现跳变时开始计数，计满后向加减法器输出保持信号；
放大比较器，放大比较器的两个输入端分别连接电阻阵列输出电路的输出端和基准电路的输出端，放大比较器的输出端接与门的一个输入端，计数器的输出端接与门的另一个输入端；
加减法器的加减运算选择端接钟控比较器的输出端，输出状态控制端接与门的输出端。
2.如权利要求1所述的可配置终端匹配电阻校准电路，其特征在于，所述基准电路通过第一终端接口电路连接到基准信号放大电路，电阻阵列输出电路通过第二终端接口电路连接到电阻阵列信号放大电路，
所述第一终端接口电路由两组并联于高电平和地电平之间的二极管构成，其中一组二极管包括两个串联的二极管，串联连接点为第一终端接口电路的输入端；另一组二极管也包括两个串联的二极管，串联连接点为第一终端接口电路的输出端；
第二终端接口电路和第一端接口电路结构相同。
3.如权利要求1所述的可配置终端匹配电阻校准电路，其特征在于，差分放大电路的两个支路分别作为电阻阵列信号放大电路和基准信号放大电路。
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