DE60317257T2

DE60317257T2 - Ausgangstreiberschaltung

Info

Publication number: DE60317257T2
Application number: DE60317257T
Authority: DE
Inventors: June-Ying Milpitas Chen; Menping Cupertino Chang
Original assignee: Micrel Inc
Current assignee: Microchip Technology Inc
Priority date: 2002-05-08
Filing date: 2003-04-03
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2023-04-04
Also published as: DE60317257D1; EP1361659A1; TWI288529B; EP1361659B1; TW200306703A; US6614666B1

Description

Diese Erfindung betrifft Leitungskommunikationen und insbesondere einen Leitungstreiber, der in der Lage ist, Ausgangstreibersignale zu erzeugen mit Amplituden, die größer als die Versorgungsspannung sind.
Konventionelle Leitungstreiber erzeugen üblicherweise Ausgangssignale mit Amplituden, die durch die Versorgungsspannungen begrenzt werden. Mit der Verbesserung der integrierten Schaltkreis- und Prozeßtechnologie haben sich die Versorgungsspannungen reduziert, was zu entsprechenden Reduktionen der Amplituden der Ausgangstreibersignale führte.
Einige bekannte Schemata für das Erhöhen der Amplituden von Ausgangstreibersignalen setzen stromgetriebene Schaltkreise und Transformationswicklungen ein, um Ausgangssignale mit einer größeren Amplitude als die Versorgungsspannungen zu erzeugen. Solche stromgetriebenen Schaltkreise verbrauchen jedoch gemeinhin mehr Energie als spannungsgetriebene Schaltkreise und die induktive Impedanz verhindert schnelle An-/Ausschaltoperationen.
Die JP 2000 036844 A beschreibt einen Treiberschaltkreis mit einem Transformator mit einer Primärwicklung mit Mittenabgriff. Ein Steuerschaltkreis dient dazu, die Antriebsspannung für die primäre Wicklung zu steuern, um ein Ein-/Aus-Ausgangssignal bereitzustellen.
Von einem Aspekt aus gesehen stellt die Erfindung einen Treiberschaltkreis bereit, der aufweist:
einen Transformator mit einer Primärwicklung mit Mittenabgriff mit Endanschlüssen und einer Sekundärwicklung, die den Ausgang des Schaltkreises bildet,
eine erste Spannungsquelle (V_DD), die mit dem Mittenabgriff der Primärwicklung verbunden ist,
erste und zweite Steuereinrichtungen, die mit den Endanschlüssen der Primärwicklung verbunden sind und angepaßt sind, um die Leitung des Stroms hierdurch zu steuern, um eine Ausgangswellenform in Antwort auf ein angelegtes Steuersignal bereitzustellen,
eine Schaltkreiseinrichtung einschließlich einer ersten und einer zweiten Stromquelle, die mit jeeiligen ersten und zweiten Widerstandseinrichtungen verbunden sind, einschließlich einem Verstärker, der angeschlossen, um die Signale von der ersten und zweiten Widerstandseinrichtung zu empfangen, für das Erzeugen des Steuersignals hieraus, das zu der ersten und zweiten Steuereinrichtung und zu der ersten Widerstandseinrichtung geliefert wird, für das Steuern der Leitfähigkeit hierdurch.
In Übereinstimmung mit zumindest einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Er findung liefert ein Transformator mit Mittenabgriff und der verknüpfte Treiberschaltkreis Ausgangstreibersignale mit einer Amplitude, die größer ist als die Versorgungsspannungen, und wobei der verknüpfte Antriebsschaltkreis stark vereinfacht ist, um den Energieverbrauch und die Verarbeitung, die für die Integration des Antriebsschaltkreises erforderlich ist, zu reduzieren. Ein P-MOS Schaltkreis, der mit der „High-Site" Versorgungsspannung verbunden ist, wird zugunsten eines Transformators, der an einer N-MOS „Low-Site" Versorgungsspannung angeschlossen ist, eliminiert. Der Transformator isoliert ebenso das Ausgangsantriebssignal gegenüber Masse für eine größere Verwendungsmöglichkeit in Verbindung mit Kommunikationsleitungen. Ausgangswellenformen für universelle Treiberanwendungen können gesteuert werden in Antwort auf die Aktivierung einer Mehrzahl von variablen Leitungselementen in Übereinstimmung mit einer ausgewählten logischen Sequenz.
Ausführungsformen werden nun lediglich beispielhaft unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 ein schematisches Diagramm eines Leitungstreiberschaltkreises ist, einschließlich einem Transformator mit einem ausgewählten Wicklungsverhältnis und einseitig endenden N-MOS Treiberschaltkreisen.
2 ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines Schaltkreises für das Implementieren der festlegenden Gleichung ist,
3 ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform der Schaltkreise ist, einschließlich dem Schaltkreis von 2 und dem Schaltkreis der Anregung der Primärwicklung des Transformators, und
4a und 4b schematische Diagramme der Schaltkreise für das Erzeugen der erforderlichen Stromversorgungen in dem Schaltkreis von 3 sind.
In 1 ist ein schematisches Diagramm eines Schaltkreises, einschließlich einem Transformators 9 eines ausgewählten n:m Wicklungsverhältnisses, der eine Basis für die Beschreibung der Funktion eines Beispiels der vorliegenden Erfindung bildet. Jeder einseitig endende Eingang, einschließlich der N-MOS Transistoren 12, 14 steuert das Anlegen der Versorgungsspannung V_DD an jeweilige Abschnitte der Primärwicklung 13, 15 mit Mittenabgriff. Genauer gesagt kann gezeigt werden, daß die maximale Ausgangsspannung Vo_ut über der Sekundärwicklung 11 des Transformators 9 bestimmt wird.
Somit ist
und Vout = 2mn VDD wenn R2 → 0 (Gleichung 3)Vo_ut kann somit größer als V_DD sein, wenn m > ½n ist.
R₂ als der Ersatzwiderstand des N-MOS Transistors 14 im EIN-Leitungszustand, ist im wesentlichen gleich dem Ersatzwiderstand R4 des N-MOS Transistors 12 im EIN-Leitungszustand. Zusätzlich, obgleich der Schaltkreis einseitig endend über den Transistor 12 oder 14 angetrieben oder gesteuert werden kann, unterscheidet sich der Ausgang Vo_ut aufgrund der Windungen des Transformators 9.
Aus Gleichung 3 erkennt man, daß der Wert des Widerstands R₂ (oder seinem Äquivalent R₄) sorgfältig gesteuert werden muß, um ein Ausgangssignal mit stabiler Amplitude zu erzeugen, das unabhängig von der Versorgungsspannung V_DD und unabhängig von Prozeßvariationen, durch die der N-MOS Transistor 12 (und 14) erzeugt wird, ist. Somit kann in Gleichung 1 der stabile Wert der Ausgangsspannung auf V_BG gesetzt werden (d. h. die konventionelle Bandlückenspannung):
wobei m = n und a ein willkürliches Verhältnis ist.
Dies wird durch eine stabile, innere Spannungsversorgung repräsentiert. Somit ist:
und R_EXT ein externer Widerstand ist, der sich ähnlich R_LOAD verhält. Somit ist:
wenn a zu 2 gewählt ist
und die Temperatureffekte des externen Widerstands und des Belastungswiderstands löschen sich im wesentlichen aus.
In 2 ist ein schematisches Diagramm einer Schaltkreisausführungsform 100 gezeigt für das Implementieren der Steuerung des Ersatzwiderstands R₂. Genauer gesagt, ist die Stromquelle I_EXT 105 mit einem variablen Ersatzwiderstand R₂ 110 verbunden, und die Stromquelle 120 des Wertes
ist mit dem Widerstand R_B 125 in einer brückenartigen Schaltkreiskonfiguration verbunden. Der Operationsverstärker 130 hat ein Eingangspaar 140, 145, die mit gemeinsamen Verbindungen der jeweiligen Stromquellen und Ersatzwiderständen verbunden sind, wie gezeigt ist, um einen Ausgang 135 bereitzustellen, um den Wert von R₂ 110 in Antwort auf die Differenz der Spannungen an den gemeinsamen Verbindungen einzustellen.
In 3 ist dann ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform des Treiberschaltkreises der vorliegenden Erfindung gezeigt, einschließlich dem Treiberschaltkreis und dem widerstandssteuernden Schaltkreis der 1 und 2. Genauer gesagt, ist der einstellbare Widerstand in dem Schaltkreis von 2 als ein N-MOS Transistor 25 gezeigt und die Eingänge zu den Primärwicklungen 13, 15 des Transformators 9 sind ebenso als N-MOS Transistoren oder Ersatzwiderstände 27, 29 gezeigt, mit Schaltanordnungen 31, 33, 35, die als die Gates hiervon verbindend gezeigt sind, um die steuernden Ausgangssignale 135 vom Verstärker 130 zu empfangen. Solche Schalter können konventionell implementiert werden als logische Gates, die steuerbar AN/AUS geschaltet werden. Der AN/AUS-Status des Schalters 31 kann als ein Eingang zum Schaltkreis dienen und die Mehrzahl der Schalter 33, 35 kann in einer ausgewählten Sequenz AN/AUS geschaltet sein, um Anstiegs- und Abfallzeiten oder andere wellenformenden Funktionen des Ausgangssignals auszuwählen. Das ausgewählte Transformationsverhältnis wird bequemerweise zu 1:1 eingestellt, um beispielsweise zweiadrige Wicklungen für die Größenreduktion und der Kopplungseffezienz zwischen den Wicklungen zu erleichtern.
In 4a ist ein schematisches Diagramm einer Schaltkreisausführungsform für das Implementieren der Stromquelle I_EXT 105 im Schaltkreis von 3 gezeigt. Genauer gesagt, nimmt der Operationsverstärker 150 Bezug auf die Spannungsversorgung V_BG und nimmt den Spannungsabfall an einem externen Widerstand R_EXT 151 auf, um die verstärkte Differenz zwischen den beiden Spannungen an das Gate des N-MOS Transistor 153 anzulegen. Dieser Transistor 153 ist in Reihe mit einem Zweig des Stromspiegels 155 verbunden, der von den P-MOS Transistoren 37, 39 gebildet wird, der zwischen V_DD und R_EXT 151 angeschlossen ist. Der andere Zweig des Stromspiegels 155 liefert den Strom
von der V_DD Spannungsversorgung im Schaltkreis von 3.
In 4b ist ein schematisches Diagramm einer Schaltkreisausführungsform für das Implementieren der Stromquelle 121 des Wertes
in den Schaltkreis von 3. Genauer gesagt, nimmt der Operationsverstärker 123 Bezug auf die Spannung V_BG und ist ange schlossen, um die Spannung über den Widerstand R_c 126 als einer der Widerstände in dem Schaltkreis, der den Widerstand R_c 126 und den N-MOS Transistor 127 und den Widerstand R_c 129, die zwischen V_DD und Masse angeschlossen sind, zu empfangen. Der Operationsverstärker 131 ist angeschlossen, um die Spannung aufzunehmen, die über der Kombination des Widerstands R_c 126 und dem N-MOS Transistor 127 auftritt, und ist ebenso angeschlossen, um die Spannung aufzunehmen, die über dem Widerstand R_a 133, der mit Masse verbunden ist, auftritt. Die verstärkte Differenz dieser beiden Spannungen wird an das Gate des N-MOS Transistors 136 angelegt, der Strom durch einen Zweig des „gegenwärtigen Spiegel"-Schaltkreises 138 leitet, der den Strom
für den Schaltkreis von 3 durch den anderen Zweig des Stromspiegels 138 liefert. Alle Transistoren und Operationsverstärker und Widerstände können bequem hergestellt werden auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat unter Verwendung von konventioneller integrierter Schaltkreisverarbeitung.
Daher ist der Leitungstreiber der vorliegenden Erfindung in der Lage, bei niedriger Versorgungsspannung zu arbeiten, um Ausgangsantriebssignale mit Amplituden größer als die Versorgungsspannung zu erzeugen und mit einer stabilisierten Signalamplitude, die im wesentlichen unabhängig von Variationen in der Amplitude der Versorgungsspannung ist mit einer universell kompatiblen Wellenform unter Steuerung einer Logik.

Claims

Treiberschaltkreis, der aufweist: einen Transformator (9) mit einer Primärwicklung (13, 15) mit Mittenabgriff mit Endanschlüssen und einer Sekundärwicklung (11), die den Schaltkreisausgang bildet, eine erste Spannungsquelle (V_DD), die mit dem Mittenanschluß der Primärwicklung verbunden ist, eine erste und zweite Steuereinrichtung (12, 14; 27, 29), die mit den Endanschlüssen der Primärwicklung verbunden sind und angepaßt sind, um die Leitung von Strom hierdurch zu steuern, um eine Ausgangswellenform bereitzustellen in Antwort auf ein angelegtes Steuersignal (135), eine Schaltkreiseinrichtung (100) einschließlich einer ersten und zweiten Stromquelle (105, 120), die mit jeweiligen ersten und zweiten Widerstandseinrichtungen (110, 125; 25, 125) verbunden sind, und einschließlich eines Verstärkers (130), der verbunden ist, um die Signale von der ersten und zweiten Widerstandseinrichtung (110, 125; 25, 125) zu empfangen für das Erzeugen hieraus des Steuersignals (135), das zur ersten und zweiten Steuereinrichtung (12, 14; 27, 29) und zu der ersten Widerstandseinrichtung (110; 25) für das Steuern der Leitfähigkeit hierdurch geliefert wird.
Treiberschaltkreis nach Anspruch 1, bei dem die erste Stromquelle einen Strom liefert proportional zu einem Verhältnis der Spannung von einer zweiten Quelle zu einem ersten ausgewählten Widerstandswert und bei dem die zweite Stromquelle einen Strom liefert proportional zu einem Verhältnis der Differenz der Spannungen von dem ersten und zweiten Widerstandswert und wobei das Steuersignal selektiv an zumindest die erste oder die zweite Steuereinrichtung angelegt wird in Antwort auf ein angelegtes Eingangssignal.
Treiberschaltkreis nach Anspruch 2, bei dem die zweite Steuereinrichtung eine Mehrzahl von variablen Leitelementen beinhaltet und das Steuersignal selektiv mindestens an eines der variablen Leitungselemente angelegt wird, um einen Parameter des Signals, das am Ausgang des Schaltkreises erzeugt wird, zu steuern.
Treiberschaltkreis nach Anspruch 3, bei dem die Mehrzahl von variablen Leitungselementen in einer ausgewählten Sequenz aktiviert werden, um die Wellenform des Signals, das am Schaltkreisausgang erzeugt wird, zu ändern.
Treiberschaltkreis nach Anspruch 1, bei dem die erste Stromquelle (105) in Reihe mit einer ersten Verbindung mit der ersten Widerstandseinrichtung (110; 25) verbunden ist und die zweite Stromquelle (120) seriell mit einer zweiten Verbindung mit der zweiten Widerstandseinrichtung (125) verbunden ist und der Verstärker (130) mit der ersten und zweiten Verbindung verbunden ist für das Bereitstellen des Steuersignals (135) zur ersten und zweiten Steuereinrichtung (12, 14; 27, 29) und der ersten Widerstandseinrichtung (110; 25), um das Steuern der Leitfähigkeit in Antwort auf Signale, die an der ersten und zweiten Verbindung anliegen, zu bewirken.
Treiberschaltkreis nach Anspruch 4, bei dem die erste Stromquelle Strom im Verhältnis des Verhältnisses einer zweiten Spannungszuführung zu einem ersten ausgewählten Widerstandswert liefert, die zweite Stromquelle Strom im Verhältnis zum Verhältnis der Differenz zwischen einer ersten und zweiten Spannungslieferung zu einem zweiten ausgewählten Widerstandswert liefert.
Treiberschaltkreis nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die Endanschlüsse der Primärwicklung des Transformators beide mit einer jeweiligen, der ersten oder zweiten Steuereinrichtung (12, 14; 27, 29) verbunden sind, die mit der Schaltkreiseinrichtung (100) kommuniziert, um das Steuersignal hiervon zu erhalten für das Steuern der Leitfähigkeit des Stromes hierdurch.