CN114745016B

CN114745016B - 收发电路

Info

Publication number: CN114745016B
Application number: CN202011532437.1A
Authority: CN
Inventors: 黎焕均; 詹骏清
Original assignee: Realtek Semiconductor Corp
Current assignee: Realtek Semiconductor Corp
Priority date: 2020-12-23
Filing date: 2020-12-23
Publication date: 2024-04-16
Anticipated expiration: 2040-12-23
Also published as: CN114745016A

Abstract

一种收发电路，包括第一发射端电路、第一接收端电路、第一切换电路以及处理电路。该第一发射端电路包括第一电感以及第二电感，其中，该第二电感耦接于第一节点以及第二节点之间，该第一电感的一端耦接于该第二节点。该第一接收端电路耦接于第三节点。该第一切换电路用以导通或断开该第一节点与该第三节点。当该收发电路操作于发射模式时，该处理电路用以控制该第一切换电路断开该第一节点与该第三节点，当该收发电路操作于接收模式时，该处理电路用以控制该第一切换电路导通该第一节点与该第三节点。

Description

收发电路

技术领域

本发明申请是关于一种收发电路，特别是指一种应用于高速输入/输出接口的收发电路。

背景技术

在传统高速输入/输出界面的应用中，发射与接收信号往往是通过两个独立的电路(例如：一发射端电路以及一接收端电路)来执行。然而，在USB type-C与DP(DisplayPort)整合的新应用上有发射电路与接收电路共享信道的需求，以传统电路的架构难以实现。

发明内容

本申请内容的一个目的在于提供一种收发电路。该收发电路包括第一发射端电路、第一接收端电路、第一切换电路以及处理电路。该第一发射端电路包括第一电感以及第二电感，其中，该第二电感耦接于第一节点以及第二节点之间，该第一电感的一端耦接于该第二节点。该第一接收端电路耦接于第三节点。该第一切换电路通过该第一节点耦接该第一发射端电路，通过该第三节点耦接该第一接收端电路，其中，该第一切换电路用以导通或断开该第一节点与该第三节点。该处理电路耦接于该第一发射端电路、该第一接收端电路与该第一切换电路，其中，当该收发电路操作于发射模式时，该处理电路用以控制该第一切换电路断开该第一节点与该第三节点，当该收发电路操作于接收模式时，该处理电路用以控制该第一切换电路导通该第一节点与该第三节点。

综上，通过切换电路的设计，本发明申请所述的收发电路得以整合发射端电路以及接收端电路，满足发射与接收信号的需求，同时节省硬件。收发电路中的电感架构(例如：第一发射端电路中的第一电感与第二电感)能有效地降低收发电路中的电路组件所产生的寄生效应，进而增加收发电路的发射带宽以及接收带宽。此外，通过切换电路、接收端电路中的偏压电路(例如：第一接收端电路中的第六电阻与第六开关组件)以及正负端短路电路的设计，测试人员在测试收发电路时也更为方便。

有关本发明申请的特征、操作与技术效果，将配合附图作较佳实施例详细说明如下。

附图说明

图1是根据本发明申请的部分实施例绘示的一种收发电路的方块图。

图2是根据本发明申请的部分实施例绘示的一种收发电路工作于发射模式时的等效电路图。

图3是根据本发明申请的部分实施例绘示的一种收发电路工作于接收模式时的等效电路图。

图4是根据本发明申请的部分实施例绘示的一种收发电路工作于接收端偏差校正模式时的等效电路图。

图5是根据本发明申请的部分实施例绘示的一种收发电路工作于发射端等效阻抗量测模式时的等效电路。

图6是根据本发明申请的部分实施例绘示的一种收发电路工作于回送模式时的等效电路。

符号说明

10：收发电路

100：正端电路

110：第一发射端电路

120：第一接收端电路

130：第一切换电路

140：第一输入输出端电路

200：负端电路

210：第二发射端电路

220：第二接收端电路

230：第二切换电路

240：第二输入输出端电路

300：正负端短路电路

400：处理电路

CS1、CS2、CS3、CS4、CS5、CS6、CS7：控制信号

Cp1、Cp2、Cp3：寄生电容

C1：第一电容

D1：第一二极管组件

D2：第二二极管组件

IO1：第一输入输出端

IO2：第二输入输出端

L1：第一电感

L2：第二电感

N1、N2、N3、N4、N5、N6、N7、N8：节点

Vi1：第一输入电压

Vi2：第二输入电压

Vo1：第一输出电压

Vo2：第二输出电压

Vcm：共模电压

Vdd：电源电压

Gnd：接地电压

R1、R2、R3、R4、R5、R6：电阻

SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6、SW7：开关组件

Itest：测试电流

具体实施方式

下文是列举实施例并配合附图作详细说明，但所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用来限定本发明，而且结构操作的描述非用于限制其执行顺序，任何由组件重新组合的结构，所产生具有均等功效的装置，都属于本发明申请所涵盖的范围内。

在本说明书与本发明申请中所使用之术语(terms)，除有特别注明外，通常具有每个术语使用在此领域中、在此发明申请的内容中与特殊内容中的平常意义。

另外，关于本文中所使用的“耦接”或“连接”，均可指两个或多个组件相互直接作实体或电性接触，或是相互间接作实体或电性接触，也可指两个或多个组件相互操作或动作。

请参阅图1，本发明申请的其中一个实施例是关于一种收发电路10。收发电路10包括正端电路100、负端电路200、正负端短路电路300以及处理电路400。其中，收发电路10可通过正端电路100及负端电路200接收来自收发电路10外部的差动输入信号(包含第一输入信号Vi1以及第二输入信号Vi2)，或者发射差动输出信号(包含第一输出信号Vo1以及第二输出信号Vo2)至收发电路10外部。

结构上，正端电路100包括第一发射端电路110、第一接收端电路120、第一切换电路130以及第一输入输出端电路140。第一切换电路130与第一发射端电路110耦接于节点N1，又与第一接收端电路120耦接于节点N3。第一切换电路130用以导通或断开节点N1与节点N3之间的电性耦接。第一输入输出端电路140耦接于节点N1，并用以接收第一输入信号Vi1或发射第一输出信号Vo1。

负端电路200包括第二发射端电路210、第二接收端电路220、第二切换电路230以及第二输入输出端电路240。第二切换电路230与第二发射端电路210耦接于节点N5，又与第二接收端电路220耦接于节点N6。第二切换电路230用以导通或断开节点N5与节点N6之间的电性耦接。第二输入输出端电路240耦接于节点N5，并用以接收第二输入信号Vi2或发射第二输出信号Vo2。

处理电路400耦接于第一发射端电路110、第一接收端电路120、第一切换电路130、第二发射端电路210、第二接收端电路220、第二切换电路230与正负端短路电路300。正负端短路电路300的一端耦接于节点N1与第一切换电路130之间，另一端耦接于节点N5与第二切换电路230之间。正负端短路电路300用以导通或断开正端电路100的节点N1与负端电路200的节点N5之间的电性耦接。

图2～6描述收发电路10的等效电路图。由于负端电路200的电路架构相似于(例如，镜射关系)正端电路100，为了简洁以及易于了解的目的，图2～6中仅绘示出正端电路100以及正负端短路电路300，而省略负端电路200的细节。

请参阅图2，第一切换电路130包括开关组件SW1。开关组件SW1用以根据处理电路400所发出的控制信号CS1(如图1所示)选择性地开启或关闭，以导通或断开节点N1与节点N3。

第一发射端电路110包括第一电感L1、第二电感L2、电阻R1、开关组件SW2、开关组件SW3以及寄生电容Cp1。第二电感L2耦接于节点N1以及节点N2之间，第一电感L1耦接于节点N2以及电阻R1之间。开关组件SW2耦接于电阻R1以及共模电压Vcm(例如：500mV)之间，并用以根据处理电路400所发出的控制信号CS2(如图1所示)选择性地开启或关闭。开关组件SW3耦接于电阻R1以及接地电压Gnd之间，并用以根据处理电路400所发出的控制信号CS3(如图1所示)选择性地开启或关闭。寄生电容Cp1耦接于节点N2以及接地电压Gnd之间。

第一接收端电路120包括一电阻R2、第一电容C1、第一偏压电路(结构容后述)、第二偏压电路(结构容后述)以及寄生电容Cp2。电阻R2以及第一电容C1两者并联耦接于节点N3以及一节点N4之间。该第一偏压电路耦接于节点N4，并包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、开关组件SW4以及开关组件SW5。电阻R3耦接于节点N4，电阻R4耦接于电阻R3以及开关组件SW4之间，开关组件SW4耦接于电阻R4以及电源电压Vdd(例如：3.3V)之间，电阻R5耦接于电阻R3以及开关组件SW5之间，开关组件SW5耦接于电阻R5以及电源电压Vdd之间。在一些实施例中，电阻R4的阻值(例如：2kΩ)小于电阻R5的阻值(例如：8.5kΩ)。该第二偏压电路耦接于节点N3，并包括电阻R6以及开关组件SW6，电阻R6耦接于节点N3以及开关组件SW6之间，开关组件SW6耦接于电阻R6以及接地电压Gnd之间，并用以根据处理电路400所发出的控制信号C6(如图1所示)选择性地开启或关闭。寄生电容Cp2耦接于节点N4以及接地电压Gnd之间。

第一输入输出端电路140包括一寄生电容Cp3、一静电放电防护电路(结构容后述)以及第一输入输出端IO1。第一输入输出端IO1耦接于节点N1，其联机上设置节点N7以及节点N8。寄生电容Cp3耦接于节点N7以及接地电压Gnd之间。该静电放电防护电路包括第一二极管组件D1以及第二二极管组件D2。第一二极管组件D1的阳极端耦接于节点N8，第一二极管组件D1的阴极端耦接于共模电压Vcm。第二二极管组件D2的阳极端耦接于接地电压Gnd，第二二极管组件D2的阴极端耦接于节点N8。该静电放电防护电路用以对收发电路10内之电路组件进行静电放电保护。

正负端短路电路300包括开关组件SW7。开关组件SW7用以根据处理电路400所发出的控制信号CS7(如图1所示)选择性地开启或关闭，以导通或断开节点N1与负端电路200的节点N5(如图1所示)之间的电性耦接。

收发电路10在运作时，可通过第一切换电路130以及第二切换电路230切换于发射模式(如图2所示的操作)以及接收模式(如图3所示的操作)之间。

在一些实施例中，当收发电路10操作于发射模式时，处理电路400分别输出控制信号CS1～CS7至正端电路100中的开关组件SW1～SW7。如图2所示，开关组件SW1根据控制信号CS1关闭，使节点N1与节点N3断开。开关组件SW2根据控制信号CS2开启，且开关组件SW3根据控制信号CS3关闭，使电阻R1接收共模电压Vcm。开关组件SW7根据控制信号CS7关闭，使节点N1与负端电路200的节点N5断开。如此一来，来自前端电路(图中未示，例如：串行器(serializer))的第一输出信号Vo1被第一发射端电路110接收，自节点N2通过第二电感L2到达节点N1，以供收发电路10自第一输入输出端IO1输出第一输出信号Vo1(如图2中箭号方向所示)。负端电路200发射第二输出信号Vo2的操作相似于正端电路100的操作，所以在此不再赘述。

在一些实施例中，当收发电路10操作于接收模式时，处理电路400分别输出控制信号CS1～CS7至正端电路100中的开关组件SW1～SW7。如图3所示，开关组件SW1根据控制信号CS1开启，使节点N1与节点N3导通。开关组件SW2根据控制信号CS2关闭，且开关组件SW3根据控制信号CS3开启，使电阻R1接收接地电压Gnd。开关组件SW4根据控制信号CS4开启，且开关组件SW5根据控制信号CS5关闭，使电阻R3以及电阻R4接收电源电压Vdd。开关组件SW6根据控制信号CS6关闭，使电阻R6开路。开关组件SW7根据控制信号CS7关闭，使节点N1与负端电路200的节点N5断开。此时，第一接收端电路120中的节点N4的电压会维持在一个工作电压(例如：0.7V)。如此一来，第一输入信号Vi1被收发电路10自第一输入输出端IO1接收，自节点N1通过第一切换电路130到达节点N3，以被第一接收端电路120传输(例如，传输至第一接收端电路120的后端电路)。进入第一接收端电路120的第一输入信号Vi1自节点N3通过第一电容C1与电阻R2到达节点N4，以被第一接收端电路120输出(如图3中箭号方向所示)。负端电路200接收第二输入信号Vi2的操作相似于正端电路100的操作，所以在此不再赘述。

其中，当收发电路10操作于发射模式(如图2所示的操作)时，第一电感L1可有效地阻隔电阻R1所产生的寄生效应，以增加收发电路10之发射带宽(例如：28.9GHz)。当收发电路10操作于接收模式(如图3所示的操作)时，第二电感L2可有效地阻隔第一发射端电路110所产生的寄生效应，以增加收发电路10之接收带宽(例如：14.96GHz)。在本实施例中，第一电感L1的电感值与第二电感L2的电感值加起来可例如但不限于为1nH。值得注意的是，通过调整第一电感L1的电感值与第二电感L2的电感值，可调整收发电路10之发射带宽与接收带宽。举例而言，当第一电感L1的电感值被调高(例如：从0.5nH调整至0.7nH)且第二电感L2的电感值被调低(例如：从0.5nH调整至0.3nH)时，收发电路10之发射带宽会增加。若反向调整，则收发电路10之接收带宽增加。

此外，在测试收发电路10时，收发电路10更可进入接收端偏差校正模式(如图4所示的操作)或者发射端等效阻抗量测模式(如图5所示的操作)。

在一些实施例中，当收发电路10操作于接收端偏差校正模式时，处理电路400分别输出控制信号CS1～CS7至正端电路100中的开关组件SW1～SW7。请参阅图4，开关组件SW1根据控制信号CS1关闭，使节点N1与节点N3断开。开关组件SW4根据控制信号CS4开启，且开关组件SW5根据控制信号CS5关闭，使电阻R3以及电阻R4接收电源电压Vdd。开关组件SW6根据控制信号CS6开启，使电阻R6接收接地电压Gnd。开关组件SW7根据控制信号CS7关闭，使节点N1与负端电路200的节点N5断开。此时，由于电阻R6具有与电阻R1相同的阻值(例如：45Ω)，即使节点N1与节点N3断开，从节点N3往接地电压Gnd所量测到的等效阻抗值仍大致等于当收发电路10操作于接收模式时所量测到的等效阻抗值。如此一来，第一接收端电路120中的节点N4的电压一样会维持在上述工作电压(例如：0.7V)，以供外部装置(图中未示)校正第一接收端电路120之输出端以及第一接收端电路120所耦接的后端电路(图中未示，例如：连续时间线性均衡器(CTLE))之输入端之间的偏差电压(offset voltage)。负端电路200的操作相似于正端电路100的操作，所以在此不再赘述。

在另一实施例中，若收发电路10不具有操作于接收端偏差校正模式之功能，则第一接收端电路120可不包括第二偏压电路(包括电阻R6以及开关组件SW6)。

在一些实施例中，当收发电路10操作于发射端等效阻抗量测模式时，处理电路400分别输出控制信号CS1～CS7至正端电路100中的开关组件SW1～SW7。请参阅图5，开关组件SW1根据控制信号CS1关闭，使节点N1与节点N3断开。开关组件SW2根据控制信号CS2关闭，且开关组件SW3根据控制信号CS3开启，使电阻R1接收接地电压Gnd。开关组件SW4根据控制信号CS4开启，且开关组件SW5根据控制信号CS5关闭，使电阻R3以及电阻R4接收电源电压Vdd。开关组件SW6根据控制信号CS6关闭，使电阻R6开路。开关组件SW7根据控制信号CS7开启，使节点N1与负端电路200的节点N5导通。为量测第一发射端电路110之等效阻抗值，测试人员自第一输入输出端IO1输入测试电流Itest(例如：10mA)。由于节点N1与节点N3断开且负端电路200具有高阻抗值，测试电流Itest通过第一输入输出端电路140至节点N1，并依序通过第二电感L2、第一电感L1与电阻R1至接地电压Gnd，以在节点N1产生测试电压。又，由于节点N1、负端电路200的节点N5与负端电路200中的第二输入输出端IO2相互耦接，测试人员可通过量测第二输入输出端IO2之电压值来找出该测试电压，并通过奥姆定律计算出第一发射端电路110之等效阻抗值，以利其余电路与第一发射端电路110阻抗匹配。

请参阅图6，图6描述收发电路10在封装之前的等效电路图。在收发电路10尚未封装时，收发电路10可不包含第一输入输出端电路140与第二输入输出端电路240。此时，未封装的收发电路10还可进入一回送(loopback)模式。

在一些实施例中，当收发电路10操作于回送模式时，处理电路400分别输出控制信号CS1～CS7至正端电路100中的开关组件SW1～SW7。开关组件SW1根据控制信号CS1开启，使节点N1与节点N3导通。开关组件SW2根据控制信号CS2开启，且开关组件SW3根据控制信号CS3关闭，使电阻R1接收共模电压Vcm。开关组件SW4根据控制信号CS4关闭，且开关组件SW5根据控制信号CS5开启，使电阻R3以及电阻R5接收电源电压Vdd(使电阻R5能分压以维持节点N4电位在例如0.7V)。开关组件SW6根据控制信号CS6关闭，使电阻R6开路。开关组件SW7根据控制信号CS7关闭，使节点N1与节点N5断开。如此一来，在芯片制作的初期，测试人员可测试由第一发射端电路110发射信号至第一接收端电路120，以确认第一发射端电路110以及第一接收端电路120的功能是否正常。负端电路200的操作相似于正端电路100的操作，所以在此不再赘述。

应理解，在前述实施例中都是处理电路400在控制收发电路10时输出控制信号CS1～CS7至正端电路100中的开关组件SW1～SW7。而在实际操作中，处理电路400在控制收发电路10时可以仅输出控制信号CS1～CS7当中的若干者以切换开关组件SW1～SW7当中的若干者以完成各个模式间的切换(操作负端电路200时相同)。

综上，通过第一切换电路130以及第二切换电路230的架构，本发明申请的收发电路10得以整合第一发射端电路110、第二发射端电路210、第一接收端电路120以及第二接收端电路220，满足发射与接收信号的需求，同时节省硬件。收发电路10中的电感架构(例如：第一发射端电路110中的第一电感L1与第二电感L2)能有效地降低收发电路10中的电路组件所产生的寄生效应，进而增加收发电路10的发射带宽以及接收带宽。此外，通过第一切换电路130与第二切换电路230、第一接收端电路120与第二接收端电路220中的偏压电路(例如：第一接收端电路120中的电阻R6与开关组件SW6)以及正负端短路电路300的设计，测试人员在测试收发电路10时也更为方便。

虽然本发明申请内容已通过具体实施方式公开如上，但是这些实施例并非用以限定本发明申请内容，本领域普通技术人员在不脱离本发明申请内容的构思和范围，可依据本发明申请的明示或隐含的内容对本发明申请的技术方案作修改或调整，凡此种种变化均可能属于本发明申请所寻求的专利保护范畴，换言之，因此本发明申请的保护范围当视权利要求书所界定的范围为准。

Claims

1.一种收发电路，其特征在于，所述收发电路包括：

第一发射端电路，包括第一电感、第二电感、第一电阻、第一开关组件以及第二开关组件，其中，所述第二电感耦接于第一节点以及第二节点之间，所述第一电感的一端耦接于所述第二节点，所述第一电阻耦接于所述第一电感的另一端，所述第一开关组件耦接于所述第一电阻以及共模电压之间，并用以根据处理电路所发出的第一控制信号选择性地开启或关闭，所述第二开关组件耦接于所述第一电阻以及接地电压之间，并用以根据所述处理电路所发出的第二控制信号选择性地开启或关闭；

第一接收端电路，包括第一偏压电路、第二电阻以及第一电容，所述第二电阻以及所述第一电容并联耦接于第三节点以及第四节点之间，所述第一偏压电路耦接于所述第四节点；

第一切换电路，通过所述第一节点耦接所述第一发射端电路，通过所述第三节点耦接所述第一接收端电路，其中，所述第一切换电路用以导通或断开所述第一节点与所述第三节点；以及

所述处理电路，耦接于所述第一发射端电路、所述第一接收端电路与所述第一切换电路，其中，当所述收发电路操作于发射模式时，所述处理电路用以控制所述第一切换电路断开所述第一节点与所述第三节点，当所述收发电路操作于接收模式时，所述处理电路用以控制所述第一切换电路导通所述第一节点与所述第三节点。

2.如权利要求1所述的收发电路，其特征在于，当所述收发电路操作于所述发射模式时，所述第一发射端电路接收的第一输出信号自所述第二节点通过所述第二电感传输至所述第一节点，以供所述收发电路输出；

当所述收发电路操作于所述接收模式时，所述收发电路接收第一输入信号，并自所述第一节点传输所述第一输入信号至所述第三节点，以供所述第一接收端电路传输。

3.如权利要求1所述的收发电路，其特征在于，当所述收发电路操作于所述发射模式时，所述第一开关组件根据所述第一控制信号开启，且所述第二开关组件根据所述第二控制信号关闭，使所述第一电阻接收所述共模电压；

当所述收发电路操作于所述接收模式时，所述第一开关组件根据所述第一控制信号关闭，且所述第二开关组件根据所述第二控制信号开启，使所述第一电阻接收所述接地电压。

4.如权利要求1所述的收发电路，其特征在于，所述第一偏压电路包括第三电阻、第四电阻、第三开关组件、第五电阻以及第四开关组件，所述第三电阻耦接于所述第四节点以及所述第四电阻之间，所述第三开关组件耦接于所述第四电阻以及电源电压之间，所述第五电阻耦接于所述第三电阻，所述第四开关组件耦接于所述第五电阻以及所述电源电压之间。

5.如权利要求1所述的收发电路，其特征在于，所述第一接收端电路还包括第二偏压电路，所述第二偏压电路包括第六电阻以及第五开关组件，所述第六电阻耦接于所述第三节点，所述第五开关组件耦接于所述第六电阻以及所述接地电压之间，并用以根据所述处理电路所发出的第三控制信号选择性地开启或关闭。

6.如权利要求5所述的收发电路，其特征在于，当所述收发电路操作于接收端偏差校正模式时，所述第五开关组件根据所述第三控制信号开启，使所述第六电阻接收所述接地电压，且所述第四节点维持于工作电压。

7.如权利要求1所述的收发电路，其特征在于，所述收发电路还包括正负端短路电路，耦接于所述第一节点以及第五节点，并用以导通或断开所述第一节点与所述第五节点。

8.如权利要求7所述的收发电路，其特征在于，所述收发电路还包括第二发射端电路、第二切换电路以及第二接收端电路，其中，所述第二发射端电路耦接于所述第五节点，所述第二接收端电路通过第六节点耦接所述第二切换电路，所述第二切换电路通过所述第五节点耦接所述第二发射端电路，所述第二切换电路用以导通或断开所述第五节点与所述第六节点。