TW201442517A - 可同時處理差模信號及共模信號的接收電路 - Google Patents

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本發明揭示一種可同時處理差動訊息傳遞之差模信號及共模信號的接收電路，其包括：一第一輸入端，接收一第一信號；一第二輸入端，接收一第二信號，且該第一及第二信號彼此為差動訊息傳遞之互補信號；一差動放大器，具有一反相輸入端及一非反相輸入端，該反相輸入端連接該第一輸入端，且該非反相輸入端連接該第二輸入端；以及一共模補償單元，用以偵測由該第一及第二信號所產生的共模信號，並據以調整該差動放大器的該等輸入端之輸入信號。

Description

可同時處理差模信號及共模信號的接收電路
本發明係關於差動訊息傳遞(differential signaling)之差模信號及共模信號的處理技術，特別係關於一種HEAC接收電路。
在類比訊息處理及傳遞的技術領域中，目前普遍使用的方式為差動訊息傳遞，而差動放大器可說是其中最重要的元件之一。差動放大器本身可抑制其輸入差動訊號對之共模成份(或稱為共模信號)的干擾，而僅處理其差模成份(或稱為差模信號)的訊息，且大多數的共模信號干擾只是環境雜訊，其影響程度有限；因此，差動放大器所組成的電路通常能有良好的性能表現。然而，當共模信號所造成的干擾過大時，差動放大器就必須具有很高的共模拒斥比(Common-Mode Rejection Ratio,CMRR)才足以抵抗此共模信號干擾。
在HEAC(HDMI Ethernet & Audio return Channel)的特殊應用中(HDMI為高解析度多媒體界面(High-Definition Multimedia Interface)的縮寫)，差動訊號對的共模信號用來傳遞ARC(Audio Return Channel)音源訊號，而此音源訊號的強度遠大於一般的環境雜訊，則將使差動放大電路發生嚴重的差模信號與共模信號的彼此互相干擾，使得HEC(HDMI Ethernet Channel)端的差模信號之性能表現嚴重衰減；此時，必須提高差動放大電路的共模拒斥能力，但其製造成本亦隨之增加。因此，為了兼顧差動訊息傳遞之差模信號及共模信號，有必要進一步發展新的差動放大電路技術。
根據本發明的一方面，一實施例提供一種可同時處理差動訊 息傳遞之差模信號及共模信號的接收電路，其包括：一第一輸入端，接收一第一信號；一第二輸入端，接收一第二信號，且該第一及第二信號彼此為差動訊息傳遞之互補信號；一差動放大器，具有一反相輸入端及一非反相輸入端，該反相輸入端連接該第一輸入端，且該非反相輸入端連接該第二輸入端；以及一共模補償單元，用以偵測由該第一及第二信號所產生的共模信號，並據以調整該差動放大器的該等輸入端之輸入信號。該接收電路可應用於HEAC信號的接收。
此外，該共模補償單元包括：一共模取出單元，用以取出該共模信號；及一補償控制單元，用以根據該共模信號而產生第一及第二補償信號，分別提供給該差動放大器的該等輸入端，藉以減少該第一及第二信號進入該差動放大器時的共模成分。
100‧‧‧偵測方法
110/120/130/140‧‧‧步驟
300‧‧‧信號偵測電路
310/320‧‧‧比較器
330‧‧‧或閘
圖1為根據本發明實施例的差動訊息傳遞接收電路之方塊圖。
圖2為本實施例接收電路的細部電路圖。
圖3為本實施例比較器之電壓轉電流放大器的電路圖。
為使 貴審查委員能對本發明之特徵、目的及功能有更進一步的認知與瞭解，茲配合圖式詳細說明本發明之實施例如後。在所有的說明書及圖式中，將採用相同的元件編號以指定相同或類似的元件。為了說明上的便利和明確，圖式中各元素的厚度或尺寸，係以誇張或省略或概略的方式表示，且各元素的尺寸並未完全為其實際的尺寸。
對於差動訊息傳遞技術而言，所傳遞的訊息係以二個互補信號V+及V-(或稱為差動訊號對)分別於二個成對的導線(或稱為差動線路對(differential pair))中傳送，則該差動訊號對的差模成份為(V+-V-)，也就是該差動訊號對的差模信號Vd，且該差動訊號對的共模成份為(V++V-)/2，也就是該差動訊號對的共模信號Vc。當該差動訊號對經過一差動放大器之後，其輸出信號Vo可表示為Vo=Ad(V+-V-)+Ac(V++V-)/2=Ad×Vd+Ac×Vc 其中，Ad為差模增益，Ac為共模增益。此外，由於差動訊息傳遞技術通常是以差模信號來傳送訊息，而共模信號則通常不用來傳送訊息，因此希望差模增益Ad大而共模增益Ac小，且衡量差動放大器抑制共模信號能力的參數為共模拒斥比(CMRR=Ad/Ac)。
當共模信號也在差動訊息傳遞中擔任傳送訊息的角色時，此共模信號的強度可能遠大於一般的環境雜訊，將會對原本亦用以傳送訊息的差模信號造成更大的干擾，因此所使用之差動放大器必須具有更大的共模拒斥比以因應之。對於HEAC技術而言，其所使用差動訊號對的差模信號用以傳送HEC資料訊號，且其共模信號用以傳送ARC音源訊號，即為本實施例所欲處理的對象之一。
圖1為根據本發明實施例的差動訊息傳遞接收電路100之方塊圖，其中的差動訊號對之差模信號及共模信號皆用以傳遞訊息，亦為該接收電路100所須處理的信號。該差動訊號對包含彼此互補的第一信號V+及第二信號V-。如圖1所示，該接收電路100具有一第一輸入端101及一第二輸入端102，並包含一差動放大器110及一共模補償單元120；其中，該第一輸入端101接收該第一信號V+，該第二輸入端102接收該第二信號V-。
該差動放大器110具有一連接該第一輸入端101的反相輸入端111及一連接該第二輸入端102的非反相輸入端112。該差動放大器110用來對該差動訊號對的差模信號Vd(=V+-V-)進行放大，以取出該差模信號Vd及其所載送的訊息。
該共模補償單元120用以偵測該差動訊號對的共模信號Vc(=(V++V-)/2)；換言之，該共模補償單元120亦連接該第一及第二輸入端101及102，以分別接收該第一及第二信號V+及V-，並取出該共模信號Vc及其所載送的訊息。此外，該共模補償單元120將依據所偵測的共模信號Vc而調整該差動放大器110的該等輸入端111及112之輸入信號。
為了更詳細描述本實施例的操作，圖2繪示該接收電路100的電路圖。該共模補償單元120包含一共模取出單元130及一補償控制單元140；其中，該共模取出單元130用以取出該共模信號 Vc，該補償控制單元140用以根據該共模信號Vc而產生第一及第二補償信號，分別提供給該差動放大器110的該等輸入端111及112，藉以減少該第一信號V+及該第二信號V-進入該差動放大器110時的共模成份。
該共模取出單元130可藉由分壓方式而得到該共模信號Vc；例如，如圖2所示，該共模取出單元130可為二個相同的電阻Rc串接而成，並由其串接點131而取出該第一及第二信號V+及V-的平均值之該共模信號Vc；但本發明並不對此加以限制。該補償控制單元140可包含一比較器145，藉以比較由該共模取出單元130所取出的該共模信號Vc與一參考電壓Vref，並產生補償信號以提供給該差動放大器110，藉以調整該差動放大器110的該等輸入端111及112之輸入信號。
在本實施例中，該比較器145可以是一電壓轉電流放大器，其電路圖可如圖3所示，該電壓轉電流放大器可以對稱型式的電晶體放大級電路搭配電流鏡(current mirror)來實現，而將該共模信號Vc與該參考電壓Vref的電壓差轉換為該電流形式的補償信號，例如，第一及第二補償電流源Ic1及Ic2。藉由該第一及第二補償電流源Ic1及Ic2分別對該差動放大器110的該等輸入端111及112進行充電或放電，使得該等輸入端111及112之輸入信號可受到與該共模信號Vc增/減反向的調整或補償，以抵消或減低該共模信號Vc因載送訊息而對該差模信號Vd所造成的共模干擾。此外，為了助於上述充/放電的施行，二電阻Rx可分別設置於該差動放大器110的該等輸入端111及112與該接收電路100的該等輸入端101及102之間。
此外，為了簡化該電壓轉電流放大器的電路，在本實施例中，該第一補償電流源Ic1與該第二補償電流源Ic2的大小彼此相同；但本發明並不對此加以限制。此外，倘若本實施例應用於HEAC信號的接收，則其HEC資料訊號可由該接收電路100的輸出端103取出，而其ARC音源訊號可由該共模取出單元130的電阻串接點131取出。
唯上所述者，僅為本發明之較佳實施例，當不能以之限制本發明的範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化及修飾，仍將不失本發明之要義所在，亦不脫離本發明之精神和範圍，故都應視為本發明的進一步實施狀況。
100‧‧‧偵測方法
110/120/130/140‧‧‧步驟

Claims (12)

  1. 一種接收電路，用以同時處理於差動訊息傳遞(differential signaling)中之差模信號及共模信號，其包括：一第一輸入端，接收一第一信號；一第二輸入端，接收一第二信號，且該第一及第二信號彼此為差動訊息傳遞之互補信號；一差動放大器，具有一反相輸入端及一非反相輸入端，該反相輸入端連接該第一輸入端，且該非反相輸入端連接該第二輸入端；以及一共模補償單元，用以偵測由該第一及第二信號所產生的共模信號，並據以調整該差動放大器的該等輸入端之輸入信號。
  2. 如申請專利範圍第1項之接收電路，其中，該共模補償單元包括：一共模取出單元，用以取出該共模信號；及一補償控制單元，用以根據該共模信號而產生第一及第二補償信號，分別提供給該差動放大器的該等輸入端，藉以減少該第一及第二信號進入該差動放大器時的共模成分。
  3. 如申請專利範圍第2項之接收電路，其中，該共模取出單元包含至少一電阻，並以電阻分壓而取出該共模信號。
  4. 如申請專利範圍第2項之接收電路，其中，該第一及第二補償信號彼此相同。
  5. 如申請專利範圍第2項之接收電路，其中，該補償控制單元包含一比較器，用以比較該共模信號與一參考電壓，而所產生的該第一及第二補償信號為電流信號。
  6. 如申請專利範圍第5項之接收電路，其中，該比較器包含一電壓轉電流放大器，用以將該共模信號與該參考電壓的電壓差轉換為該電流形式的第一及第二補償信號。
  7. 一種HEAC(HDMI Ethernet & Audio return Channel)接收電路，其包括：一第一輸入端，接收一第一信號； 一第二輸入端，接收一第二信號，且該第一及第二信號彼此為差動訊息傳遞之互補信號；一差動放大器，具有一反相輸入端及一非反相輸入端，該反相輸入端連接該第一輸入端，且該非反相輸入端連接該第二輸入端；以及一共模補償單元，用以偵測由該第一及第二信號所產生的共模信號，並據以調整該差動放大器的該等輸入端之輸入信號。
  8. 如申請專利範圍第7項之HEAC接收電路，其中，該共模補償單元包括：一共模取出單元，用以取出該共模信號；及一補償控制單元，用以根據該共模信號而產生第一及第二補償信號，分別提供給該差動放大器的該等輸入端，藉以減少該第一及第二信號進入該差動放大器時的共模成分。
  9. 如申請專利範圍第8項之HEAC接收電路，其中，該共模取出單元包含至少一電阻，並以電阻分壓而取出該共模信號。
  10. 如申請專利範圍第8項之HEAC接收電路，其中，該第一及第二補償信號彼此相同。
  11. 如申請專利範圍第8項之HEAC接收電路，其中該補償控制單元包含一比較器，用以比較該共模信號與一參考電壓，而所產生的該第一及第二補償信號為電流信號。
  12. 如申請專利範圍第11項之HEAC接收電路，其中，該比較器包含一電壓轉電流放大器，用以將該共模信號與該參考電壓的電壓差轉換為該電流形式的第一及第二補償信號。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US11063561B1 (en) 2020-07-29 2021-07-13 Amazing Microelectronic Corp. Receiver circuit with input common mode voltage sensing
CN115622579A (zh) * 2022-11-08 2023-01-17 杭州地芯科技有限公司 基于反相器运放的开环补偿电路、接收机和射频收发机

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