JP5801478B2 - 差動信号のための平衡インピーダンスの方法 - Google Patents

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Description

本発明の態様は、概してデータ伝送の分野に関し、より詳細には、物理レイヤーにおける差動信号に関する。
従来、差動信号は、逆の状態(例えば、data+とdata−)を有する一対の伝送された信号を経由して、ドライバから受信機への情報コンテンツの単一のインスタンスの伝送を提供する。差動信号は、アナログまたはデジタルシステムにおいて使用されることができ、電力損失が低く、電磁妨害に影響を受けにくい通信の効果的な方法を提供する。差動信号は、例えば、RS−422、USB、シリアルATA(SATA)、ファイヤーワイヤー、またはHDMI(登録商標)を含む多数の任意の標準規格を使用して、物理レイヤーに実装され得る。
種々の差動信号を実装する方法のそれぞれは、異なるデータ伝送速度および出力電圧の仕様を有し得る。例えば、低電圧差動信号(LVDS)は、物理レイヤー内において、低電力、高速のデータ伝送を提供し、高速データ伝送を要求するアナログデジタル変換器およびデジタル信号プロセッサにおいてしばしば使用される。サブLVDSドライバはLVDSに類似するが、標準的なLVDSドライバよりも小さい差動振幅と小さいコモンモード電圧を有し、カメラのアナログフロントエンドおよび画像プロセッサにおいてしばしば使用される。例えば、LVDSドライバは、最大1.9Gbpsのデータ転送速度、350mVの差動出力振幅、1.25Vのコモンモード電圧を有することがあるが、一方サブLVDSドライバは、150mVの差動電圧振幅および0.9Vの固定コモンモード電圧を持つ416Mbpsのデータ転送速度を有することがある。
従来のLVDSおよびサブLVDSドライバにおいて、供給電圧は典型的にコモンモード電圧に2を掛けたものである。ゆえに、従来のLVDSドライバは2.5Vの供給電圧を持つ1.25Vの固定コモンモード電圧を有することがあり、サブLVDSドライバは、1.8Vの供給電圧を持つ0.9Vのコモンモード電圧を有することがある。システムの理想的な電源は、必ずしもコモンモードに2を掛けたものではないため、別個の電力供給源がしばしばドライバ専用にある。多数からなる電力供給源は、概して余分の費用、基盤面積、追加的な回路の複雑性を暗に示すため、これは好ましくない。電流モード技術が使用される場合、コモンモードに2を掛けたものの使用は、要求するというより慣習である。しかしながら、傾向はより低いシステム供給電圧に向かっているため、電流モード技術は顕著なヘッドルーム限界を迎える可能性がある。電圧モード技術は低い供給電圧にとても適しているが、従来の方法は、平衡出力インピーダンスを有するために、コモンモード電圧に2を掛けたものの供給を要求するする。そのため電力供給源の数を制限することが望ましい一方、従来の方法を使用すると非実用的である。
図1は、差動信号のために使用され得る、従来の電流モードドライバ100のコンポーネントを説明するための、簡略化した回路図である。図1の例において、電流が回路を通過して電流モードドライバ100を実装する。図1に示すように、電流モードドライバ100は、電流源105から電流シンク106へとそれぞれ伸張し、個々の出力端子104a、104bを含む、一対の回路パスを含み得る。それぞれの回路パスは、個々の出力端子104a、104bと電流源105との間に伸張するスイッチ101a、101bと、個々の出力端子104a、104bと電流シンク106との間に伸張する、スイッチ102a、102bとを含み得る。
図1に示すように、電流モードドライバ100は、一対の差動入力信号D+およびD−を受信してもよく、それに応じて一対の差動出力信号OUT+およびOUT−を出力し得る。入力信号(例えば、D+)は、第1のパスのスイッチ101a、102aに入力され得る。同様に、もう1つの入力信号D−は、第2のパスのスイッチ101b、102bに入力され得る。ゆえに、差動入力信号が電流モードドライバ100にアサートされたとき、入力信号D+、D−のうちの1つが、その対応するスイッチが終端抵抗器107を通して電流を導電させるようにし、|v(OUT+)−v(OUT−)|によって得られる固定差動出力電圧を生成する。コモンモード電圧は、(v(OUT+)+v(OUT−))/2によって得られ、サーボループ(図示せず)または他の方法によって設定され得る。終端抵抗器107は、電流モードドライバ100から分離して実装されてもよく、既知のまたは予期される終端抵抗は、電流モードドライバ100の設計に影響し得る。
図1に図示されたドライバのような従来の電流モードドライバは、適切に動作するために、バイアス電流、バイアス生成器、および/またはサーボループを追加的に要求し得る。さらに、より低い供給電圧では、電流モードドライバは、そのより大きいキャパシタンスにより、増大した電力供給源/基盤ノイズをもたらす可能性のある、より大きい出力デバイスを要求し得る。
図2は、差動信号のために使用され得る、従来の電圧モードドライバ200のコンポーネントを説明する、簡略化した回路図である。図2の例において、ドライバを通じて電流を切り替えるのではなく、供給電圧VDD、VSSは、電圧モードドライバ200を実装するように切り替えられる。図2に示すように、電圧モードドライバ200は、一対の供給電圧(VDD、VSS)の間にそれぞれ伸張し、個々の出力端子204a、204bを含む、一対の回路パスを含み得る。それぞれの回路パスは、個々の出力端子204a、204bと第1の供給電圧VDDとの間に伸張するスイッチ202a、202bと、個々の出力端子204a、204bと第2の供給電圧VSSとの間に伸張するスイッチ203a、203bとを含み得る。電圧モードドライバ200は、それぞれの出力端子204a、204bと、供給電圧のうちの1つとの間に連結された抵抗器201a、201bをさらに含み得る。
図2に示すように、電圧モードドライバ200は、一対の差動入力信号D+およびD−を受信してもよく、それに応じて一対の差動出力信号OUT+およびOUT−を出力してもよい。入力信号(例えば、D+)は、第1のパスのスイッチ202b、203bに入力されてもよい。同様に、もう1つの入力信号D−は、第2のパスのスイッチ202a、203aに入力されてもよい。ゆえに、入力信号が電圧モードドライバ200にアサートされたとき、入力信号D+、D−のうちの1つが、その対応するスイッチが導電させるようにし、これが出力端子204a、204b上に信号電圧を生成する。終端抵抗器207は、ドライバから分離して実装され得る。
しかしながら、図2に図示されたドライバのような従来の電圧モードドライバは、概して平衡出力インピーダンスのために設計され、これは抵抗器201aが抵抗器201bに等しいことを意味する。そうでない場合、この2つの出力ステートは、異なるコモンモード電圧を有してしまい、これは電磁妨害(EMI)をもたらし得る。さらに、不平衡のインピーダンスは、不要なコモンモード信号の存在下でコモンモードを差動変換させる可能性がある。抵抗器201aおよび201bが等しい場合、コモンモード電圧を強制的に供給電圧の2分の1に等しくさせる。これは、(例えば)LVDS用の2.5V電源と、サブLVDS用の1.8V電源を暗に示す。したがって、コモンモード電圧に2を掛けたものに等しくない単一の供給電圧を持つ電圧モードで、高速の、差動信号ドライバを実装することが望ましい。
特許請求の範囲に記載の手段によって課題を解決する。
本発明の前述および他の態様の種々の実施形態は、添付の図面とともに以下の詳細な説明の検討を通じ明白となろう。類似の参照番号は、機能的に類似する要素を示すように使用される。
従来の電流モードドライバのコンポーネントを説明する、簡略化した回路図である。 従来の電圧モードドライバのコンポーネントを説明する、簡略化した回路図である。 本発明の実施形態に従う、例示的な差動信号システムのコンポーネントを説明する、簡略化したブロック図である。 本発明の実施形態に従う、差動信号ドライバを実装する、例示的なシステムのコンポーネントを説明する、簡略化したブロック図である。 本発明の実施形態に従う、例示的な差動電圧モードドライバのコンポーネントを説明する、簡略化した回路図である。 本発明の実施形態に従う、例示的な差動電圧モードドライバのコンポーネントを説明する、簡略化した回路図である。 本発明の実施形態に従う、差動電圧モードドライバを構成する方法を説明する、簡略化したフローチャートである。 本発明の実施形態に従う、プログラム可能な差動電圧モードドライバを実装する、例示的なシステムのコンポーネントを説明する、簡略化したブロック図である。 本発明の実施形態に従う、例示的な差動電圧モードドライバのコンポーネントを説明する、簡略化した回路図である。 差動電圧モードドライバのコンポーネントを説明するための、簡略化した回路図である。
電源電圧の2分の1に等しくないコモンモード電圧を持つ信号出力で平衡インピーダンスを維持する、電圧モード差動信号ドライバが実装される。これは、電圧モード技術を用いて実装される差動信号ドライバの旧来の弱点を限定する。電圧モード差動信号ドライバの出力は、低い供給電圧で追加的に動作してもよく、単純なドライバ設計を提供する。従来の電流モード技術ではなく、電圧モードを使用すると、低下した複雑性、より小さい面積要件、より小さいノイズ、ESDスペーシング要件の最小化、およびより低いヘッドルーム要件を提供する。
電圧モードドライバは、従来の電流モードドライバにおいて適切なコモンモードを維持するために実装される、従来のバイアス電流、バイアス電流生成器、サーボループ、または他の旧来のコンポーネントを排除し得る。さらに、ドライバおよびコア回路構成のための異なる電源を要求しない場合、特殊高圧トランジスタおよびレベルシフタが排除され得る。電圧モードの実装はまた、いくつかの高感度な回路内においてサプライおよび基盤ノイズをもたらす、大型の出力デバイス、大型のプリドライバ、および電流モード技術のために従来要求される支援回路構成の排除を可能にさせる。さらに、多くの電圧モードの実装において見られる直列抵抗器は、ESD電流を分路し、ESDのスペーシング規定に起因する大型の出力トランジスタを排除する可能性がある。
図3は、本発明の実施形態に従う、例示的な差動信号システム300のコンポーネントを説明する簡略化したブロック図である。図3に示すように、差動信号システム300は、ドライバ310から受信機320へと一対の信号を伝送するための、ドライバ310、受信機320、および一対のワイヤまたは他の伝送ライン301および302を含み得る。終端抵抗器R303は、受信機320で信号を生じさせるように実装され得る。終端抵抗器R303は、は、ドライバから分離して、例えば受信機320に実装され得る、ドライバ310は次に、終端抵抗器303を通る電流を流し、論理1または論理0に相当する、+または−の出力電圧VODを生成し得る。受信機320は次に、信号をバイナリ情報として解釈し得る。
図4は、本発明の実施形態に従う、差動信号ドライバを実装する、例示的なシステム400のコンポーネントを説明する簡略化したブロック図である。図4に示すように、例示的なシステム400は、センサ410、アナログフロントエンド回路420、およびデジタル信号プロセッサ(DSP)430を含み得る。センサ410は、例えば、電荷結合素子(CCD)または相補型MOS(CMOS)イメージセンサを含む、アナログセンサであってもよい。アナログフロントエンド420は、アナログデジタル変換器(ADC)421と、差動信号インターフェース422とを含み得る。差動信号インターフェース422は、デジタル変換された信号をDSP430に伝送する差動信号ドライバであり得る。差動信号インターフェース出力(OUT+401およびOUT−402)は、一対の伝送ライン上をDSP430へと伝送され得る。さらに、アナログフロントエンド420は、センサ410から受け取ったアナログ信号のフロントエンド処理を促進するための、クロックまたは他のタイミング装置、レジスタ、追加的なアナログデジタルおよびデジタルアナログ変換器、および他のコンポーネント(図示せず)を含み得る。DSP430は、デジタル処理および圧縮を行うデジタル画像プロセッサチップ、または例えばフィルタリングおよびエラー訂正を含む、他の従来のデジタル信号処理技術を行う他の信号プロセッサであり得る。
図5は、本発明の実施形態に従う、例示的な差動電圧モードドライバ500のコンポーネントを説明する、簡略化した回路図である。図5に示すように、ドライバ500は、一対の供給電圧(VDD、VSS)の間に伸張し、個々の出力端子504a、504bを含む一対の回路パスを含み得る。それぞれの回路パスが、個々の出力端子504a、504bと第1の供給電圧VDDとの間に伸張するスイッチ505a、505bおよび抵抗器501a、501bと、個々の出力端子504a、504bと第2の供給電圧VSSとの間に伸張するスイッチ506a、506bおよび抵抗器502a、502bとを含み得る。当業者に明確であるように、ドライバ500は、追加の供給電圧(図示せず)とともに実装され得る。ドライバ500は、それぞれの出力端子504a、504bと、供給電圧のうちの1つとの間に連結される、第3の抵抗器503a、503bをさらに含み得る。
図5に示すように、ドライバ500は、一対の差動入力信号D+およびD−を受信してもよく、それに応じて一対の差動出力信号OUT+およびOUT−を出力してもよい。入力信号(例えば、D+)は、第1のパスのスイッチ505a、506aに入力され得る。同様に、他の入力信号D−は、第2のパスのスイッチ505b、506bに入力され得る。ゆえに、差動入力信号がドライバ500にアサートされたとき、入力信号D+、D−のうちの1つが、その対応するスイッチが導電するようにし、これが出力端子504a、504b上に信号電圧を生成する。抵抗器503a、503bは、本実施形態においては常に導電である。
図5に示すように、例示的な差動電圧モードドライバ500は、供給電圧VDD≠2xVCMであるように、平衡出力インピーダンスおよびコモンモード電圧(VCM)を有するように構成される。ドライバ500は、従来の電流モード技術ではなく電圧モード技術を使用して実装され、これにより信号電流を切り替えるかわりに、電圧VDDおよびVSSが切り替えられ、終端抵抗器507を通すように抵抗分配器が信号を作成し得る。終端抵抗器507は、ドライバから分離して実装されてもよく、既知のまたは予期される終端抵抗は、ドライバの設計または残りの抵抗値の選択に影響し得る。
ドライバの差動電圧振幅VODおよびコモンモード電圧VCMは、ドライバ500内部の抵抗器値によって異なる。抵抗器501aおよび501bが抵抗器502aおよび502bに等しい、図5の実施形態において、差動電圧振幅VODおよびコモンモード電圧VCMは、以下に提供される式1および2のようになり得る:
Figure 0005801478
Figure 0005801478
図5の実施形態において、出力における平衡インピーダンスは、抵抗器501aおよび501bが抵抗器502aおよび502bと等しい場合に実現され得る。D+入力が高圧レベルであり、これがスイッチ505aおよび506aを導電性にし、そのためD−入力がスイッチ505bおよび506bを非導電にするという例を考慮されたい。本例では、R501a、R501b、R502a、R502b、R503aおよびR503bがすべて等しい場合、出力端子504aからVDDへの抵抗は、抵抗器501aおよび503aが並列であるため、抵抗器503aの抵抗の半分となる。出力端子504bから電圧源への抵抗もまた、抵抗器502aおよび503bが、出力インピーダンスの目的のために効果的に並列であるため、抵抗器503bの抵抗の半分となる。ゆえに、出力インピーダンスは平衡化される。
ドライバ500は、種々の設計環境において適用を見いだす。例えば、サブLVDSの適用においては、VODが150mVであり、VCMが0.9Vである差動信号を提供することが望ましい。例示的な実施形態では、抵抗器501a、501b、502a、502b、503aおよび503bがそれぞれ300Ωに設定され、終端抵抗器507が100Ωに設定された場合、ドライバは、VDD=1.2Vでこの目的を達成する。
上述のように、回路内に表れる抵抗値は、操作中に生じる差動電圧振幅VODおよびコモンモード電圧VCMを決定し得る。いくつかの実施形態では、一旦ドライバ500が集積回路内に製造されると、抵抗値は静的のままとなり得る。回路の設計者は、自らの設計目標に適合させるために、異なる抵抗値を選択してもよい。他の実施形態では、以下に記載するように、抵抗値は、回路の動作中において、動的に可変であり得る。これらの実施形態は、回路の設計者が、ドライバの異なる動作条件に応じて、動的に可変である差動電圧振幅VODおよびコモンモード電圧VCMを提供することを可能にする。
図6は、本発明の実施形態に従う、例示的な差動電圧モードドライバ600のコンポーネントを説明する、簡略化した回路図である。図6に示すように、ドライバ600は、一対の供給電圧(VDD、VSS)の間に伸張し、個々の出力端子604a、604bを含む一対の回路パスを含み得る。それぞれの回路パスは、個々の出力端子604a、604bと第1の供給電圧VDDとの間に伸張するスイッチ605a、605bおよび抵抗器601a、601bと、個々の出力端子604a、604bと第2の供給電圧VSSとの間に伸張するスイッチ606a、606bおよび抵抗器602a、602bとを含み得る。ドライバ600は、それぞれの出力端子604a、604bと、供給電圧のうちの1つとの間に連結された第3の抵抗器603a、603bをさらに含み得る。
図6に示すように、ドライバ600は、一対の差動入力信号D+およびD−を受信してもよく、それに応じて一対の異なる出力信号OUT+およびOUT−を出力してもよい。入力信号(例えば、D+)は、第1のパスのスイッチ605a、606aに入力され得る。同様に、もう1つの入力信号D−は、第2のパスのスイッチ605b、606bに入力され得る。ゆえに、差動入力信号がドライバ600にアサートされたとき、入力信号D+、D−のうちの1つが、その対応するスイッチが導電させるようにし、これが出力端子604a、604b上に信号電圧を生成する。抵抗器603a、603bは、本実施形態において常に導電である。図6の実施形態において、出力における平衡インピーダンスは、抵抗器601aおよび601bが抵抗器602aおよび602bと等しい場合に実現され得る。D+入力が高圧レベルであり、これがスイッチ605aおよび606aを導電性にし、そのためD−入力がスイッチ605bおよび606bを非導電にするという例を考慮されたい。本例では、R601a、R601b、R602a、R602b、R603aおよびR603bがすべて等しい場合、出力端子604bからVSSへの抵抗は、抵抗器602aおよび603aが並列であるため、抵抗器603aの抵抗の半分となる。出力端子604aから電圧源への抵抗もまた、抵抗器601aおよび603bが、出力インピーダンスの目的のために効果的に並列であるため、603bの抵抗の半分となる。ゆえに、出力インピーダンスは平衡化される。抵抗器601a、601b、602a、602b、603aおよび603bがそれぞれ300Ωに設定され、終端抵抗器607が100Ωに設定される例示的な実施形態では、VDD=1.2Vであるドライバは、VOD=150mVおよびVCM=0.3Vを有することになる。終端抵抗器607は、受信機の一部として、ドライバから分離されるように実装され得る。
前述のとおり、回路内に表れる抵抗値は、操作中に生じる差動電圧振幅VODおよびコモンモード電圧VCMを決定し得る。いくつかの実施形態では、一旦ドライバ600が集積回路内に製造されると、抵抗値は静的のままとなり得る。他の実施形態では、抵抗値は、回路の動作中において、動的に可変であり得る。可変抵抗値は、演算されたVODおよびVCMの要件に従い、ドライバの初期設定の際に設定され得る。別の実施形態に従い、可変抵抗値は、それぞれの値が特定のVCMに合致するように選択される、ローカルレジスタの中に保持された、多数の所定の値から選択され得る。
図7は、本発明の実施形態に従う、差動電圧モードドライバを構成する方法700を説明する、簡略化されたフローチャートである。方法700によれば、望ましいコモンモードが差動電圧ドライバのための供給電圧の2分の1に等しくない構成を決定するには、所望される供給電圧およびコモンモード電圧がまず選択され得る(ブロック705〜710)。次に、抵抗器構成および抵抗値が決定され得る(ブロック715)。例えば、平衡化された出力インピーダンスが維持され、コモンモード電圧が供給電圧の半分より大きい場合、抵抗器は図5のように構成され、抵抗値は式1および式2に従って設定され得る。もし、しかしながら、コモンモード電圧が供給電圧の半分を下回る場合は、抵抗器は図6のように構成され得る。他の考慮が、選択されたドライバ構成追加的に影響し得る。例えば、より低い電力が望まれ、出力信号が完全には安定しないため、システムが少量の信号ドリフトを許容できる場合、抵抗器のうちのいくつかは、ドライバから抵抗器のサブセットを効果的に取り除く無限インピーダンスに設定されてもよい。あるいは、電力が使用可能で、より速い速度と低い出力インピーダンスが望まれる場合、ドライブ内の追加的なスイッチおよび抵抗器が作動され得る。次に、一旦構成が選択されると、差動電圧ドライバは、決定された抵抗値に従って構成され得る(ブロック720)。
図8は、本発明の実施形態に従う、プログラム可能な差動電圧モードドライバを実装する例示的なシステム800のコンポーネントを説明する、簡略化したブロック図である。図8に示すように、例示的なシステム800は、センサ810、アナログフロントエンド回路820、およびデジタル信号プロセッサ(DSP)830を含み得る。アナログフロントエンド820は、アナログデジタル変換器(ADC)821、プログラム可能な差動電圧モードドライバインターフェース822、制御器823、およびレジスタ825を含み得る。プログラム可能な差動電圧モードドライバインターフェース822は、デジタル変換された信号をDSP830に伝送するための差動信号ドライバであり得る。
プログラム可能な差動電圧モードドライバインターフェース822は、ドライバのための複数個の動作モードを有し得る。制御器823は、使用可能な動作モードのうちの1つを選択し、選択されたモード824に従い、差動電圧モードドライバインターフェース822の構成を設定し得る。差動電圧モードドライバインターフェース822の構成を設定することは、プログラム可能な差動電圧モードドライバインターフェース822内の抵抗器またはスイッチを作動させるか、または非作動にすることと、作動させた抵抗器の値を設定することとを含み得る。抵抗値は、制御器823によって決定されてもよく、それぞれのモードのためにレジスタ825から読み出されてもよい。一実施形態において、制御器823は、レジスタ825の中に保持された複数個の可能性のある抵抗値から選択し得る。
例えば、例示的な実施形態では、プログラム可能な差動電圧モードドライバインターフェース822は、3つの可能性のあるモードを有し得る。第1のモードは、図10に図示されたドライバに従って構成されるドライバに関連付けられ得る。第2のモードは、図5に図示されたドライバに従って構成されるドライバに関連付けられ得る。そして、第3のモードは、異なる電源(VDD)を利用するために作動させられた追加的な抵抗器およびスイッチ、より高い差動振幅(VOD)、またはより高いデータ速度を促進するために、より低い出力インピーダンスを有し得る。図9は、プログラム可能であることを実装する、可能な方法を説明するが、的確な構成は特定の適用要件次第であることは、当業者には認識されよう。選択されたモードに従って生成された差動電圧ドライバインターフェース出力(OUT+801およびOUT−802)は、一対の伝送ライン上をDSP830へと伝送される。
図9は、本発明の実施形態に従う、例示的な差動電圧モードドライバ900のコンポーネントを説明する、簡略化した回路図である。図9に示すように、ドライバ900は、一対の供給電圧(VDD、VSS)の間に伸張し、個々の出力端子904a、904bを含む、一対の回路パスを含み得る。それぞれの回路パスは、個々の出力端子904a、904bと第1の供給電圧VDDとの間に伸張するスイッチ905a、905b、909aおよび909bと、抵抗器901a、901b、908aおよび908bと、個々の出力端子904a、904bと第2の供給電圧VSSとの間に伸張するスイッチ906a、906b、910aおよび910bと、抵抗器902a、902b、903aおよび903bとを含み得る。ドライバ900は、1組のマルチプレクサ(MUX)911a、911b、912a、912b、913a、913b、914aおよび914bをさらに含み得る。それぞれのMUXは、選択されたモード入力を有してもよく、モード選択は、MUX出力が必要に応じてD+となるか、またはD−となるか、または接続されたスイッチを静的に導電性に設定するためにVDDを、または接続されたスイッチを静的に非導電に設定するためにVSSを出力するか決定する。終端抵抗器907は、ドライバから分離して、例えば受信機に実装され得る。
図9に示すように、ドライバ900は、一対の差動入力信号D+およびD−を受信し、それに応じて一対の差動出力信号OUT+およびOUT−を出力し得る。それぞれの入力信号(例えば、D+)は、第1の回路パスのMUX911a、912a、913aおよび914aへと入力され得る。次に、モード選択入力が、その入力信号を接続されたスイッチ905a、906a、909aおよび910aに渡すかどうか、またはスイッチを静的に導電にまたは静的に非導電に設定するかどうか決定し得る。同様に、その入力信号を接続されたスイッチ905b、906b、909bおよび910bに渡すかどうか決定するモード選択入力とともに、他の入力信号D−が、第2の回路パスのMUX911b、912b、913bおよび914bへと入力され得る。次に、所与のモードについて、スイッチのうちの任意のものが導電、非導電、または入力信号を受信する。
例えば、スイッチ909aおよび909bが、MUX913aおよび913bによって、それぞれモード選択2およびモード選択6を用いて静的に導電であると設定され、スイッチ910aおよび910bが、MUX914aおよび914bによって、それぞれモード選択4およびモード選択8を用いて静的に非導電であると設定されると、回路は、図5に示すドライバのように、同一の特徴を持つことになる。次に、差動入力信号がドライバ900にアサートされると、入力信号D+、D−のうちの1つが、その対応するスイッチを導電させ、これが生成出力端子904a、904b上に信号電圧を生成する。抵抗器908a、908bは、本実施形態において常に導電であり、一方抵抗器903aおよび903bは常に非導電である。
別のモードでは、スイッチ909a、909b、910aおよび910bが、MUX913a、913b、914aおよび914bによって、モード選択2、モード選択6、モード選択4、およびモード選択8を用いてそれぞれ静的に非導電であると設定されると、回路は、図10に示すドライバのように、同一の特徴を持つことになる。次に、差動入力信号がドライバ900にアサートされたとき、入力信号D+、D−のうちの1つがその対応するスイッチを導電させ、これが出力端子904a、904b上に信号電圧を生成する。抵抗器903a、903b、908a、および908bは、本実施形態において常に非導電である。
本発明の実施形態によれば、ドライバ900内の抵抗器は、固定コモンモード電圧、および/または差動電圧振幅を達成するために、環境または他の要因により、動的に調整され得る。例えば、電源電圧が予期せず変更すると、抵抗値が変更に適合するように調整され、所望されるコモンモード電圧を維持し得る。制御器(図示せず)は、電源電圧における変更を検出するように、またはコモンモード電圧、および/または差動電圧振幅における変化を検出するように、およびドライバ900の要素を適宜に調整するように実装され得る。
図10は、差動電圧モードドライバ1000のコンポーネントを説明するための、簡略化した回路図である。図10に示すように、ドライバ1000は、一対の供給電圧(VDD、VSS)の間にそれぞれ伸張し、個々の出力端子1004a、1004bを含む、一対の回路パスを含んでもよい。回路パスは、個々の出力端子1004a、1004bと第1の供給電圧VDDとの間に伸張するスイッチ1005a、1005bおよび抵抗器1001a、1001bと、個々の出力端子1004a、1004bと、第2の供給電圧VSSとの間に伸張するスイッチ1006a、1006bおよび抵抗器1002a、1002bを含み得る。
図10に示すように、ドライバ1000は、一対の差動入力信号D+およびD−を受信してもよく、それに応じて一対の差動出力信号OUT+およびOUT−を出力してもよい。入力信号(例えば、D+)は、第1のパスのスイッチ1005a、1006aに入力され得る。同様に、もう1つの入力信号D−は、第2のパスのスイッチ1005b、1006bに入力され得る。ゆえに、差動入力信号がドライバ1000にアサートされると、入力信号D+、D−のうちの1つが、その対応するスイッチを導電させ、これが出力端子1004a、1004b上に信号電圧を生成する。
ドライバの差動電圧振幅VODおよびコモンモード電圧VCMは、回路1000内部の抵抗器の値によって異なり得る。抵抗器は、そのため特定のコモンモード電圧VCMおよび差動電圧振幅VODを達成するように設定される。差動電圧振幅VODおよびコモンモード電圧VCMは、以下に提供される式3および4のようになり得る:
Figure 0005801478
Figure 0005801478
D+入力が高圧レベルであり、これがスイッチ1005aおよび1006aを導電性にし、それにより、D−入力がスイッチ1005bおよび1006bを非導電にするという例を考慮されたい。抵抗器1001が150Ωに設定され、抵抗器1002が550Ωに設定され、終端抵抗器1007が100Ωに設定される一実施形態において、VODは150mVであり、VDD=1.2VでのVCMは0.9Vである。
しかしながら、図10に図示される、1.8Vに等しくない電源を持つ0.9Vコモンモード電圧を達成するための電圧モード技術は、出力での不平衡インピーダンスを招くことがあり、効果的な信号安定を要求するシステムにおいては望ましくないことがある。出力での不平衡インピーダンスは、例えばEMI干渉に起因するコモンモードノイズを差動信号に変換することなどによる、差動信号の正確な伝送に追加的に影響を与えることがある。さらに、図示されたドライバ内の電圧は、VDDおよびVSSへの異なる時定数のために上下運動をすることがあり、それによってコモンモード信号のドリフトを引き起こす。不平衡の出力は、EMI干渉をも発生させる。それにより、図10に図示されたドライバは、エラーまたは信号ドリフトに対し低い許容度を持つシステムにおいて効果的でない場合がある。したがって、図8のようなプログラム可能な差動電圧ドライバは、限られた状況において、図10に図示されたドライバに従う電圧モードドライバを構成するモードを利用し得る。
以上、本発明は、LVDSおよびサブLVDS差動信号ドライバを参照して説明されたが、他の差動信号の方法は、上述のとおり電圧モード技術を用いて実装され得る。さらに、上述の回路はスイッチおよび別個の抵抗器を使用して図示されるが、1つ以上の実施形態において、スイッチはトランジスタとともに実装されてもよく、抵抗器または抵抗器の一部分は、トランジスタとしてスイッチとともに実装されてもよい。
前述の検討は、本発明の種々の実施形態に従って構築されるアナログ信号処理システムにおいて使用され得る機能ブロックを同定する。いくつかの実施形態では、本願において上述された機能ブロックは、統合ソフトウエアシステムの要素として提供されてもよく、それにおいてブロックは、コンピュータプログラムの別個の要素として提供されてもよい。他の適用において、機能ブロックは、処理システムのデジタル信号プロセッサまたは特定用途向け集積回路の内部の機能ユニット等の、ディスクリート回路コンポーネントとして提供されてもよい。本発明のまた他の適用は、専用ハードウエアおよびソフトウエアコンポーネントのハイブリッドシステムとして一体とされ得る。さらに、本願に記載の機能ブロックは、別個のユニットとして提供される必要がない。例えば、図8は制御器823等のアナログフロントエンド820のコンポーネントおよび別個のユニットとしてプログラム可能な差動信号インターフェース822を説明するが、1つ以上の実施形態において、そのうちのいくつかまたはすべてが統合されてもよく、これらは別個のユニットである必要がない。かかる実装の詳細は、別様に記載されない限り、本発明の作用に無関係である。
以上、本発明はいくつかの実施形態を参照して詳細に説明されたが、本発明の範囲および精神内の変形は、当業者に明白となろう。ゆえに、本発明は添付の特許請求の範囲によってのみ限定されると考えられるべきである。
100 従来の電流モードドライバ
200 従来の電圧モードドライバ
300 差動信号システム
310 ドライバ
320 受信機
400 システム
410 センサ
420 アナログフロントエンド
421 ADC
422 ドライバインターフェース
430 デジタル信号プロセッサ
500 差動電圧モードドライバ
600 差動電圧モードドライバ
800 システム
810 センサ
820 アナログフロントエンド
821 ADC
822 ドライバインターフェース
823 制御器
824 モード選択
825 レジスタ
830 デジタル信号プロセッサ
900 差動電圧モードドライバ
1000 差動電圧モードドライバ

Claims (29)

  1. 差動信号ドライバであって、
    一対の出力端子のうちの1つから、一対の供給電圧のうちの1つに向かってそれぞれ伸張する複数個の回路パスであって、それぞれ抵抗器とスイッチとを備える、回路パスを備え、
    前記信号ドライバは、前記一対の供給電圧の間の差分の2分の1から逸脱するコモンモード電圧を有する前記出力の端子上に出力電圧を発生させ、
    前記出力端子における出力インピーダンスが平衡化される、差動信号ドライバ。
  2. 回路パスのうちの少なくとも1つのサブセットは、低信号を生成するように働き、回路パスのうちの異なるサブセットは、高信号を生成するように働く、請求項1に記載のドライバ。
  3. 前記複数個の回路パスのそれぞれの中の抵抗器が、同一の値に設定される、請求項1に記載のドライバ。
  4. 前記複数個の回路パスは、前記コモンモード電圧が前記供給電圧の2分の1よりも大きくなるように構成される、請求項1に記載のドライバ。
  5. 前記複数個の回路パスは、前記コモンモード電圧が前記供給電圧の2分の1よりも小さくなるように構成される、請求項1に記載のドライバ。
  6. 前記スイッチは、トランジスタとして実装される、請求項1に記載のドライバ。
  7. それぞれの回路パスの前記抵抗器およびそれぞれの回路パスの前記スイッチが、トランジスタとして実装される、請求項1に記載のドライバ。
  8. それぞれの回路パスの前記抵抗器の一部分およびそれぞれの回路パスの前記スイッチが、トランジスタとして実装される、請求項1に記載のドライバ。
  9. 一対の出力端子のうちの1つから、一対の供給電圧のうちの1つに向かってそれぞれ伸張する複数個の回路パスであって、それぞれ可変抵抗器とスイッチとを備える回路パスを有する差動信号ドライバであって、少なくとも1つのコモンモード電圧が、前記供給電圧の2分の1から逸脱するように、複数個の可能性のあるコモンモード電圧を生じさせるように構成されてもよい、前記ドライバと、
    前記可能性のあるコモンモード電圧の1つを選択し、前記選択されたコモンモード電圧に応じて、前記可変抵抗器を設定する、制御器と、を備えるシステム。
  10. 前記制御器は、前記選択されたコモンモード電圧に応じて、前記抵抗器のうちの少なくとも1つのサブセットを作動させる、請求項9に記載のシステム。
  11. 複数個の抵抗値を保持する、1組のレジスタをさらに備え、
    それぞれの可能性のあるコモンモード電圧が、前記複数個の抵抗値のうちの少なくとも1つに対応し、前記制御器が、前記選択されたコモンモード電圧に対応する前記レジスタからの前記値に応じて、前記可変抵抗器を設定する、請求項9に記載のシステム。
  12. 前記制御器が、前記ドライバが平衡インピーダンスを持つ出力端子を有するように、前記可変抵抗器を設定する、請求項9に記載のシステム。
  13. アナログソースと、
    前記アナログソースからのアナログ信号を、デジタル信号に変換し、電圧モード差動信号ドライバを使用して、前記デジタル信号を伝送するための、アナログ信号プロセッサであって、前記電圧モード差動信号ドライバは、一対の出力端子のうちの1つから、一対の供給電圧のうちの1つに向かってそれぞれ伸張する複数個の回路パスであって、それぞれ抵抗器とスイッチとを備える回路パスを有する、アナログ信号プロセッサと、
    前記電圧モード差動信号ドライバから受信した前記デジタル信号を処理するための、デジタル信号プロセッサと、を備え、
    前記電圧モード差動信号ドライバは、供給電圧の2分の1から逸脱するコモンモード電圧を有し、
    抵抗値は、前記ドライバが平衡出力インピーダンスを有するように設定されるシステム。
  14. 一対の出力端子のうちの1つから、一対の供給電圧のうちの1つに向かってそれぞれ伸張する複数個の回路パスであって、それぞれ抵抗器とスイッチとを備える回路パスを有する電圧モード差動ドライバを構成する方法であって、前記方法は、
    制御器を用いて、選択されたコモンモードが、供給電圧の2分の1から逸脱する、前記供給電圧および前記コモンモード電圧を選択することと、
    前記制御器を用いて、前記選択されたコモンモード電圧に達するために、前記ドライバの中の複数個の抵抗器を作動させることと、
    前記制御器を用いて、前記選択されたコモンモード電圧に達するために、前記複数個の抵抗器のための値を選択することと、を含み、
    抵抗値は、前記ドライバが平衡出力インピーダンスを有するように設定される方法。
  15. 前記選択されたコモンモード電圧に達するために、前記ドライバの中の複数個のスイッチのうちの少なくとも1つを作動させることをさらに含む、請求項14に記載の方法。
  16. 前記制御器を用いて、前記コモンモード電圧の変化を検出することと、
    前記制御器を用いて、前記選択されたコモンモード電圧を維持するために、前記複数個の抵抗器のための前記値を調整することと、をさらに含む、請求項14に記載の方法。
  17. 前記制御器を用いて、前記供給電圧の変化を検出することと、
    前記制御器を用いて、前記選択されたコモンモード電圧を維持するために、前記複数個の抵抗器のための前記値を調整することと、をさらに含む、請求項14に記載の方法。
  18. 一対の出力端子のうちの1つから、一対の供給電圧のうちの1つに向かってそれぞれ伸張する複数個の回路パスであって、それぞれ抵抗器とスイッチとを備える回路パスを有する差動信号ドライバのために、複数個のモードのうちの1つを選択することと、
    前記選択されたモードに応じて、前記ドライバの中の複数個のスイッチのうちの少なくとも1つを作動させることと、
    前記選択されたモードに応じて、前記ドライバの中の複数個の抵抗器のうちの少なくとも1つを作動させることと、を含み、
    前記選択されたモードは、供給電圧およびコモンモード電圧を指定し、前記コモンモード電圧は、前記供給電圧の2分の1から逸脱し、
    前記選択されたモードは、前記複数個の抵抗器のための値を指定する方法。
  19. 個々の出力端子から第1の供給電圧への回路パスの中にそれぞれ提供される、一対のプルアップスイッチと、
    前記個々の出力端子から前記第1の供給電圧へのそれぞれの回路パスの中に提供されるものである、第1の一対の抵抗器と、
    前記個々の出力端子から第2の供給電圧への回路パスの中にそれぞれ提供される、一対のプルダウンスイッチと、
    前記個々の出力端子から前記第2の供給電圧へのそれぞれの回路パスの中に提供されるものである、第2の一対の抵抗器と、
    それぞれの出力端子と、前記供給電圧の共通のものとに連結された、第3の一対の抵抗器と、を備え、
    前記出力端子の出力インピーダンスが平衡化されるドライバ回路。
  20. 前記第3の一対の抵抗器のそれぞれが、前記第1の供給電圧に連結される、請求項19に記載のドライバ回路。
  21. 前記第3の一対の抵抗器のそれぞれが、前記第2の供給電圧に連結される、請求項19に記載のドライバ回路。
  22. 前記第3の一対の抵抗器のそれぞれが、第3の供給電圧に連結される、請求項19に記載のドライバ回路。
  23. 前記第3の一対の抵抗器のうちの1つを含む回路パスの中にそれぞれ提供される、別の一対のスイッチをさらに備える、請求項19に記載のドライバ回路。
  24. 第1の回路パスの前記プルアップスイッチと、第2の回路パスの前記プルダウンスイッチへの入力が、第1の差動信号のソースに連結され、
    前記第2の回路パスの前記プルアップスイッチと、前記第1の回路パスの前記プルダウンスイッチへの入力が、第2の差動信号のソースに連結される、請求項19に記載のドライバ回路。
  25. 前記第1および第2の一対の抵抗器は、共通の抵抗値を有する、請求項19に記載のドライバ回路。
  26. すべての抵抗器が、共通の抵抗値を有する、請求項19に記載のドライバ回路。
  27. 前記第1の供給電圧は1.2ボルトであり、
    前記第2の供給電圧は接地であり、
    前記出力端子上の電圧は、0.9ボルトのコモンモード電圧(VCM)を有する、請求項19に記載のドライバ回路。
  28. 1.2ボルトの電圧供給で動作し、差動出力信号のための一対の出力を有する、電圧モードドライバ回路であって、前記ドライバ回路は、前記出力で平衡インピーダンスを有し、前記差動出力信号は、0.9ボルトのコモンモード電圧を有する、電圧モードドライバ回路と、
    前記ドライバ回路の出力端子の連結された一対の導体を有する伝送ラインと、
    前記導体全体にわたって連結された、終端インピーダンスを有する受信機回路と、を備え、
    前記電圧モードドライバ回路は、
    個々の出力端子から第1の供給電圧への回路パスの中にそれぞれ提供される、一対のプルアップスイッチと、
    前記出力端子のうちの個々の1つから前記第1の供給電圧への、それぞれの回路パスの中に提供されるものである、第1の一対の抵抗器と、
    前記出力端子のうちの個々の1つから第2の供給電圧への、回路パスの中にそれぞれ提供される、一対のプルダウンスイッチと、
    前記出力端子のうちの個々の1つから前記第2の供給電圧への、それぞれの回路パスの中に提供されるものである、第2の一対の抵抗器と
    を備える、伝送システム。
  29. 前記電圧モードドライバ回路は、
    それぞれの出力端子と、前記供給電圧のうちの共通のものとに連結されたものである、第3の一対の抵抗器と、をさらに備える、請求項28に記載の伝送システム。
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