TWI404334B - 傳輸線驅動器及驅動方法 - Google Patents

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Description

傳輸線驅動器及驅動方法
本發明係關於一種驅動器，特別是關於一種傳輸線驅動器及驅動方法。
一般的傳輸線驅動器(Line driver)係為一個電壓緩衝器，其利用輸出電流來驅動負載電阻，阻抗匹配的電阻值會因為所驅動的纜線長度、工作環境或者其他的外在因素影響而有所變化。此外，傳輸線驅動器來必須維持較大的輸出電壓(output swing)、較高的線性度(linearity)、較好的功率效益(power efficiency)與傳輸線的阻抗匹配等等達到有效驅動的目的。
傳統的傳輸線驅動方式有兩種：電壓源驅動與電流源驅動。其中，電流源驅動的技術係利用電流訊號來推動傳輸線的負載阻抗RL ，以產生足夠大的輸出電壓之振幅，使傳輸線能傳送訊號。
請參考第1圖，其為電流源驅動的傳輸線驅動器100的電路圖，其中包含有：放大器101、電流源102、電晶體103、阻抗匹配電阻Rs (Impedance matching resistor)、負載電阻RL (Loading resistor)、反饋電阻Rf (Feedback resistor)等。其中，反饋電阻Rf 耦接於電流源102；電晶體103，一端耦接於電路電壓源VDD ，另一端則耦接於反饋電阻Rf 之另一端；放大器101的一輸入端耦接於反饋電阻Rf 與電流源102，一輸出端耦接於電晶體103的閘極；阻抗匹配電阻Rs 則耦接於反饋電阻Rf 與負載電阻RL 之間。其中，阻抗匹配電阻Rs 理論上要能與負載電阻RL 匹配，否則將容易產生訊號反射與耗能的問題。需注意的是，電流源102為一內部電流源，係由對一內部電阻提供一電壓所產生。
第1圖的電路，在實際的生產製造時會因IC製造時的製程漂移(process variation)而發生問題。由於在IC製造的過程中，一般電阻的製程會有20%的漂移可能，而此漂移會導致傳輸線驅動器的阻抗匹配電阻產生相應之漂移，因此，將會導致輸出電壓產生一定程度的變動。也就是，因製程的漂移，將產生反饋電阻Rf 與阻抗匹配電阻Rs 的值與設計的值不同，進而導致1.輸出阻抗變動；2.輸出電壓不穩等問題。
請參考第2圖，其為電流源驅動的傳輸線驅動器200的電路圖，其中包含有：放大器101、電流源102、電晶體103、可調式阻抗匹配電阻Rs (Calibration impedance matching resistor)、負載電阻RL (Loading resistor)、反饋電阻Rf (Feedback resistor)等。在生產後，將可調式阻抗匹配電阻Rs 調整為與負載電阻RL 匹配，即可達到Vout電壓輸出固定的目的，而同時，可調式阻抗匹配電阻Rs 的值，也可透過此調整而固定。不過，此種方式會增加生產成本。需注意的是，電流源102為一內部電流源，係由對一內部電阻提供一電壓所產生。
接著，請參考第3圖，其為另一種解決方式，其為電流源驅動的傳輸線驅動器300的電路圖，其中包含有：放大器101、電流源102、電晶體103、可調式阻抗匹配電阻Rs (Calibrated impedance matching resistor)、負載電阻RL (Loading resistor)、可調式反饋電阻Rf (Calibrated feedback resistor)等。其中，在生產後，將可調式阻抗匹配電阻Rs 調整為與負載電阻RL 匹配，即可達到輸出電壓Vout 之電壓輸出固定的目的，而同時，可調式阻抗匹配電阻Rs 的值，也可透過此校正而固定。此外，將可調式反饋電阻Rf 進行調整，則更可使參考電壓Vpp 的輸出固定，讓Vout 的輸出更能達到技術上的要求。此種方式同樣會增加生產成本。需注意的是，電流源102為一外部電流源，係由對一外部電阻提供一電壓所產生。
基本上，傳統的技術係透過阻抗匹配電阻的校正來達到輸出電壓Vout 固定以及輸出阻抗固定的目的。雖然其可解決阻抗匹配以及輸出固定的問題，不過，皆會產生成本高昂的問題。此外，在實際的生產製造上，並無法達到百分之百的理想電路，於是，如何在性價比上得到最佳的解，亦即，達到產品品質的要求，又能以最低的成本製造，成為傳輸線驅動器設計上的主要考量點。例如，在某些應用的產品上，阻抗匹配可允許20%的誤差，而電壓變動可允許5%的誤差，以此標準來進行最低成本的產品設計，即可達到具有產品競爭力的目的。
本發明亦提供一種傳輸線驅動器，用以驅動具有一負載阻抗之一傳輸線，包含：一混合電流源與一增益電路。其中，混合電流源包含有：一內部電流源，由一能隙電壓與一內部參考電阻所產生；及一外部電流源，由一能隙電壓與一外部參考電阻所產生。增益電路，耦接於該混合電流源，用以產生一輸出電壓，並透過該負載阻抗以該輸出電壓驅動該傳輸線。
本發明又提供一種傳輸線之驅動方法，用以驅動具有一負載阻抗 之一傳輸線，包含下列步驟：提供一混合電流予一增益電路，以產生一輸出電壓；透過該負載阻抗以該輸出電壓，驅動該傳輸線；其中，該混合電流包含一內部電流部份與一外部電流部份。
本發明提供一種傳輸線驅動器及驅動方法，其藉由將內部電流與外部電流混搭配合，以提供一混合電流給傳輸線驅動器，使其可提供固定之輸出電壓。
以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者瞭解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。
本發明藉由提供一混合電流源作為輸入電流源，來達到穩定輸出電壓的目的。其中，混合電流源Imix 包含有兩個部份：1.內部電流源(i b )；2.外部電流源(i bx )。其中，內部電流源(i b )係由能隙電壓(Bandgap voltage)與內部參考電阻(Rf1 )所產生(i b =V bg /R f1 )，而外部電流源(i bx )，則由能隙電壓與外部參考電阻所產生(i bx =V bg /R f2 )。內部參考電阻，係為IC製造時的內部電阻參數(Rf1 )，而外部參考電阻則為IC外部元件的電阻參數。內部電流源即為前述習知技術所採用的電流源(i b )，而外部電流源(i bx )則由IC外部電阻形成。藉由此兩電流源混合後，即可達到本發明的目的。
請參考第4圖，其為本發明實施例中運用單端傳輸線驅動器之第一例，傳輸線驅動器400包含有：放大器101、混合電流源202、電 晶體103、電晶體104、阻抗匹配電阻Rs (Calibrated impedance matching resistor)、負載電阻RL (Loading resistor)、反饋電阻Rf (Calibrated feedback resistor)等。其中，反饋電阻Rf 一端耦接於混合電流源202；而電晶體103的一端耦接於電路電壓源VDD ，另一端則耦接於反饋電阻Rf 之另一端；阻抗匹配電阻Rs 則耦接於反饋電阻Rf 及負載電阻RL 之間；電晶體104的一端耦接於電路電壓源VDD ，另一端耦接於負載電阻RL ，電晶體104之導通電流係為電晶體103之一預設倍數(N)；放大器101的輸入端耦接於反饋電阻Rf 與混合電流源202，輸出端則耦接於電晶體103與電晶體104之閘極。
運用混合電流源202後，即可讓輸出電壓Vout 固定，茲推導如下：製程上的偏移，使IC內部電阻偏移為設計值的(1+x)倍： Rs(real) =Rs(design) x(1+x)
Rf(real) =Rf(design) x(1+x)
輸入之混合電流源202的電流量為：I mix =K 1 x(i b +i bx ) =K 1 x(V bg /R f1 +V bg /R f2 ) =K 1 x/R f1 (V bg +V bg xR f1 /R f2 ) =K 2 x[V bg +V bg /(1 +x)] =K 2 xV bg x[1 +1/(1 +x)]
其中，K1 和K2 為常數，Vbg 為能隙電壓，i b =V bg /R f1 ，i bx =V bg /R f2 ，K 2 =K 1 /R f1 。
輸出電壓Vout ：
讓阻抗匹配，於是，R s(design) =R L ×(1+N )；
因此，運用本發明的混合電流源Imix 作為傳輸線驅動器的驅動電流源，可達到輸出電壓固定的目的。
請參考第5圖，其為本發明實施例中單端傳輸線驅動器電路圖第二例。比較第4圖可發現，第5圖中的傳輸線驅動器500採用了可調式阻抗匹配電阻Rs 。生產後，可將可調式阻抗匹配電阻Rs 調整為與負載電阻RL 匹配，即可同時滿足阻抗匹配的要求。
第5圖的實施例中，採用混合電流源202後，即可讓輸出電壓一次近似固定和輸出端特性阻抗值正確，茲推導如下：製程上的偏移，使IC內部電阻偏移為設計值的(1+x)倍： Rs(real) =Rs(design) x(1+x)
Rf(real) =Rf(design) x(1+x)
輸入之混合電流源202的電流量為：I mix =K 1 x(i b +i bx ) =K 2 x[V bg +V bg /(1 +x)] =K 2 x V bg x[1 +1/(1 +x)]
其中，K1 和K2 為常數，Vbg 為能隙電壓；由於製程上的偏移影響到『輸出端特性阻抗』，為了固定『輸出端特性阻抗』，需要校正Rs，使得R s(real) =R s(design) 。
另再選取適當的Rf 及RL 關係(N =R f /R L )，則輸出電壓Vout ：
為了阻抗匹配，R s ( design ) =R L ×(1+N )；
於是，選取適當的Rf 及RL 關係(N =R f /R L )，輸出電壓Vout 與內部電阻偏移x無關。所以在使用本發明之混合電流源202可以確保『輸出電壓一次近似固定』和『輸出端特性阻抗值正確』。
接下來，請參考第6圖，其為本發明實施例中差動式傳輸線驅動器電路圖之一例，亦即，本發明將混合電流源Imix 的作法，運用在第6圖的差動式傳輸線驅動器700當中，同樣可達到使輸出電壓固定的目的。其中，差動式傳輸線驅動器700包含：一對反饋電阻Rf ，其一端分別耦接於混合電流源202兩端；放大器101，兩輸入端分別耦接於混合電流源202之兩端，兩輸出端分別耦接兩個反饋電阻Rf 的另一端；一對阻抗匹配電阻Rs ，分別耦接於放大器101之兩輸出端與負載電阻RL 之兩輸入端之間。
第7圖係為本發明實施例中差動式傳輸線驅動器電路圖之又一例，亦即，本發明將混合電流源Imix 的作法，運用在第8圖的差動式傳輸線驅動器800當中，同樣可達到使輸出電壓固定的目的。其中，差動式傳輸線驅動器800包含：混合電流源202；放大器101，具有兩輸入端與兩輸出端，分別耦接於混合電流源202之兩端；一對反饋電阻Rf ，分別耦接於放大器101的兩輸入端與輸出端；一對第二反饋電阻Rp ，其中一第二反饋電阻Rp 耦接於放大器101之輸入端其中之一與負載電阻RL 之一端之間，另一第二反饋電阻Rp 耦接於放大器101之另一輸入端與負載電阻RL 之另一端之間；一對阻抗匹配電阻Rs ，分別耦接於放大器101之兩輸出端與負載電阻RL 之兩輸入端之間。
第4~6圖的實施例中，均採用了混合電流源Imix 作為驅動電流源，事實上，此混合電流源Imix 的應用，亦可應用於第1圖的實施例。其中，對於第1圖的例子來說，以本發明之混合電流源Imix 取代內部電流源202，便可達到輸出電壓固定的效果。亦即，在如第1圖與第4圖~第7圖的範例，或者，與其等效的電路中，使用混合電流源Imix 作為增益電路的電流供應器，便可達到輸出電壓固定的效果。
請參考第8圖，本發明實施例中之傳輸線驅動方法流程圖，用以驅動具有一負載阻抗之傳輸線，包含以下步驟：步驟901：提供一增益電路；其中的增益電路，可以採用如第1圖與第4圖~第7圖的範例，或者，與其等效的電路。
步驟902：提供一混合電流源予增益電路，以產生一輸出電壓；其中，混合電流源即為前述之內部電流源(i b )與外部電流源(i bx )。
步驟903：透過負載阻抗以輸出電壓以驅動傳輸線。
如此，即可達到使輸出電壓固定的目的。
雖然本發明的技術內容已經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所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明的範疇內，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、200、300、400、500、700、800．．．傳輸線驅動器
101．．．放大器
102．．．電流源
103．．．電晶體
104．．．電晶體
202．．．混合電流源(Imix )
Rs．．．阻抗匹配電阻
Rf．．．反饋電阻
Rp．．．第二反饋電阻
RL ．．．負載電阻
VDD ．．．電路電壓源
VPP ．．．參考電壓
Vout ．．．輸出電壓
第1圖係為單端傳輸線驅動器電路圖第一實施例；
第2圖係為單端傳輸線驅動器電路圖第二實施例；
第3圖係為單端傳輸線驅動器電路圖第三實施例；
第4圖係為本發明實施例中單端傳輸線驅動器電路圖之一例；
第5圖係為本發明實施例中單端傳輸線驅動器電路圖之又一例；
第6圖係為本發明實施例中差動式傳輸線驅動器電路圖之一例；
第7圖係為本發明實施例中差動式傳輸線驅動器電路圖之又一例；及
第8圖係為本發明實施例中傳輸線之驅動方法流程圖。
400．．．傳輸線驅動器
101．．．放大器
103．．．電晶體
104．．．電晶體
202．．．混合電流源(Imix )
Rs．．．阻抗匹配電阻
Rf．．．反饋電阻
RL ．．．負載電阻
VDD ．．．電路電壓源
Vout ．．．輸出電壓

Claims (5)

  1. 一種傳輸線驅動器，用以驅動具有一負載阻抗之一傳輸線，包含：一混合電流源，包含：一內部電流源，由一電壓與一內部參考電阻所產生；及一外部電流源，由該電壓與一外部參考電阻所產生；及一增益電路，耦接於該混合電流源，用以產生一輸出電壓，並透過該負載阻抗以該輸出電壓驅動該傳輸線，其中該增益電路包含：一第一阻抗，一端耦接於該混合電流源；一第一電晶體，一端耦接於一電路電壓源，另一端耦接於該第一阻抗之另一端；一第二阻抗，耦接於該第一阻抗與該負載阻抗之間；一第二電晶體，一端耦接於該電路電壓源，另一端耦接於該負載阻抗，該第二電晶體之導通電流係為該第一電晶體之一預設倍數；及一放大器，一輸入端耦接於該第一阻抗與該混合電流源，一輸出端耦接於該第一電晶體與該第二電晶體之閘極。
  2. 如請求項1之傳輸線驅動器，其中該第一電晶體與該第二電晶體係為P型金氧半導體電晶體(PMOS transistor)。
  3. 如請求項1之傳輸線驅動器，其中該第二阻抗係為可調式阻抗。
  4. 如請求項1之傳輸線驅動器，其中該電壓係為一能隙電壓。
  5. 一種傳輸線之驅動方法，用以驅動具有一負載阻抗之一傳輸線，包含下列步驟： 提供一混合電流予一增益電路，以產生一輸出電壓，其中，該混合電流包含一內部電流部份與一外部電流部份，其中該增益電路包含：一第一阻抗，一端耦接於該混合電流源；一第一電晶體，一端耦接於一電路電壓源，另一端耦接於該第一阻抗之另一端；一第二阻抗，耦接於該第一阻抗與該負載阻抗之間；一第二電晶體，一端耦接於該電路電壓源，另一端耦接於該負載阻抗，該第二電晶體之導通電流係為該第一電晶體之一預設倍數；及一放大器，一輸入端耦接於該第一阻抗與該混合電流源，一輸出端耦接於該第一電晶體與該第二電晶體之閘極；及透過該負載阻抗以該輸出電壓，驅動該傳輸線；其中，該內部電流部份係依據一內部參考電阻所產生，而該外部電流部份係依據一外部參考電阻所產生。
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