DE102022126644A1

DE102022126644A1 - Lichtsteuersystem und verfahren und differentialsignalempfänger zum steuern derselben

Info

Publication number: DE102022126644A1
Application number: DE102022126644.3A
Authority: DE
Inventors: Manuel Hortensia L Meyers
Original assignee: Semiconductor Components Industries LLC
Current assignee: Semiconductor Components Industries LLC
Priority date: 2021-11-02
Filing date: 2022-10-13
Publication date: 2023-05-04
Also published as: US20230134043A1; CN116069097A; US11811564B2

Abstract

Der Gegenstand bezieht sich auf das Lichtsteuersystem und Verfahren und Differentialsignalempfänger zum Steuern derselben. Ein Beispiel ist ein Verfahren zum Betreiben eines Differentialsignalempfängers, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen eines ersten Differentialsignals auf einem Differentialsignalleitungspaar, wobei das erste Differentialsignal eine Gleichtaktspannung begleitet, die relativ zu einer Bezugsspannung des Differentialsignalempfängers positiv ist; Klemmen, wenn das erste Differentialsignal positiv ist, eines Knotens OUT+ bei einer ersten Spannung; und Klemmen, wenn das erste Differentialsignal negativ ist, des Knotens OUT- bei einer zweiten Spannung.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Anmeldung bezieht sich auf das technische Gebiet der Lichtsteuersysteme und insbesondere auf die Kommunikation auf Basis von Low Voltage Differential Signaling (LVDS) an Lichtsteuersysteme an Standorten mit hoher elektromagnetischer Störung.
HINTERGRUND
Low Voltage Differential Signaling (LVDS) ist ein Kommunikationssystem, in dem die Datenkommunikation durch einen Sender erreicht wird, der Differentialsignale über Leiter, wie Leiter eines Twisted-Pair-Kabels. Empfänger in solchen Systemen erfassen die Differentialsignale über die Leiter des Twisted-Pair-Kabels, nicht notwendigerweise die absolute Spannung an jedem Leiter in Bezug auf eine Referenzspannung (z. B. Masse, Netzmasse). LVDS-Kommunikationssysteme ermöglichen die Kommunikation in Situationen, in denen elektromagnetische Störung entlang des Kommunikationspfades unerwünschte Gleichtaktspannung auf den Leitern verursachen können (z. B. eine DC-Vorspannung oder eine zeitvariante Vorspannung).
Die bekannten Systeme sind in Situationen betreibbar, in denen sich die Größe der Gleichtaktspannung in einem definierten Bereich zwischen dem Massebezug des Empfängers und der Versorgungsspannung des Empfängers befindet. In einigen Situationen, wie bei der Verwendung in elektrischen und hybriden Elektrofahrzeugen, und in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen dem Sender und dem Empfänger kann die elektromagnetische Störung jedoch signifikant sein und die Gleichtaktspannung kann über die Versorgungsspannung ansteigen und/oder unter den Massebezug für den Empfänger fallen.
KURZDARSTELLUNG
Ein Beispiel ist ein Verfahren zum Betreiben eines Differentialsignalempfängers, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen eines ersten Differentialsignals auf einem Differentialsignalleitungspaar, wobei das erste Differentialsignal eine Gleichtaktspannung begleitet, die relativ zu einer Bezugsspannung des Differentialsignalempfängers positiv ist; Klemmen, wenn das erste Differentialsignal positiv ist, eines Knotens OUT+ bei einer ersten Spannung; und Klemmen, wenn das erste Differentialsignal negativ ist, eines Knotens OUT- bei einer zweiten Spannung.
In dem beispielhaften Verfahren kann das Klemmen des Knotens OUT+ an der ersten Spannung ferner umfassen: Fließen eines ersten Stroms durch einen ersten Transistor einer Selektorschaltung und Erzeugen eines ersten Spiegelstroms, der von dem Knoten OUT+ weg fließt, um den Knoten OUT+ mit der ersten Spannung zu klemmen, wobei der erste Spiegelstrom auf dem ersten Strom basiert; und Unterlassen des Fließen des Stroms durch einen zweiten Transistor der Selektorschaltung und Erzeugen eines zweiten Spiegelstroms von dem Knoten OUT- weg, wobei der zweite Spiegelstrom auf dem ersten Strom basiert. Das Klemmen des Knotens OUT- mit der zweiten Spannung kann ferner umfassen: Fließen eines zweiten Stroms durch den zweiten Transistor der Selektorschaltung und Erzeugen eines dritten Spiegelstroms, der von dem Knoten OUT- weg fließt, um den Knoten OUT- mit der zweiten Spannung zu klemmen, wobei der dritte Spiegelstrom auf dem zweiten Strom basiert; und Unterlassen des Fließen des Stroms durch einen ersten Transistor der Selektorschaltung und Erzeugen eines vierten Spiegelstroms von dem Knoten OUT+ weg, wobei der zweite Spiegelstrom auf dem zweiten Strom basiert.
Das beispielhafte Verfahren kann ferner umfassen: Empfangen eines zweiten Differentialsignals auf dem Differentialsignalleitungspaar, wobei das zweite Differentialsignal eine Gleichtaktspannung begleitet, die relativ zu der Bezugsspannung des Differentialsignalempfängers negativ ist; Zuführen eines Vorspannungsstroms an den Knoten OUT+ durch den Differentialsignalempfänger und Zuführen eines Vorspannungsstroms an den Knoten OUT-; Klemmen, wenn das zweite Differentialsignal positiv ist, des Knotens OUT+ mit einer dritten Spannung; und Klemmen, wenn das zweite Differentialsignal negativ ist, des Knotens OUT- mit einer vierten Spannung. Das Klemmen des Knotens OUT+ mit der dritten Spannung kann ferner umfassen: Fließen eines ersten Stroms durch einen ersten Transistor einer Selektorschaltung und Erzeugen eines ersten Spiegelstroms, der von dem Knoten OUT+ weg fließt, um den Knoten OUT+ mit der dritten Spannung zu klemmen, wobei der erste Spiegelstrom auf dem ersten Strom basiert; und Unterlassen des Fließen des Stroms durch einen zweiten Transistor der Selektorschaltung und Erzeugen eines zweiten Spiegelstroms von dem Knoten OUT- weg, wobei der zweite Spiegelstrom auf dem ersten Strom basiert. Das Klemmen des Knotens OUT- mit der vierten Spannung kann ferner umfassen: Fließen eines zweiten Stroms durch den zweiten Transistor der Selektorschaltung und Erzeugen eines dritten Spiegelstroms, der von dem Knoten OUTweg fließt, um den Knoten OUT- mit der vierten Spannung zu klemmen, wobei der zweite Spiegelstrom auf dem zweiten Strom basiert; und Unterlassen des Fließen des Stroms durch einen ersten Transistor der Selektorschaltung und Erzeugen eines vierten Spiegelstroms von dem Knoten OUT+ weg, wobei der zweite Spiegelstrom auf dem zweiten Strom basiert.
Das beispielhafte Verfahren kann ferner umfassen, wenn das erste Differentialsignal über das Differentialsignalleitungspaar null ist und die Gleichtaktspannung unter einer ersten vorbestimmten Schwelle liegt, die ungleich Null und positiv ist, Klemmen des Knotens OUT+ und des Knotens OUT- mit einer dritten Klemmspannung. Das Klemmen mit der dritten Klemmenspannung kann ferner umfassen: Antreiben eines ersten Vorspannungsstroms mit einer Größe zum Knoten OUT+; und Antreiben eines zweiten Vorspannungsstroms mit der Größe zum Knoten OUT-.
Ein weiteres Beispiel ist ein Differentialsignalempfänger, der umfasst: eine Klemme IN+, eine Klemme IN-, einen Knoten OUT+ und einen Knoten OUT-; einen ersten Widerstand mit einem ersten Widerstand, wobei der erste Widerstand zwischen der Klemme IN+ und dem Knoten OUT+ gekoppelt ist; einen zweiten Widerstand mit einem zweiten Widerstand, wobei der zweite Widerstand zwischen der Klemme IN- und dem OUT-Knoten gekoppelt ist; einen ersten Transistor mit einer ersten Verbindung, die mit dem Knoten OUT+ gekoppelt ist, einer zweiten Verbindung, die mit einer Bezugsspannung gekoppelt ist, und einem Steuereingang; einen zweiten Transistor mit einer ersten Verbindung, die mit dem Knoten OUT- gekoppelt ist, einer zweiten Verbindung, die mit der Bezugsspannung gekoppelt ist, und einem Steuereingang, der mit dem Steuereingang des ersten Transistors gekoppelt ist; und eine Selektorschaltung, die einen Plusanschluss definiert, der mit dem Knoten OUT+ gekoppelt ist, einen Minusanschluss, der mit dem Knoten OUT- gekoppelt ist, und einen Spiegelausgang, der mit dem Steuereingang des ersten Transistors und dem Steuereingang des zweiten Transistors gekoppelt ist. Die Selektorschaltung kann dazu konfiguriert sein, wenn eine Gleichtaktspannung auf der IN+ und der Klemme IN- positiv ist, den Spiegelausgang proportional zu einer Größe der Gleichtaktspannung anzutreiben.
In dem beispielhaften Differentialsignalempfänger kann die Selektorschaltung ferner umfassen: einen dritten Transistor mit einer ersten Verbindung, die mit einer Spannungsquelle gekoppelt ist, eine zweite Verbindung, die mit dem Spiegelausgang gekoppelt ist, und einen Steuereingang, der mit dem Knoten OUT+ gekoppelt ist; und einen vierten Transistor mit einer ersten Verbindung, die mit der Spannungsquelle gekoppelt ist, einer zweiten Verbindung, die mit dem Spiegelausgang gekoppelt ist, und einem Steuereingang, der mit dem Knoten OUT- gekoppelt ist.
In dem beispielhaften Differentialsignalempfänger kann der dritte Transistor ein N-Kanal-Feldeffekttransistor (FET) sein, und der vierte Transistor kann ein N-Kanal-FET sein.
Der beispielhafte Differentialsignalempfänger kann ferner umfassen: einen dritten Widerstand, der zwischen der Spannungsquelle und der ersten Verbindung des dritten Transistors gekoppelt ist, wobei der dritte Widerstand einen dritten Widerstand aufweist; und einen vierten Widerstand, der zwischen der Spannungsquelle und der ersten Verbindung des vierten Transistors gekoppelt ist, wobei der vierte Widerstand einen vierten Widerstand aufweist. Der Differentialsignalempfänger kann dazu konfiguriert sein, ein auf der Klemme IN+ empfangenes Differentialsignal und der Klemme IN- über die erste Verbindung des dritten Transistors und die erste Verbindung des vierten Transistors wiederherzustellen.
Der beispielhafte Differentialsignalempfänger kann ferner eine Vorspannungsschaltung umfassen, und die Vorspannungsschaltung kann umfassen: einen positiven Antriebsausgang, der mit dem Knoten OUT+ gekoppelt ist; einen negativen Antriebsausgang, der mit dem Knoten OUT- gekoppelt ist; und einen Erfassungseingang, der mit dem Spiegelausgang gekoppelt ist. Die Vorspannungsschaltung kann dazu konfiguriert sein, wenn die Gleichtaktspannung unter einer vorbestimmten Schwelle liegt, einen Vorspannungsstrom zum Knoten OUT+ anzutreiben und einen Vorspannungsstrom zum Knoten OUT- anzutreiben, wobei die Vorspannungsströme proportional zu einem Betrag sind, die Größe der Gleichtaktspannung unter der vorbestimmten Schwelle liegt.
Im beispielhaften Differentialsignalempfänger kann der erste Widerstand gleich dem zweiten Widerstand sein.
Noch ein weiteres Beispiel ist ein Lichtsteuersystem, umfassend: eine Lichtsteuervorrichtung, die ein Differentialsignalleitungspaar definiert, das einen ersten Leiter und einen zweiten Leiter umfasst; und ein Treibermodul, das über das Differentialsignalleitungspaar mit der Lichtsteuervorrichtung gekoppelt ist. Das Treibermodul kann einen Differentialsignalempfänger einschließen, der umfasst: eine Klemme IN+, die mit dem ersten Leiter gekoppelt ist, eine Klemme IN-, die mit dem zweiten Leiter gekoppelt ist, einen OUT-Knoten und einen OUT-Knoten; einen ersten Widerstand mit einem ersten Widerstand, wobei der erste Widerstand zwischen der Klemme IN+ und dem Knoten OUT+ gekoppelt ist; einen zweiten Widerstand mit einem zweiten Widerstand, wobei der zweite Widerstand zwischen der Klemme IN- und dem OUT-Knoten gekoppelt ist; einen ersten Transistor mit einer ersten Verbindung, die mit dem Knoten OUT+ gekoppelt ist, einer zweiten Verbindung, die mit einer Bezugsspannung gekoppelt ist, und einem Steuereingang; einen zweiten Transistor mit einer ersten Verbindung, die mit dem Knoten OUT- gekoppelt ist, einer zweiten Verbindung, die mit der Bezugsspannung gekoppelt ist, und einem Steuereingang, der mit dem Steuereingang des ersten Transistors gekoppelt ist; und eine Selektorschaltung, die einen Plusanschluss definiert, der mit dem Knoten OUT+ gekoppelt ist, einen Minusanschluss, der mit dem Knoten OUT- gekoppelt ist, und einen Spiegelausgang, der mit dem Steuereingang des ersten Transistors gekoppelt ist. Die Selektorschaltung kann dazu konfiguriert sein, wenn eine Gleichtaktspannung auf der IN+ und der Klemme INpositiv ist, den Spiegelausgang proportional zu einer Größe der Gleichtaktspannung anzutreiben.
In dem beispielhaften Lichtsteuersystem kann die Selektorschaltung ferner umfassen: einen dritten Transistor mit einer ersten Verbindung, die mit einer Spannungsquelle gekoppelt ist, eine zweite Verbindung, die mit dem Spiegelausgang gekoppelt ist, und einen Steuereingang, der mit dem Knoten OUT+ gekoppelt ist; und einen vierten Transistor mit einer ersten Verbindung, die mit der Spannungsquelle gekoppelt ist, einer zweiten Verbindung, die mit dem Spiegelausgang gekoppelt ist, und einem Steuereingang, der mit dem Knoten OUT- gekoppelt ist. Der dritte Transistor kann ein N-Kanal-Feldeffekttransistor (FET) sein, und der vierte Transistor kann ein N-Kanal-FET sein.
In dem beispielhaften Lichtsteuersystem kann der Differentialsignalempfänger ferner umfassen: einen dritten Widerstand, der zwischen der Spannungsquelle und der ersten Verbindung des dritten Transistors gekoppelt ist, wobei der dritte Widerstand einen ersten passenden Widerstand aufweist; einen vierten Widerstand, der zwischen der Spannungsquelle und der ersten Verbindung des vierten Transistors gekoppelt ist, wobei der vierte Widerstand einen zweiten passenden Widerstand aufweist, und der Differentialsignalempfänger dazu konfiguriert ist, ein auf der Klemme IN+ empfangenes Differentialsignal und der Klemme IN- über die erste Verbindung des dritten Transistors und die erste Verbindung des vierten Transistors wiederherzustellen.
In dem beispielhaften Lichtsteuersystem kann der Differentialsignalempfänger ferner eine Vorspannungsschaltung umfassen, wobei die Vorspannungsschaltung umfasst: einen positiven Antriebsausgang, der mit dem Knoten OUT+ gekoppelt ist; einen negativen Antriebsausgang, der mit dem Knoten OUT- gekoppelt ist; und einen Erfassungseingang, der mit dem Spiegelausgang gekoppelt ist. Die Vorspannungsschaltung kann dazu konfiguriert sein, wenn die Gleichtaktspannung unter einer vorbestimmten Schwelle liegt, einen Vorspannungsstrom zum Knoten OUT+ anzutreiben und einen Vorspannungsstrom zum Knoten OUT- anzutreiben, wobei die Vorspannungsströme proportional zu einem Betrag sind, die Größe der Gleichtaktspannung unter der vorbestimmten Schwelle liegt.
Im beispielhaften Lichtsteuersystem kann der erste Widerstand gleich dem zweiten Widerstand sein.
Figurenliste
Für eine detaillierte Beschreibung der Beispielausführungsformen wird nun auf die beigefügten Zeichnungen verwiesen, wobei:

1 eine Lichtsteuereinheit gemäß mindestens einigen Ausführungsformen zeigt;
2 ein Schaltbild eines Differentialsignalempfänger gemäß mindestens einigen Ausführungsformen zeigt;
3 ein Schaltbild eines Differentialsignalempfängers zeigt, annotiert, um eine hohe Gleichtaktspannung zu zeigen, und gemäß mindestens einigen Ausführungsformen;
4 ein Schaltschema eines Differentialsignalempfängers zeigt, annotiert, um die Gleichtaktspannung niedriger als die Spannungsquelle und über einer vorbestimmten Schwelle und gemäß mindestens einigen Ausführungsformen zu zeigen;
5 ein Schaltschema eines Differentialsignalempfängers zeigt, annotiert, um die Gleichtaktspannung niedriger als die vorbestimmte Schwelle und über Null und gemäß mindestens einigen Ausführungsformen zu zeigen;
6 ein Schaltschema eines Differentialsignalempfängers zeigt, annotiert, um die Gleichtaktspannung unter Null und gemäß mindestens einigen Ausführungsformen zu zeigen;
7 ein Schaltschema eines Differentialsignalempfängers zeigt, annotiert, um eine hohe Gleichtaktspannung und ein positives Differentialsignal gemäß mindestens einigen Ausführungsformen zu zeigen;
8 ein Schaltschema eines Differentialsignalempfängers zeigt, annotiert, um eine hohe Gleichtaktspannung und ein negatives Differentialsignal gemäß mindestens einigen Ausführungsformen zu zeigen;
9 ein Schaltschema eines Differentialsignalempfängers zeigt, annotiert, um eine negative Gleichtaktspannung und ein positives Differentialsignal gemäß mindestens einigen Ausführungsformen zu zeigen;
10 ein Schaltschema eines Differentialsignalempfängers zeigt, annotiert, um eine negative Gleichtaktspannung und ein negatives Differentialsignal gemäß mindestens einigen Ausführungsformen zu zeigen;
11 einige Diagramme abhängig der Zeit während des Betriebs des beispielhaften Differentialsignalempfängers zeigt, gemäß mindestens einigen Ausführungsformen;
12 einen Differentialsignalempfänger zeigt, gemäß mindestens einigen Ausführungsformen; und
13 ein Verfahren zeigt, gemäß mindestens einigen Ausführungsformen.

DEFINITIONEN
Verschiedene Begriffe werden verwendet, um auf bestimmte Systemkomponenten Bezug zu nehmen. Unterschiedliche Firmen können auf eine Komponente mit unterschiedlichen Namen Bezug nehmen - dieses Dokument beabsichtigt nicht, zwischen Komponenten zu unterscheiden, die sich im Namen, aber nicht in der Funktion unterscheiden. In der nachfolgenden Erörterung und in den Ansprüchen werden die Begriffe „einschließlich“ und „umfassend“ in einem offenen Sinn verwendet und sollten daher so ausgelegt werden, dass sie „einschließlich, aber nicht beschränkt auf ...“ bedeuten. Auch soll der Begriff „koppeln“ oder „koppelt“ entweder eine indirekte oder eine direkte Verbindung bedeuten. Wenn daher eine erste Vorrichtung mit einer zweiten Vorrichtung gekoppelt wird, kann diese Verbindung durch eine direkte Verbindung oder durch eine indirekte Verbindung über andere Vorrichtungen und Verbindungen erfolgen.
Die Begriffe „Eingang“ und „Ausgang“, wenn als Nomen verwendet, bezeichnen Verbindungen (z. B. elektrische, Software), und sind nicht als Handlungen zu verstehen. Zum Beispiel kann eine Zeitgeberschaltung einen Taktausgang definieren. Die Beispiel-Zeitgeberschaltung kann ein Taktsignal an dem Taktausgang erzeugen oder ansteuern. In Systemen, die direkt in die Hardware eingefügt sind (z. B. auf einem Halbleitersubstrat), definieren diese „Eingänge“ und „Ausgänge“ elektrische Verbindungen. In Systemen, die in Software implementiert sind, definieren diese „Eingänge“ und „Ausgänge“ Parameter, die durch die die Funktion implementierenden Anweisungen gelesen bzw. geschrieben werden.
„Aktivierung“ bedeutet ein Ändern des Zustands eines Booleschen Signals. Boolesche Signale können hoch oder mit einer höheren Spannung aktiviert werden, und Boolesche Signale können niedrig oder mit einer niedrigeren Spannung aktiviert werden, wobei dies im Ermessen des Schaltungskonstrukteurs liegt. In ähnlicher Weise bedeutet „Deaktivierung“ ein Ändern des Zustands des booleschen Signals auf einen Spannungspegel, der dem aktivierten Zustand entgegengesetzt ist.
„Etwa“ in Bezug auf einen angegebenen Wert bedeutet den angegebenen Wert plus oder minus (+/ -) 10 Prozent (10 %). „Etwa“ in Bezug auf einen Vergleich von zwei Werten (z. B. zwei Widerstände) bedeutet, dass die niedrigeren Werte in einen Bereich fallen, der plus oder minus (+/ -) 10 Prozent (10 %) des höheren Werts liegt.
„Steuervorrichtung“ soll, allein oder in Kombination, einzelne Schaltungskomponenten, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), einen Mikrocontroller mit Steuersoftware, eine Datenverarbeitung mit eingeschränktem Anweisungssatz (RISC) mit Steuersoftware, einen Digitalsignalprozessor (DSP), einen Prozess mit Steuersoftware, eine programmierbare Logikvorrichtung (PLD) oder ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA) bedeuten, die dazu konfiguriert sind, Eingänge zu lesen und als Reaktion auf die Eingänge und Ausgänge anzutreiben.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Erläuterung ist auf verschiedene Ausführungsformen der Erfindung gerichtet. Obwohl eine oder mehrere dieser Ausführungsformen bevorzugt sein können, sollten die offenbarten Ausführungsformen nicht so interpretiert oder anderweitig verwendet werden, dass sie den Schutzumfang der Offenbarung, einschließlich der Ansprüche, einschränken würden. Darüber hinaus wird der Fachmann verstehen, dass die folgende Beschreibung eine breite Anwendung findet, und die Erläuterung einer beliebigen Ausführungsform lediglich als Beispiel für diese Ausführungsform zu verstehen ist und nicht so, dass der Geltungsbereich der Offenbarung, einschließlich der Ansprüche, auf diese Ausführungsform beschränkt ist.
Verschiedene Beispiele sind auf Verfahren und Systeme von Differentialsignalempfängern gerichtet. Insbesondere sind verschiedene Beispiele auf Differentialsignalempfänger gerichtet, die in Situationen betreibbar sind, in denen die Gleichtaktspannung auf einem Differentialsignalleitungspaar nicht nur zwischen der Bezugsspannung (z. B. Netzspannung, Masse) und der Versorgungsspannung für den Differentialsignalempfänger liegt, sondern auch in Situationen, in denen die Gleichtaktspannung über der Versorgungsspannung und/oder unter der Bezugsspannung für den Differentialsignalempfänger (d. h. negativ) liegt. Genauer gesagt, wenn die gemeinsame Spannung positiv ist, klemmen verschiedene Beispiele bei jedem gegebenen Punkt während der Differentialsignalisierung den positiveren Ausgangsknoten mit einer Klemmenspannung unabhängig von der Größe der Gleichtaktspannung. Wenn die gemeinsame Spannung negativ ist, klemmen verschiedene Beispiele erneut bei jedem gegebenen Punkt während der Differentialsignalisierung den positiveren Ausgangsknoten mit einer Klemmenspannung unabhängig von der Größe der Gleichtaktspannung. In der Patentschrift wird nun eine beispielhafte Umsetzung betrachtet, um dem Leser eine Orientierung zu geben.
1 zeigt ein beispielhaftes Lichtsteuersystem. Insbesondere umfasst das Lichtsteuersystem 100 eine Lichtsteuervorrichtung 102, die über ein Differentialsignalleitungspaar 106 mit einem Treibermodul 104 gekoppelt ist. Das beispielhafte Differentialsignalleitungspaar 106 umfasst einen elektrischen Leiter 108, der in Bezug auf einen elektrischen Leiter 110 verdreht ist, und somit wird manchmal das Differentialsignalleitungspaar 106 als ein Twisted-Pair-Kabel bezeichnet. In anderen Fällen kann das Differentialsignalleitungspaar 106 Leiterbahnen (z. B. parallele Leiterbahnen) auf einer Leiterplatte oder Leiterbahnen, die Teil eines flexiblen Bandverbinders sind, sein. Während das Beispiel von 1 ein einzelnes Differentialsignalleitungspaar 106 zeigt, das zwischen der Lichtsteuervorrichtung 102 und dem Treibermodul 104 gekoppelt ist, kann abhängig von der Bandbreite der Kommunikationen, die zwischen der Lichtsteuervorrichtung 102 und dem Treibermodul 104 verwendet werden, oder um eine Kommunikationsredundanz im Fehlerfall zu implementieren, mehr als ein Differentialsignalleitungspaar verwendet werden. Darüber hinaus kann die Lichtsteuervorrichtung 102 mit vielen verschiedenen Treibermodulen koppeln, aber nur ein Treibermodul ist in 1 gezeigt, um die Erörterung nicht übermäßig zu verkomplizieren.
Das Treibermodul 104 ist mit einer Vielzahl von Leuchtdioden (LEDs) gekoppelt. Insbesondere umfasst das beispielhafte Lichtsteuersystem 100 eine LED 112 und eine LED 114. Während nur zwei LEDs gezeigt sind, kann das Treibermodul 104 mit einer oder mehreren LEDs koppeln, wie LEDs eines Automobils. Die LEDs 112 und 114 können Beispiele für eine beliebige einer Anzahl an LEDs in einem Automobilsystem sein, wie dekorative Beleuchtung, Innen-/Außenbeleuchtung, Blinkersignale, Laufleuchten, Bremsleuchten und Scheinwerfer. Somit kommuniziert die Lichtsteuervorrichtung 102 mit dem Treibermodul 104, um das Einschalten und Ausschalten der LEDs 112 und 114 im Rahmen des Betriebs eines Automobils zu steuern. Der Automobilkontext ist lediglich ein Beispiel.
In dem Datenkommunikationssystem, das über das Differentialsignalleitungspaar 106 betrieben wird, kann die Lichtsteuervorrichtung 102 digital kommunizieren, indem Differentialsignale über das Differentialsignalleitungspaar 106 getrieben werden. Zum Beispiel kann die Lichtsteuervorrichtung 102 Differentialsignale im Bereich von 200 bis 1200 Millivolt (mV) über das Differentialsignalleitungspaar 106 antreiben. Das heißt, in einem Betriebszustand kann der elektrische Leiter 108 von etwa 200 bis etwa 1200 mV höher als der elektrische Leiter 110 angetrieben werden, und in dem entgegengesetzten Zustand kann der elektrische Leiter 110 von etwa 200 bis etwa 1200 mV höher angetrieben werden als der elektrische Leiter 108.
Weiterhin Bezug nehmend auf 1 umfasst das beispielhafte Lichtsteuersystem 100 und insbesondere das Treibermodul 104 einen Differentialsignalempfänger 116. Der Differentialsignalempfänger 116 ist mit den elektrischen Leitern des Differentialsignalleitungspaares 106 gekoppelt. Der Differentialsignalempfänger 116 ist dazu ausgelegt und konstruiert, Differentialsignale trotz einer von dem Differentialsignalleitungspaar 106 induzierten und/oder mitgeführten Gleichtaktspannung zu erkennen oder zu empfangen. Insbesondere kann der beispielhafte Differentialsignalempfänger 116 Differentialsignale trotz der Gleichtaktspannung, die eine Versorgungsspannung des Differentialsignalempfängers 116 überschreitet, und trotz der Gleichtaktspannung erkennen, die unter eine Bezugsspannung des Differentialsignalempfängers 116 fällt. Genauer gesagt erkennt in beispielhaften Fällen der Differentialsignalempfänger 116 Nulldurchgänge des Differentialsignals.
Die Gleichtaktspannung ist eine Spannung, die auf beiden elektrischen Leitern des Differentialsignalleitungspaares 106 induziert und/oder gleichzeitig mitgeführt wird. Das von der Lichtsteuervorrichtung 102 angetriebene Differentialsignal kann somit auf der Gleichtaktspannung „reiten“. Insbesondere kann die Gleichtaktspannung als der Mittelwert der Spannung auf dem elektrischen Leiter 108 (in Bezug auf die Netzspannung oder Masse) und die Spannung des elektrischen Leiters 110 (in Bezug auf die Netzspannung oder Masse) betrachtet werden.
2 zeigt ein Schaltbild eines beispielhaften Differentialsignalempfängers 116. Insbesondere definiert der beispielhafte Differenzsignalempfänger 116 eine Klemme IN+ 200, eine Klemme IN- 202, einen Knoten OUT+ 204 und einen Knoten OUT- 206. Die Klemme IN+ 200 ist mit einem ersten Leiter des Differenzsignalpaares 106 gekoppelt (1), und der Klemme IN- 202 ist mit einem zweiten Leiter des Differenzsignalpaares 106 gekoppelt. Somit empfängt der Differenzsignalempfänger 116 Differenzsignale über die Klemme IN+ 200 und den Klemme IN- 202, wobei die Differenzsignale zusammen mit der Gleichtaktspannung empfangen oder diese „reiten“ und/oder auf dem Differenzsignalpaar 106 getragen werden. In beispielhaften Systemen werden die Differenzsignale aus der Klemme IN+ 200 und der Klemme IN-202 extrahiert und erscheinen über den Knoten OUT+ 204 und den Knoten OUT- 206 mit der Gleichtaktspannung ungeschwächt, die reduziert oder entfernt wird. Wenn zum Beispiel das von der Lichtsteuervorrichtung 102 (1) angetriebene Differenzsignal veranlasst, dass die Klemme IN+ 200 eine höhere Spannung als die Klemme IN- 202 führt, weist der Knoten OUT+ 204 eine höhere Spannung als der Knoten OUT- 206 auf. Auf der anderen Seite, wenn das von der Lichtsteuervorrichtung 102 angetriebene Differenzsignal veranlasst, dass die Klemme IN- 202 eine höhere Spannung als die Klemme IN+ 200 führt, weist der Knoten OUT- 206 eine höhere Spannung als der Knoten OUT+ 204 auf. Somit erkennen und empfangen nachgelagerte Schaltungen (nicht gezeigt) das Differentialsignal und decodieren die codierte Kommunikation.
Der beispielhafte Differenzsignalempfänger 116 umfasst ferner einen Widerstand 208 mit einem Widerstand und den Widerstand 208, der zwischen der Klemme IN+ 200 und dem Knoten OUT+ 206 gekoppelt ist. Auf ähnliche Weise ist ein Widerstand 210 mit einem Widerstand zwischen der Klemme IN- 202 und dem Knoten OUT- 206 gekoppelt. In beispielhaften Fällen ist der Widerstand des Widerstands 208 etwa gleich dem Widerstand des Widerstands 210, wie innerhalb von Herstellungstoleranzen.
Weiterhin Bezug nehmend auf 2 umfasst der Differentialsignalempfänger 116 ferner einen Transistor mit einer ersten Verbindung, die mit dem Knoten OUT+ 204 gekoppelt ist, einer zweiten Verbindung, die mit einer Bezugsspannung (z. B. Masse, Netzspannung) gekoppelt ist, und einem Steuereingang, der mit einem Spiegelknoten 214 gekoppelt ist. Im Beispiel ist der Transistor als Feldeffekttransistor (FET) und insbesondere N-Kanal-FET gezeigt und wird im Folgenden als FET 212 bezeichnet; jedoch können andere Arten von FETs verwendet werden, und können andere Arten von Transistoren (z. B. Übergangstransistoren) verwendet werden. Im beispielhaften Fall des FET 212 ist der Drain mit dem Knoten OUT+ gekoppelt, die Source ist mit der Bezugsspannung gekoppelt, und das Gate ist mit dem Spiegelknoten 214 gekoppelt. Die beispielhafte Schaltung umfasst ferner einen Transistor mit einer ersten Verbindung, die mit dem Knoten OUT- 206 gekoppelt ist, einer zweiten Verbindung, die mit der Bezugsspannung gekoppelt ist, und einem Steuereingang, der mit dem Spiegelknoten 214 und dem Steuereingang des Transistors 212 gekoppelt ist. Wie zuvor ist der Transistor als FET und insbesondere als N-Kanal FET dargestellt und wird im Folgenden als FET 216 bezeichnet; jedoch können andere Arten von FETs verwendet werden, und können andere Arten von Transistoren (z. B. Übergangstransistoren) verwendet werden. Im beispielhaften Fall des FET 216 ist der Drain mit dem Knoten OUT- gekoppelt, die Source ist mit der Bezugsspannung gekoppelt, und das Gate ist mit dem Spiegelknoten 214 gekoppelt. In beispielhaften Fällen weisen die Transistoren 212 und 216 die gleichen Eigenschaften (z. B. Leitungsbereich und Verstärkung) auf, wie sie innerhalb von Herstellungstoleranzen erreicht werden können.
Der beispielhafte Differentialsignalempfänger 116 umfasst ferner eine Selektorschaltung 218, die einen Plusanschluss 220, der mit dem Knoten OUT+ 204 gekoppelt ist, einen Minusanschluss 222, der mit dem Knoten OUT- 206 gekoppelt ist, und einen Spiegelausgang 224 definiert, der mit dem Spiegelknoten 214 gekoppelt ist. Wie nachstehend ausführlicher erörtert wird, ist die beispielhafte Selektorschaltung 218 so ausgelegt und konstruiert, dass, wenn eine Gleichtaktspannung auf der Klemme IN+ 200 und dem Klemme IN- 202 positiv ist, die Selektorschaltung 218 den Spiegelausgang 224 steuert, proportional zu einer Größe der Gleichtaktspannung, und in einigen Fällen proportional zu der höheren der Spannungen des Knotens OUT+ 204 oder des Knotens OUT- 206 ist. Das durch den Spiegelausgang 224 an den Spiegelknoten 214 angetriebene Signal bewirkt, dass Spiegelströme durch jeden des FET 212 und des FET 216 fließen. Die jeweiligen Spiegelströme durch die FETs 212 und 216 ermöglichen den Stromfluss durch die jeweiligen Widerstände 208 und 210. Zu bestimmten Zeiten bewirkt der Strom durch die Widerstände 208 und 210 entsprechende Spannungsabfälle über die Widerstände, sodass die Gleichtaktspannung an dem Knoten OUT+ 204 und dem Knoten OUT- 206 auf einen Pegel nahe dem Massepotential reduziert wird, wobei das Differentialsignal über dem Knoten OUT+ 204 und dem Knoten OUT- 206 erscheint.
In dem Beispiel von 2 umfasst die Selektorschaltung einen Transistor mit einer ersten Verbindung, die mit einer Spannungsquelle Vs gekoppelt ist; eine zweite Verbindung, die mit dem Spiegelausgang 224 gekoppelt ist, und einen Steuereingang, der den Plusanschluss 220 definiert und somit mit dem Knoten OUT+ 204 gekoppelt ist. Der beispielhafte Transistor ist als FET und insbesondere als N-Kanal FET gezeigt und wird im Folgenden als FET 226 bezeichnet; jedoch können andere Arten Transistoren (z. B. Übergangstransistoren) verwendet werden. Im Falle des FET 226 ist der Drain mit der Spannungsquelle Vs gekoppelt, ist die Source mit dem Spiegelausgang 224 gekoppelt und definiert das Gate den Plusanschluss 220. Die beispielhafte Selektorschaltung 218 umfasst einen Transistor mit einer ersten Verbindung, die mit der Spannungsquelle Vs gekoppelt ist; eine zweite Verbindung, die mit dem Spiegelausgang 224 gekoppelt ist, und einen Steuereingang, der den Minusanschluss 222 definiert und somit mit dem Knoten OUT- 206 gekoppelt ist. Der beispielhafte Transistor ist als FET und insbesondere als N-Kanal FET gezeigt und wird im Folgenden als FET 228 bezeichnet; jedoch können andere Arten Transistoren (z. B. Übergangstransistoren) verwendet werden. Im Falle des FET 228 ist der Drain mit der Spannungsquelle Vs gekoppelt, ist die Source mit dem Spiegelausgang 224 gekoppelt und definiert das Gate den Minusanschluss 222. Wie nachstehend ausführlicher erörtert wird, sind die FETs 226 und 228 so ausgewählt, dass, wenn eine Gleichtaktspannung auf der Klemme IN+ 200 und der Klemme IN- positiv ist, einer oder beide der FETs 226 und 228 den Spiegelausgang 224 mit einem Strom antreibt, der proportional zu einer Größe der Gleichtaktspannung ist. Der dem Spiegelausgang 224 zugeführte Strom erzeugt eine Spannung an den Steuereingängen der FETs 212, 216 und 244 über den durch den Widerstand 246 fließenden Strom zur Bezugsspannung.
Noch immer Bezug nehmend auf 2 umfasst der beispielhafte Differentialsignalempfänger 116 ferner eine Vorspannungsschaltung 230. Die beispielhafte Vorspannungsschaltung 230 definiert einen positiven Antriebsausgang 232, der mit dem Knoten OUT+ 204 gekoppelt ist (die Verbindung, die nicht spezifisch in der Figur gezeigt ist, sondern durch die OUT+ Formulierung durch den positiven Antriebsausgang 232 angezeigt wird), einen negativen Antriebsausgang 234, der mit dem Knoten OUT- 206 gekoppelt ist, einen Erfassungseingang 236, der mit dem Spiegelknoten 214 gekoppelt ist, und eine Verbindung mit der Bezugsspannung. Die Vorspannungsschaltung 230 ist so ausgelegt und konstruiert, dass, wenn die Gleichtaktspannung unter einer vorbestimmten Schwelle liegt, die Vorspannungsschaltung 230 einen Vorspannungsstrom an den Knoten OUT+ 204 antreibt und einen Vorspannungsstrom an den Knoten OUT- 206 antreibt, wobei die Vorspannungsströme proportional zu einem Betrag sind, die Größe der Gleichtaktspannung unter der vorbestimmten Schwelle liegt. In beispielhaften Fällen ist die vorbestimmte Schwelle ein positiver Wert (z. B. einige Volt über null), und die Größe der Gleichtaktspannung kann in einigen Fällen negativ sein. Die Menge der Größe der Gleichtaktspannung, die unter der vorbestimmten Schwelle liegt, kann die Summe des Absolutwerts der Größe plus des Werts der vorbestimmten Schwelle sein.
Die beispielhafte Vorspannungsschaltung 230 umfasst einen Transistor mit einer ersten Verbindung, die mit der Spannungsquelle Vs gekoppelt ist, eine zweite Verbindung, die mit dem Knoten OUT+ 204 gekoppelt ist, und einen Steuereingang, der mit einer Vorspannungssteuerung 240 gekoppelt ist. Der beispielhafte Transistor ist als FET und insbesondere als P-Kanal FET gezeigt und wird im Folgenden als FET 238 bezeichnet; jedoch können andere Arten von FETs verwendet werden, und können andere Arten von Transistoren (z. B. Übergangstransistoren) verwendet werden. Im Falle des FET 238 ist die Quelle mit der Spannungsquelle Vs gekoppelt, ist der Drain mit dem positiven Antriebsausgang 232 gekoppelt und ist das Gate mit einer Vorspannungssteuerung 240 gekoppelt. Die beispielhafte Vorspannungsschaltung 230 umfasst ferner einen Transistor mit einer ersten Verbindung, die mit der Spannungsquelle Vs gekoppelt ist, eine zweite Verbindung, die mit dem Knoten OUT- 206 gekoppelt ist, und einen Steuereingang, der mit der Vorspannungssteuerung 240 gekoppelt ist. In dem Beispiel ist der Transistor als FET und insbesondere als P-Kanal FET gezeigt und wird im Folgenden als FET 242 bezeichnet; jedoch können andere Arten von FETs verwendet werden, und können andere Arten von Transistoren (z. B. Übergangstransistoren) verwendet werden. Im Falle des FET 242 ist die Quelle mit der Spannungsquelle Vs gekoppelt, ist der Drain mit dem negativen Antriebsausgang 234 gekoppelt und ist das Gate mit der Vorspannungssteuerung 240 gekoppelt. Wie nachstehend ausführlicher erörtert wird, stellen die FETs 238 und 242 während bestimmter Betriebsbedingungen Vorspannungsströme an den Knoten OUT+ 204 und Knoten OUT- 206 bereit (z. B. wenn die Gleichtaktspannung unter der vorbestimmten Schwelle liegt).
Um den Zustand des Differentialsignalempfängers 116 zu erfassen, wie er sich auf die Gleichtaktspannung bezieht, weist die beispielhafte Vorspannungsschaltung 230 einen Transistor mit einer ersten Verbindung auf, die mit der Vorspannungssteuerung 240 gekoppelt ist, eine zweite Verbindung, die mit der Bezugsspannung gekoppelt ist, und einen Steuereingang, der mit dem Spiegelknoten 214 gekoppelt ist. In dem Beispiel ist der Transistor als FET und insbesondere als N-Kanal FET gezeigt und wird im Folgenden als FET 244 bezeichnet; jedoch können andere Arten von FETs verwendet werden, und können andere Arten von Transistoren (z. B. Übergangstransistoren) verwendet werden. Im Fall des FET 244 ist der Drain mit der Vorspannungssteuervorrichtung 240 gekoppelt, ist der Drain mit der Bezugsspannung gekoppelt und ist das Gate mit dem Spiegelknoten 214 gekoppelt. In der beispielhaften Anordnung erzeugen die Ströme durch die Selektorschaltung 218 ebenfalls Spiegelstrom durch den FET 244 und basierend auf der Größe des Spiegelstroms kann die Vorspannungssteuervorrichtung 240 die Größe der Gleichtaktspannung erkennen und die Vorspannungsströme entsprechend durch die FETs 238 und 242 ansteuern. Die Vorspannungssteuervorrichtung 240 kann jede geeignete Form annehmen, um den Spiegelstrom durch den FET 244 zu erkennen und die Steuereingänge der FETs 238 und 240 anzutreiben.
Die Patentschrift wendet sich nun einer Reihe von beispielhaften Situationen oder Zuständen zu, auf die der Differentialsignalempfänger 116 stößt. Die Erörterung beginnt mit der Arbeit durch den Betrieb des Differentialsignalempfängers 116, wenn das an die Klemme IN+ 200 und die Klemme IN- 202 angelegte Differentialsignal null oder nahe Null ist, und wenn die Gleichtaktspannung an dem Differentialsignalleitungspaar 106 (1) von über der Versorgungsspannung Vs, bis unter die vorbestimmte Schwelle, aber über die Bezugsspannung, und dann unter die Netzspannung oder Masse schwingt.
3 zeigt ein Schaltbild eines Differentialsignalempfängers, annotiert, um eine hohe Gleichtaktspannung zu zeigen. Insbesondere ist in dem beispielhaften Zustand das über die Klemme IN+ 200 und die In- Klemme 202 angelegte Differentialsignal null (als „V_DIFF==0“ in der Figur angegeben), weist die Klemme IN+ 200 eine positive Gleichtaktspannung auf, die größer ist als die Source-Spannung Vs (als „V_CM>>V_S“ in der Figur angegeben), und weist die In- Klemme 202 die positive Gleichtaktspannung auf, die größer ist als die Source-Spannung Vs (auch „V_CM>>V_S“ in der Figur angegeben). Die Gleichtaktspannung an der Klemme IN+ 200 treibt anfänglich eine Spannung zum Knoten OUT+ 204 an, und die Spannung wird somit an den Steuereingang des FET 226 angelegt. Die Spannung erzeugt somit einen Stromfluss durch den FET 226 wie gezeigt, wobei der Stromfluss dem Spiegelknoten 214 bereitgestellt wird. Auf ähnliche Weise treibt die Gleichtaktspannung an der Klemme IN+ 202 anfänglich eine Spannung zum Knoten OUT-206 an, und die Spannung wird somit an den Steuereingang des FET 228 angelegt. Die Spannung erzeugt somit einen Stromfluss durch den FET 228 wie gezeigt, wobei der Stromfluss dem Spiegelknoten 214 bereitgestellt wird. Die durch die Transistoren der Selektorschaltung 218 am Spiegelknoten 214 induzierte Spannung erzeugt einen Spiegelstrom durch den Widerstand 208 und dann den FET 212 wie gezeigt. Ebenso erzeugt die durch die Transistoren der Selektorschaltung 218 am Spiegelknoten 214 induzierte Spannung einen Spiegelstrom durch den Widerstand 210 und dann den FET 216 wie gezeigt. In diesem Beispiel, in dem das über die Klemme IN+ 200 und die Klemme IN- 202 angelegte Differentialsignal null ist, sind die Größen der Spiegelströme ungefähr gleich.
In dem in 3 gezeigten Zustand erreicht das System sehr schnell einen Gleichgewichtszustand, in dem die Spannung am Knoten OUT+ 204 an einer Klemmenspannung geklemmt wird, die die Summe der Gate-Source-Spannung des FET 226 und der Gate-Source-Spannung des FET 212 ist. Auf ähnliche Weise wird im Gleichgewichtszustand die Spannung am Knoten OUT- 206 an einer Klemmenspannung geklemmt, die die Summe der Gate-Source-Spannung des FET 228 und der Gate-Source-Spannung des FET 216 ist. Anders ausgedrückt bewirkt der Spiegelstrom durch den Widerstand 208 einen Spannungsabfall, sodass unabhängig von der hohen positiven Größe der Gleichtaktspannung an der Klemme IN+ 200 die Spannung am Knoten OUT+ 204 an zwei Gate-Source-Spannungsabfällen geklemmt wird. Der Spiegelstrom durch den Widerstand 210 bewirkt einen ähnlichen Spannungsabfall in Bezug auf den Knoten OUT- 206.
Weiterhin Bezug nehmend auf 3 erfasst die Vorspannungsschaltung 230 in dem beispielhaften Zustand, dass die Gleichtaktspannung über einer vorbestimmten Schwelle liegt, wie durch einen Spiegelstrom durch den FET 244 erfasst. Somit stellt die beispielhafte Vorspannungssteuervorrichtung 240 somit keinen Strom an den Knoten OUT+ und Knoten OUT- bereit.
4 zeigt ein Schaltbild eines Differentialsignalempfängers, annotiert, um eine Gleichtaktspannung niedriger als 3, aber über einer vorbestimmten Schwelle zu zeigen. Insbesondere ist in dem beispielhaften Zustand das über die Klemme IN+ 200 und die In- Klemme 202 angelegte Differentialsignal null (als „V_DIFF==0“ in der Figur angegeben), weist die Klemme IN+ 200 eine positive Gleichtaktspannung auf, die niedriger als die Source-Spannung Vs, aber über der vorbestimmten Schwelle ist (als „V_S>V_CM>PT“ in der Figur angegeben), und weist die In- Klemme 202 eine positive Gleichtaktspannung auf, die niedriger als die Source-Spannung Vs, aber über der vorbestimmten Schwelle liegt (auch „Vs>Vc_M>PT“ in der Figur angegeben).
Die Gleichtaktspannung an der Klemme IN+ 200 treibt anfänglich eine Spannung zum Knoten OUT+ 204 an, und die Spannung wird somit an den Steuereingang des FET 226 angelegt. Die Spannung erzeugt somit einen Stromfluss durch den FET 226 wie gezeigt, wobei der Stromfluss dem Spiegelknoten 214 bereitgestellt wird. Auf ähnliche Weise treibt die Gleichtaktspannung an der Klemme IN+ 202 anfänglich eine Spannung zum Knoten OUT- 204 an, und die Spannung wird somit an den Steuereingang des FET 228 angelegt. Die Spannung erzeugt somit einen Stromfluss durch den FET 228 wie gezeigt, wobei der Stromfluss dem Spiegelknoten 214 bereitgestellt wird. Die an dem Spiegelknoten 214 durch die Transistoren der Selektorschaltung 218 induzierte Spannung erzeugt einen Spiegelstrom durch FET 212 und dann den Widerstand 208, wie gezeigt. Ebenso erzeugt die durch die Transistoren der Selektorschaltung 218 am Spiegelknoten 214 induzierte Spannung einen Spiegelstrom durch den Widerstand 210 und dann den FET 216 wie gezeigt. In diesem Beispiel, in dem das über die Klemme IN+ 200 und die Klemme IN- 202 angelegte Differentialsignal null ist, sind die Größen der Spiegelströme ungefähr gleich. Darüber hinaus, da die Gleichtaktspannung in 4 niedriger ist als der Zustand von 3, weisen die jeweiligen Ströme durch die Widerstände 208 und 210 in 4, eine geringere Größe als die Ströme von 3 auf.
In dem in 4 gezeigten Zustand erreicht das System erneut sehr schnell einen Gleichgewichtszustand, in dem die Spannung am Knoten OUT+ 204 an einer Klemmenspannung geklemmt wird, die die Summe der Gate-Source-Spannung des FET 226 und der Gate-Source-Spannung des FET 212 ist. Auf ähnliche Weise wird im Gleichgewichtszustand die Spannung am Knoten OUT- 206 an einer Klemmenspannung geklemmt, die die Summe der Gate-Source-Spannung des FET 228 und der Gate-Source-Spannung des FET 216 ist. Anders ausgedrückt bewirkt der Spiegelstrom durch den Widerstand 208 einen Spannungsabfall, sodass unabhängig von der positiven Größe der Gleichtaktspannung an der Klemme IN+ 200 die Spannung am Knoten OUT+ 204 an zwei Gate-Source-Spannungsabfällen geklemmt wird. Der Spiegelstrom durch den Widerstand 210 bewirkt einen ähnlichen oder identischen Spannungsabfall in Bezug auf den Knoten OUT- 206. In dem beispielhaften Zustand erfasst die Vorspannungsschaltung 230, dass die Gleichtaktspannung über einer vorbestimmten Schwelle liegt, wie durch einen Spiegelstrom durch den FET 244 erfasst. Die beispielhafte Vorspannungssteuervorrichtung 240 stellt somit keinen Strom an den Knoten OUT+ und Knoten OUT- bereit.
5 zeigt ein Schaltbild eines Differentialsignalempfängers, annotiert, um eine Gleichtaktspannung niedriger als die vorbestimmte Schwelle und über null zu zeigen. Insbesondere ist in dem beispielhaften Zustand das über die Klemme IN+ 200 und die In- Klemme 202 angelegte Differentialsignal weiterhin null (als „V_DIFF==0“ in der Figur angegeben), weist die Klemme IN+ 200 eine positive Gleichtaktspannung auf, die niedriger als die vorbestimmte Schwelle und über null ist (als „PT>Vc_M>0“ in der Figur angegeben), und weist die Klemme IN- 202 eine positive Gleichtaktspannung auf, die niedriger als die Source-Spannung Vs, aber über der vorbestimmten Schwelle liegt (auch „PT>V_CM>0“ in der Figur angegeben).
Die Gleichtaktspannung an der Klemme IN+ 200 treibt anfänglich eine Spannung zum Knoten OUT+ 204 an, und die Spannung wird somit an den Steuereingang des FET 226 angelegt. Die Spannung erzeugt somit einen Stromfluss durch den FET 226 wie gezeigt, wobei der Stromfluss dem Spiegelknoten 214 bereitgestellt wird. Auf ähnliche Weise treibt die Gleichtaktspannung an der Klemme IN+ 202 anfänglich eine Spannung zum Knoten OUT- 206 an, und die Spannung wird somit an den Steuereingang des FET 228 angelegt.
Die Spannung erzeugt somit einen Stromfluss durch den FET 228 wie gezeigt, wobei der Stromfluss dem Spiegelknoten 214 bereitgestellt wird. Die Spannung am Spiegelknoten 214 erzeugt einen Spiegelstrom durch den FET 244 der Vorspannungsschaltung 230. In diesem Fall erfasst die Vorspannungsschaltung 230 und insbesondere die Vorspannungssteuervorrichtung 240, dass die Gleichtaktspannung unter der vorbestimmten Schwelle liegt, und somit stellt die Vorspannungsschaltung 230 einen Vorspannungsstrom durch den FET 238 zum Knoten OUT+ 204 bereit und stellt einen Vorspannungsstrom durch den FET 242 an den Knoten OUT- 206 bereit. Anders ausgedrückt erfasst die Vorspannungsschaltung 233 (über FET 244) die Gate-Spannung der FETS 212 und 216, und wenn die Gate-Spannungen unter einem vorbestimmten Wert liegen (angebend, dass der Strom in FETS 226 und 228 nahe null sind), erhöht die Vorspannungssteuervorrichtung 240 den aktuellen Pegel durch Injizieren am Knoten OUT+ 204 und Knoten OUT- 206. Die Größe der Vorspannungsströme durch die FETs 238 und 242 ist etwa gleich, und die Größen sind proportional zu einem Betrag, zu dem die Gleichtaktspannung unter der vorbestimmten Schwelle liegt. Es ist zu beachten, wie der Strom durch die Widerstände 208 und 210 im Vergleich zu den vorherigen Situationen umgekehrt ist.
Ferner erzeugt die an dem Spiegelknoten 214 durch die Transistoren der Selektorschaltung 218 induzierte Spannung Spiegelströme durch den FET 212 wie gezeigt und den FET 216 wie gezeigt, die etwa gleich sind. Wiederrum erreicht das System sehr schnell einen Gleichgewichtszustand, in dem die Spannung am Knoten OUT+ 204 an der Klemmenspannung geklemmt wird, die die Summe der Gate-Source-Spannung des FET 226 und der Gate-Source-Spannung des FET 212 ist. Auf ähnliche Weise wird im Gleichgewichtszustand die Spannung am Knoten OUT- 206 an der Klemmenspannung geklemmt, die die Summe der Gate-Source-Spannung des FET 228 und der Gate-Source-Spannung des FET 216 ist. Anders ausgedrückt bewirkt der Vorspannungsstrom eine Spannung, sodass unabhängig von der Größe der Gleichtaktspannung an der Klemme IN+ 200 die Spannung am Knoten OUT+ 204 an zwei Gate-Source-Spannungsabfällen geklemmt wird. Der Vorspannungsstrom in der rechten Hälfte der Schaltung bewirkt eine ähnliche Spannung in Bezug auf den Knoten OUT- 206.
6 zeigt ein Schaltbild eines Differentialsignalempfängers, annotiert, um eine Gleichtaktspannung niedriger als null (d. h. negativ) zu zeigen. Insbesondere ist in dem beispielhaften Zustand das über die Klemme IN+ 200 und die In- Klemme 202 angelegte Differentialsignal weiterhin null (als „V_DIFF==0“ in der Figur angegeben), weist die Klemme IN+ 200 eine negative Gleichtaktspannung auf (als „Vc_M<0“ in der Figur angegeben), und weist die Klemme IN- 202 eine negative Gleichtaktspannung auf (auch als „Vc_M<0“ in der Figur angegeben).
Bei der Gleichtaktspannung an der Klemme IN+ 200 ist zunächst die Spannung am Spiegelknoten 214 niedrig, und somit erfasst die Vorspannungsschaltung 230, dass die Gleichtaktspannung unter der vorbestimmten Schwelle liegt. Anders ausgedrückt erfasst die Vorspannungsschaltung 233 (über FET 244), dass die Gate-Spannung der FETs 212 und 216 unter dem vorbestimmten Wert liegen. Die Vorspannungsschaltung 230 steigt somit den dem Knoten OUT+ 204 bereitgestellten Vorspannungsstrom und den dem OUT-Knoten 206 bereitgestellten Vorspannungsstrom linear an, bis die Spannung am Spiegelknoten 214 einen vorbestimmten Wert erreicht. Die Vorspannungsströme durch den FET 238 und den FET 242 sind wiederum in 6 gezeigt.
Der dem Knoten OUT+ 204 bereitgestellte Vorspannungsstrom treibt eine Spannung an den Steuereingang des FET 226 an. Die Spannung erzeugt somit einen Stromfluss durch den FET 226 wie gezeigt, wobei der Stromfluss dem Spiegelknoten 214 bereitgestellt wird. Auf ähnliche Weise treibt der dem Knoten OUT- 206 bereitgestellte Vorspannungsstrom eine Spannung an den Steuereingang des FET 228 an. Die Spannung erzeugt somit einen Stromfluss durch den FET 228 wie gezeigt, wobei der Stromfluss dem Spiegelknoten 214 bereitgestellt wird. Die Spannung am Spiegelknoten 214 erzeugt einen Spiegelstrom durch den FET 244 der Vorspannungsschaltung 230. Wenn die Vorspannungsschaltung 230 versucht, den Spiegelknoten 214 auf dem vorbestimmten Wert zu erreichen und zu halten, erreicht die Schaltung sehr schnell einen Gleichgewichtszustand, in dem die Spannung am Knoten OUT+ 204 an der Klemmenspannung geklemmt wird, die die Summe der Gate-Source-Spannung des FET 226 und der Gate-Source-Spannung des FET 212 ist. Wie zuvor ist in diesem Beispiel die Größe der Vorspannungsströme durch die FETs 238 und 242 etwa gleich (dank der gemeinsamen Gate-Spannung), und es folgt, dass die Größen der Vorspannungsströme proportional zu einem Absolutwert der Größe der Gleichtaktspannung (plus Größe der vorbestimmten Schwelle) sind. Anders ausgedrückt bewirkt der Stromfluss eine Spannung, sodass unabhängig von der negativen Größe der Gleichtaktspannung an der Klemme IN+ 200 die Spannung am Knoten OUT+ 204 zwei Gate-Source-Spannungsabfälle ist. Der Stromfluss in der rechten Hälfte der Schaltung bewirkt eine ähnliche Spannung in Bezug auf den Knoten OUT- 206.
Zusammengefasst, bevor fortgefahren wird, adressiert der beispielhafte Differentialsignalempfänger 116 Gleichtaktspannungen, die im Bereich von im Überschuss der Spannungsquelle Vs bis negativ (d. h. niedriger als die Bezugsspannung) liegen. In Fällen, in denen die Gleichtaktspannung über der vorbestimmten Schwelle liegt, bewirkt der beispielhafte Differentialsignalempfänger 116 Spiegelstromflüsse in den FETs 212 und 216, sodass die Spannungen am Knoten OUT+ 204 und am Knoten OUT- 206 an zwei Gate-zu-Source-Spannungen geklemmt werden. In Fällen, in denen die Gleichtaktspannung unter der vorbestimmten Schwelle liegt, einschließlich Fälle, in denen die Gleichtaktspannung negativ ist, treibt der beispielhafte Differentialsignalempfänger 116 Vorspannungsströme an den Knoten OUT+ 204 und Knoten OUT- 206 an, um den Knoten OUT+ 204 und den Knoten OUT- 206 erneut an zwei Gate-Source-Spannungen zu klemmen. Somit ist jeder Vorspannungsstrom proportional zu einer Gesamtmenge, die Gleichtaktspannung liegt unter der vorbestimmten Schwelle. Man bemerke ebenso, wie sich die Stromrichtung in den Widerständen 208 und 210 als Gleichtaktspannungsänderungen ändert - für eine hohe Gleichtaktspannung fließt der Strom von dem IN-Klemme zu den OUT-Knoten und für eine niedrige Gleichtaktspannung fließt der Strom von den OUT-Klemmen zu den IN-Klemmen. Die Patentschrift wendet sich nun den Überlegungen der Nicht-Null-Differentialsignale zu, die gleichzeitig mit den verschiedenen Gleichtaktspannungen angelegt werden.
7 zeigt ein Schaltbild eines Differentialsignalempfängers, annotiert, um eine hohe Gleichtaktspannung und ein positives Differentialsignal zu zeigen. Insbesondere zeigt 7 den Differentialsignalempfänger 116 in einer Kurznotation, wobei die Vorspannungsschaltung 230 (2) weggelassen wird, jedoch mit dem Verständnis, dass die Vorspannungsschaltung 230 noch implementiert ist. Im Beispielzustand ist das über die Klemme IN+ 200 und die Klemme IN- 202 angelegte Differentialsignal positiv (als „V_DIFF POSITIVE“ in der Figur angegeben). Ein „positives“ Differentialsignal wird willkürlich ausgewählt, um zu bedeuten, dass die angelegte Differentialspannung auf der Klemme IN+ positiver ist. Die Klemme IN+ 200 weist eine positive Gleichtaktspannung auf, die größer ist als die Source-Spannung Vs (als „V_CM>>V_S“ in der Figur angegeben), und die Klemme IN- 202 weist eine positive Gleichtaktspannung auf, die größer ist als die Source-Spannung V_S („V_CM>>V_S“ in der Figur angegeben).
Die Gleichtaktspannung an der Klemme IN+ 200 treibt anfänglich eine Spannung zum Knoten OUT+ 204 an, und die Spannung wird somit an den Steuereingang des FET 226 angelegt. Die Spannung erzeugt somit einen Stromfluss durch den FET 226 wie gezeigt, wobei der Stromfluss dem Spiegelknoten 214 bereitgestellt wird. Da jedoch das Differentialsignal positiv ist und die Klemme IN+ 200 eine höhere Spannung als die Klemme IN- 202 aufweist, weist das Gate des FET 228 relativ zur Source eine niedrigere Spannung auf, und somit ist der FET 228 nicht leitend oder weniger leitend, abhängig von der Größe des Differentialsignals V_DIFF.
Die durch FET 226 der Selektorschaltung 218 am Spiegelknoten 214 induzierte Spannung erzeugt einen Spiegelstrom durch den Widerstand 208 und den FET 212 wie gezeigt. Ebenso erzeugt die am Spiegelknoten 214 durch den FET 226 der Selektorschaltung 218 induzierte Spannung einen Spiegelstrom von etwa derselben Größe durch den Widerstand 210 und den FET 216 wie gezeigt. Da die Spannung an der Klemme IN- 202 niedriger als die Spannung an der Klemme IN+ 200 ist, wie durch das positive Differentialsignal verursacht, und der Stromfluss durch die Widerstände 210 und FET 216 etwa gleich der Stromstärke in der linken Hälfte der Schaltung ist, ist die Spannung am Knoten OUT+ 204 im Vergleich zum Knoten OUT- 206 höher, mit dem gleichen Wert wie die Klemme IN+ 200 im Vergleich zur Klemme IN- 202. Somit wird in dieser beispielhaften Situation der Knoten OUT+ 204 geklemmt (z. B. an den zwei Gate-Source-Spannungen), und die Spannung am Knoten OUT- 206 ist niedriger proportional zur momentanen Differentialspannung und liegt zwischen Spannung am Knoten OUT- 2004 und Masse, abhängig von der Eingangsspannung V_DIFF.
8 zeigt ein Schaltbild eines Differentialsignalempfängers, annotiert, um eine hohe Gleichtaktspannung und ein negatives Differentialsignal zu zeigen. Insbesondere zeigt 8 den Differentialsignalempfänger 116 in der Kurznotation. Im Beispielzustand ist das über die Klemme IN+ 200 und die Klemme IN- 202 angelegte Differentialsignal negativ (als „V_DIFF NEGATIVE“ in der Figur angegeben). Die Klemme IN+ 200 weist erneut eine positive Gleichtaktspannung auf, die größer ist als die Source-Spannung Vs (als „V_CM>>V_S“ in der Figur angegeben), und die Klemme IN- 202 weist erneut eine positive Gleichtaktspannung auf, die größer ist als die Source-Spannung Vs („V_CM>>V_S“ in der Figur angegeben).
Die Gleichtaktspannung treibt an der Klemme IN+ 202 anfänglich eine Spannung zum Knoten OUT- 206 an, und die Spannung wird somit an den Steuereingang des FET 228 angelegt. Die Spannung erzeugt somit einen Stromfluss durch den FET 228 wie gezeigt, wobei der Stromfluss dem Spiegelknoten 214 bereitgestellt wird. Da jedoch das Differentialsignal negativ ist und die Klemme IN- 202 eine höhere Spannung als die Klemme IN+ 200 aufweist, weist das Gate des FET 226 relativ zur Source eine niedrigere Spannung auf, und somit ist der FET 226 nicht leitend oder weniger leitend.
Die durch FET 228 der Selektorschaltung 218 am Spiegelknoten 214 induzierte Spannung erzeugt einen Spiegelstrom durch den Widerstand 210 und den FET 216 wie gezeigt. Ebenso erzeugt die am Spiegelknoten 214 durch den FET 228 der Selektorschaltung 218 induzierte Spannung einen Spiegelstrom durch den Widerstand 208 und den FET 212 wie gezeigt. Da die Spannung an der Klemme IN- 202 höher als die Spannung an der Klemme IN+ 200 ist, wie durch das negative Differentialsignal verursacht, und der Stromfluss durch die Widerstände 210 und FET 216 etwa gleich der Stromstärke in der linken Hälfte der Schaltung ist, ist die Spannung am Knoten OUT+ 204 im Vergleich zum Knoten OUT- 206 niedriger, mit dem gleichen Wert wie die Klemme IN+ 200 im Vergleich zur Klemme IN-202. Somit wird in der beispielhaften Situation der Knoten OUT- 206 (z. B. an den zwei Gate-Source-Spannungen) geklemmt, und die Spannung am Knoten OUT+ 204 ist proportional zur momentanen Differentialspannung.
9 zeigt ein Schaltbild eines Differentialsignalempfängers, annotiert, um eine Gleichtaktspannung unter der vorbestimmten Schwelle und ein positives Differentialsignal zu zeigen. Insbesondere zeigt 9 den Differentialsignalempfänger 116 in der Kurznotation. Im Beispielzustand ist das über die Klemme IN+ 200 und die Klemme IN-202 angelegte Differentialsignal positiv (als „V_DIFF POSITIVE“ in der Figur angegeben). Die Klemme IN+ 200 weist wieder eine Gleichtaktspannung auf, die kleiner als die vorbestimmte Schwelle ist (angegeben als „Vc_M<PT“ in der Figur) und die Klemme IN- 202 weist eine Gleichtaktspannung auf, die kleiner als die vorbestimmte Schwelle ist (auch als „V_CM<PT“ in der Figur angegeben). Die Gleichtaktspannung, die kleiner als die vorbestimmte Schwelle ist, deckt sowohl die Situation, in der die Gleichtaktspannung positiv als auch unter der vorbestimmten Schwelle ist, als auch den Fall ab, in dem die Gleichtaktspannung negativ ist, wie nur die Größen der Vorspannungsströme, die Vorspannungsschaltung 230 bereitstellen, sich wie zwischen diesen zwei Zuständen ändern.
Da die Gleichtaktspannung in diesem Beispiel unter der vorbestimmten Schwelle liegt, treibt die Vorspannungsschaltung 230 (nicht spezifisch gezeigt, 2) einen Vorspannungsstrom an den Knoten OUT+ 204 an, wie gezeigt, und treibt ähnlich einen Vorspannungsstrom an den Knoten OUT- 206 an, wie gezeigt. Aufgrund des Vorspannungsstroms in den Knoten OUT+ 204 zusammen mit dem positiven Differentialsignal erzeugt eine Spannung am Knoten OUT+ 204 einen Stromfluss durch den FET 226, wie gezeigt. In diesem Fall, da das Differentialsignal positiv ist und die Klemme IN+ 200 eine höhere Spannung als die Klemme IN- 202 aufweist, ist der Strom in den Widerständen 208 und 210 etwa gleich oder identisch, und das Gate des FET 228 weist eine niedrigere Spannung relativ zu der Source auf, und somit ist der FET 228 nicht leitend (oder weniger leitfähig).
Mindestens ein Teil des dem Knoten OUT+ 204 bereitgestellten Vorspannungsstroms fließt durch den FET 212, und jeder des Vorspannungsstroms, der nicht durch den FET 212 fließt, fließt vom Knoten OUT+ 204 durch den Widerstand 208 zu der Klemme IN+ 200, wie gezeigt. Somit wird der Knoten OUT+ 204 (z. B. an zwei Gate-zu-Source-Spannungen) geklemmt. Ebenso fließt mindestens ein Teil des dem Knoten OUT- 206 bereitgestellten Vorspannungsstroms durch den FET 216, und jeder des Vorspannungsstroms, der nicht durch den FET 216 fließt, fließt vom Knoten OUT- 206 durch den Widerstand 210 zu der Klemme IN- 202, wie gezeigt. Da jedoch die Ströme in den FETs 212 und 216 gleich oder ungefähr gleich sind, sind die Ströme in den Widerständen 208 und 210 ebenfalls gleich oder ungefähr gleich. Somit wird in der beispielhaften Situation der Knoten OUT+ 204 (z. B. an den zwei Gate-Source-Spannungen) geklemmt, und die Spannung am Knoten OUT- 206 ist um die Größe der momentanen Differentialspannung niedriger. Anders ausgedrückt ist der Vorspannungsstrom des Widerstands 208 und 210 für die gemeinsame Zustandsverschiebung von IN nach OUT verantwortlich, und der überschüssige Strom wird durch die FETS 212 und 216 an die Masse geleitet.
10 zeigt ein Schaltschema eines Differentialsignalempfängers, annotiert, um eine negative Gleichtaktspannung und ein negatives Differentialsignal gemäß mindestens einigen Ausführungsformen zu zeigen. Insbesondere zeigt 10 den Differentialsignalempfänger 116 in der Kurznotation. Im Beispielzustand ist das über die Klemme IN+ 200 und die Klemme IN- 202 angelegte Differentialsignal negativ (als „V_DIFF NEGATIVE“ in der Figur angegeben). Die Klemme IN+ 200 weist wieder eine Gleichtaktspannung auf, die kleiner als die vorbestimmte Schwelle ist (angegeben als „V_CM<PT“ in der Figur) und die Klemme IN-202 weist wiederum eine Gleichtaktspannung auf, die niedriger als die vorbestimmte Schwelle ist (auch als „V_CM<PT“ in der Figur angegeben). Die Gleichtaktspannung, die kleiner als die vorbestimmte Schwelle ist, deckt sowohl die Situation, in der die Gleichtaktspannung positiv als auch unter der vorbestimmten Schwelle ist, als auch den Fall ab, in dem die Gleichtaktspannung negativ ist, wie die nur die Größen der Vorspannungsströme, die durch Vorspannungsschaltung 230 bereitgestellt werden, sich wie zwischen diesen zwei Zuständen ändern.
Da die Gleichtaktspannung in diesem Beispiel unter der vorbestimmten Schwelle liegt, treibt die Vorspannungsschaltung 230 (nicht spezifisch gezeigt, 2) einen Vorspannungsstrom an den Knoten OUT+ 204 an, wie gezeigt, und treibt ähnlich einen Vorspannungsstrom an den Knoten OUT- 206 an, wie gezeigt. Aufgrund des Vorspannungsstroms in den Knoten OUT- 204 zusammen mit dem negativen Differentialsignal erzeugt eine Spannung am Knoten OUT- 204 einen Stromfluss durch den FET 228, wie gezeigt. Da jedoch das Differentialsignal negativ ist und die Klemme IN- 202 eine höhere Spannung als die Klemme IN+ 200 aufweist, weist das Gate des FET 226 relativ zur Source eine niedrigere Spannung auf, und somit ist der FET 226 nicht leitend oder weniger leitend.
Mindestens ein Teil des dem Knoten OUT- 206 bereitgestellten Vorspannungsstroms fließt durch den FET 216, und jeder Vorspannungsstrom, der nicht durch den FET 216 fließt, fließt vom Knoten OUT- 206 durch den Widerstand 210 zu der Klemme IN- 202, wie gezeigt. Somit wird der Knoten OUT- 206 (z. B. an zwei Gate-zu-Source-Spannungen) geklemmt. Auf ähnliche Weise fließt mindestens ein Teil des dem Knoten OUT+ 204 bereitgestellten Vorspannungsstroms durch den FET 212, und jeder Vorspannungsstrom, der nicht durch den FET 212 fließt, fließt vom Knoten OUT+ 204 durch den Widerstand 208 zu der Klemme IN+ 200, wie gezeigt. Da jedoch die Spannung an der Klemme IN+ 200 niedriger ist als die Spannung an der Klemme IN- 202, wie durch das negative Differentialsignal verursacht, und der gleiche Vorspannungsstrom durch den Widerstand 208 und 210 fließt, fließt die Spannung des Knotens OUT+ niedriger als die Spannung des Knotens OUT-. Somit wird in der beispielhaften Situation der Knoten OUT- 206 (z. B. an den zwei Gate-Source-Spannungen) geklemmt, und die Spannung am Knoten OUT+ 204 ist um die Größe der momentanen Differentialspannung niedriger.
Die Patentschrift beschreibt bis zu diesem Punkt beispielhafte Fälle, in denen die Vorspannungsschaltung 230 die Vorspannungsströme nur dann bereitstellt, wenn die Gleichtaktspannung unter der vorbestimmten Schwelle liegt. Die Gleichtaktspannung kann jedoch in bestimmten Situationen schnell schwingen, und, damit der Empfänger 116 schnell auf die Gleichtaktspannung reagiert, kann in noch weiteren Fällen die Vorspannungsschaltung 230 zu jedem Zeitpunkt Vorspannungsströme bereitstellen. Wenn zum Beispiel die Gleichtaktspannung über der vorbestimmten Schwelle liegt, kann die Vorspannungsschaltung 230 die FETS 238 und 242 antreiben, um den jeweiligen konstanten Vorspannungsstrom bereitzustellen, und dann kann die Vorspannungsschaltung 230 die Vorspannungsströme linear ansteigen, wenn die Gleichtaktspannung unter die vorbestimmte Schwelle fällt. In anderen Fällen kann die Vorspannungsschaltung 230 jederzeit Vorspannungsströme bereitstellen, wobei die Größe der Vorspannungsströme umgekehrt proportional zur Gleichtaktspannung ist. Ferner kann die Vorspannungsschaltung 230 so gestaltet und konstruiert sein, dass jeweilige Vorspannungsströme unabhängig von der Größe der Gleichtaktspannung bereitgestellt werden. Das heißt, die Vorspannungsschaltung 230 kann so gestaltet und konstruiert sein, dass sie einen konstanten Vorspannungsstrom bereitstellt.
11 zeigt einige Diagramme abhängig der Zeit während des Betriebs des beispielhaften Differentialsignalempfängers 116. Insbesondere zeigt das obere Diagramm 1100 die Spannung abhängig von der Zeit, die über die Klemme IN+ 200 und die Klemme IN- 202 angelegt wird. Das Diagramm 1102 zeigt sowohl die Spannung abhängig von der Zeit am Knoten OUT+ 204 als auch separat die Spannung abhängig von der Zeit am OUT-Knoten 206. Das Diagramm 1104 zeigt die Differentialspannung abhängig von der Zeit, die Differentialspannung über den Knoten OUT+ 204 und den Knoten OUT- 206.
Bezug nehmend zunächst auf das Diagramm 1100. Das obere Diagramm 1100 zeigt als ein Beispiel die Spannung abhängig von der Zeit, die über die Klemme IN+ 200 und die Klemme IN- 202 angelegt wird. In der beispielhaften Situation des Diagramms 1100 ist das Differentialsignal 1106 als auf einer negativen Gleichtaktspannung von etwa -15 V „reitend“ gezeigt. Das heißt, die Differentialspannung zusammen mit der Gleichtaktspannung bewirkt, dass die Spannung, die über der Klemme IN+ 200 und der Klemme IN- 202 genommen wird, um die beispielhafte Gleichtaktspannung von -15 V, gezeigt durch die gestrichelte Linie 1108, ansteigt und fällt.
Das Diagramm 1102 zeigt eine Spannung abhängig von der Zeit auf dem Knoten OUT+ 204 relativ zu der Bezugsspannung (z. B. Masse, Netzspannung) des Differentialsignalempfängers 116, die Spannung im Folgenden Spannung OUT+ 1110. Das Diagramm 1102 zeigt auch eine Spannung abhängig von der Zeit auf dem Knoten OUT- 206 relativ zu der Bezugsspannung, die Spannung im Folgenden Spannung OUT- 1112. Wenn das Differentialsignal 1106 ansteigt, steigt die Spannung OUT- 1110 an, wird jedoch im Beispiel bei etwa 2,1 V geklemmt. Wenn das Differentialsignal 1106 ansteigt, fällt die Spannung OUT- 1112 mit einer Neigung, die umgekehrt proportional zur Neigung des ansteigenden Differentialsignals 1106 ist, was einen negativen Wendepunkt zum Zeitpunkt erreicht, zu dem das Differentialsignal 1106 seinen positiven Wendepunkt erreicht.
Auf der anderen Seite, wenn das Differentialsignal 1106 fällt, steigt die Spannung OUT-1112 an, wird jedoch dann im Beispiel bei etwa 2,1 V geklemmt. Wenn das Differentialsignal 1106 fällt, fällt die Spannung OUT+ 1110 mit einer Neigung, die proportional zur Neigung des fallenden Differentialsignals 1106 ist, was einen negativen Wendepunkt zum Zeitpunkt erreicht, zu dem das Differentialsignal 1106 seinen negativen Wendepunkt erreicht. Das Diagramm 1104 zeigt eine Ausgangsspannung 1114 des Differentialsignalempfängers 116, genommen über den Knoten OUT+ 204 und den Knoten OUT- 206. Die Ausgangsspannung 1114 spiegelt das Differentialsignal trotz der negativen Gleichtaktspannung genau wider. Der gemeinsamen Gate-Spannung von FETS 212 und 216 zuteilbar, ist der Strom in den FETS etwa gleich und das Differentialsignal an der Klemme IN+ 200 und Klemme IN- 202 ist über den Knoten OUT+ 204 und Knoten OUT- 206 mit wenig oder keiner Dämpfung verfügbar.
12 zeigt einen weiteren beispielhaften Differentialsignalempfänger 116. Der beispielhafte Differentialsignalempfänger 116 von 12 umfasst ferner einen Widerstand 1200, der zwischen der Source-Spannung Vs und dem Drain des FET 226 gekoppelt ist, und einen Widerstand 1202, der zwischen der Source-Spannung Vs und dem Drain des FET 228 gekoppelt ist. In einigen Fällen ist der Widerstand des Widerstands 1200 derselbe wie der Widerstand des Widerstands 1202 innerhalb von Herstellungstoleranzen. Die beispielhaften Ströme durch die FETs 226 und 228 der Selektorschaltung 218, wie vorstehend ausführlich erörtert, erzeugen Spannungen an einem alternativen Knoten OUT+ 1204 und einen alternativen Knoten OUT- 1206. Der Differentialsignalempfänger 116 arbeitet ansonsten wie zuvor beschrieben, aber das Differentialsignal kann über den alternativen Knoten OUT+ 1204 und einen alternativen Knoten OUT- 1206 anstelle des Knotens OUT+ 204 und eines alternativen Knotens OUT- 206 erkannt oder extrahiert werden.
13 ein Verfahren zeigt, gemäß mindestens einigen Ausführungsformen. Insbesondere beginnt das Verfahren (Block 1300) und umfasst: Empfangen eines ersten Differentialsignals auf einem Differentialsignalleitungspaar, wobei das erste Differentialsignal eine Gleichtaktspannung begleitet, die relativ zu einer Bezugsspannung des Differentialsignalempfängers positiv ist (Block 1302); Klemmen, wenn das erste Differentialsignal positiv ist, eines Knotens OUT+ bei einer ersten Spannung (Block 1304); und Klemmen, wenn das erste Differentialsignal negativ ist, des Knotens OUT- bei einer zweiten Spannung (Block 1306). Danach endet das beispielhafte Verfahren (Block 1308).
Viele der elektrischen Verbindungen in den Zeichnungen sind als Direktkopplungen ohne Zwischenvorrichtungen gezeigt, aber nicht ausdrücklich als solche in der vorstehenden Beschreibung angegeben. Dennoch dient dieser Absatz als Bezugsgrundlage in den Ansprüchen für in der Zeichnung gezeigte elektrische Verbindungen ohne Zwischenvorrichtung(en), um jede elektrische Verbindung als „direkt gekoppelt“ zu bezeichnen.
Die obenstehende Erläuterung ist zu Illustrationszwecken der Prinzipien und der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gedacht. Zahlreiche Variationen und Modifikationen werden für den Fachmann ersichtlich, sobald die vorstehende Offenbarung vollständig verstanden ist. Zum Beispiel können Treibermodule mit anderen Treibermodulen zusammengeschaltet werden, und somit kann ein Antriebsmodul (z. B. das Treibermodul 104) als eine Lichtsteuervorrichtung (wie die Lichtsteuervorrichtung 102) betrachtet werden. Anders ausgedrückt kann das Treibermodul 104 als Lichtsteuervorrichtung für nachgelagerte Treibermodule in einer Daisy-Chain-Anordnung fungieren. Ferner könnte der Widerstand 246 durch eine Gleichstromquelle ersetzt werden, um die FETs 226 und 228 vorzuspannen. Es ist beabsichtigt, dass die folgenden Ansprüche so interpretiert werden, dass sie alle solchen Variationen und Modifikationen einschließen.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Differentialsignalempfängers, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen eines ersten Differentialsignals auf einem Differentialsignalleitungspaar, wobei das erste Differentialsignal eine Gleichtaktspannung begleitet, die relativ zu einer Bezugsspannung des Differentialsignalempfängers positiv ist; Klemmen, wenn das erste Differentialsignal positiv ist, eines Knotens OUT+ bei einer ersten Spannung; und Klemmen, wenn das erste Differentialsignal negativ ist, eines Knotens OUT- bei einer zweiten Spannung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Klemmen des Knotens OUT+ an der ersten Spannung ferner umfasst: Fließen eines ersten Stroms durch einen ersten Transistor einer Selektorschaltung und Erzeugen eines ersten Spiegelstroms, der von dem Knoten OUT+ weg fließt, um den Knoten OUT+ mit der ersten Spannung zu klemmen, wobei der erste Spiegelstrom auf dem ersten Strom basiert; und Unterlassen des Fließen des Stroms durch einen zweiten Transistor der Selektorschaltung und Erzeugen eines zweiten Spiegelstroms von dem Knoten OUT- weg, wobei der zweite Spiegelstrom auf dem ersten Strom basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Empfangen eines zweiten Differentialsignals auf dem Differentialsignalleitungspaar, wobei das zweite Differentialsignal eine Gleichtaktspannung begleitet, die relativ zu der Bezugsspannung des Differentialsignalempfängers negativ ist; Zuführen eines Vorspannungsstroms an den Knoten OUT+ durch den Differentialsignalempfänger und Zuführen eines Vorspannungsstroms an den Knoten OUT-; Klemmen, wenn das zweite Differentialsignal positiv ist, des Knotens OUT+ mit einer dritten Spannung; und Klemmen, wenn das zweite Differentialsignal negativ ist, des Knotens OUT- mit einer vierten Spannung.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, wenn das erste Differentialsignal über das Differentialsignalleitungspaar null ist und die Gleichtaktspannung unter einer ersten vorbestimmten Schwelle liegt, die ungleich Null und positiv ist, Klemmen des Knotens OUT+ und des Knotens OUT- mit einer dritten Klemmspannung.
Differentialsignalempfänger, umfassend: eine Klemme IN+, eine Klemme IN-, einen Knoten OUT+ und einen Knoten OUT-; einen ersten Widerstand mit einem ersten Widerstand, wobei der erste Widerstand zwischen der Klemme IN+ und dem Knoten OUT+ gekoppelt ist; einen zweiten Widerstand mit einem zweiten Widerstand, wobei der zweite Widerstand zwischen der Klemme IN- und dem OUT-Knoten gekoppelt ist; einen ersten Transistor mit einer ersten Verbindung, die mit dem Knoten OUT+ gekoppelt ist, einer zweiten Verbindung, die mit einer Bezugsspannung gekoppelt ist, und einem Steuereingang; einen zweiten Transistor mit einer ersten Verbindung, die mit dem Knoten OUTgekoppelt ist, einer zweiten Verbindung, die mit der Bezugsspannung gekoppelt ist, und einem Steuereingang, der mit dem Steuereingang des ersten Transistors gekoppelt ist; und eine Selektorschaltung, die einen Plusanschluss definiert, der mit dem Knoten OUT+ gekoppelt ist, einen Minusanschluss, der mit dem Knoten OUT- gekoppelt ist, und einen Spiegelausgang, der mit dem Steuereingang des ersten Transistors und dem Steuereingang des zweiten Transistors gekoppelt ist, wobei die Selektorschaltung dazu konfiguriert ist, wenn eine Gleichtaktspannung auf der IN+ und der Klemme IN- positiv ist, den Spiegelausgang anzutreiben, der proportional zu einer Größe der Gleichtaktspannung ist.
Leistungswandler nach Anspruch 5, wobei die Selektorschaltung ferner umfasst: einen dritten Transistor mit einer ersten Verbindung, die mit einer Spannungsquelle gekoppelt ist, eine zweite Verbindung, die mit dem Spiegelausgang gekoppelt ist, und einen Steuereingang, der mit dem Knoten OUT+ gekoppelt ist; und einen vierten Transistor mit einer ersten Verbindung, die mit der Spannungsquelle gekoppelt ist, einer zweiten Verbindung, die mit dem Spiegelausgang gekoppelt ist, und einem Steuereingang, der mit dem Knoten OUT- gekoppelt ist.
Differentialsignalempfänger nach Anspruch 5, ferner umfassend eine Vorspannungsschaltung, wobei die Vorspannungsschaltung umfasst: einen positiven Antriebsausgang, der mit dem Knoten OUT+ gekoppelt ist; einen negativen Antriebsausgang, der mit dem Knoten OUT- gekoppelt ist; einen Erfassungseingang, der mit dem Spiegelausgang gekoppelt ist. und wobei die Vorspannungsschaltung dazu konfiguriert ist, wenn die Gleichtaktspannung unter einer vorbestimmten Schwelle liegt, einen Vorspannungsstrom zum Knoten OUT+ anzutreiben und einen Vorspannungsstrom zum Knoten OUT- anzutreiben, wobei die Vorspannungsströme proportional zu einem Betrag sind, die Größe der Gleichtaktspannung unter der vorbestimmten Schwelle liegt.
Lichtsteuersystem, umfassend: eine Lichtsteuervorrichtung, die ein Differentialsignalleitungspaar definiert, das einen ersten Leiter und einen zweiten Leiter umfasst; ein Treibermodul, das über das Differentialsignalleitungspaar mit der Lichtsteuervorrichtung gekoppelt ist, wobei das Treibermodul einen Differentialsignalempfänger einschließt, der umfasst: eine Klemme IN+, die mit dem ersten Leiter gekoppelt ist, eine Klemme IN-, die mit dem zweiten Leiter gekoppelt ist, einen OUT-Knoten und einen OUT-Knoten; einen ersten Widerstand mit einem ersten Widerstandswert, wobei der erste Widerstand zwischen der Klemme IN+ und dem Knoten OUT+ gekoppelt ist; einen zweiten Widerstand mit einem zweiten Widerstandswert, wobei der zweite Widerstand zwischen der Klemme IN- und dem OUT-Knoten gekoppelt ist; einen ersten Transistor mit einer ersten Verbindung, die mit dem Knoten OUT+ gekoppelt ist, einer zweiten Verbindung, die mit einer Bezugsspannung gekoppelt ist, und einem Steuereingang; einen zweiten Transistor mit einer ersten Verbindung, die mit dem Knoten OUT- gekoppelt ist, einer zweiten Verbindung, die mit der Bezugsspannung gekoppelt ist, und einem Steuereingang, der mit dem Steuereingang des ersten Transistors gekoppelt ist; und eine Selektorschaltung, die einen Plusanschluss definiert, der mit dem Knoten OUT+ gekoppelt ist, einen Minusanschluss, der mit dem Knoten OUT- gekoppelt ist, und einen Spiegelausgang, der mit dem Steuereingang des ersten Transistors gekoppelt ist, wobei die Selektorschaltung dazu konfiguriert ist, wenn eine Gleichtaktspannung auf der IN+ und der Klemme IN- positiv ist, den Spiegelausgang anzutreiben, der proportional zu einer Größe der Gleichtaktspannung ist.
Lichtsteuersystem nach Anspruch 8, wobei die Selektorschaltung ferner umfasst: einen dritten Transistor mit einer ersten Verbindung, die mit einer Spannungsquelle gekoppelt ist, eine zweite Verbindung, die mit dem Spiegelausgang gekoppelt ist, und einen Steuereingang, der mit dem Knoten OUT+ gekoppelt ist; und einen vierten Transistor mit einer ersten Verbindung, die mit der Spannungsquelle gekoppelt ist, einer zweiten Verbindung, die mit dem Spiegelausgang gekoppelt ist, und einem Steuereingang, der mit dem Knoten OUT- gekoppelt ist.
Lichtsteuersystem nach Anspruch 8, wobei der Differentialsignalempfänger ferner eine Vorspannungsschaltung umfasst, wobei die Vorspannungsschaltung umfasst: einen positiven Antriebsausgang, der mit dem Knoten OUT+ gekoppelt ist; einen negativen Antriebsausgang, der mit dem Knoten OUT- gekoppelt ist; einen Erfassungseingang, der mit dem Spiegelausgang gekoppelt ist und wobei die Vorspannungsschaltung dazu konfiguriert ist, wenn die Gleichtaktspannung unter einer vorbestimmten Schwelle liegt, einen Vorspannungsstrom zum Knoten OUT+ anzutreiben und einen Vorspannungsstrom zum Knoten OUT- anzutreiben, wobei die Vorspannungsströme proportional zu einem Betrag sind, die Größe der Gleichtaktspannung unter der vorbestimmten Schwelle liegt.