TWI374656B - Continuous power transfer scheme for two-wire serial link - Google Patents

Description

1374656 九、發明說明： 【發明所属之技術領域】 本發明大體而言係關於由一隔離障壁分離之兩個裝置之 間之數位通訊。 【先前技術】 全世界的管理機構已制定用於將用戶設備連接至電話網 • 路之標準及規則。此等規則意欲防止對電話網路造成損壞 ， 且減輕與亦連接至網路之其他設備之干擾。然而，此等規 • 則 常常呈現出較難之設計挑戰。 舉例而言，通常要求諸如資料數據機之用戶設備或資料 通訊設備提供某些形式之電隔離以便防止起源於用戶設備 之電壓突波或暫態對電話網路產生不利之影響。電隔離亦 解決與電話線路與用戶設備之間之工作電壓相關聯之潛在 問題。更詳言之，電話線路電壓可在—給定網路内报大幅 度地改變，且常常超過用戶設備之工作電壓。在美國當 前要求1，500伏（v〇lt)之隔離。在其他國家，指定隔離可達到 • 3,000至4,〇〇〇伏。 • 已利用若干技術來提供電隔離之必要位準。舉例而言， ' 當維持-適當位準之電隔離時，”採用大類比隔離變壓 • 器來磁耦合一雙線電話線路與一數據機之類比前端或其他 電路之間之類比訊號。隔離變壓器用以阻斷潛在有害之DC 組件’進而保護資料連接之兩側。 隔離變壓器通常為數據機技術中被稱為一資料存取配置 (DDA)之部分。術語DDA通常意指於起源於一中央交換局 112042.doc 1374656 之一公眾電話網路與一主機系統之一數位資料匯流排或資 料終端機設備之間提供一介面之電路e DD A將一數據機戍 類似裝置與一電話線路電隔離以便控制電磁干擾/射頻干 • 擾（EMI/RFI)之發射》除電隔離外，DDA常常發出若干訊號 (例如，一呼叫訊號）以便提供至用戶設備。DDA可經由諸 • 如一用於標準電話之Rnic連接之電話插孔自電話線路接 _ 收訊號。 ** 通常，許多電路必須自電話線路獲得資訊，且通訊至主 • 機系統及自主機系統通訊之每一訊號常常要求隔離。此等 電路可包含：傳輸及接收電路；呼叫訊號偵測電路；用於 聲音與資料傳輸之間之切換的電路；用於撥電話號碼之電 路，線路電流偵測電路；用於指示設備耦接至一功能電話 線路之電路；及線路斷開偵測電路。習知DDA設計利用獨 立線路側電路及越過一高壓隔離障壁之用於DD A之每一功 能的獨立訊號路徑。此習知設計要求不當之較大數目個隔 離障壁。 降低一 DDA中之隔離障壁之數目之一較現代解決方法是 . 將DDA電路分離成線路側電路及系統側電路。線路側電路 • 包含將線路側電路連接至電話線路所要求之類比組件，而 • 系統侧電路通常包含數位訊號處理電路及用於與主機系統 進行通訊之介面電路。經由線路側電路中之一類比數位轉 換器數位化自電話線路傳入之類比資料訊號並經由一數位 雙向串行通訊鏈路將其越過"數位"隔離障壁傳輸至系統側 電路。數位資料訊號可接著藉由系統側電路中之數位訊號 112042.doc 1374656 處理電路加以處理。相反，I自主機系統之數位資料訊號 可經由雙向_行通訊鏈路穿過數位隔離障壁傳輸至線路側 電路，在該線路側電路内數位f料訊號被轉換成類比訊號 並置放於電話線路上。

然而，此較現代DDA中出$之一問題是線路側電路必須 ”備與主機系統功率相隔離之獨立Dc電源。吾人已建議 用以提供-㈣電源之兩種主要方法。在第一種方法中， 經由一獨立㈣變壓器以一數位脈衝流的形式將功率自主 機系統轉移至線路側電路。此等脈衝形成一可經由線路側 電路中之-整流器轉換成_ Dc供給電壓的ac訊號。此種方 法不利地要求至少兩個變壓$，—個用作數位資料訊號之 隔離障壁，且另一個提供功率至線路側電路。 建議之第一種方法是自電話線路自身獲得用於線路側 力率然而，因為某些國家（包含，德國及奥地利） 3通訊系統之規格嚴格限制電話線路中之a可使用

力率量所以此種方法在實踐中難以實現。因為電話線 路上之電壓降隨著用戶設備與電話公司巾央交換局之間之 距離的增大而增大’所以此種方法亦趨向縮短用戶設備相 距電話中央交換局之距離。 【發明内容】 提供種於一 DDA中之系統側與線路側電路之間 單數位通訊鏈路，其能夠載運資料訊號且能夠轉移足 :力率以運作線路側電路而並不消耗來自電話線路之功 率本發明者已認識到可使用一隔離變壓器自一系統側介 112042.doc 1374656 面電路傳輸一巨大功率量至一線路側介面電路，且認識到 將-變屋器用作隔離障壁之成本可藉由於單一隔離變虔器 上傳輸資料與功率而大大降低。因此，本發明包括一系統 側介面電路…線路側介面f路及__包含—其上可傳輸資 料與功率訊號之變壓器的隔離障壁β每一介面電路能夠連 接至一上游通訊電路（線路側或系統側），其中可自該上游通 訊電路接收待越過隔離障壁傳輸至另—介面電路的正向運 行資料訊號，且可傳遞越過隔離障壁自另一介面電路接收 之資料訊號至該上游通訊電路。 每一介面電路較佳包含一模式開關及一三態緩衝器，其 賦能該介面電路以一傳輸模式或一接收模式運作。在傳輸 模式中，介面電路傳遞來自個別上游通訊電路之訊號至隔 離障壁。在接收模式中’介面電路接收並鎖存越過隔離障 壁接收之訊號。在系統側介面電路中，即使當線路側介面 電路正傳輸訊號至系統侧介面電路時，此鎖存運作允許系 統側介面電路轉移功率至線路側介面電路。另外，在線路 側介面電路中，鎖存運作允許三態緩衝器用作一整流器。 本發明進一步提供一種用於一包含一隔離障壁之通訊介 面中之通訊協定。該通訊協定中之單一訊框包含—或多個 正向資料位元、一或多個正向控制位元、一或多個反向資 料位元及一或多個反向控制位元，其經由曼徹斯特 (Manchester)編碼法編碼以維持隔離障壁之通量平衡。通訊 訊樞可進一步包含一或多個"填充，，位元，其可基於訊框中 之正向或反向資料位元之數目而添加或移除，以使得通吨 112042.doc 1374656 介面保肖-固定時脈率時可容納一個以上資料產出率。訊 框仍可進-步包含一包括三個具有相同值之連續週期之" 同步"樣式。 本發明亦提供一種根據上述通訊協$之越過一隔離障壁 通訊訊说之方法。 【實施方式】 本發明提供_•種於—D D A中之線路側電路與系統側電路 之門之隔離數位通訊鍵路。根據本發明，一單一變壓器用 作隔離障f在制單—變壓器隔離障壁（"stib")的情況 下，可自一系統側介面電路（”SSICi，）轉移一足夠大之功率量 來運作線路側介面電路（”LSIC")而並不依賴於將電話線路 作為一主功率源。該灯汨可載運雙向資料、時脈及功率訊 號。 圖1描繪根據本發明之一數位通訊鏈路。數位通訊鏈路 100包括藉由STIB 136隔離之系統側介面電路（"s§ic")i 8〇 及線路側介面電路（"LSIC")182。較佳地，SSIC 18〇與lsic 182中之每一者分別整合於單一積體電路上。stib i36較佳 為一具有一高功率容量及低阻抗之表面黏著組件。SSIC 180與LSIC 182中之每一者包含（於節點126及138處）連接至 STIB 136之至少一個三態緩衝器1〇8、156以用於越過stib 136傳輸訊號。SSIC 18〇與LSIC 182中之每一者進一步包含 一連接至STIB 136之接收緩衝器133、176以用於接收藉由 另一介面電路傳輸之訊號。緩衝器1〇8、156、133及176中 之母一者較佳為放大型緩衝器’其分別放大待越過STIb 112042.doc -10^ 1374656 136傳輸之訊號或經由STIB 136接收之接收訊號。 SSIC 180及LSIC 182亦可包含額外三態緩衝器114及172 以及相關聯之反相器106、168,其可與三態緩衝器1〇8及156 相結合以形成一推挽式放大器》推挽式（或"雙端配置於 STIB 13 6之初級及/或次級繞組上提供一高功率容量及一大 • 電壓擺動。 在數位通訊鏈路100中，功率與資料可經由一基於訊框之

" TDM(分時多工）通訊協定越過STIB 136於SSIC 180與LSIC • 182之間進行通訊。在表示一預定時間週期之每一訊框中， SSIC 180及LSIC 182如由選擇控制邏輯（未圖式）提供之控 制訊號SelF及SelR所判定之於傳輸與接收之間交替。舉例 而吕，在一訊框之第一週期期間，針腳104處之一預定選擇 控制訊號SelF賦能系統側上之三態緩衝器丨、114，而於 針腳166處輸入之一補充控制訊號SelR去能線路側上之三 態緩衝器156、172。因此，於針腳1〇2處接收之正向運行資 料訊號TxF(—正向運行脈衝流）經由系統侧三態緩衝器 % 108、U4放大且傳輸至變壓器T1之系統側繞組上，並隨後 • 經由變壓器τ 1之線路側繞組傳遞至線路側接收緩衝器 - 176 β正向運行資料訊號接著於針腳178處輸出為正向資料 ' 訊號RxF。類似地，對於自線路側至系統側之反向傳輸而 言，提供控制訊號SelF及SelR以賦能三態緩衝器156、172 且去旎二態缓衝器1 〇8、114。因此，資料訊號TxR( 一反向 運行脈衝流）被放大且傳輸越過變壓器，於接收緩衝器133 處接收並輸出為反向資料訊號RXR。 112042.doc 1374656

LSIC 182較佳包含一用於越過STIB 136自SSIC 180接收 功率之功率電路。更詳言之，整流器144及一諸如供給電容 器154之儲存裝置（於節點丨38、M0處）連接至STIB 136之次 級繞組。整流器144可為一包括所示之二極體146、148、150 及152之二極體橋式整流器。二極體146、148、150及152 較佳為具有一低接通電壓之肖特基（Schottky)二極體。經由 整流器144及供給電容器154，包括出現於變壓器T1之線路 側繞組處之訊號TxF之正向資料脈衝流（其有效表示一 ac 訊號）可轉換成節點i 62處一 DC電壓VddL »此DC電壓VddL 可接著用以提供用於線路側電路之供給電壓。 整流器144可由整合於同一積體電路晶粒（例如，lsic 182)上之四個二極體實施並連接至將[sic 182連接至變壓 器之線路側的端子對。在此實施中，每一襯塾（節點13 8及 140處）具備一"上"連接至正電壓供給vddL之二極體及一" 下"連接至接地之二極體，因此形成一整流橋。因此，二極

體對146、148及150、152分別形成用於節點142及174處之 輸入訊號之半波整流器，且共同形成一用於節點142與174 之間之差動訊號的全波整流器》在此實施例中，輸入訊號 較佳具有一足夠大以致使二極體整流器144運作的平均能 量（意即，具有一大於二極體之接通電壓的振幅）。 較佳地，二極體146、148、150及152能夠經受一約1〇〇〇 伏至約2,000伏之暫態ESD(靜電儲存器偏轉）脈衝且具有足 夠載流能力以保護積體電路晶粒免於靜電放電。當一 ESD 事件發生時，暫態電壓被簡單分流至適當電壓幹線（接地或 •12- 112042.doc

1374656 供給電壓VddL)。在此實施例中，二極體146、148、150及 152不僅用以整流二極體，亦用作LSIC 182之輸入針腳之主 要ESD保護二極體，且實際上可用作針腳之唯一 ESD保護裝 置。

亦可使用一同步整流器，其可作為上述二極體橋式整流 器之一替代或與二極體橋式整流器相結合。若二極體橋與 同步整流器均存在，當LSIC 182初始地電力開啟時（例如， 當同步整流器之控制邏輯缺乏足夠電壓來運作時），則可使 用二極體橋產生運作所需之初始起動電壓。在初始起動電 壓達到一運作同步整流器之足夠高之位準後，可接著使用 同步整流器整流。在另一實施例中，如下文進一步描述， 二極體146、148、150及152可為由同步整流器中之電晶體 中之多個半導體連接形成的寄生二極體。

參看圖2所示之時序圖可更充分地理解數位通訊鏈路100 之運作及其多種訊號。一適當TDM協定可基於展示為位元 週期202至207之一重複訊框200。在位元週期201期間（訊框 200開始之前之位元週期），（於210處）賦能控制訊號SelF， 而（於222處）去能控制訊號SelR，且繼續處於其各自之狀態 經過位元週期202及203以及位元週期204之初始部分。因 此，在位元週期202、203及204期間，訊號TxF(正向脈衝流） 經由三態緩衝器108及114越過變壓器T1而傳輸並接收為如 TxF及RxF線路中之單線陰影所指示之訊號RxF。

LSIC 182於訊框200之較後部分期間（意即，在位元週期 205-207内）傳輸。在位元週期204期間，控制訊號SelF及SelR 112042.doc -13 - 1374656 之極性反相，以使得賦能線路側三態緩衝器156及172，而 去能系統側三態緩衝器108及114。因此，在位元週期205至 207期間，訊號TxR經由線路側三態缓衝器1 56及172越過變 壓器T1而傳輸並接收為如位元週期205至207期間TxR及 RxR線路中之交又影線所指示之訊號rxr。 接收緩衝器133及176可為主動式整體訊框200。因此，在 訊框200之第一部分期間，系統側處之訊號TxF可接著由緩 衝盗133與緩衝器176分別接收並於針腳132及178處輪出》 對應地’在訊框200之第二部分期間，線路側處之訊號TxR 由緩衝器133及176接收。出於此原因，圖2中之訊號RxF及 RxR僅由一指定為rxF/RxR之訊號線表示。圖2中之訊號EnF 及EnR用以改良功率轉移且下文將進一步描述β 為避免變壓器飽和，越過STIB 136之通訊訊號較佳為通 篁平衡的。以實例說明，適用於一現代數據機系統中之一 變屋器之通量轉移乘積限制可為約2.35微伏·秒或於3.6伏 下 '.勺652.5奈秒。gj此，傳輸協定應（例如）於兩個資料訊框 上提供-DC平衡褐。以實例說明，曼徹斯特編碼或傳號交 替變換（"AMI")可易於用於本發明中。 圖3描續'一適用於本發 # 乃又逋訊協疋，其中藉由使用一曼 徹斯特型編碼方案（音g _ ‘、 將〇位兀*編碼為二位元序列〇 1且 將1位元編碼為二位元床万丨丨】n、Α τ 序列10 )來平衡STIB 136之通量。與 上文圖2之協定相對比，圖3之協定 施疋知用分時多工’但分配 不同時間量至SSIC 180及LSir 向傳輸。 82以允許一成框序列之正 112042.doc 1374656 更詳言之，在圖3之協定中，SSIC 180於時槽301至308期 間傳輸且LSIC 182於時槽309至312期間傳輸。圖3中之基礎 訊框322可包含： (1) 處於時槽301及302期間之一正向資料位元（所展示之 曼徹斯特編碼為DF，繼之以非DF); (2) 處於時槽303及304期間之一正向控制位元（展示為 CF、非 CF); (3) 處於時槽305至308期間之一預定正向成框序列326(展 示為非 CF、非 CF、CF、CF); (4) 處於時槽3〇9及3 10期間之一反向資料位元（展示為 DR、非 DR);及 (5) 處於時槽311及312期間之一反向控制位元（展示為 CR 、 # CR)。 圓3之協定亦可包含虛設或填充位元33〇，其可經添加或 移除以調整訊框大小。以此方式，可容納廣泛範圍内之多 種資料傳輸率而並不改變SSIC 180及LSIC 182之時脈率。 以實例說明’為達成通量平衡，交替值之六個填充位元（例 1 〇 1、〇、L)描繪於時槽313至318中。如圖4所 不，亦可藉由平衡兩個連續訊框（訊框k及訊框k+1)上之 填充位兀之通量而容納奇數個填充位元。舉例而言，若訊 框k含有填充位元序列_1〇]，則訊框叫 [10101]。 -成忙序歹丨可為可用以識別一訊框於何處開始及/或 結束之位元值的任何唯-序列。舉例而言，在圖3所示之協 112042.doc •15· 1374656 定中，時槽304中之反相控制位元（非CF)於其後之時槽3〇5 及306中重複兩次。此三次重複之值提供一可易於識別之唯 一同步（"sync")樣式，就曼徹斯特編碼訊號（01、10)而言決 不導致相同值之三時槽序列。可（例如）經由三位元移位暫存 器來實知用於此同步樣式之一適當偵測電路，其中暫存器 中之每一位元提供至一 3輸入與（AND)閘，其於偵測到該三 次重複之值時輸出一訊號。其他訊框偵測技術亦可替代地 用於上文所述之同步樣式。舉例而言，根據吾人熟知之技 術 大緩衝器可用以儲存傳入之資料，且經緩衝之資料 可接著由一微處理器統計性地分析以判定其成框。 圖5及圖6說明本發明之另一實施例，其中由一新穎"整流 緩衝器"提供圖1所示之LSIC 182之整流器及三態緩衝器之 功能，且其中介面電路包含增強自SSIC 18〇至1^1(： 182之 功率轉移之反饋路徑。參看圖5，整流緩衝器5〇4包括：一 二態緩衝器15 6，其連接至一供給電容器且經由介面端子 Vs +連接至STIB 136 ; 一模式開關“幻^，其連接至該三態 緩衝器，及一反饋路徑5〇8，其位於S11B 136與模式開關 MX1L之間。整流緩衝器5〇4進一步具有一用於輸出訊號 RxF+之”接收輸出端子"及一用於接收訊號TxR+之傳輸輸 入端子。二態緩衝器156又包括一對互補電晶體MlL(p通道 MOSFET(金氧半場效應電晶體及M2L(N通道m〇sfet)， 連接至該對電晶體中之一個電晶體（M丨L )之反及（NAND ) 邏輯閘ND1L ’連接至該對電晶體中之另—電晶體（M2l) 之或非（NOR)邏輯閘NR2L，及連接於反及閘與或非閘之賦 112042.doc -16- 1374656

能輸入之間的反相器IN1L。 根據本發明之此實施例，三態緩衝器中之該對互補電晶 體156、172用作一傳輸訊號至SSIC 180的輸出驅動器，且 用作一整流自SSIC 180接收之訊號的同步整流器。視模式 開關MX1L之狀態而定，整流緩衝器504有效具有兩種模 式：一傳輸模式及一整流模式。模式開關MX1L又受控於線 路側介面控制邏輯（未圖示）。 LSIC 182及SSIC 180較佳經配置以根據諸如圖2至圖4所 描繪之一 TDM協定進行通訊。詳言之，SSIC 180於一 TDM 訊框之一預定時槽（”正向傳輸週期”）期間傳輸，且LSIC 182 於該訊框之一不同時槽（”反向傳輸週期"）期間傳輸。在正向 傳輸週期期間，當SSIC 180於STIB 136上傳輸時，線路側 介面控制邏輯（未圖示）提供一適當SelR訊號（例如，一零伏 訊號）以置放整流緩衝器於整流模式，在該整流模式中，藉 由SSIC 180傳輸之正向資料中之能量之一實質部分被轉向 並儲存於供給電容器CL内。在反向傳輸週期期間，當LSIC 182經排程以於STIB 136上傳輸時，提供一適當SelR訊號（例 如，一 3.5伏訊號），其致使整流緩衝器運作為一習知三態緩 衝器（意即，用以自LSIC 182經由ST1B 136傳遞資料至SSIC 180)。 因為於STIB 136上傳輸之訊號較佳為一差動訊號（亦稱 為雙端或非接地），所以一第二整流緩衝器506亦可提供於 LSIC 182中。該第二整流緩衝器506類似地包含一三態緩衝 器172、一模式開關MX2L及一反饋路徑510。三態緩衝器172 112042.doc -17- 1374656 包含互補電晶體M3L及M4L、反及邏輯閘ND3L、或非邏輯 閘NR4L及一反相器IN3L。整流緩衝器156與整流緩衝器172 共同形成一差動整流緩衝器512。

圖6說明差動整流緩衝器5 12如何運作以整流由SSIC 180 於STIB 136上傳輸之一差動訊號，以便提供功率至LSIC 182中之一供給電容器CL。圖6描繪一差動推挽式傳輸器（由 與内部電阻相關聯之開關MIS、M2S、M3S及M4S表示）之 一簡化電路圖的若干狀態，該差動推挽式傳輸器經由一 STIB 136連接至一差動整流緩衝器（由與内部電阻相關聯 之開關MIL、M2L、M3L及M4L表示）及一供給電容器CL。 電路之三個連續狀態展示於圖6中610、620及630，其中該 傳輸器自傳輸一值"1”（圖6中610)過渡至一值”0"(圖6中 6 3 0 )。因為一差動傳輸器習知地經由以推挽式配置之兩組 互補電晶體而實施，所以開關Ml S及M2S表示差動傳輸器之 上部分中之兩個互補電晶體，而開關M3S及M4S表示差動傳 輸器之下部.分中之兩個互補電晶體。

根據本發明，包括差動整流緩衝器512之開關運作為一同 步整流器。圖6中610描繪電路之一例示性狀態，其中藉由 閉合開關M1S及M4S以及斷開開關M2S及M3S而自SSIC 180傳輸一”1”傳輸位元至LSIC 182。自一電源Vsply、經過 開關M1S、經過STIB 136之初级繞組，且最終經過開關M4S 至接地（忽略内部電阻）而產生一正向電流迴路。在線路側 上，閉合開關MIL及M4L，而斷開M2L及M3L。因此，強加 於STIB 136之次級繞組上之電流流經開關MIL，經過負載 112042.doc -18- 1374656 阻抗RL，且最終經過開關M4L，同時對供給電容器〇[充電。 i圖6中620,差動整流緩衝器中之所有開關被斷開，以 便阻斷流經STIB 136之次級繞組之電流流動。在此時間週 期期間，僅藉由供給電容器CL供給LSIC 182負載。因為線 路側上並無負載電流經過變壓器次級，所以變壓器初級之 極性可易於藉由閉合開關M 2 S及M 3 s且斷開開關M丨s及 M4S而改變。因此’圖6中62〇之變壓器中之電流路徑為自 電源Vsply經過開關M3S，經過變壓器初級（具有相對極 性）’且接著經過開關M2S至接地。 最终，在圖6中630，線路側上之開關1^11^及河礼被斷開， 而開關M2L及M3L被閉和。因為變壓器上之極性已翻轉， 所以現在變壓器次級重連接至具有正確極性之負載。電流 仍流入電容器CI：之正端子，且因此在藉由SSIC 18〇傳輸"〇" 值之位兀週期期間功率繼續自SSIC 18〇轉移至LSIc 因此，來自SSIC 180之訊號已藉由差動整流緩衝器以大體 上與該訊號同步之方式運作開關M1L、M2L、厘几及河礼 而整流。 於圖6中620所說明之”先切斷後建立”步驟是可選的◊然 而，右省略該步驟，則系統侧傳輸器將有可能顯著地具有 比線路側開關更大之功率（且因此更大），以便超越流經變壓 窃次級之電流。相反，在上文所述之"先切斷後建立"實施 中，線路側開關可近似與系統側開關大小相等。先切斷後 建立之時序間隔較佳足夠長以便中斷或大體上降低變壓器 次級中之電流流動。在某些應用中，例如於一高速數據機 112042.doc -19- 1374656 應用中，少許奈秒之一時序間隔足夠用於此目的。 再次參看圖5’圖5所描繪之實施例中之多種訊號展示於 ^ °除選擇訊號及賦能訊號外之所有訊號為差動或互 補的。

TxF- 重18G越過隔離障壁傳輸至薦i82之資料的， 自SSIC 18〇越過隔離障壁傳輸至lsic i82之資料的:

RxR+ $|^W^iy?^SSIC180越過隔離障壁自LSIC182接收之資料3

气向資料（負〕：轉自SSIC 180越過隔離障壁傳輸至LSIC 182之資^· J__差動輸入 j

513!1^由SSIC180越過隔離障壁自LSIC182接收β ㉗以料⑻:藉由額80越過隔離障壁自LSIC182接收之免

RxF+訊號自變壓器次級之負極端子心·導出並接著由反 相器IN2L反相，而RxF-訊號自變壓器次級之正極端子vs + 導出並由反相器IN4L反相。因此，RxF+處之訊號跟蹤端子 Vs +處之訊號值，且RXF-處之訊號跟蹤端子Vs-處之訊號值。 如上所述，SelR訊號控制差動整流緩衝器之模式。模式 開關MX1S運作為一多工器以便視模式開關MX1S之針卿 112042.doc -20- 1374656 SD處之SelR訊號輸入之值而定選擇針腳DO處之RxF +訊號 或針腳D1處之TxR+訊號。

若訊號SelF為低（例如，對於”整流”模式而言），則選擇 RxF +訊號且將其傳遞至模式開關MX 1S之Z輸出針腳。來自 模式開關MX1S之訊號輸出又輸入至三態緩衝器156，且三 態緩衝器156中之互補電晶體MIL及M2L採用RxF +值。舉例 而言，當訊號RxF +為"高"，電晶體M2L斷開（意即，進入一 大體上不導電之狀態）且電晶體MIL接通（意即，進入一大體 上導電之狀態），進而有效連接變壓器次級之正極端子至供 應電容器CL並進而對供給電容器充電至供給電壓VddL。同 時，因為對應RxF-訊號為RxF +訊號之反相，所以RxF-訊號 為低。模式開關MX2L傳遞低RxF-訊號至三態緩衝器172， 進而致使電晶體M3L斷開且電晶體M4L接通。因此，變壓 器次級之負極端子Vs-有效連接至線路側之隔離接地。因 此，經過（a)變壓器次級之正極端子Vs+、（b)電晶體MIL、 (c)供給電容器CL、（d)隔離接地節點及（e)變壓器次級之負 極端子Vs-所形成之電流迴路完成，且因此功率自SSIC 180 傳輸至LSIC 182。 一旦為RxF+及RxF-訊號確定為一給定值，則產生一有效 鎖存入該等值的正反饋迴路，限制條件是SelR訊號為低且 進一步假定三態緩衝器由一適當EnR訊號"賦能"。若SSIC 180上之電晶體並不足夠大以”超速驅動"LSIC 182上之電晶 體，則此鎖存效應可為一顯著問題。因此，本發明提供一 如上參看圖6所述之"先切斷後建立”之切換方案，以便中斷 112042.doc -21 - 1374656 鎖存器並允許新傳輸值強加於變壓器上。詳言之，EnR訊號 可用以去能三態緩衝器達一短時間’進而中斷鎖存器並允 許傳輸電路更易於強迫變壓器進入至下一（高或低）資料狀 態。或者’選擇線（SelF及SelR)亦可用以去能或中斷鎖存器。 為了置放差動整流緩衝器於"傳輸"模式中，提供一"高 S elR訊號至模式開關MX 1L及MX2L。因此，傳入之資料 TxR+及TxR-經過模式開關MX1L及MX2L傳遞至三態緩衝 器156、172。因此，互補電晶體MIL、M2L、M3L·及M4L· 將TxR值強加於變壓器次級上，進而傳輸反向資料至SSIC 180。 上文所述之差動整流緩衝器配置亦可應用於如圖5所示 之SSIC 180。在SSIC 180待接收而並非傳輸之TDM時間隔

期間’致使三態緩衝器108及114鎖存為由LSIC 182傳輸之 正向脈衝流且將其鏡像’該正向脈衝流由經過模式開關 MX 1S及MX2S以及三態緩衝器1〇8及114之正反饋引起。在 每一 TDM位元週期末端，就在LSIC 182傳輸一新值之前， 以上文所述之相同”先切斷後建立”形式簡短地去能SSIC 180開關達一短時間週期。因此，[sic 182具有一將新資料 值強加於變壓器上而並不受到SSIC驅動器之干擾的機會。 當重賦能SSIC 180開關時，SSIC 180鎖存為新值並將其放 大°實際上’傳輸電路與接收電路之間出現一主從關係， 其中從電路鎖存入由主電路傳輸之值。 顯著地’一旦SSIC 180中之三態緩衝器1〇8及114鎖存為 一給定值’則一放大驅動電流自電源Vspiy流經電晶體 112042.doc •11、 1374656

MIS、M2S、M3S及M4S。此放大電流被添加至變壓器初級 中之電流，因此致使一對應較大電流流經變壓器次級且實 際上產生一轉移至LSIC 182中之整流器的補充脈衝流。更 詳言之，出現於變壓器次級中之額外電流錶示起源於系統 側上之電源Vsply中並轉移至線路側上之供給電容器CL的 功率及能量。因此，在鎖存狀態中，即使LSIC 182正在傳 輸，功率仍可實際地自STIB 136正向轉移至LSIC 812。因 此，因為功率在SSIC 180傳輸時與LSIC 182傳輸時轉移至 LSIC 1 82，所以顯著地改良供給電容器CL處之電壓之穩定 性。

可進一步結合圖5參看圖2之時序圖理解LSIC 182及SSIC 180之運作。假定SSIC 180將要傳輸至LSIC 182，致使訊號 SelF轉變為"高"（210)且致使SelR訊號轉變為低（222)。因 此，模式開關MX1S及MX2S經設定以選擇且輸出TxF(+/-) 訊號。因此，一 ”高”TxF +訊號（位元週期210中之212)將作 為一''高’'訊號傳遞至節點VinS+，而對應之差動”低"TxF-訊 號將傳遞至節點VinS-。節點VinS +及VinS-處之訊號接著輸 入至邏輯閘ND1S、ND3S且輸入至或非閘NR2S及NR4S。

EnF訊號亦輸入至邏輯閘ND1S及ND3S，而其反相（在反 相器IN1S及IN3S之後）輸入至邏輯閘NR2S及NR4S。因為 EnF訊號為高（於214處）且VinS+訊號（對應於高TxF訊號 2 12)亦為高，所以邏輯閘ND1S在其輸出處產生一"低”訊 號，進而致使p型電晶體M1S”接通”並進而有效連接變壓器 T1之Vp +端子至供給電壓VddS。同時，因為EnF訊號之反相 112042.doc -23 - 1374656 為一''低i'訊號且VinS +訊號為"高"’所以或非閘NR2S在其輸 出處產生一"低”訊號，進而致使η型電晶體M2S斷開並進而 阻斷變塵器Τ1之Vp+端子與接地之間之路經。 相反’ VinS-處之"低"訊號結合”高”EnF訊號及其，，低"反相 引起邏輯閘ND3S輸出一"高"訊號至p型電晶體m3S並致使 其斷開’而邏輯閘NR4S輸出一"低"訊號至電晶體M4S並致 使其接通。因此，電晶體丁丨之端子VP-有效連接至接地。因 此’可見TxF處之一 •，高"訊號輸入致使變壓器次級處之一" 高”訊號’端子Vp +有效連接至供給電壓VddS，且端子Vp_ 有效連接至接地。應理解’在此時間週期期間，端子vp + 處之電壓較佳等於或大於供給電壓VddS，且端子Vp-處之 電壓較佳等於或小於接地電壓，以使電流趨於在所要方向 上流動。 簡言之，在將"高"訊號置放於變壓器之初級繞組Vp上之 前’ LSIC 182中之接收鎖存器、三態緩衝器及相關聯電晶 體可由（圖2中之時序21 8處）一”低"EnR訊號去能。因此， 所有電晶體MIL、M2L、M3L及M4L置放於一非導電狀態， 以使並無以其他方式趨於抵抗變壓器T1之初級及次級繞組 上之"尚"Vp訊號之強加的反向電麼或電流。因此，"低"EnR 訊號去能三態緩衝器且中斷鎖存訊號之加強。 因為，變壓器次級中並無趨於抵抗變壓器丁丨處之值之變 化的電流，所以其更易於轉移Vp+處之”高”訊號至Vs+處之 一"高"訊號轉移Vp-處之"低”訊號至Vs_處之一“低”訊 號。Vs+及Vs-處之"高"及"低，，訊號分別由反相器爪礼及 112042.doc •24· 1374656 IN2L進行反相以分別於RxF-及RxF處+產生”低"及"高••訊 號。 LSIC 182較佳藉由222處一"低"SelR訊號而置放於一”接 收"或"鎖存”模式，該M&"SelR訊號致使模式開關MX1L及 MX2L選擇且輸出接收之訊號RxF-及RxF+而並非反向傳輸 訊號TxR。因此，模式開關MX1L輸出一"低”訊號至VinL+， 而模式開關MX2L輸出一”高••訊號至VinL-。

同時，EnR訊號返回至一”高"狀態（圖2中之220處），因此 置放反及閘及與或閘為運作狀態。因為此處之邏輯閘ND1L 之輸入為於VinL+處之”高"訊號及”高"EnR訊號，所以其輸 出一"低''訊號，因此接通p型電晶體MIL。輸入為於VinL+ 處之”高"訊號及反相器IN1L之輸出處之"低"訊號（意即，經 反相之EnR訊號）邏輯閘NR2L產生一”低”輸出訊號，因此斷 開η型電晶體MIL。因此，電流自Vs +流經MIL至VddL，因 此對電容器CL充電。以此方式，功率供給（部分由CL形成） 在自SSIC 180至LSIC 182之正向傳輸期間自SSIC 180轉移 至 LSIC 182。 相反地，輸入為於VinL-處之"低"訊號及"高"EnR訊號之 邏輯閘ND3L輸出一"高”訊號至p型電晶體M3L，其致使電晶 體斷開。及輸入為於VinL-處之”低”訊號及”低"反相EnR訊 號之邏輯閘NR4L輸出一 ”高"訊號至η型電晶體M4L，其致使 電晶體接通。電晶體M4L之接通完成電流流經功率供給電 容器CL及負敦電阻RL以返回至變壓器Τ1處之Vs-之電路路 徑。 112042.doc -25- 1374656 因此，因為Vs+電連接至VddL，而Vs-電連接至隔離接 地，且因為經由反相器IN2L、IN4L，模式開關MX1L、 MX2L，以及三態緩衝器BUF1S及BUF2S之正反饋在整個位 元週期202期間維持鎖存情形，所以"鎖存"情形出現於LSIC 182 中。

亦可於LSIC中提供一補充整流器以當一 DAA初始電力開 啟時提供起動功率。若充分耗盡供給電容器CL，則控制邏 輯將並無足夠電壓來供應運作差動整流緩衝器所需的賦能 及選擇訊號。因此，可提供一小"靴帶"整流器（例如二極體 整流器或同步整流器）。當SSIC開始傳輸，補充整流器被迫 跟隨SSIC 180訊號，進而轉移一少量功率以對電容器CL充 電。一旦線路侧供給電壓VddL達到一充足高位準以運作 LSIC邏輯，則可建立越過障壁之TDM協定，其包含時脈偵 測，同步化及初始化。LSIC 182可接著進入標準功率模式， 其中障壁之兩側充分以主/從配置進行運作。

有利地，存在於上文所述之差動整流緩衝器中之電晶體 MIL、M2L、M3L及M4L中之寄生二極體可用作所要之補充 或靴帶整流器。更詳言之.，電晶體MIL及M3L較佳為P通道 MOSFET，每一通道具有一自其沒極（分別連接至變壓器端 子Vs +及Vs-)至其源極（連接至正供給電壓VddL)之寄生pn 二極體接合。類似地，電晶體M2L及M4L較佳為N通道 MOSFET，每一通道具有一自其源極（連接至接地）至其汲極 (分別連接至變壓器端子Vs +及Vs-)之寄生pn二極體接合。 此等寄生二極體形成一用以產生電力開啟LSIC 182所需之 112042.doc •26-

1374656 初始起動電壓的二極體橋。 此外，電晶體MIL、M2L、M3L及M4L内之寄生二極體亦

可如上所述結合二極體146、148、150及152而用以為SSIC 提供ESD保護。在此實施例中，電晶體MIL、M2L、M3L及 M4L應經設計以經受預期之ESD脈衝電壓及電流。 本發明亦可實施為一單端配置，而並非一差動配置。圖7 描繪一例示性單端實施例β除變壓器初級及次級繞組之負 極端子Vp·連接至接地且初級端子Vp+及Vs+分別直接連接 至RxR+及RxF +外，此實施例類似於圖5之雙端實施例。圖7 所描繪之單端實施例以與圖5之雙端實施例相同之方式運 作。 圖8中之圖表說明使用本發明之系統侧電路與線路側電 路之間之功率轉移的預期效果。更詳言之，y軸表示上述差 動整流緩衝器實施例中越過電容器CL產生之線路側供給電 壓VddL。X軸表示處於〇與丨〇 (或〇%至1〇〇% )之範圍内的 正向傳輸比。可見線路側供給電壓保持驚人地穩定（2 75V 與2.79V之間）而與正向傳輸比無關。 因此，本發明具有優於習知DAA之若干顯著優點。第一， 變壓器於初級及次級繞組之間提供極佳之高隔離電壓。第 ―，精由使用STIB 136及越過介面之差動訊號傳輸而大大 地改良共㈣音抑制。上文所述之鎖存技術進-步降低共 杈* a，因為二態緩衝器置放於一非賦能狀態僅達一標準 位凡週期之-非常小之部分，以使即使共模噪音越過障壁 而轉移，其僅當開關斷開（例如，三態）時生長。第三，因為 112042.doc •27- 1374656 單一變壓器用作資料與功率訊號之隔離障壁，所以與使用 多個隔離障壁之先前技術系統相比較，在組件成本上有一 顯著節省。

最後’ STIB 136之使用允許一巨大功率量自ssiC轉移至 LSIC ’以使LSIC需要來自一電話線路之很少（若有）功率。 舉例而言’在一典型數據機中，線路側DAA及相關聯電路 可要求處於約25至約50毫瓦範圍内之功率。在使用本發明 之情況下，此功率量（約25至約50毫瓦）可易於自系統側電 路轉移至線路侧電路，進而足以運作線路側電路而並不分 接來自電話線路之功率。大體上，可使用本發明轉移之功 率量主要受限於三態緩衝器中之互補電晶體之載流容量而 並非STIB 136之功率轉移容f。因此，於線路側及系統側 電路中提供大的互補電晶體是可行的，以使多於5〇毫瓦或 甚至高達約1GG毫瓦之功率或更多可越過STm⑶而轉移。

吾人將認、識到本發明亦可結合先前技術之線路侧電路而 使用，其中先前技術之線路側電路當進度中有一呼叫（意 即，於一答話情況下）時自一電話線路分接功率。倘若如 ^，可自電話線路獲得線路侧功率之一部分，然而剩餘部 分可错由系統側電路以上文所述之方式供應。在此變化 二:線路側電路所需要之任何所要功率百分比㈣至職) &由本發明自系統側電路供應。較佳 =路所需要之功率之至少—實質部分(例二=) t路==越過STIB 136而供應。仍詳言 k IB 136而供應之功率量為至少一大部分、至少 H2042.doc -28- 1374656 一超大部分或近似為整個線路側電路所需要之功率。 應理解’儘管上文已έ士人STTR 1 λ g丄又匕、，ODSTIB 136描述本發明之系統側 介面電路、線路側介面電路、整流緩衝器及傳輸協定但 其並非受限於隨一變壓器隔離障壁使用。相反，可使用任 何傳輸媒體，其包含(例如）四埠介面，諸如一雙線雙 或一雙電容器介面。 — 已描述DAA中之系統側與線路側電路之間之—數位

訊鏈路’其能夠載運資料訊號與功率訊號。然;而，將理解， 本發明之以上描述僅以實例說明，且熟習此項技術者將顯 而易見諸變化而並不背離如附隨申請專利範圍所陳 發明之範疇。 【圖式簡單說明】 圖1為描繪根據本發明之一數位通訊鏈路的一方塊圖； 々圖2為說明根據本發明之—數位通訊鏈路之運作的一時

圖3為說明適用於根據本發明之 框之組成的一成框圖； 一數位通訊鏈路之一訊 之一數 的電路 圖4為說明具有—奇數個週期、適用於根據本香 位通訊鏈路中之一訊框之組成的另-成訊框圖； 圖5為進-步說明根據本發明之一數位通訊鍵 圖； 圖6為說明根據本發明 的一示意圖； 圖7為說明根據本發明 之一數位通訊鏈路中之功率轉移 之一數位通訊鏈路之—單端實施 I12042.doc -29- 1374656 例的一電路圖；及 圖8為說明根據本發明之一數位通訊鏈路中之功率轉移 與正反向傳輸比之間之關係的一圖表。 【主要元件符號說明】

102 針腳 104 針腳 106 反相器 108 三態緩衝器 114 三態緩衝器 126 節點 132 針腳 133 接收緩衝器 136 單一電壓器隔離障壁 138 節點 140 節點 142 節點 144 整流器 146 二極體 148 二極體 150 二極體 152 二極體 154 供給電容器 156 三態緩衝器 162 節點 112042.doc -30- 1374656

166 針腳 168 反相器 172 三態緩衝器 174 節點 176 接收缓衝器 178 針腳 180 系統側介面電路 182 線路側介面電路 200 主動式整訊框 201 ' 202 > 203、 204、 205、 206、 207 ' 208 位元週期 210 位元週期 212 高TxF訊號 218 時序 220 時序 ' 222 時序 301、 302、 303、 304、 305、 306 > 307、 308、 309 > 310 > 311、 312、 313 > 314、 315、 316、 3 17、 318 時槽 322 基礎訊框 112042.doc •31 · 1374656 326 預定正向成訊框序列 330 虚設或填充位元 504 第一整流缓衝器 506 第二整流緩衝器 508 反饋路徑 510 反饋路徑 512 差動整流緩衝器

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Claims (1)

1. 第095122755號專利申請案 十、申請專利範圍： 中文申請專利範圍替換科101年6眉II Β Π 年月.日修正本 1.種用於自-系統側電路轉移功率至一經由一傳輪媒體 連接之線路側電路之方法，該方法包括： 於該系統側電路處接收一由該、線路側f路強加於該傳 輸媒體上之第一訊號；及 藉由加強該系統側電路處之該第一I號以經由該傳輸 媒體自該系統側電路轉移功率至該線路側電路； 其中該加強步驟包括以下步驟： 放大該第-訊號以產生一第一放大訊號；及 添加該第一放大訊號至該第一訊號。 2.如β求項1之方法，其進一步包括以下步驟： 中斷該加強步驟； 於《亥系統侧電路處接收一由該線路側電路強加於該傳 輸媒體上之第二訊號； 放大該第二訊號以產生一第二放大訊號；及 添加該第二放大訊號至該第二訊號。 3.如吻求項2之方法，其進一步包括以下步驟： 鎖存該第—訊號；及 中斷加強步驟之該步驟包含去能該第一訊號之該鎖存 之步驟。 4種用於越過-傳輸媒體轉移功率至-線路側電路之系 統側電路，其包括： 、 一介面電路，其經調適以⑴接收一由該線路側電路強 加於該傳輪媒體上之第—接收訊號，且（Η)藉由加強該第 112042-1010611.doc 1374656 一接收訊號以經由該傳輸媒體轉移功率至該線路側電 路； 其中該介面電路經調適以藉由⑴放大該第一接收訊號 以產生一第一放大訊號及（π)添加該第一放大訊號至該第 一接收訊號來加強該第一接收訊號。 5 _如請求項4之系統側電路，其中該介面電路包括： 一第一鎖存器，其包括； 一第一介面端子，其經調適以連接至該傳輸媒體以 接收該第一接收訊號；及 ® 一第一緩衝器，其具有⑴一輸出端子，其連接至該 第一介面端子及（ii) 一資料輸入端子，其可切換地連接 該第一介面端子。 6_如請求項5之系統側電路，其中： 該介面電路進一步包括一電壓供應端子，其連接至該 第一緩衝器且經調適以接收一供應電壓；且 若該緩衝器之資料輸入端子係連接至該第一介面端 子，於該第一介面端子的該第一接收訊號使得該緩衝器、 以來自該供應電壓的能量加強該第一接收訊號。 7·如請求項5之系統側電路，其中該第一緩衝器進一步包括 一鎖存控制端子，其經調適以接收一用於賦能或去能該第一 緩衝器的鎖存控制訊號。 8.如請求項5之系統側電路，其中該第一緩衝器進一步包括 一對互補電晶體，其連接於該第一緩衝器之該資料輸入端子 與該輸出端子之間。 1l2042-1010611.doc 月求項5之系統側電路，其中該第一緩衝器為一三態緩 衝器。 1 Q JH: 月.項5之系統側電路，其中該第一鎖存器進一步包 括： 第一傳輸輸入端子，其經調適以接收一待經由該傳 輸媒體傳輸之第一傳輸訊號； :第接收輸出端子，其連接至該第一介面端子且經 調適以輪出自該傳輸媒體接收之該第一接收訊號； 山第模式開關，其具有⑴分別連接至該第一傳輸輸 入端子及至該第一接收輸出端子之兩個輸入端子，（ii) 一 。亥第一緩衝器之資料輸入端子之輸出端子，（川) 、杈式選擇端子，其經調適以接收一模式選擇訊號，其用 /置°亥第一模式開關以傳遞（a)經由該傳輸媒體傳輸之 4第一傳輸訊號或（b)自該傳輸媒體接收之該第一接收訊 號至該第一緩衝器。 -月求項10之系統側電路，其中該系統側電路進一步包 括： 第一傳輸輸入端子，其經調適以接收一待經由該傳 輸媒體傳輸之第二傳輸訊號； —第二介面端子，其經調適以連接至該傳輸媒體； 第一接收輸出端子，其連接至該第二介面端子，且 經:適以輪出—自該傳輸媒體接收之第二接收訊號； —第二緩衝器’其具有⑴一連接至該第二介面端子之 輸出端子及（ii) 一資料輸入端子；及 ll2〇42-l〇)〇6n_d〇c 1374656 傳輪輪 一第二模式開關，其具有⑴分別連接至該第 入端子及至該第二接收輸出端子之兩個輸入端子， J 連接至該第二緩衝器之資料輸入端子之輸出端子，（丨η) 模式選擇端子’其經調適以接收一模式選擇訊號，其 用以配置該第二模式開關以傳遞（a)經由該傳輸媒體傳輸 之該第二傳輸訊號或（b)自該傳輸媒體接收之該第二接收 訊號至該第二緩衝器》 12.如請求項11之系統側電路，其中： 該傳輸媒體經調適以傳輸一差動訊號；且 該第一及該第二接收訊號以及該第一及該第二傳輸訊 號分別形成一差動接收訊號及一差動傳輸訊號。 H2042-I010611.doc 4-