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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Auf
einem Halbleiterchip integrierte Empfängerschaltungen können als
Differentialempfängerschaltungen
aufgebaut sein, um Daten einer Signalspannung geringer Schwingungsamplitude
ohne Rückkehr
zu Null (NRZ-Signalspannung) in CMOS-Pegel mit voller Schwingungsamplitude
umzuformen. In den meisten Empfängerschaltungen
variiert diese NRZ-Signalspannung um eine Referenzspannung VREF.
Da diese Referenzspannung für
die Datenempfänger
schwanken kann, kann sich auch der Datenversatz durch den Empfänger stark
verändern.
Deshalb sollte eine Empfängervorspannungsschaltung
angewendet werden, die die Veränderungen
der Referenzspannung kompensieren kann, so dass dem Empfänger eine
angepasste Vorspannung eingespeist werden kann und der Empfänger einen kontrollierten
Versatz des Datensignals erzielen kann. Aus diesen und anderen Gründen besteht
Bedarf für
die vorliegende Erfindung.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
beiliegenden Zeichnungen dienen zu einem vertieften Verständnis der
Ausführungsbeispiele und
sind in dieser Spezifikation enthalten und bilden einen Teil derselben.
Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsbeispiele, und dienen
zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der
Ausführungsbeispiele.
Andere Ausführungsbeispiele
und viele der beabsichtigten Vorteile der Ausführungsbeispiele werden durch
Bezug auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung unmittelbar
einleuchtend, da sie dadurch besser verständlich werden. Die Elemente
der Zeichnungen stehen nicht notwendigerweise in einem relativen
Größenverhältnis zu
einander. Die gleichen Bezugszeichnen bezeichnen entsprechend gleichartige
Teile.
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Die 1a und 1b stellen
schematische Blockschaltbilder einer Empfängereinheit mit einem Empfängervorspannungsblock
dar.
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Die 2 veranschaulicht
ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels
der Empfängervorspannungsschaltung.
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3 veranschaulicht
ein Schaltbild eines Pegelschiebeblocks, der eine erste Stufe eines
Datensignalempfängers
ist und der als eine differentielle Pegelschiebeschaltung angeordnet
ist.
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4 stellt
ein Schaltbild eines Verstärkerblocks
dar, der eine zweite Stufe des Datensignalempfängers ist und als Differentialverstärkers angeordnet
ist.
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5 veranschaulicht
ein Blockschaltbild eines integrierten Schaltungschips in Übereinstimmung
mit einem zweiten Ausführungsbeispiel,
das eine erste Empfängervorspannungsschaltung
für eine
Vielzahl von Datensignalempfängern
auf dem Chip zeigt, wobei der Empfängervorspannungsblock auf der
linken Seite des Chips liegt.
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6 veranschaulicht
eine Modifikation des Halbleiterchips gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
welcher eine zweite Empfängervorspannungsschaltung
verkörpert,
die eine Modifikation des integrierten Chips gemäß 5 ist, bei
dem der Empfängervorspannungsblock
auf dem Chip in einer mittleren Position platziert ist.
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7 stellt
ein Schaltbild einer Modifikation der Empfängervorspannungsschaltung gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
dar, um die Vorspannungsschaltungen gemäß den 5 und 6 zu verdeutlichen.
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8 stellt graphisch simulierte Schwingungsformen
einer typischen Empfängervorspannungsschaltung
lediglich für
Vergleichszwecke dar.
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9 veranschaulicht graphisch Simulationsergebnisse
für die
Empfängervorspannungsschaltung
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel, wie
es in 2 dargestellt ist.
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10 veranschaulicht graphisch Simulationsergebnisse
für eine
Empfängervorspannungsschaltung
gemäß der in 7 veranschaulichten Modifikation
des ersten Ausführungsbeispiels.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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In
der nachfolgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beiliegenden
Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil der selben bilden und
in denen illustrativ spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind,
mit denen die Erfindung ausgeführt
werden kann. In dieser Hinsicht beziehen sich Richtungsangaben,
wie z. B. "Oberseite", "Unterseite", "Vorderseite", "Rückseite", "anfangs", "hinten" usw. auf die Ausrichtung
der beschriebenen Figuren. Da Bauteile der Ausführungsbeispiele in einer Anzahl
unterschiedlicher Ausrichtungen liegen können, dienen die Richtungsangaben
lediglich zur Veranschaulichung und sind in keiner Weise beschränkend. Selbstverständlich können andere
Ausführungsbeispiele
verwendet und strukturelle und logische Änderungen ausgeführt werden,
ohne vom Umfang dieser Erfindung abzuweichen. Die nachfolgende detaillierte
Beschrei bung soll deshalb nicht in beschränkendem Sinn verstanden werden,
und der Umfang dieser Erfindung ist durch die beiliegenden Ansprüche definiert.
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Selbstverständlich können die
Merkmale der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen
miteinander kombiniert werden, es sei denn, es ist anderweitig vermerkt.
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1A stellt
ein Blockschaltbild eines mit einem Datensignalempfänger 20 verbunden
Empfängervorspannungsblocks 10 dar.
Der Empfängervorspannungsblock 10 empfängt ein
Empfängerreferenzsignal
VREF und einen Referenzstrom IREF und speist dem Empfänger 20 ein
geregeltes Vorspannungssignal VBias ein. Der Empfänger 20 empfängt ein
Eingangsdatensignal VIN und das Referenzsignal VREF, vergleicht
die beiden und verwendet das geregelte Vorspannungssignal VBias
zur Einspeisung eines Vorspannungsstroms. Wie in 1B gezeigt
und nachstehend bezogen auf die 3 und 4 erläutert werden
wird, ist der Empfänger 20 in einen
Pegelschiebeblock 200 und einen Verstärkerblock 210 unterteilt.
Der Verstärkerblock 210 des Empfängers 20 erzeugt
das Datenausgangssignal VOUT in Übereinstimmung
mit dem Eingangsdatensignal VIN und der Referenzspannung VREF.
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Wie
die 1A und 1B zeigen,
werden sowohl der Empfängervorspannungsblock 10 als auch
der Empfänger 20 durch
eine erste und zweite Versorgungsspannung Vint und gnd versorgt.
Die erste Versorgungsspannung Vint kann auf dem Chip erzeugt werden
und hat einen geregelten Spannungspegel. Wie nachstehend noch deutlicher
erläutert
wird, kann die zweite Versorgungsspannung gnd, die ein Erdpotential
sein kann, variieren, d. h., dass sie am Empfängervorspannungsblock 10 geringfügig anders
sein kann, als am Empfänger 20.
In 1B ist außerdem
angedeutet, dass der Pegelschiebeblock 200 das in seinem Pegel
verschobene Eingangssignal als differentielles Eingangssignal VIN_I und
VIN_Ib an den Verstärkerblock 210 ausgibt.
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2 veranschaulicht
eine Schaltung eines ersten Ausführungsbeispiels
einer Empfängervorspannungsschaltung 10.
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Wie 2 zeigt,
ist die Empfängervorspannungsschaltung 10 des
ersten Ausführungsbeispiels für die Erzeugung
einer geregelten Vorspannung VBias eingerichtet, die einem Vorspannungsanschluss
wenigstens eines Datensignalempfängers einzuspeisen
ist, der zum Empfang eines Dateneingangssignals an seinem Dateneingangsanschluss und
zum Vergleich desselben mit einer Referenzspannung VREF angeordnet
sein kann, und sie ist gleichzeitig zwischen einer ersten geregelten
Versorgungsspannung Vint und einer zweiten Versorgungsspannung gnd
eingekoppelt wird und von diesen versorgt, während die von der Empfängervorspannungsschaltung
erzeugte geregelte Vorspannung VBias zur Erzeugung eines Vorspannungsstroms
für den
Datensignalempfänger
genutzt wird.
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Die
Empfängervorspannungsschaltung 10 hat
drei funktionale Schaltungsstufen, nämlich einen Vorspannungsregelungsabschnitt
(eine Verstärkerschaltung) 11,
eine Empfängerreplikschaltung 12 und eine
Kompensationsschaltung 13.
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Der
Vorspannungsregelungsabschnitt 11 enthält einen Operationsverstärker A,
der einen ersten positiven Eingang i1, einen zweiten negativen Eingang
i2 und einen Ausgang o hat, der die geregelte Vorspannung VBias
an den Vorspannungsanschluss des (in 2 nicht
gezeigten) Datensignalempfängers
ausgibt. Der Operationsverstärker
A hat außerdem
einen Referenzstromeingangsanschluss i3, der einen Referenzstrom
IREF empfängt,
der von jeder üblichen
Stromquelle erzeugt werden kann. Außerdem enthält ein Spannungsteiler die
Widerstände R1
und R2, die an ihren äußeren Enden
zwischen der ersten geregelten Versorgungsspannung Vint und der
zweiten Versorgungsspannung gnd liegen und die eine Teilspannung
VDIV erzeugen, welche dem negativen Eingangsanschluss
des Operationsverstärkers
A angelegt ist. Im Betrieb folgt die Teilspannung VDIV der
ersten geregelten Versorgungsspannung Vint.
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Die
zweite Stufe der Empfängervorspannungsschaltung
bildet eine Empfängerreplikschaltung 12,
die eine Replik einer ersten Empfängerstufe ist, wie dies nachstehend
diskutiert wird. Die Empfängerreplikschaltung 12 kann
zur Anpassung an Parameteränderungen
der ersten Empfängerstufe
und an Variationen von VREF verwendet werden. Die Empfängerreplikschaltung 12 ist
zwischen der ersten geregelten Versorgungsspannung Vint und der
zweiten Versorgungsspannung gnd verbunden, empfängt außerdem die Referenzspannung
VREF und hat einen Eingangsanschluss N0, der operativ mit dem Ausgang
o des Vorspannungsregelungsabschnitts 11 und mit einem
Ausgangsanschluss N1 verbunden ist, der seinerseits operativ mit
dem wenigstens einen ersten Eingang i1 des Operationsverstärkers A
verbunden ist und dadurch eine Rückkoppelschleife
L1 bildet, die eine geregelte Rückkoppelungsspannung dem
wenigstens einen ersten Eingang i1 zuführt.
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Die
Empfängerreplikschaltung 12 enthält einen
ersten und einen zweiten Repliktransistor T1 und T2 und einen Repliklastwiderstand
(erster Widerstand) R3, die in Reihe zwischen der ersten geregelten
Versorgungsspannung VINT und der zweiten Versorgungsspannung gnd
verbunden sind, und der Gate-Anschluss des ersten Repliktransistors
T1 empfängt
die Referenzspannung VREF. Ein erster Drain/Source-Anschluss des
ersten Repliktransistors T1 ist mit einem Ende des Repliklastwiderstands
R3 verbunden und bildet einen Ausgangsanschluss N1 der Empfängerreplikschaltung 12.
Ein zweiter Drain/Source-Anschluss des ersten Repliktransistors T1
ist mit einem ersten Drain/Source- Anschluss des zweiten Repliktransistors
T2 verbunden. Der zweite Drain/Source-Anschluss des zweiten Repliktransistors
T2 ist mit der zweiten Versorgungsspannung gnd verbunden. Außerdem bildet
ein Gateanschluss des zweiten Repliktransistors T2 einen Eingangsanschluss
N0 der Empfängerreplikschaltung 12 und empfängt die
geregelte Vorspannung VBias von dem Ausgang o des Operationsverstärkers A
des Vorspannungsregelungsabschnitts 11.
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Der
erste Repliktransistor T1 ist ein Dickoxidbauelement, und der zweite
Repliktransistor T2 der Empfängerreplikschaltung 12 kann
ein Dünnoxidbauelement
sein. Der erste Repliktransistor T1 kann ein Dickoxidbauelement
sein, da er zur Replik der ersten Stufe (des Pegelschiebeblocks)
des Datensignalempfängers
gehört,
wie nachstehend diskutiert wird, und der Gateanschluss des ersten
Repliktransistors T1 kann direkt mit einem Anschlussverbindungsfleck (einem
Pad) eines Halbleiterchips verbunden sein und kann somit während bestimmter
Hochspannungsereignisse und Betriebsweisen einer hohen Spannung
ausgesetzt sein. Durch seine Eigenschaften als Dickoxidbauelement
kann die Schwellenspannung des ersten Repliktransistors T1 hoch
sein. In einem anderen Ausführungsbeispiel
ist für
niedrige Werte der Referenzspannung VREF die am Gate des ersten
Repliktransistors T1 wirkende Spannung sehr gering, und somit steigt
die Rückkopplungsspannung auf
der Rückkopplungsschleife
L1 sehr hoch, so dass die Schleife ihrerseits nicht korrekt arbeiten
kann.
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Außerdem enthält die in 2 dargestellte Empfängervorspannungsschaltung
eine Kompensationsschaltung 13, die auch zwischen der geregelten Versorgungsspannung
Vint und der zweiten Versorgungsspanung gnd parallel zur Empfängerreplikschaltung 12 und
zu deren Ausgangsanschluss N1 verbunden ist. Die Kompensationsschaltung 13 wird in Übereinstimmung
mit dem Pegel der Referenzspannung VREF gesteuert, um die Rückkoplungsspannung
auf der Rückkopplungsschleife
L1 für
den Fall eines niedrigen Pegels der Referenzspannung VREF zu kompensieren.
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Die
Kompensationsschaltung 13 enthält einen Kompensationstransistor
(3. Transistor) T3 mit einem ersten und einem zweiten Drain/Sourceanschluss,
die jeweils mit dem ersten und dem zweiten Drain/Sourceanschluss
des ersten Repliktransistors T1 der Empfängerreplikschaltung 12 verbunden
sind, und einen Gateanschluss. Die Kompensationsschaltung 13 enthält außerdem einen
Kompensationssteuertransistor (4. Transistor) T4, der seriell mit
einem zweiten Lastwiderstand R4 verbunden ist, und ein Verbindungsknoten
N2 eines ersten Drain/Sourceanschlusses des Kompensationssteuertransistors
T4 mit einem Ende des zweiten Lastwiderstands R4 ist mit dem Gateanschluss
des Kompensationstransistors T3 verbunden. Außerdem sind ein zweites Ende des
zweiten Lastwiderstandes R4 und ein zweiter Drain/Sourceanschluss
des Kompensationssteuertransistors T4 jeweils mit der ersten geregelten
Versorgungsspannung Vint und mit der zweiten Versorgungsspannung
gnd verbunden, und ein Gateanschluss des Kompensationssteuertransistors
T4 empfängt
die Referenzspannung VREF.
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In
einem Ausführungsbeispiel,
wie es in 2 gezeigt ist, ist der Kompensationssteuertransistor
P4 ebenfalls ein Dickoxidbauelement.
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Wenn
die Referenzspannung VREF einen niedrigen Pegel hat, wird der erste
Repliktransistor T1 der Empfängerreplikschaltung 12 schwach
angesteuert, und der Kompensationssteuertransistor T4 ist ebenfalls
schwach angesteuert, weshalb die Spannung am Knoten N2 wächst und
der Kompensationstransistor T3 die schwache Ansteuerung durch den
ersten Repliktransistor T1 kompensiert. Die Rückkoppelungsspannung auf der
Rückkoppelschleife L1
ist deshalb geregelt und folgt der Spannung VDIV des
Spannungsteilers R1, R2 des Vorspannungsregelabschnitts 11,
und stellt deshalb eine gut geregelte Spannung VBias zur Verfügung, die
gegen niedrige Pegelvariationen der Referenzspannung VREF gut kompensiert
ist.
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Wenn
der Pegel der Referenzspannung VREF hoch ist, werden der erste Repliktransistor
T1 und der Kompensationssteuertransistor T4 stark angesteuert, und
damit wird die Rückkopplung
sehr gut geregelt und die Spannung am Knoten N2 geht tief und damit
liefert der Kompensationstransistor T3 kaum einen Beitrag zum ersten
Repliktransistor T1. Diese Funktion kann hilfreich sein, da es erwünscht sein
kann, dass die Vorspannung für
hohe Referenzspannungspegel VREF niedriger und für kleinere Referenzspannungspegel
VREF höher
ist, und die Einführung
der Kompensationsspannung 13 negiert diesen Effekt. D.
h. dass der Kompensationstransistor T3 den ersten Empfängerrepliktransistor
T1 stützt, wenn
dieser schwach angesteuert ist und den Betrieb nicht beeinträchtigt,
wenn der erste Repliktransistor T1 sich selbst stützt.
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Ein
Datensignalempfänger 20 (1A),
der von der durch die oben beschriebene Empfängervorspannungsschaltung erzeugte
geregelte Vorspannung vorgespannt wird enthält eine erste Schaltungsstufe 200,
deren Details in 13 dargestellt sind und
die die Funktion eines Pegelschiebers hat, und eine zweite Schaltungsstufe 210,
deren Einzelheiten in 4 dargestellt sind und die die
Funktion eines Verstärkerblocks
hat.
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Gemäß 3,
kann die erste Stufe 200 des Datensignalempfängers 20 einen
ersten Eingangstransistor 21 und einen zweiten Einganstransistor 22 und
außerdem
einen ersten Vorspannungstransistor 23 haben. Der erste
und zweite Eingangstransistor 21 und 22 und der
erste Vorspannungstransistor 23 sind gemein sam in Form
eines Differenzverstärkers angeordnet,
der außerdem
einen ersten Widerstand R21 und einen zweiten Widerstand R22 hat
und der zwischen der ersten geregelten Versorgungsspannung Vint
und der zweiten Versorgungsspannung gnd verbunden ist und von diesen
Spannungen versorgt wird. Die erste geregelte Versorgungsspannung
Vint und die zweite Versorgungsspannung gnd können jeweils die selben Pegel
haben, wie die erste und zweite Versorgungsspannung Vint und gnd,
die der Empfängervorspannungsschaltung 10 (2) eingespeist
werden. Der erste Eingangstransistor 21 empfängt an seinem
Gateanschluss 213 ein Eingangsdatensignal VIN mit einer
ersten Signalschwingungshöhe
und gibt an seinem ersten Drain/Sourceanschluss 211 einen
ersten differentiellen Signalteil VIN_Ib eines differentiellen Eingangsdatensignals aus.
Der zweite Eingangstransistor 22 empfängt an seinem Gateanschluss 223 die
Referenzspannung VREF und gibt an seinem ersten Drain/Sourceanschluss
einen zweiten differentiellen Signalteil VIN_I des differentiellen
Eingangsdatensignals aus. Der erste und zweite differentielle Signalanteil
VIN_Ib und VIN_I haben eine zweite Signalschwingungshöhe in Übereinstimmung
mit der ersten geregelten Versorgungsspannung Vint und der zweiten
Versorgungsspannung gnd. Der erste Vorspannungstransistor 23 hat
einen ersten und zweiten Drain/Sourceanschluss 231, 232 und
einen Gateanschluss 233, der zum Empfang der geregelten
Vorspannung VBias verbunden ist, um dem ersten und zweiten Eingangstransistor 21 und 22 einen
Vorspannungsstrom einzuspeisen. Zu diesem Zweck sind die zweiten
Drain/Sourceanschlüsse 212 und 222 des
ersten und zweiten Eingangstransistors 21 und 22 gemeinsam
mit dem ersten Drain/Sourceanschluss 231 des ersten Vorspannungstransistors 23 verbunden,
dessen zweiter Drain/Sourceanschluss 232 mit der zweiten
Versorgungsspannung gnd gekoppelt ist.
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Wie 4 darstellt,
enthält
der Datensignalempfänger 30 außerdem eine
zweite Stufe 210, die als Differenzverstärkerschaltung
angeordnet und sequentiell mit der ersten Differenzverstärkerschaltungsstufe 200 (siehe 1B)
verbunden ist. Die zweite Stufe 210 hat einen ersten und
zweiten Verstärkertransistor 24 und 25 und
einen zweiten Vorspannungstransistor 26. Der erste und
zweite Verstärkertransistor 24 und 25 und
der zweite Vorspannungstransistor 26 sind gemeinsam in
Form eines Differenzverstärkers
angeordnet, der des Weiteren einen ersten und einen zweiten Lasttransistor 27 und 28 enthält. Dieser
Differenzverstärker
ist zwischen der ersten geregelten Versorgungsspannung Vint und
der zweiten Versorgungsspannung gnd verbunden und wird von diesen
Versorgungsspannung versorgt.
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Der
erste und zweite Verstärkertransistor 24, 25 haben
jeweils erste und zweite Drain/Sourceanschlüsse 241, 242 und 251, 251 und
Gateanschlüsse 243 und 253,
die jeweils für
den Empfang des ersten differentiellen Signalteils VIN_Ib und des
zweiten differentiellen Signalteils VIN_I des differentiellen Dateneingangssignals
jeweils von dem ersten Drain/Sourceanschluss 211 und 221 des
ersten und zweiten Eingangstransistors 21 und 22 der
ersten Empfängerstufe 200 angeordnet.
Außerdem
hat der zweite Vorspannungstransistor 26 einen ersten und zweiten
Drain/Sourceanschluss 261, 262 und einen Gateanschluss 263,
der zum Empfang der geregelten Vorspannung VBias zur Einspeisung
eines Vorspannungsstroms jeweils zum ersten und zweiten Verstärkertransistor 24 und 25 verbunden
sind. Außerdem
gibt der erste Drain/Sourceanschluss 251 des zweiten Verstärkertransistors 25 ein
verstärktes Ausgangssignal
in Übereinstimmung
mit dem empfangenen Eingangsdatensignalteil aus und hat die zweite
Signalschwingungshöhe.
Dieses verstärket Ausgangssignal
wird durch eine erste und zweite Invertierschaltung 291 und 292 zweimal
invertiert, die jeweils seriell mit einem Aus gangsanschluss 300 verbunden
sind, der das Ausgangsdatensignal VOUT ausgibt. Die zweiten Drain/Sourceanschlüsse 242 und 252 des
ersten und zweiten Verstärkertransistors 24 und 25 sind
gemeinsam mit dem ersten Drain/Sourceanschluss 261 des
zweiten Vorspannungstransistors 26 verbunden, dessen zweiter Drain/Sourceanschluss
mit der zweiten Versorgungsspannung gnd verbunden ist.
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Der
Datensignalempfänger 20,
der die oben beschriebene erste und zweite Stufe 200 und 210 hat,
empfängt
die geregelte Vorspannung VBias am Gateanschluss 233 des
ersten Vorspannungstransistors 23 der ersten Datensignalempfängerstufe 200 und
ebenfalls am Gateanschluss 263 des zweiten Vorspannungstransistors 26 der
Verstärkerstufe 210.
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3 zeit
außerdem,
dass der erste und zweite Eingangstransistor 21, 22 der
ersten Datensignalempfängerstufe 200 Dickoxidbauelemente sind,
gleich wie der erste Empfängerrepliktransistor T1
der Empfängervorspannungsschaltung 10.
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Die
oben als das erste Ausführungsbeispiel beschriebene
Empfängervorspannungsschaltung enthält die Kompensationsschaltung 13,
die zur Kompensation einer schwachen Ansteuerung des ersten Empfängerrepliktransistors
T1 eingerichtet ist, wenn die Referenzspannung VREF einen niedrigen Pegel
hat. Deshalb kann der mit der von der Empfängervorspannungsschaltung 10 erzeugten
Vorspannung VBias vorgespannte Datensignalempfänger den Leistungsverbrauch
verringern und gleichzeitig einen Hochgeschwindigkeitsempfang eines
Datensignals mit geringer Betriebsspannung aufrechterhalten. Des
Weiteren verhilft die Empfängervorspannungsschaltung 10 dazu,
einen Hochgeschwindigkeitsempfang eines Datensignals durch den Datensignalempfänger mit
geringer Versorgungsspannung mit einer Tastverhältniskompensation in dem Datensignalempfänger zu
erzielen. Außerdem ist
die Verbindung des Datensignalempfängers 20 mit der vorliegenden
Vorspannungsschaltung 10 hinsichtlich weiter Variationen
der Referenzspannung VREF kompensiert. Außerdem passt sich die Empfängervorspannungsschaltung 10 an
Veränderungen
aller relevanter Parameter an, nämlich
Widerstandswertvariationen, Variationen der MOS-Herstellungsprozessparameter,
Temperaturvariationen und Variationen der ersten geregelten Versorgungsspannung Vint.
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5 veranschaulicht
ein Blockschaltbild eines integrierten Schaltungschips gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel.
Auf dem Chip sind mehrere Datensignalempfängereinheiten 201, 202, 208,
die jeweils aus der ersten Datensignalempfängerstufe 200, wie
sie in 3 gezeigt ist, bestehen, und ein Empfängervorspannungsblock 100 angeordnet.
Hier soll bemerkt werden, dass der integrierte Schaltungschip außerdem eine
Vielzahl von Anschlussflecken PAD aufweist, die jeweils einer jeweiligen
Datensignalempfängereinheit 201, 202,
... 208 zugeordnet sind und die mit deren zweitem Eingangstransistor 22 der
ersten Empfängerstufe 200 (vgl. 3)
mit dem ersten Repliktransistor T1 und mit dem Kompensationssteuertransistor
T4 (4. Transistor) der Empfängervorspannungsschaltung
(vgl. 2) verbunden sind. In einem Ausführungsbeispiel
sind sowohl der zweite Eingangstransistor 22 der ersten
Empfängerstufe 200,
der erste Repliktransistor T1 der Empfängerreplikschaltung 12 und
der Kompensationssteuertransistor T4 der Kompensationsschaltung 13 der Empfängervorspannungsschaltung 10 jeweils
als Dickoxidbauelemente gebildet.
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Der
die Empfängervorspannungsschaltung 10 enthaltende
Vorspannungsblock 100 kann viel Leistung verbrauchen und
eine große
Chipfläche
belegen. Deshalb ist auf dem Chip genau ein Vorspannungsblock 100 angeordnet,
und die von ihm erzeugte Vorspannung VBias wird zu jedem Empfänger 201, 202,
... 208 auf dem Chip geführt. Es kann auf dem Chip vorkommen,
dass der Erdpegel (der Pegel der zweiten Versorgungsspannung gnd)
an dem Vorspannungsblock 100 nicht der selbe ist, wie der
Erdpegel beispielsweise an den am weitesten rechts liegenden Empfängern 204 und 208.
Da in diesem integrierten Halbleiterchip der Vorspannungsblock 100 am
weitesten links liegt und die beiden Empfänger 204 und 208 an
dem am weitesten rechts liegenden Ende des Chips angeordnet sind,
kann sich der Spannungspegel der zweiten Versorgungsspannung gnd
(z. B. das Niveau der Erdespannung) an den Empfänger 204 und 208 von
dem Erdspannungspegel an dem Vorspannungsblock 100 unterscheiden. Die
Empfänger 204 und 208 können deshalb
einen wirksamen Pegel der Vorspannung VBias erhalten, der sich von
dem gewünschten
(Soll-)Vorspannungspegel unterscheidet, und deshalb kann es vorkommen,
dass diese Empfänger 204 und 208 nicht
richtig funktionieren.
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Deshalb
können
eine Sensoreinheit oder Sensormittel 134 vorgesehen sein,
die über
ein Signal adapt1 eine Meldung über
die Variation oder die Differenz des Erdspannungspegels an einer
der Empfängereinheiten 204 und 208 bezogen
auf den Vorspannungsblock 100 senden, so dass der Vorspannungsblock 100 einen
modifizierten Vorspannungspegel VBias1 erzeugen kann, um die Veränderung
des Erdpegels zu kompensieren. Alle anderen Empfängereinheiten 201, 202, 203, 205, 206 und 207 empfangen
den unmodifizierten oder den Sollvorspannungspegel VBias0. Die auf
diesem Gebiet erfahrene Person wird erkennen, dass sich ein ähnliches
Schaltbild ergibt, wenn der Vorspannungsblock 100 an dem äußersten
rechten Ende des Chips angeordnet ist.
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6 zeigt
eine Modifikation des integrierten Schaltungschips gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel.
Bei diesem modifizierten, integrierten Schaltungschip liegt der
Vorspannungsblock 100 in der Mitte des Chips und erzeugt
zusätzlich
zu der ersten (Soll)Vorspannung VBias 0 zwei zusätzliche Vorspannungen VBias
1 und VBias 2, jeweils in Übereinstimmung
mit zwei Anpasssignalen adapt 1 und adapt 2, die jeweils von zwei
Sensormitteln 134 und 136 erzeugt werden. Die
erste (Soll-)Vorspannung VBias 0 wird denjenigen Datensignalempfängereinheiten 202, 203, 206 und 207 eingespeist,
bei denen der zweite Versorgungsspannungspegel, d. h. der Erdspannungspegel
den selben Spannungspegel wie die zweite Versorgungsspannung am
Vorspannungsblock 100 hat. Die erste zusätzliche
Vorspannung VBias 1 wird den am weitesten links liegenden Datensignalempfängern 201 und 205 zugeführt, während die
zweite zusätzliche
Vorspannung VBias 2 zu den am weitesten rechts liegenden Datensignalempfängern 204 und 208 geführt wird.
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7 veranschaulicht
eine Modifikation der Empfängervorspannungsschaltung,
die durch den Vorspannungsblock 100 verkörpert und
dazu eingerichtet ist, die unterschiedlichen Vorspannungspegel VBias
0, VBias 1, VBias 2 zu erzeugen und zu liefern und die die Vorspannungsschaltungen
der integrierten Schaltungschips gemäß den 5 und 6 repräsentiert.
Der Pegel gnd 1 bezeichnet den Sollpegel der zweiten Versorgungsspannung,
das ist der Erdpegel am Vorspannungsblock 100 und gnd 2
bezeichnet den Erdspannungspegel an den Empfängereinheiten 204 und 208,
die im Abstand vom Vorspannungsblock 100 liegen. Die in 7 dargestellte modifizierte
Empfängervorspannungsschaltung
ist darum dazu eingerichtet, wenigstens zwei unterschiedliche geregelte
Vorspannungen VBias 0 und VBias 1 und/oder VBias 2 in Übereinstimmung
mit wenigstens zwei unterschiedlichen Pegeln der zweiten Versorgungsspannung,
gnd 1, gnd 2 zu erzeugen, die an mindestens zwei Datensignalempfängereinheiten,
(beispielsweise die Datensignalempfängereinheiten 203 und 204 oder 207 und 208)
auf dem integrierten Schaltungschip vorhanden sind.
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Die
erste geregelte Vorspannung VBias 0 wird sehr ähnlich wie die geregelte Vorspannung VBias
erzeugt, die von der Empfängervorspannungsschaltung
gemäß 2 erzeugt
wird. Die Erzeugung der zweiten Vorspannung VBias 1 oder der dritten Vorspannung
VBias 2 hängt
von den Spannungsmeldungen adapt 1 oder adapt 2 ab, die von den
in der Nähe
der Empfängereinheiten 208 und 201 angeordneten
Sensormitteln 134, 136 in Übereinstimmung mit deren anderem
Erdpegel, nämlich
gnd 2 erzeugt werden.
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Gemäß 7 enthält der Vorspannungsregelabschnitt
der Empfängervorspannungsschaltung 100 einen
Operationsverstärker
A mit wenigstens zwei positiven Eingangsanschlüssen i11, i12 und einem negativen
Eingangsanschluss i2, der in der gleichen Weise verbunden ist, wie
der negative Eingang des Operationsverstärkers A in dem Vorspannungsregelabschnitt 11 gemäß 2 und
empfängt
die Teilerspannung VDIV. Der Operationsverstärker A enthält außerdem zwei
Ausgänge
o1 und o2, die jeweils die erste geregelte Vorspannung VBias 0 und
die zweite (veränderte)
Vorspannung VBias 1 oder VBias 2 liefern.
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Die
modifizierte Empfängervorspannungsschaltung 100 gemäß 7 enthält zwei
Empfängerreplikschaltungen,
die jede eine Replik eines Teils (des Empfängerpegelschiebeblocks 200)
jeweils eines von wenigstens zwei Datensignalempfängern auf
dem integrierten Schaltungschip enthalten. Ein erster Eingangsanschluss
N01 der ersten Empfängerreplikschaltung
ist mit dem ersten Ausgang o1 des Operationsverstärkers A
verbunden, und ein zweiter Eingangsanschluss N02 der zweiten Empfängerreplikschaltung
ist mit dem wenigstens einen zweiten Ausgang o2 des Operationsverstärkers A des
Vorspannungsregelungsabschnitts verbunden. Des Weiteren haben die
beiden Empfängerreplikschaltungen
jeweils einen Ausgang N11 und N21, die jeweils mit einem von den
wenigstens zwei ersten Eingängen
i11, i12 des Operationsverstärkers
A verbunden sind und bilden dadurch zwei Rückkoppelschleifen L1 und L2
zu dem Vorspannungsregelungsabschnitt. Die erste und die zweite
Empfängerreplikschaltung
der Empfängervorspannungsschaltung 100 gemäß 7 enthalten
jeweils einen ersten und zweiten Repliktransistor T11 und T21, T12
und T22 und einen Lastwiderstand R31 und R32. Der erste und zweite
Repliktransistor und der Lastwiderstand jeder Empfängerreplikschaltung
sind in derselben Weise verbunden, wie in der Replikschaltung 12 in der
gemäß 2 ausgeführten Empfängervorspannungsschaltung 10.
Jedoch ist die zweite Versorgungsspannung gnd der ersten Empfängerreplikschaltung
der Sollerdpegel gnd1, der tatsächlich
in dem linken Bereich des Chips gemäß 5 oder im mittleren
Bereich des Chips gemäß 6,
wo sich der Vorspannungsblock 100 befindet vorhanden ist. Der
zweite Repliktransistor T22 der zweiten Empfängerreplikschaltung empfängt jedoch
das Spannungsmeldungssignal adapt 1 oder adapt 2, die jeweils von den
Sensormitteln 136 und/oder 134 gemäß dem anderen
Pegel gnd2 der zweiten Versorgungsspannung geliefert werden.
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Außerdem ist
in der in 7 dargestellten modifizierten
Empfängervorspannungsschaltung
die Kompensationsschaltung beiden Empfängerreplikschaltungen gemeinsam
und parallel zu diesen und zu deren Ausgangsanschlüssen N11
und N21 verbunden. Diese Kompensationsschaltung enthält zwei Kompensationstransistoren
T31, T32 von denen jeweils einer parallel zu dem ersten Empfängerrepliktransistor
T11 und T12 jeweils der ersten und zweiten Empfängerreplikschaltung angeschlossen
ist. Die Gateanschlüsse
beider Kompensationstransistoren T31, T32 sind gemeinsam an einen
ersten Drain/Sourceanschluss eines Kompensationssteuertransistors
T4 angeschlossen, der seriell mit einem zweiten Lastwiderstand R4
verbunden ist. Ein Verbindungsknoten des ersten Drain/Sourceanschlusses
des Kompensationssteuertransistors T4 mit einem Ende des zweiten
Lastwiderstands R4 ist gemeinsam mit den Gateanschlüssen jedes
Kompen sationstransistors T31 und T32 verbunden, und das zweite Ende
des zweiten Lastwiderstands R4 ist mit der ersten geregelten Versorgungsspannung
Vint und ein zweiter Drain/Sourceanschluss des Kompensationssteuertransistors
T4 mit dem Sollpegel gnd1 der zweiten Versorgungsspannung verbunden.
Der Gateanschluss des Kompensationssteuertransistors T4 empfängt die
Referenzspannung VREF. Auch in diesem Fall der in 7 dargestellten
modifizierten Empfängervorspannungsschaltung 100 sind
die ersten Repliktransistoren T11 und T12 der Empfängerreplikschaltungen
und der Kompensationssteuertransistor T4 der Kompensationsschaltung
Dickoxidbauelemente, da deren Gateanschlüsse die Referenzspannung VREF
von einem Anschlussfleck auf dem Chip empfangen.
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Nun
wird der Betrieb der modifizierten Empfängervorspannungsschaltung 100 beschrieben.
Sobald der Pegel gnd2 anwächst,
wächst
auch der Spannungspegel auf der Leitung adapt1 oder adapt2. Somit
wird die Stromansteuerung des zweiten Repliktransistors T22 der
zweiten Empfängerreplikschaltung
verringert und damit steigt die Spannung an dem Rückkoppelknoten
N21 und erhöht
dadurch den Spannungspegel an dem zweiten Ausgang o2 des Operationsverstärkers A,
das sind die Vorspannungen VBias1 oder VBias2. Gleichermaßen verringert
sich, sobald sich die Meldespannung adapt1 oder adapt2 verringert
auch die geregelte Vorspannung VBias1, VBias2 und liefert damit
die erforderliche Gate/Sourcespannung an die Transistoren der Datensignalempfänger 201, 205, 204 und 208,
vgl. 6. Demgemäß wird die
Chipfläche
verringert, da nur der eine Vorspannungsblock 100 auf dem
Chip vorgesehen ist.
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Die
Signalformen in den 8 bis 10 veranschaulichen graphisch Simulationsergebnisse
der relevanten Spannungspegel (Zeilen A bis D), nämlich in 8 für
eine typische Vorspannungsschaltung, die als Vergleichsbeispiel
dient, in 9 für die Empfängervorspannungsschaltung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
(vgl. 2) und in 10 für die Empfängervorspannungsschaltung 100 gemäß der in 7 dargestellten
modifizierten Ausführungsform.
In den 8 bis 10 veranschaulichen
Teil A das Verhalten der Vorspannung VBias abhängig von der Zeit (Nanosekunden),
Teil B das zeitabhängige
Verhalten der Teilerspannung VDIV, Teil
C das zeitabhängige
Verhalten der Rückkoppelspannung
VFeedback und Teil D die zeitabhängige
Variation der Referenzspannung VREF. Die Simulationen wurden unter
Verwendung eines T58 Parametersatzes mit folgenden Eingangswerten
ausgeführt:
- 1. Vint = 1,0 V bis 1,2 V;
- 2. Äußere Versorgungsspannung
Vext = 1,3 V bis 2 V
- 3. gnd = 0 V
- 4. VREF variiert von 0,45 Vext bis 0,55 Vext;
- 5. Transistorparameter nom m range_2,0σ_snsp, m range_2,0σ_snfp, m
range_2,0σ_fnsp,
m range_2, 0σ_fnfp;
- 6. Widerstandsparameter: headres_slow, headres_fast
- 7. Temperatur –40°C–115°C.
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Aus
den als Vergleichsbeispiel in 8 dargestellten
Simulationsschwingungsformen lässt
sich aus Teil C erkennen, dass die Rückkoppelschleife für einige
Pegel der Referenzspannung VREF (Teil D) nicht arbeitet und dass
die geregelte Vorspannung VBias dadurch bis zur inneren Versorgungsspannung
Vint wächst,
und somit verbrauchen die Empfängervorspannungsschaltung
und die Datensignalempfänger
zu viel Strom.
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Im
Vergleich mit den in 8 gezeigten Schwingungsformen
stellt 9, die die Simulationsergebnisse
für die
Empfängervorspannungsschaltung 10 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel (2)
veranschaulicht, im Teil C (Rückkoppelspannung auf
der Schleife L1) dar, dass die Rückkopplung sehr
gut funktioniert. Die Rückkoppelspannung
V auf der Schleife L1 folgt sehr gut der Teilspannung VDIV, und
der Pegel der Vorspannung VBias bleibt in dem Bereich 0,3 V bis
0,5 Volt (Teil A).
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Auch
die in 10 dargestellten Schwingungsformen
der Simulation stellen im Vergleich mit den in 8 gezeigten
Schwingungsformen dar, dass die Rückkoppelschleife der dem modifizierten Ausführungsbeispiel
(7) entsprechenden Empfängervorspannungsschaltung sehr
gut funktioniert. Die Rückkoppelspannung,
z. B. auf der Rückkoppelschleife
L1 folgt, wie Teil C veranschaulicht sehr gut der Teilspannung VDIV
(Teil B). Aus den in 10 gezeigten
Simulationsergebnissen lässt
sich auch sehr gut erkennen, dass die Vorspannung VBias anwächst, so
dass die Gate/Source-Spannung des Transistors des Datensignalempfängers, der
die Vorspannung VBias erhält,
eine ausreichende Ansteuerung erzielt.
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Offensichtlich
können
viele Modifikationen und Variationen der Ausführungsbeispiele der Empfängervorspannungsschaltung,
des Datensignalempfängers
und des integrierten Schaltungschips, wie sie in der vorliegenden
Spezifikation beschrieben sind, im Lichte der obigen Beschreibung
ermöglicht werden.
Es ist deshalb verständlich,
dass die Erfindung im Rahmen der beiliegenden Ansprüche in anderer
Weise ausgeführt
sein kann, als sie für
die Ausführungsbeispiele
spezifisch beschrieben ist.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
erzielt ein Verfahren zur Erzeugung eines geregelten Vorspannungssignals
zur Vorspannung eines Datensignalempfängers. Das Verfahren enthält:
Bereitstellen
einer Replik zumindest eines Teils des Datensignalempfängers;
Einspeisen
einer ersten und zweiten Versorgungsspannung jeweils in den Teil
des Datensignalempfängers
und in dessen Replik;
Erzeugung eines Rückkoppelsignals mit Hilfe der
Replik, das von einem Referenzsignals des Datensignalempfängers abhängt; Kompensation
eines Einflusses des Referenzsignals auf das Rückkoppelsignals, wenn das Referenzsignal
einen niedrigen Pegel hat;
und Regeln und Ausgeben des Vorspannungssignals auf
der Basis des kompensierten Rückkoppelsignals.
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In
dem vorliegenden Verfahren wird die Kompensation auf der Basis eines
Kompensationssignals ausgeführt,
dessen Wert mit sinkendem Referenzsignal anwächst und mit anwachsendem Referenzsignal
sinkt.
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Obwohl
hier spezifische Ausführungsbeispiele
dargestellt und beschrieben sind, werden die Durchschnittsfachleute
erkennen, dass eine Vielzahl anderer und/oder äquivalenter Implementationen
für die
gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele substituiert
werden können,
ohne vom Umfang dieser Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll
dazu dienen, jede Anpassung und Variation der hier diskutierten
spezifischen Ausführungsbeispiele
zu umfassen. Deshalb ist es beabsichtigt, dass diese Erfindung nur
durch die Patentansprüche
und deren Äquivalente
beschränkt
ist.