DE10245673B4

DE10245673B4 - Stummabschaltung zum Erzeugen einer Stummabstimmwellenform für den USB 2.0

Info

Publication number: DE10245673B4
Application number: DE10245673A
Authority: DE
Inventors: Kwang-II Ichon Park
Original assignee: Hynix Semiconductor Inc
Current assignee: MagnaChip Semiconductor Ltd
Priority date: 2001-12-18
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2022-10-01
Also published as: DE10245673A1

Abstract

Stummabstimmschaltung mit:
einem ersten Differenzverstärker zum Empfange eines ersten und zweiten Eingangssignals zum Abtasten einer ersten Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Eingangssignal und zum Ausgeben eines ersten Abtastsignals, wenn die erste Spannungsdifferenz über einem bestimmten positiven Wert ist;
einem zweiten Differenzverstärker zum Empfangen des ersten und zweiten Eingangssignals zum Abtasten einer zweiten Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Eingangssignal und zum Ausgeben eines zweiten Abtastsignals, wenn die zweite Spannungsdifferenz über einem bestimmten negativen Wert ist;
einer Einheit zum Bestimmen eines Offset-Stromes, welche an den ersten und zweiten Differenzverstärker zum jeweiligen Kontrollieren des ersten und zweiten Offset-Stromes des ersten und zweiten Differenzverstärkers zum Bestimmen des bestimmten positiven und negativen Wertes gekoppelt ist; und
einer Ausgangseinheit zum Ausgeben eines Stummabstimmsignals in Abhängigkeit von dem ersten und zweiten Abtastsig- nal.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stummabstimmschaltung zum Erzeugen einer in dem universal serial bus (USB) 2.0 vorgeschriebenen Stummabstimmwellenform; und insbesondere eine Stummabstimmschaltung, die in der Lage ist zu detektieren, ob ein Absolutwert einer Eingangsspannung über einer bestimmten Spannungsdifferenz ist oder nicht.
Hintergrund der Erfindung
Im allgemeinen ist eine Stummabstimmschaltung bzw. Squelch-Schaltung zum Reduzieren des Rauschens von Signalen, welche von Telekommunikationsausrüstungen empfangen werden, eingesetzt worden. Wenn ein Rauschen eines Eingangssignals z.B. über einem bestimmten Wert liegt, stoppt die Stummabstimmschaltung in einem Empfänger das Empfangen der Signale, um das Eingangsrauschen von außerhalb nicht durch einen Ausgangsanschluss in dem Empfänger auszugeben, und sie blockiert automatisch die Leistung des Empfängers. Des weiteren ist die Stummabstimmschaltung auf anderen Gebieten in vielfältigen Schaltungen breit eingesetzt worden, von denen gefordert ist, ein Signal auszugeben, wenn es über einem bestimmten Wert liegt.

Eine typische Schaltung des Standes der Technik beinhaltet die US 4 991 227 . Hier wird eine Rauschunterdrückungsschaltung mit variablem Abrauscheffekt und variabler Hysterese beschrieben.

Falls die Empfangssignalstärke kurz vor dem Fading mehr als das vorbestimmte Triggerlevel besitzt, wird der Schwellwert erhöht. Ein Pufferverstärker lädt einen Kondensator respektive einer Spannung, die proportional zur Stärke des empfangenen Trägers ist. Falls der Träger unter eine Schwelle fällt, wird der Puffer gesperrt und der Kondensator langsam durch einen Widerstand entladen. Wenn die Spannung am Kondensator eine Referenzspannung kreuzt, schaltet der Ausgang eines Komparators, wobei der Audioverstärker des Radioempfängers deaktiviert wird. Wenn der Ausgang des Puffers innerhalb eines spezifizierten Bereichs liegt, schaltet eine Feedback-Kontrolleinrichtung einen variablen Hysteresefeedbackschaltkreis, so dass die ins Negative gehende Schwelle des Komparators von einem Schwellwert auf einen anderen geschalten.

In der US 5 408 694 wird eine Empfängerrauschunterdrückungsschaltung mit einem programmierbaren Gleichstromschwellwert beschrieben. Die Rauschunterdrückungsschaltung beinhaltet einen Eingangsschaltkreis, der auf ein Eingangssignal mit einem Entscheidungssignal antwortet, wenn der Gleichspannungswert des Eingangssignals die vorbestimmte Schwelle kreuzt. Ein programmierbares Kontrollnetzwerk variiert selektiv den vorbestimmten Schwellwert.

Die EP 0 422 619 A2 behandelt verbesserte Transceiver eines lokalen Netzwerkes (LAN) zur Implementierung von Kommunikationsprotokollen auf einem Doppelkabel für ein LAN-System, wobei dazu differentielle Leistungstreiber eingesetzt werden. Ein solcher Leistungsstreiber weist ein erstes und ein zweites Paar an MOS Transistorvorrichtungen auf, wobei jedes Paar aufweist: eine PMOS Transistorvorrichtung und eine NMOS Transistorvorrichtung, ein Source-Terminal des NMOS-Transistors gekoppelt mit einer Referenzspannung und ein Source-Terminal des PMOS-Transistors gekopppelt mit einer Versorgungsspannung, Ausgangsterminals gekoppelt mit den Source-Terminals der MOS-Transistorvorrichtungen, einem Widerstand gekoppelt Transistors, der für ein differentielles Eingangssignal und für die Übertragung ein Signals, das ein differentielles Ausgangssignal treibt, verantwortlich ist.

In dem universal serial bus (im nachfolgenden mit USB bezeichnet) detektiert die Stummabstimmschaltung ein Eingangssignal, welches über einer bestimmten Spannungsdifferenz ist und gibt dann ein Stummabstimmsignal aus, der USB arbeitet in einem Hochgeschwindigkeitsmodus.

Es wird zur Illustration der Problematik Bezug auf 1 genommen, wobei hier eine dem internen Stand der Technik zugehörige Stummabstimmschaltung einen Detektor und eine Ausgangseinheit 20 aufweist. Der Detektor 10 bestimmt, ob eine Spannungsdifferenz zwischen zwei Eingangssignalen (dummy- bzw. Blindeingangsdaten) Din und DinB über einem bestimmten Wert ist. Der Detektor 10 weist folgendes auf: einen Puffer U1, welcher zwei Eingangssignale Din und DinB empfängt und dann ein Ausgangssignal ausgibt, welches eine Hysterese-Charakteristik aufweist; ein UND-Gatter U3, welches das Ausgangssignal des Puffers U1 und ein invertiertes Ausgangssignal über einen Verzögerungsinverter U2 kombiniert; und eine Diode U4, welche in Serie zu dem UND-Gatter U3 geschaltet ist.

Die Ausgabeeinheit 20, welche ein Ausgangssignal von der Diode U4 empfängt, weist einen Widerstand R1, einen Kondensator C1 und einen Ausgangspuffer U5 auf. Der Widerstand R1 und der Kondensator C1 sind zum Bestimmen, ob eine Spannungsdifferenz zwischen dem Ausgangssignal von dem Ausgangspuffer US und dem Eingangssignal von der Diode U4 bei einem bestimmten Wert aufrechterhalten wird, vorgesehen.

Mit Bezug auf 2 gibt der Eingangspuffer U1 ein Ausgangssignal ab, welches eine Hysterese-Charakteristik aufweist, wenn die Spannungsdifferenz zwischen den zwei Eingangssignalen Din und DinB über einem bestimmten Wert (V1) ist. Das Ausgangssignal von dem Eingangspuffer U1 wird über den Verzögerungsinverter U2 invertiert, und das Ausgangssignal von dem Eingangspuffer U1 und dem Verzögerungsinverter U2 werden einer logischen Multiplikation in dem UND-Gatter U3 unterzogen, wodurch Einzelpulse mit einer kurzen Pulsbreite gebildet werden. Diese Einzelpulse werden kontinuierlich an die Ausgangseinheit 20 über die Diode U4 übertragen. Eine Eingangsspannung des Ausgangspuffers U5, welche über einem bestimmten Wert ist, wird entsprechend durch diese übertragenen Impulse erzeugt. Wenn die Eingangsspannung des Ausgangspuffers U5 über einem bestimmten Wert ist, wird ein Stummabstimmsignal in einem hohen Spannungspegel in der Ausgangseinheit 20 erzeugt, und wenn nicht, wird es in einem niedrigen Spannungspegel in der Ausgangseinheit 20 erzeugt.

Als ein Ergebnis wird eine logische high-Stummabstimmung ausgegeben, wenn die Spannungsdifferenz zwischen zwei Eingangsdaten V1 ist, und wenn die Spannungsdifferenz zwischen zwei Eingangsdaten –V1 ist, wird eine logische low-Stummabstimmung ausgegeben. 2 ist eine Wellenform des typischen Stummabstimmsignals .

Das Stummabstimmsignal, welches jedoch beim USB 2.0 erforderlich ist, welches ausgegeben wird, wenn ein absoluter Wert über einem bestimmten Wert ist, kann nicht durch die Stummabstimmschaltung nach 1 vorgesehen werden.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stummabstimmschaltung in Übereinstimmung mit den Spezifikationen des USB 2.0 bereitzustellen.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stummabstimmschaltung bereitzustellen, welche nicht von einer Gleichtaktspannung von Eingangsignalen abhängig ist, und dann einen breiten Betriebsbereich für die Eingangssignale aufweist.

Entsprechend eines Aspekts der vorliegenden Erfindung ist eine Stummabstimmschaltung vorgesehen mit: einem ersten Differenzverstärker zum Empfangen eines ersten und zweiten Eingangssignals, zum Abtasten einer ersten Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Eingangssignal und zum Ausgeben eines ersten Abtastsignals, wenn die erste Spannungsdifferenz über einem bestimmten positiven Wert ist; einem zweiten Differenzverstärker zum Empfangen eines ersten und zweiten Eingangssignals, zum Abtasten einer zweiten Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Eingangssignal und zum Ausgeben eines zweiten Abtastsignals, wenn die zweite Spannungsdifferenz über einem bestimmten negativen Wert ist; einer Einheit zum Bestimmen eines Offset-Stroms, welche an den ersten und zweiten Differenzverstärker zum jeweiligen Kontrollieren des ersten und zweiten Offset-Stromes des ersten und zweiten Differenzverstärkers zum Bestimmen des positiven und negativen Wertes gekoppelt ist; und einer Ausgangseinheit zum Ausgeben eines Stummabstimmsignals in Abhängigkeit von dem ersten und zweiten Abtastsignal.

Entsprechend eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung ist eine Stummabstimmschaltung vorgesehen mit: einem ersten Differenzverstärker zum Empfangen eines ersten und zweiten Eingangssignals, zum Abtasten einer ersten Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Eingangssignal und zum Ausgeben eines ersten Abtastsignals, wenn die erste Spannungsdifferenz über einem bestimmten positiven Wert ist; einem zweiten Differenzverstärker zum Empfangen des ersten und zweiten Eingangssignals, zum Abtasten einer zweiten Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Eingangssignal und zum Ausgeben eines zweiten Abtastsignals, wenn die zweite Spannungsdifferenz über einem bestimmten negativen Wert ist; einem ersten Strompfad, welcher an den ersten Differenzverstärker zum Überbrücken eines Offset-Stromes des ersten Differenzverstärkers zum Bestimmen des bestimmten positiven Wertes in Abhängigkeit von dem ersten und zweiten Eingangssignal gekoppelt ist; einem zweiten Strompfad, welcher an den zweiten Differenzverstärker zum Überbrücken eines Offset-Stromes des zweiten Differenzverstärkers zum Bestimmen des bestimmten negativen Wertes in Abhängigkeit von dem ersten und zweiten Eingangssignal gekoppelt ist; und einer Ausgangseinheit zum Ausgeben eines Steuerungssignals in Abhängigkeit von einem ersten und zweiten Abtastsignal.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen ersichtlich, in welchen:

1 ein Blockdiagramm ist, welches eine herkömmliche Stummabstimmschaltung verdeutlicht;

2 eine Wellenform eines Steuerungssignals ist, welches in der Stummabstimmschaltung nach 1 erzeugt ist;

3 ein Blockdiagramm ist, welches eine Stummabstimmschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verdeutlicht;

4A ein Schaltungsdiagramm eines ersten und zweiten Differenzverstärkers und einer Einheit zum Bestimmen eines Offset-Stromes nach 3 ist;

4B ein Schaltungsdiagramm einer Ausgangseinheit nach 3 ist;

5 eine Wellenform eines Steuerungssignals ist, welches gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt ist; und

6 ein Schaltungsdiagramm eines ersten und zweiten Differenzverstärkers und einer Einheit zum Bestimmen eines Offset-Stromes nach 3 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Im nachfolgenden wird die vorliegende Erfindung detailliert mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Mit Bezug auf 3 weist eine Stummabstimmschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung einen ersten und zweiten Differenzverstärker 100 und 300, eine Einheit zum Bestimmen eines Offset-Stromes 200 und eine Ausgangseinheit 400 auf.
Der erste Differenzverstärker 100 gibt ein Abtastsignal aus, wenn die Spannungsdifferenz zwischen den Eingangsspannungen Din und DinB über einem bestimmten positiven Wert ist, und der zweite Differenzverstärker 300 gibt ein Abtastsignal aus, wenn die Spannungsdifferenz zwischen den Eingangsspannungen Din und DinB über einem bestimmten negativen Wert ist. Die Einheit zum Bestimmen eines Offset-Stromes 200 kontrolliert Offset-Ströme des ersten und zweiten Differenzverstärkers 100 und 300, und die Ausgangseinheit 400 gibt schließlich ein Stummabstimmsignal durch Einsetzen des Ausgangssignals des ersten und zweiten Differenzverstärkers 100 und 300 aus.
Ein typischer Differenzverstärker weist einen Arbeitspunkt auf, in dem eine Spannungsdifferenz zwischen unterschiedlichen Eingangssignalen Null (0) ist. In der vorliegenden Erfindung ist der Arbeitspunkt der Differenzverstärker durch Vorsehen einer Vorspannung beweglich, welches einen Offset-Strom davon erzeugt, so daß ein Abtastsignal von dem Differenzverstärker nur erzeugt wird, wenn eine Spannungsdifferenz zwischen den unterschiedlichen Eingangssignalen über einem bestimmten Wert ist.
Andererseits wird ein Early-Effekt durch Ändern einer Vorspannung, welche an einem Gate eines MOS-Transistors für eine Stromquelle in dem typischen Differenzverstärker angelegt wird; in der vorliegenden Erfindung wird jedoch solch ein Early-Effekt durch die Einheit zum Bestimmen eines Offset-Stromes 200, wie in 3 gezeigt, erzielt.
Im allgemeinen wird ein Strom einer Stromquelle in typischen Differenzverstärkern entsprechend einer Gleichtaktspannung von zwei unterschiedlichen Eingangssignalen verändert. Entsprechend bestimmt die vorliegende Erfindung einen Arbeitspunkt des ersten und zweiten Differenzverstärkers 100 und 300 durch Vorsehen der Einheit zum Bestimmen eines Offset-Stromes 200 mit einer Stromquelle, welche einen Strom entsprechend der Gleichtaktspannung der zwei unterschiedlichen Eingangssignale Din und DinB ändert.
Mit Bezug auf 4A weist der erste Differenzverstärker 100 eine erste Eingangseinheit 120, welche die unterschiedlichen Eingangssignale Din und DinB empfängt, eine erste Stromquelle 130, welche eine Vorspannung V_bias empfängt und einen Strom gegen einen Massepegel erzeugt, und eine erste Last 110 zwischen dem ersten Differenzverstärker 100 und einer Energieversorgung zum Erzeugen einer Hysterese-Charakteristik an einem Stummabstimmsignal, auf.
Die erste Eingangseinheit 120 weist NMOS-Transistoren MN4 und MN5 auf, welche die Eingangssignale Din und DinB jeweils durch ihre Gates empfangen und die Source-Anschlüsse der NMOS-Transistoren MN4 und MN5 sind gemeinsam mit dem Knoten N1 verbunden. Die Drain-Anschlüsse der NMOS-Transistoren MN4 und MN5 sind jeweils mit dem Knoten N2 und N3 verbunden.
In solch einer gleichen Weise weist die Last 110 über Kreuz gekoppelte PMOS-Transistoren MP2 und MP3 zwischen der Energieversorgung VDD und den Knoten N2 und N3 auf. Des wieteren weist die erste Last 110 einen diodenangeschlossenen PMOS-Transistor MP1 zwischen Energieversorgung VDD und dem Knoten N2 und einen weiteren diodenangeschlossenen PMOS-Transistor MP4 zwischen der Energieversorgung VDD und dem Knoten N3 auf.
Die erste Stromquelle 130 besteht aus einem NMOS-Transistor MN1, dessen Gate die Vorspannung V_bias empfängt.
Der erste Differenzverstärker 100 weist eine zweite Eingangseinheit 320, welche die unterschiedlichen Eingangssignale Din und DinB empfängt, eine zweite Stromquelle 330, welche die Vorspannung V_bias empfängt und einen Strom gegen einen Massepegel erzeugt, und eine zweite Last 310 zwischen dem zweiten Differenzverstärker 300 und der Stromversorgung zum Erzeugen einer Hysterese-Charakteristik an einem Stummabstimmsignal, auf.
Die zweite Eingangseinheit 320 weist NMOS-Transistoren MN10 und MN11 auf, welche die Eingangssignale Din und DinB jeweils durch ihre Gates empfangen, und die Source-Anschlüsse der NMOS-Transistoren MN10 und MN11 sind gemeinsam mit dem Knoten N5 verbunden. Die Drain-Anschlüsse der NMOS-Transisto- ren MN10 und MN11 sind jeweils mit den Knoten N6 und N7 verbunden.
Die zweite Last 310 weist über Kreuz gekoppelte PMOS-Transistoren MP6 und MP7 zwischen der Energieversorgung VDD und den Knoten N6 und N7 auf. Des weiteren weist die zweite Last 310 einen diodenangeschlossenen PMOS-Transistor MP8 zwischen der Energieversorgung VDD und dem Knoten N6 und einen weiteren diodenangeschlossenen PMOS-Transistor MP8 zwischen der Energieversorgung VDD und dem Knoten N7 auf.
Die zweite Stromquelle besteht ebenfalls aus einem NMOS-Transistor MN3, dessen Gate die Vorspannung V_bias empfängt.
Die Einheit zum Bestimmen eines Offset-Stromes 200, welche die Ausgangsanschlüsse (N3 und N6) des ersten und zweiten Differenzverstärkers 100 und 300 koppelt, bildet Strompfade unter der Kontrolle der unterschiedlichen Eingangssignale Din und DinB, eine dritte Stromquelle 230 aufweisend. Der erste Strompfad ist an einem Ausgangsanschluss des ersten Differenzverstärkers 100 gekoppelt und der zweite Strompfad ist an einen Ausgangsanschluss des zweiten Differenzverstärkers 300 gekoppelt. Der erste und zweite Strompfad 210 und 220 sind jeweils auf dem ersten und zweiten Strompfad vorgesehen, welche durch die unterschiedlichen Eingangssignale Din und DinB kontrolliert werden. Entsprechend kontrolliert die Einheit zum Bestimmen eines Offset-Stromes 200 die Offset-Ströme des ersten und zweiten Differenzverstärkers 100 und 300.
Der erste Strompfad 210 weist NMOS-Transistoren MN6 und MN7 auf, welche jeweils in Abhängigkeit von unterschiedlichen Eingangssignalen DinB und Din sind, so daß der erste Strompfad 210 den Knoten N3 selektiv mit dem Knoten N4 in Abhängigkeit von den unterschiedlichen Eingangssignalen Din und DinB verbindet. In gleicher Weise weist der zweite Strompfad 220 NMOS-Transistoren MN8 und MN9 auf, welche jeweils in Abhängigkeit von den unterschiedlichen Eingangssignalen DinB und Din sind, so dass der zweite Strompfad 220 den Knoten N6 selektiv mit dem Knoten N4 in Abhängigkeit von den unterschiedlichen Eingangssignalen Din und DinB verbindet.
Der dritte Strompfad 230 weist einen NMOS-Transistor MN2 zum elektrischen Verbinden des Knotens N4 mit einem Massepegel in Abhängigkeit von einem Vorspannungssignal V_bias auf. Das Vorspannungssignal V_bias wird als ein Aktivierungssignal für den ersten und zweiten Differenzverstärker 100 und 300 und die Einheit zum Bestimmen eines Offset-Stromes 200 eingesetzt.
4B ist eine Anordnung, welche die Ausgangseinheit 400 in 3 verdeutlicht. Wie in 4B gezeigt, weist die Ausgangseinheit 400 eine Eingangseinheit 410, eine invertierende Einheit 420 und eine Ausgangseinheit 430 auf. Die Eingangseinheit 410 weist ein NAND-Gatter U1, einen Inverter U4 und ein NOR-Gatter U2 auf. Das NAND-Gatter U1 empfängt Ausgangssignale von dem Ausgangsanschluss (01) des ersten Differenzverstärkers 100 und einem Ausgangsanschluss (02) des zweiten Differenzverstärkers 300. Der Inverter U4 invertiert ein Ausgangssignal von dem NAND-Gatter U1. Es sei angemerkt, dass der Ausgangsanschluss (01) des ersten Differenzverstärkers 100 nicht mit der Einheit zum Bestimmen eines Offset-Stromes 200 verbunden ist und der Ausgangsanschluss (02) des zweiten Differenzverstärkers 300 mit der Einrichtung zum Bestimmen eines Offset-Stromes 200 verbunden ist. Das NOR-Gatter U2 empfängt Ausgangssignale von einem Ausgangsan schluss (01B) des ersten Differenzverstärkers 100 und einem Ausgangsanschluss (02B) des zweiten Differenzverstärkers 300.
Die invertierende Einheit 420 besteht aus einem CMOS-Inverter, welcher einen PMOS-Transistor MP9 und einen NMOS-Transistor MN12 aufweist. Ein Gate-Anschluss des PMOS-Transistors MP9 ist mit dem Inverter U4 verbunden, und ein Gate-Anschluß des NMOS-Transistors MN12 ist mit dem NOR-Gatter U2 verbunden.
Die Ausgangseinheit 430 ist mit einem Ausgangsknoten N8 der invertierenden Einheit 420 verbunden und weist einen Kondensator C1 zum Speichern eines bestimmten Wertes elektrischer Ladungen und einen Puffer U3 zum Erzeugen eines Stummabstimmsignals in Abhängigkeit von einer Anzahl elektrischer Ladungen in dem Kondensator C1 auf. Entsprechend gibt der Puffer U3 das Stummabstimmsignal aus, wenn eine Spannung über dem Kondensator C1 über einer bestimmten Spannung ist.
5 ist ein Schaubild, welches die Charakteristika des Stummabstimmsignals gemäß der vorliegenden Erfindung verdeutlicht. In 5 bezeichnet die Linie A ((V1+V2)/2) einen Arbeitspunkt des ersten Differenzverstärkers 100 und er wird bestimmt durch eine Ansteuerbarkeitsdifferenz zwischen der ersten und dritten Stromquelle 130 und 230. Die Linie A' ((–V1+(–V2))/2) bezeichnet einen Betriebspunkt des zweiten Differenzverstärkers 300, und die Linie A' ist bestimmt durch eine Ansteuerbarkeitsdifferenz zwischen der zweiten und dritten Stromquelle 330 und 230. Entsprechend werden die Linien A und A' mehr vom Zentrum (0) bewegt, je mehr die Ansteuerbarkeit der dritten Stromquelle ansteigt.
Nochmal mit Bezug auf 4A wird die zum Verstärken eines Signals erforderliche Spannungsdifferenz durch die dritte Stromquelle 230 bestimmt, da der erste Differenzverstärker 100 die dritte Stromquelle 230 für einen Offset-Strom aufweist. Als ein Ergebnis erzeugt der erste Differenzver stärker 100 die Ausgangssignale 01 und 01B nur, wenn die Spannungsdifferenz zwischen den unterschiedlichen Eingangssignalen Din und DinB über einem bestimmten positiven Wert ist, und dieser bestimmte positive Wert ist ebenfalls durch die Ansteuerbarkeit der dritten Stromquelle 230 bestimmt. In ähnlicher Weise werden in dem zweiten Differenzverstärker 300 die Ausgangssignale 02 und 02B nur erzeugt, wenn die Spannungsdifferenz zwischen den unterschiedlichen Eingangssignalen Din und DinB über einem bestimmten negativen Wert ist, und dieser negative bestimmte Wert ist durch die Ansteuerbar- keit der dritten Stromquelle 230 bestimmt.
Entsprechend ist es möglich, die bei USB 2.0 vorgeschriebenen Stummabstimmsignale durch symmetrisches Koppeln des ersten Differenzverstärkers 100 mit dem zweiten Differenzverstärker 300 über die dritte Stromquelle 200 und durch Erreichen desselben Stromansteuerbarkeitsverhältnisses zwischen dem ersten und zweiten Differenzverstärker 100 und 300 über die dritte Stromquelle 200 zu erzielen. Das heißt, die Stummabstimmsignale werden entsprechend eines Absolutwertes der Differenz zwischen den unterschiedlichen Eingangssignalen Din und DinB erzielt.
Des weiteren wird die Breite (B) der Hysterese breiter, wenn die über Kreuz gekoppelten PMOS-Transistoren MP2 und MP3 in der ersten Last 110 so gestaltet sind, dass sie größer als die diodenangeschlossenen PMOS-Transistoren MP1 und MP4 sind.
Wenn die unterschiedlichen Eingangssignale Din und DinB allmählich ansteigen und abfallen, wird der NMOS-Transistor MN4 eingeschaltet und der Strom fließt vom Knoten N2 zum Knoten N1. Indessen fließt der Strom zu dem Massepegel Vss, da der NMOS-Transistor MN1 durch das Vorspannungssignal V_bias eingeschaltet wird. Entsprechend wird eine Größe des Stromes beim Knoten N3 verringert und eine Größe des Stromes beim Knoten N1 gesteigert, so dass eine Hysterese-Charakteristik in dem ersten Differenzverstärker 100 nicht auftritt.
Andererseits fällt die Spannung beim Knoten N2, so dass der PMOS-Transistor MP3 eingeschaltet wird. In der vorliegenden Erfindung sind die diodenangeschlossenen PMOS-Transistoren MP1 und MP4 in der ersten Last 110 jedoch unterschiedlich von den über Kreuz gekoppelten PMOS-Transistoren MP3 und MP2 in ihrer Stromansteuerbarkeit, d.h. die Ansteuerbarkeit der PMOS-Transistoren MP2 und MP3 ist höher als die der PMOS-Transistoren MP1 und MP4. Entsprechend ist der Strom beim Knoten N3 der gleiche wie der beim Knoten N2 für eine vorbestimmte Zeit, und dann tritt eine Abtastspannung nicht auf. Wenn die Spannung am Knoten N2 kontinuierlich fällt, und die Ansteuerbarkeit des PMOS-Transistors MP3 höher als die des PMOS-Transistors MP1 ist, tritt eine Abtastspannung (Differenzspannung) auf.
In ähnlicher Weise verringert sich der Strom beim Knoten N2 und der Strom beim Knoten N3 ist verringert, wenn die unterschiedlichen Eingangssignale Din und DinB allmählich fallen und ansteigen. Der PMOS-Transistor MP2 wird eingeschaltet, so daß der Strom am Knoten N2 bereitgestellt wird. Entsprechend ist der Strom beim Knoten N2 der gleiche wie der beim Knoten N3 für eine vorbestimmte Zeit und dann tritt eine Abtastspannung nicht auf (Breite von „B" in 5). Wenn das differentielle Eingangssignal DinB kontinuierlich ansteigt, steigt der Strom beim Knoten N3 stärker als der beim Knoten N2, weil der Spannungsabfall beim Knoten N3 deutlich größer ist. Entsprechend tritt eine Abtastspannung (Differenzspannung) auf.
Sich von herkömmlichen Differenzverstärkern zum Verstär- ken einer Differenz zwischen zwei Eingangssignalen basierend auf einem konstanten Betriebsstrom (der ersten Stromquelle) unterscheidend, ist der erste Differenzverstärker 100 dadurch gekennzeichnet, dass ein Punkt, welcher eine Stromdifferenz am Knoten N2 verursacht, sich von dem beim Knoten N3 aufgrund der diodenangeschlossenen PMOS-Transistoren MP1 und MP4 und der über Kreuz gekoppelten PMOS-Transistoren MP2 und MP3 unterscheidet.
In ähnlicher Weise weist die zweite Last 310 in dem zweiten Differenzverstärker 300 eine Hysterese-Charakteristik mit einer Breite „B'" wie in 5 dargestellt auf.
Die dritte Stromquelle 230 in der Einheit zum Bestimmen eines Offset-Stromes 200 ist an den ersten und zweiten Differenzverstärker 100 und 300 über einen ersten und zweiten Strompfad 210 und 220 gekoppelt. Die dritte Stromquelle 230 treibt einen Offset-Strom zum Kontrollieren eines Arbeitspunktes des ersten und zweiten Differenzverstärkers 100 und 300.
Die Ströme, welche in den Stromquellen 130 und 330 des ersten und zweiten Differenzverstärkers 100 und 300 fließen, werden entsprechend den Spannungen an den Knoten N1 und N5 aufgrund des Early-Effekts variiert. Die Gates der NMOS-Tran sistoren MN6 und MN7 in dem ersten Strompfad 210 sind jeweils mit den Differenzeingangssignalen Din und DinB verbunden. Entsprechend wird der Offset-Strom der dritten Stromquelle 230 ebenfalls entsprechend der Spannung des Gleichtakts variiert, so dass das Stummabstimmsignal nicht von der Variation der Spannung des Gleichtakts beeinflusst wird, wenn die Differenzeingangssignale Din und DinB in einem Gleichtakt (und zwar, wenn zwei Eingangsspannungen die gleichen sind) sind. Das bedeutet, dass das Stummabstimmsignal der vorliegenden Erfindung in einem breiten Betriebsbereich vorliegt.
In gleicher Weise liegt bei dem ersten Differenzverstärker 100 ebenfalls ein breiter Betriebsbereich vor, da der zweite Strompfad 220 dieselben Funktionen wie der erste Strompfad 210 aufweist.
Als ein Ergebnis werden die Stummabstimmsignale, welche die Spezifikationen des USB 2.0 erfüllen, durch den Offset- Strom der dritten Stromquelle 230 und die über Kreuz gekoppelten PMOS-Transistoren MP2, MP3, MP4 und MP7 in der ersten und zweiten Last 110 und 310 erzielt.
Mit Bezug auf 4B werden die Ausgangssignale 01 und 02 des ersten und zweiten Differenzverstärkers 100 und 300 einem NAND-Gatter U1 eingegeben, und das NAND-Gatter U1 gibt ein high-Spannungssignal aus. Ein PMOS-Transistor MP9 wird durch ein low-Spannungssignal von einem Inverter U4 eingeschaltet. Ein Kondensator C1, welcher parallel zu einem Ausgangspuffer U3 angeschlossen ist, ist zum Ausgeben des Stummabstimmsignals, nachdem eine Spannungsdifferenz zwischen den Eingangssignalen für eine vorbestimmte Zeit aufrechterhalten ist, vorgesehen.
6 ist ein Schaltdiagramm des ersten und zweiten Differenzverstärkers 100 und 300 und einer Einheit zum Bestimmen des Offset-Stromes 200, welche durch PMOS-Stromquellen umgesetzt sind. Wie in 6 dargestellt, sind die PMOS- und NMOS-Transistoren in 4A jeweils durch NMOS- und PMOS-Transistoren ersetzt.
Wie aus dem Obigen ersichtlich, ist die Stummabstimmschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung in Übereinstimmung mit den Spezifikationen des USB 2.0 und weist einen breiten Betriebsbereich für die Eingangssignale auf, weil sie nicht abhängig von einer Gleichtaktspannung der Eingangssignale ist.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf gewisse bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es für den Fachmann ersichtlich, dass vielfältige Veränderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung, wie er in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.

Claims

Stummabstimmschaltung mit: einem ersten Differenzverstärker zum Empfange eines ersten und zweiten Eingangssignals zum Abtasten einer ersten Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Eingangssignal und zum Ausgeben eines ersten Abtastsignals, wenn die erste Spannungsdifferenz über einem bestimmten positiven Wert ist; einem zweiten Differenzverstärker zum Empfangen des ersten und zweiten Eingangssignals zum Abtasten einer zweiten Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Eingangssignal und zum Ausgeben eines zweiten Abtastsignals, wenn die zweite Spannungsdifferenz über einem bestimmten negativen Wert ist; einer Einheit zum Bestimmen eines Offset-Stromes, welche an den ersten und zweiten Differenzverstärker zum jeweiligen Kontrollieren des ersten und zweiten Offset-Stromes des ersten und zweiten Differenzverstärkers zum Bestimmen des bestimmten positiven und negativen Wertes gekoppelt ist; und einer Ausgangseinheit zum Ausgeben eines Stummabstimmsignals in Abhängigkeit von dem ersten und zweiten Abtastsig- nal.
Stummabstimmschaltung nach Anspruch 1, wobei die Einheit zum Bestimmen eines Offset-Stromes den ersten und zweiten Offset-Strom in Abhängigkeit von dem ersten und zweiten Eingangssignal kontrolliert.
Stummabstimmschaltung nach Anspruch 1, wobei der erste Differenzverstärker folgendes aufweist: eine differentielle Eingangseinheit zum Kontrollieren des ersten Offset-Stroms in Abhängigkeit von dem ersten und zweiten Eingangssignal; eine Einrichtung zum Vorsehen einer Last, welche eine Energieversorgung mit der Eingangseinheit verbindet, wobei die Einrichtung zum Vorsehen einer Last eine Hysterese-Charakteristik aufweist; und eine Stromquelle, welche den ersten Offset-Strom treibt,
Stummabstimmschaltung nach Anspruch 3, wobei die differentielle Eingangseinheit folgendes aufweist: eine erste Eingangseinheit zum Kontrollieren des ersten Offset-Stroms in Abhängigkeit von dem ersten Eingangssignal; und eine zweite Eingangseinheit zum Kontrollieren des ersten Offset-Stromes in Abhängigkeit von dem zweiten Eingangssignal.
Stummabstimmschaltung nach Anspruch 4, wobei die Einrichtung zum Vorsehen einer Last folgendes aufweist: eine erste Last, welche zwischen der Energieversorgung und der ersten Eingangseinheit angeschlossen ist; eine zweite Last, welche zwischen der Energieversorgung und der zweiten Eingangseinheit angeschlossen ist; eine dritte Last, welche zwischen der Energieversorgung und der ersten Eingangseinheit angeschlossen ist; und eine vierte Last, welche zwischen der Energieversorgung und der zweiten Eingangseinheit angeschlossen ist, wobei die vierte Last über Kreuz zu der dritten Last gekoppelt ist.
Stummabstimmschaltung nach Anspruch 5, wobei die dritte und vierte Last jeweils mit den Ausgangsanschlüssen des ersten Differenzverstärkers verbunden sind.
Stummabstimmschaltung nach Anspruch 5, wobei die erste und zweite Last jeweils ein diodenangeschlossener MOS-Transistor ist.
Stummabstimmschaltung nach Anspruch 5, wobei die dritte und vierte Last jeweils über Kreuz gekoppelte MOS-Transistoren sind.
Stummabstimmschaltung nach Anspruch 3, wobei die Stromquelle ein MOS-Transistor ist, dessen Gate eine Vorspan- nung empfängt.
Stummabstimmschaltung nach Anspruch 3, wobei die erste und zweite Eingangseinheit jeweils MOS-Transistoren sind, und wobei die Gates der MOS-Transistoren jeweils das erste und zweite Eingangssignal empfangen.
Stummabstimmschaltung nach Anspruch 1, wobei der zweite Differenzverstärker folgendes aufweist: eine differentielle Eingangseinheit zum Kontrollieren des ersten Offset-Stroms in Abhängigkeit von dem ersten und zweiten Eingangssignal; eine Einrichtung zum Vorsehen einer Last, welche eine Energieversorgung mit der Eingangseinheit verbindet, wobei die Einrichtung zum Vorsehen einer Last eine Hysterese-Charakteristik aufweist; und eine Stromquelle, welche den ersten Offset-Strom treibt.
Stummabstimmschaltung nach Anspruch 11, wobei die differentielle Eingangseinheit folgendes aufweist: eine erste Eingangseinheit, welche den ersten Offset-Strom in Abhängigkeit von dem ersten Eingangssignal kontrolliert; und eine zweite Eingangseinheit, welche den ersten Offset-Strom in Abhängigkeit von dem zweiten Eingangssignal kontrolliert.
Stummabstimmschaltung nach Anspruch 12, wobei die Einrichtung zum Vorsehen einer Last folgendes aufweist: eine erste Last, welche zwischen der Energieversorgung und der ersten Eingangseinheit angeschlossen ist; eine zweite Last, welche zwischen der Energieversorgung und der zweiten Eingangseinheit angeschlossen ist; eine dritte Last, welche zwischen der Energieversorgung und der ersten Eingangseinheit angeschlossen ist; und eine vierte Last, welche zwischen der Energieversorgung und der zweiten Eingangseinheit angeschlossen ist, wobei die vierte Last über Kreuz zu der dritten Last gekoppelt ist.
Stummabstimmschaltung nach Anspruch 13, wobei die dritte und vierte Last jeweils mit den Ausgangsanschlüssen des ersten Differenzverstärkers verbunden sind.
Stummabstimmschaltung nach Anspruch 13, wobei die erste und zweite Last jeweils diodenangeschlossene MOS-Transistoren sind.
Stummabstimmschaltung nach Anspruch 13, wobei die dritte und vierte Last jeweils über Kreuz gekoppelte MOS-Transistoren sind.
Stummabstimmschaltung nach Anspruch 11, wobei die Stromquelle ein MOS-Transistor ist, dessen Gate eine Vorspannung empfängt.
Stummabstimmschaltung nach Anspruch 12, wobei die erste und zweite Eingangseinheit jeweils MOS-Transistoren sind, und wobei die Gates der MOS-Transistoren jeweils das erste und zweite Eingangssignal empfangen.
Stummabstimmschaltung nach Anspruch 1, wobei die Einheit zum Bestimmen eines Offset-Stromes folgendes aufweist: eine Stromquelle; einen ersten Strompfad, welcher zwischen der ersten Stromquelle und dem ersten Differenzverstärker zum Umleiten eines Offset-Stromes des ersten Differenzverstärkers in Abhängigkeit von dem ersten und zweiten Eingangssignal gekoppelt ist; und einen zweiten Strompfad, welcher zwischen der Stromquelle und dem zweiten Differenzverstärker zum Umleiten eines Offset-Stroms des zweiten Differenzverstärkers in Abhängigkeit von dem ersten und zweiten Eingangssignal geschaltet ist.
Stummabstimmschaltung nach Anspruch 19, wobei die Stromquelle ein MOS-Transistor ist, dessen Gate eine Vorspannung empfängt.
Stummabstimmschaltung nach Anspruch 20, wobei der erste und zweite Strompfad MOS-Transistoren sind, deren Gates jeweils das erste und zweite Eingangssignal empfangen.
Stummabstimmschaltung mit: einem ersten Differenzverstärker zum Empfangen eines ersten und zweiten Eingangssignals zum Abtasten einer ersten Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Eingangssignal und zum Ausgeben eines ersten Abtastsignals, wenn die erste Spannungsdifferenz über einen bestimmten positiven Wert ist; einem zweiten Differenzverstärker zum Empfangen des ersten und zweiten Eingangssignals zum Abtasten einer zweiten Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Eingangssignal und zum Ausgeben eines zweiten Abtastsignals, wenn die zweite Spannungsdifferenz über einem bestimmten negativen Wert ist; einem ersten Strompfad, welcher zwischen dem ersten Differenzverstärker zum Umleiten eines Offset-Stroms des ersten Differenzverstärkers zum Bestimmen des bestimmten positiven Wertes in Abhängigkeit von dem ersten und zweiten Eingangssignal gekoppelt ist; einem zweiten Strompfad, welcher an den zweiten Differenzverstärker zum Umleiten eines Offset-Stromes des zweiten Differenzverstärkers zum Bestimmen des bestimmten negativen Wertes in Abhängigkeit von dem ersten und zweiten Eingangssignal gekoppelt ist; und einer Ausgangseinheit zum Ausgeben eines Stummabstimmsignals in Abhängigkeit von dem ersten und zweiten Abtastsignal.
Stummabstimmschaltung nach Anspruch 22, wobei der erste Strompfad in Abhängigkeit von dem ersten und zweiten Eingangssignal kontrolliert ist, und wobei der zweite Strompfad in Abhängigkeit von dem ersten und zweiten Eingangssignal kontrolliert ist.