TW201212549A - Low voltage transmitter with high output voltage - Google Patents

Description

201212549 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種傳輸裝置（transmitter)，且特別 是有關於一種具高輸出電壓的低電壓傳輸裝置。 【先前技術】 眾所周知，利用高速串列介面（Hi-speed serial interface)的傳接器（Transceiver)可提高資料的傳輸速率， 例如，高解析度多媒體介面（High Definition Interface，簡 稱 HDMI)、顯示槔介面（Display port interface)、或者通 用序列匯流排（USB)介面。 以HDMI的規格書（Spec出catj〇n)為例，傳輸裝置 (transmitter)需要在接收裝置的終端電阻（terminad〇n resist〇r )上產生小電壓擺幅信號（small voltage swing signal)。此小電壓擺幅信號係在高電壓3JV以及低電壓 2.8V之間變化。 一般來说，為了能夠快速地處理資料，傳輸裝置内的 控制電路皆由低電壓源（例如12v)所供應，並且在低電 壓之下操作。而為了要在傳輸農置的輸出端產生高輸出電 壓（例如3.3V)，一般都會提供-準位切換器（level 融先將低電壓的數位信號轉換為高電壓的數位信 號之後，利用向電壓的數位信號來使傳輸装置產生高輸 201212549 請參照第一圖，其所繪示為習知傳輸裝置與接收裝置 的連接示意圖。電阻Rtl、Rt2為傳輸裝置1〇〇内的終端電 阻，而電阻Rrl、Rr2為接收裝置160内的終端電阻，而此 架構即為高速串列介面的雙終端結構。 傳輸裝置100包括：N至1序列器（N to 1 serializer) 11 〇、預驅電路（Pre-driver ) 120、電流開關（culTent switch ) 130、電流源（current source) Is、與終端電阻 Rtl、Rt2 〇 電流開關130包括第一電晶體Ml與第二電晶體M2,且第 Φ 一電晶體Ml與第二電晶體M2為η型場效電晶體（FET)。 終端電阻Rtl、Rt2的一端連接至高電壓源（vddl )， 例如3.3V，終端電阻RU、Rt2的另一端的節點dl、d2可 視為傳輸裝置1 〇〇的差動對（differential pair )輸出端。再 者，第一電晶體Ml與第二電晶體M2的汲極分別連接至 節點dl、d2 ;第一電晶體M1與第二電晶體M2的源極連 接至電流源Is的一端；而電流源Is的另一端連接至接地 端。電流源Is可提供電流開關13〇適當的偏壓使得差動對 泰 輸出端cU、d2上的小電壓擺幅信號符合規格書的規範。 N至1序列器HQ可接受並列的N個位元 並轉換成為串列信號。預驅電路120接收串列信號後產生 第-控制信號與第二控制信號至第_電晶體M1與第二電 晶體M2的閘極。 接收裝置16〇包括：終端電阻Rrl、。終端電阻 虹的一端連接至高電壓源（Vddl)，例如3.3V，終 端電阻Rrl、Rr2的另一端的節點旧、糾可視為接收裝置 16〇的差動對輸入端。再者，傳輪裝置咖的差動對輸出 201212549 端dl、d2與接收裝置160的差動對輸入端d3、d4之間連 接傳輸線（transmission lines) 150 〇 當傳輸裝置100動作時，N至1序列器110可接受N 個位元並轉換成為串列信號。預驅電路12〇接收串列信號 後產生第一控制信號與第二控制信號，並控制第一電晶體 Ml與第一電晶體M2。因此’差動對輸出端dl、d2會產 生輸出電流流經傳輸線150以及接收裝置160的終端電阻 Rr卜Rr2，使得差動對輸入端d3、d4上產生電壓差（voltage difference)信號。而根據差動對輸入端d3、d4上的電壓 差信號，接收裝置160即可取得原始的串列信號。 由於傳輸裝置100必須輸出3·3V的高電壓，因此電流 開關130、與電流源Is所需的電子元件必須為高電壓元件 (High voltage device ’ HV device )。例如，第一電晶體 Ml 與第二電晶體M2必須為高電壓元件。當第一電晶體M1 與第二電晶體M2屬於高電壓元件時’其閘極氧化層（职化 oxide )會較厚。然而，高電壓元件的運作速度不夠快，使 得習知技術的傳輸裝置1〇〇的資料傳輸率（bit rate)低於 1GHz ° ' 除了電流開關130、與電流源is所需的電子元件必須 為南電壓元件之外’預驅電路120内的部份電子元件也必 須為高電壓元件。請參照第二圖’其所繪 雷 路12。示意圖，包括一準位切換器121與二= (inverter) 122〜128，準位切換器121包括：第三電晶體 M3、第四電晶體M4、第五電晶體M5、第六電晶體二 第三電晶體M3與第四電晶體M4係為n型場效電曰 201212549 第五電晶體M5與第六電晶體M6係為p型場效電晶體。 第五電晶體M5與第六電晶體M6源極連接至高電壓 源（Vddl)，第五電晶體M5與第六電晶體M6閘極連接至 第五電晶體M5汲極，而第六電晶體M6汲極為準位切換 器121的輸出知。再者，第二電晶體M3與第四電晶體M4 沒極各別連接至第五電晶體M5與第六電晶體M6汲極； 第二電晶體M3與第四電晶體M4源極連接至接地端；第 二電aa體M3與第四電晶體M4閘極為準位切換器121的 二輸入端。 第反相122與第一反相器124串接，第·一反相器 122接收串列信號，第一反相器122輸出端連接至第四電 晶體M4閘極，第二反相器124輸出端連接至第三電晶體 M3閘極。由第二圖可知，第一反相器122與第二反相器 124的電壓源為一低電壓源（vdd2)，第一反相器122與第 二反相器124的電子元件係為低電壓元件（1〇w v〇hage device ’ LV device)。亦即’串列信號、第一反相器122、 第二反相器124所產生的數位信號其高準位為12V且低準 位為0V。 準位切換器121可接收高準位為ι_2ν以及低準位為 0V的數位信號並輸出高準位為3.3V以及低準位為〇v的 數位信號。第三反相器126與第四反相器128串接，第三 反相器126連接至準位切換器121輸出端。由第二圖可知， 準位切換器121、第三反相器126、與第四反相器128的電 壓源為一尚電壓源（Vddl )，因此，組成準位切換器121、 第三反相器126、與第四反相器128的電子元件係為高電 201212549 座元件，第三反相器126、與第四反相器128所產生的第 二控制信號與第一控制信號的局準位為3.3V且低準位為 OV。 由第一圖與第二圖可知，習知傳輸裝置内會有許多高 電壓元件。這些高電壓元件會增加佈局面積，並且會造成 傳輸裝置的資料傳輸率無法提高，因而影響傳輸裝置的效 能。 【發明内容】 本發明的目的係提出一種具高輸出電壓的低電壓傳輸 裝置，使得傳輸裝置的資料傳輸速度大幅增加，並且傳輸 裝置内的電子元件容易排列，且1C的布局面積縮小。 本發明提出一種傳輸裝置，包括：保護電路；第一終 端電阻，其第-端祕至第m其第二端耗接至保 濩電路，第二終端電阻，其第一端耦接至第一電壓源，其 第二端耦接至保護電路；第一終端電阻的第二端以及第二 終端電阻的第二端為-差動輸出對；電流開關，耗接至保 護電路；電絲，祕至電流開關；以及，預驅電路可產 生控制k號至電流開關，使得差動輸出對可產生輸出電 流，預驅電路係接收第二電壓源，且第一電壓源高於第二 電壓源。 一 ^為了使鈞局能更進一步瞭解本發明特徵及技術内容， 請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖、然而所附圖式 僅提供參考與制，並非用來對本發明加以限制。 201212549 【實施方式】 請參照第三圖，其所繪示為本發明實施例傳輸裝置 300示意圖’包括：N至1序列器（Nt0 χ seriaiizer) 31〇、 預驅電路320、電流開關、保護電路（pr〇tecti〇n cjrcuit) 340、電流源350、與終端電阻Rtl、Rt2。較佳地，保護電 路340内的電子元件為高電壓元件，而N至1序列器310、 • 預驅電路320、電流開關330、與電流源350内的電子元件 皆由低電壓元件所組成。亦即，保護電路34〇、電流開關 330、與電oil源350係利用電路串接（C0SC0(je )的方式， 使得保護電路340有效地防止電流開關330、與電流源350 受到高電壓源（Vddl)的衝擊而損壞。由於n至1序列器 310、預驅電路320、電流開關330、與電流源350皆由低 電壓元件所組成，因此傳輸裝置300的電子元件容易排 列’使得1C的佈局面積縮小，同時，傳輸裝置300可大幅 • 度地提高資料傳輸速度。 請參照第四圖，其所繪示為本發明實施例傳輸裝置 300的詳細電路圖。電流開關330包括第一 η型電晶體Mnl 與第二n型電晶體Mn2 ;保護電路340包括偏壓電路325 以及第三n型電晶體Mn3與第四η型電晶體Mn4;以及， 電流源350包括第五η型電晶體Mn5。 終端電阻RU、Rt2的一端連接至高電壓源（Vddl)， 例如3.3V，終端電阻RU、Rt2的另一端的節點dl、d2提 供差動對輪出端。第三n型電晶體Mn3與第四η型電晶體 201212549

Mn4的汲極分別連接至節點di、d2 ;第三η型電晶體Mn3 與第四η型電晶體Mn4的源極分別連接至第一 11型電晶體

Mnl與第二n型電晶體Mn2的汲極；第三n型電晶體Mn3 與第四η型電晶體Mn4的閘極連接至偏壓電路325，以接 收第一偏壓（Vbl)。 第一 η型電晶體Mnl與第二n型電晶體Mn2的源極 連接至第五η型電aa體]vin5沒極；第五n型電晶體Mn5 源極連接至接地端；第五_電晶體Mn5閘極接收一第二 偏壓（Vb2)。 N至1序列if 31G可接個位元並轉換成為串列信 號。預驅電路320接收串列信號後產生第一控制信號與第 -控制信號，以控制第-！!型電晶體Mnl與第二n型電晶 體顧，使得差動對輸出端dl、dW產生輸出電流至傳 於此實施例中，保護電路340中的偏壓電路325可提 供第二偏壓（VM)至高電壓元件的第三n型電晶體廳 以及第四η型電晶體Μη4β因此，電流開關33g内的第一 η型電晶體Mnl與第二n型電晶體Mn2所承受的電壓會落 在低雜元件所能騎電壓範圍，例如低雜源的i 2伴 =而）。換句魏，於傳輸裝置正常操: 要確認偏壓電路325所提供的第—偏壓（νΜ)減去第一 ^ 型電晶體Mnl與第二μ電晶體Mn2⑽限 :於⑽即可。舉例來說，假設第-η型電晶體跑^ 第二η型電晶_的臨限電壓(vth)為 電 路325所提供的第-偏壓（VM)小於2 44v 電 201212549 舉例而言，偏壓電路325可以有以下幾種實現方式： (I)如第五圖A所示，利用電阻分壓電路來實現，亦即控制 第一電阻（R1)與第二電阻（R2)的電阻值，並輸出固定 的第一偏壓（Vbl)，使其小於2.44V〇(II)如第五圖B所示， 利用帶隙參考電路（bandgap reference circuit)所輸出的固 定電壓作為第一偏壓（Vbl)，且控制第一偏壓（Vbl)小 於 2.44V。（III)自我複製偏壓電路（self repiica biasing circuit) °

請參照第五圖C，其所繪示為自我複製偏壓電路示意 圖。包括：複製電阻Rtl’、第一 η型複製電晶體Mnl，、第 三η型複製電晶體Mn3,、第五η型複製電晶體Mn5,。複 製電阻Rtl’為終端電阻RU的複製品，第一 η型複製電晶 體Mnl係為第一 η型電晶體Mnl的複製品；第三η型複 製電晶體Μη3 ’係為第三η型電晶體Μη3的複製品；第五η 型複製電晶體Μη5,係為第五η型電晶體Μη5的複製品。 複製電阻Rtl’一端連接至高電壓源（Vddl)，複製電阻扮厂 另-端可輸出第-偏壓（vbl)，且連接至第三_複製電 晶體Μη3’岐極朗極；第_ n赌製電晶體腕，的没 極連接至第三η型複製電晶體Μη 3，的源極；第—η型複製 電晶體Mnl’的閘極連接至低電壓源（細2)，第—订型複 製電晶體Μη1，的源極連接至第五η型複製電晶體Μη5，'的 汲極’第五η型複製電晶體Μη5，的閘極 第五η型複製電晶體Μη5,的源極連接^ 因此’第五，C的自我複製偏壓電路所產生的第一偏壓 (Vbl)會隨考輸出裝置的偏壓改變而動態地改變，並且 201212549 調整第一偏壓（Vbl )小於2.44V。預驅電路320内的電子 元件皆為低電壓元件’且不再需要準位切換器。 如第六圖所示為本發明實施例的預驅電路，包括串接 的第一反相器626與第二反相器628。第一反相器626接 收串列信號’第一反相器626輸出端連接至第一 ^型電晶 體Mnl閘極，第二反相器628輸出端連接至第二η型電晶 體Μη2閘極。第一反相器626與第二反相器628的電壓源 為一低電壓源（Vdd2)，亦即，串列信號、第一反相器626、 第二反相器628所產生的數位信號其高準位為12V且低準 位為0V。 本發明的優點在於提供.一種具高輸出電壓的低電壓傳 輸裝置，使得傳輸裝置的資料傳輸速度可以大幅增加，並 且傳輸裝置内的電子元件容易排列，且IC的布局面積縮 小0 综上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然 其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本 發明之精神和範#可作各種更動侧飾，因此本發 明之保護範圍當視後社中請專利範_界定者為準。 【圖式簡單說明】 本案得藉由下列圖式及說明，俾得一更深入之了解：

第-圖崎示為習知傳輸裝置與接收裝置 第1崎示為習知預驅電路示意圖。 U 第三圖所綠示為本發明實施例傳輸裝置示意圖。 12 201212549 第四圖所繪示為本發明實施例傳輸裝置的詳細電路圖。 第五圖A、B、C為本發明實施例的偏壓電路。 第六圖所示為本發明實施例的預驅電路。 【主要元件符號說明】

本案圖式中所包含之各元件列示如下： 100 傳輸裝置 110 N至1序列器 120 預驅電路 121 準位切換器 122 第一反相器 124 第二反相器 126 第三反相器 128 第四反相器 130 電流開關 150 傳輸線 160 接收裝置 300 傳輸裝置 310 N至1序列器 320 預驅電路 325 偏壓電路 330 電流開關 340 保護電路 350 電流源 626 第一反相器 628 第二反相器 13

Claims (1)

1. 201212549 七、申請專利範圍： 1. 一種傳輸裝置，包括： 一保護電路； 第終端電阻，其第一端連接至一第一電壓源，其 第一端輕接至該保護電路； 第一終端電阻，其第一端耦接至該第一電壓源，其 第二端祕至該保護電路；其中，該第—終端電阻的該第 二端以及該第二終端電_該第二端提供一差動輸出對； 一電流開關，耦接至該保護電路； 一電流源’耦接至該電流開關；以及 預驅電路輕接至該電流開關，用以控制該電流開 關，使得該差動輸出對產生一輸出電流； 其中，該預驅電路係接收一第二電壓源，且該第一電 墨源高於該第二電壓源。 2. 如申請專利範圍第1項所述的傳輸聢置，其中，該差動 輸出對可連接至一接收裝置的一差動輸入對，使得該接收 裝置可接收該輸出裝置的該輸出電流。 3. 如申請專利範圍第1項所述的傳輸裝置，更包括一 ^^至 1序列器，接收一 N位元信號並轉換為一串列信號至該預 驅電路’使得該預驅電路產生一第一控制信號與一第二控 制信號至該電流開關。 4. 如申請專利範圍第3項所述的傳輪裝置，其中，該預驅 電路包括串接的一第一反相器與一第二反相器，該第一反 相器輸入端接收該串接信號，該第一反相器輸出端輸出該 201212549 第-控制信號’該第二反相器輸出端輸出該第一控制信號。 5.如申請專利範圍第3項所述的傳輸裝置，其中，該N至 1序列器係由複數個低電壓元件所組成。 ^ =申請專利範㈣3項所述的傳輸裝置，其中， 開關包括： m一第—η型電晶體’其閘極接收該第―控制信號，汲 極連接至該賴電路，源極連接至該電流源；以及 -第二η型電晶體，其閘極接收該第二控制信號，汲 極連接至該保護電路，源極連接至該電流源。 7·如申睛專利$|圍第6項所述的傳輸裝置，其中， 電路包括： 、《〜 一偏壓電路，輸出一第一偏壓； -第三η型電晶體，其閘極接收該第—偏壓，没極連 接至該第-終端電_該第二端，馳連接至該第一 ^型 電晶體的沒極；以及 一第四η型電晶體，其閘極接收該第一偏壓，汲極連 接至該第二終端電阻的該第二端，祕連接至該第二η型 電晶體的沒極。 8·如申請專利範圍第7項所述的傳輸裝置，其中，該電流 源包括·-第五η型電晶體，其閘極接收—第二偏壓，汲 極連接至該第-η型電晶體與該第二nf}<t晶體的源極， 源極連接至一接地端。 .如申叫專利範圍第8項所述的傳輸裝置，其中，該偏壓 電路係為一自我複製偏壓電路，包括： 複製電阻，該複製電阻的一第一端連接至該第一電 15 201212549 壓源’該複製電阻的-第二蠕可輪出該第一偏壓； 第二η型複製電晶體.，其沒極與間極連接至該複 電阻的該第二端； 一第一 η型複製電晶體’其城連接至該第三η型複 製電晶體的源極，閘極連接至該第二電壓源；以及 -第五η型複製電晶體’纽極連接至該第—η型複 製電晶體的源極’閘極接收該第二偏壓，源極連接至該接 地端； 其中，該複製電阻為該第一終端電阻的複製品，該第 :η型複製電晶體係為該第—η型電晶體的複製品；該第 二η型複製電晶體係為該第三η型電晶體的複製品；該第 五η型複製電晶體係為該第五η型電晶體的複製品。 10. 如申請專利範圍第7項所述的傳輸裝置，其中，該偏 壓電路係為-帶隙參考電路，輸出固定的該第一偏壓。 11. 如申請專利範圍第7項所述的傳輸裝置，其中，該偏 壓電路包括串接的一第一電阻與一第二電阻連接於該第一 電壓源與該接地端之間，且該第一電阻與該第二電阻連接 的節點產生固定的該第一偏壓。 12. 如申請專利範圍第丨項所述的傳輸裝置，其中，該第 一電壓源為3.3V，該第二電壓源為1.2V。 13. 如申請專利範圍第i項所述的傳輸裝置，其中，該保 護電路係由複數個高電壓元件所組成。 14. 如申請專利範圍第1項所述的傳輸裝置，其中，該預 驅電路、該電流開關及該電流源係由複數個低電壓元件所 組成。