TWI528713B - 用於自動校正阻抗匹配的傳輸線驅動電路 - Google Patents

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Description

用於自動校正阻抗匹配的傳輸線驅動電路
本發明有關傳輸線驅動電路，尤指一種可自動校正阻抗匹配的傳輸線驅動電路。
為了使信號和能量有效地傳輸，理想上輸出端電路與輸入端電路最好工作在阻抗匹配狀態。亦即，輸出端電路的內阻應該要等於輸出端電路的輸人阻抗，且輸出端電路的輸出阻抗應該要等於輸入端電路(一般又稱為負載)的阻抗。當輸出端電路與輸入端電路兩者的阻抗互相匹配時，將獲得最大的功率傳輸。反之，當輸出端電路與輸入端電路兩者的阻抗不匹配時，不但得不到最大的功率傳輸，還可能對電路產生損害。
例如，當輸出端電路與輸入端電路兩者的阻抗不匹配時，輸出端電路的差動式輸出電流會有不對稱的情況發生，進而導致電磁干擾(EMI)的問題。另外，當輸出端電路與輸入端電路兩者的阻抗不匹配時，系統的反射損耗(Return Loss)也會增加。
有鑑於此，如何有效減輕或消除輸出端電路與輸入端電路阻抗不匹配的情況，以降低電磁干擾及反射損耗的問題，實為業界有待 解決的問題。
本說明書提供一種用於自動校正阻抗匹配的傳輸線驅動電路的實施例，其包含：一傳輸線驅動放大器，具有用於提供一對差動式傳輸信號的一第一傳輸端與一第二傳輸端；一第一信號節點，用於耦接一等效負載電路的一第一負載端信號節點；一第二信號節點，用於耦接該等效負載電路的一第二負載端信號節點；一第一可調電阻，位於該第一傳輸端與該第一信號節點之間的信號路徑上；一第二可調電阻，位於該第二傳輸端與該第二信號節點之間的信號路徑上；一第一電壓差值產生電路，耦接於該第一可調電阻的兩端，設置成產生一第一電壓差值；一第二電壓差值產生電路，耦接於該第二可調電阻的兩端，設置成產生一第二電壓差值；一第一取樣與保持電路，耦接於該第一電壓差值產生電路，設置成對該第一電壓差值進行一取樣與保持運作，以產生一第一取樣信號；一第二取樣與保持電路，耦接於該第二電壓差值產生電路，設置成對該第二電壓差值進行一取樣與保持運作，以產生一第二取樣信號；一比較電路，耦接於該第一取樣與保持電路與該第二取樣與保持電路，設置成比較該第一取樣信號與該第二取樣信號；以及一調整電路，耦接於該第一可調電阻、該第二可調電阻、與該比較電路，設置成依據該比較電路的比較結果，調整該第一可調電阻和該第二可調電阻的至少其中之一的電阻值。
上述實施例的優點之一，是傳輸線驅動電路可減輕或消除第一信號節點與第二信號節點之間的輸出電流不對稱的情況，進而降低電磁干擾及反射損耗的問題。
上述實施例的另一優點，是傳輸線驅動電路可自動、有效地校正 與等效負載電路之間的阻抗不匹配情況，且適用於各種輸出端電路的架構中，故其應用範圍相當廣泛。
本發明的其他優點將藉由以下的說明和圖式進行更詳細的解說。
100‧‧‧傳輸線驅動電路
110‧‧‧傳輸線驅動放大器
122、124‧‧‧信號節點
132、134‧‧‧可調電阻
142、144‧‧‧電壓差值產生電路
152、154‧‧‧取樣與保持電路
160‧‧‧比較電路
170‧‧‧調整電路
180‧‧‧等效負載電路
181、182‧‧‧負載端信號節點
183、184‧‧‧負載端等效電容
185、186‧‧‧負載端等效阻抗
圖1為本發明一實施例的傳輸線驅動電路簡化後的功能方塊圖。
以下將配合相關圖式來說明本發明的實施例。在圖式中，相同的標號表示相同或類似的元件或方法流程。
圖1為本發明一實施例的傳輸線驅動電路(transmission line driver circuit)100簡化後的功能方塊圖。如圖1所示，傳輸線驅動電路100包含一傳輸線驅動放大器(transmission line driving amplifier)110、一第一信號節點(signal node)122、一第二信號節點124、一第一可調電阻132、一第二可調電阻134、一第一電壓差值產生電路(signal difference generating circuit)142、一第二電壓差值產生電路144、一第一取樣與保持電路152、一第二取樣與保持電路154、一比較電路160、以及一調整電路170。
傳輸線驅動放大器110具有用於提供一對差動式傳輸信號的一第一傳輸端與一第二傳輸端。在本實施例中，前述的第一傳輸端是傳輸線驅動放大器110的正輸出端，而前述的第二傳輸端是傳輸線驅動放大器110的負輸出端。第一信號節點122用於耦接一等效負載電路(equivalent load circuit)180的一第一負載端信號節點(load-end signal node)181。第二信號節點124用於耦接等效 負載電路180的一第二負載端信號節點182。實作上，第一信號節點122與第二信號節點124可透過各種成對的信號線，分別耦接於第一負載端信號節點181與第二負載端信號節點182。在運作時，第一信號節點122與第二信號節點124會將傳輸線驅動放大器110產生的差動式傳輸信號，分別傳送至等效負載電路180的第一負載端信號節點181與第二負載端信號節點182。
在說明書及申請專利範圍中所指稱的「等效負載電路」一詞，在實際應用上可以是放大器、待測電路、天線、或是接收機等各種輸入端電路。為方面說明起見，在圖1中特別將等效負載電路180的功能方塊經過簡化。在等效負載電路180中，負載端等效電容183代表第一負載端信號節點181所在的信號路徑上的等效電容，負載端等效阻抗185代表第一負載端信號節點181所在的信號路徑上的等效阻抗。相仿地，負載端等效電容184代表第二負載端信號節點182所在的信號路徑上的等效電容，負載端等效阻抗186代表第二負載端信號節點182所在的信號路徑上的等效阻抗。
另外，前述的第一信號節點122與第二信號節點124，在實際應用上可以是一媒介相關介面(medium dependent interface，MDI)中的一對差動式信號節點，可以是一跨接式媒介相關介面(medium dependent interface crossover，MDIX)中的一對差動式信號節點，也可以是其他信號傳輸介面中的一對差動式信號節點。同樣地，前述的第一負載端信號節點181與第二負載端信號節點182，在實際應用上可以是媒介相關介面中的一對差動式信號節點，可以是跨接式媒介相關介面中的一對差動式信號節點，也可以是其他信號傳輸介面中的一對差動式信號節點。
在本實施例中，第一可調電阻132的一第一端耦接於傳輸線驅動放大器110的第一傳輸端以及第一電壓差值產生電路142的正輸入端，且第一可調電阻132的一第二端耦接於第一信號節點122以及第一電壓差值產生電路142的負輸入端。第二可調電阻134的一第一端耦接於傳輸線驅動放大器110的第二傳輸端以及第二電壓差值產生電路144的正輸入端，且第二可調電阻134的一第二端耦接於第二信號節點124以及第二電壓差值產生電路144的負輸入端。
換言之，在傳輸線驅動電路100中，第一可調電阻132位於第一傳輸端與第一信號節點122之間的信號路徑上，第二可調電阻134則位於第二傳輸端與第二信號節點124之間的信號路徑上，第一電壓差值產生電路142耦接於第一可調電阻132的兩端，且第二電壓差值產生電路144耦接於第二可調電阻134的兩端。
第一電壓差值產生電路142設置成產生一第一電壓差值VPD，而第二電壓差值產生電路144則設置成產生一第二電壓差值VND。在本實施例中，第一電壓差值產生電路142會計算第一可調電阻132的第一端的電壓VP0與第一可調電阻132的第二端的電壓VP1之間的電壓差，以產生第一電壓差值VPD。第二電壓差值產生電路144會計算第二可調電阻134的第一端的電壓VN0與第二可調電阻134的第二端的電壓VN1之間的電壓差，以產生第二電壓差值VND。因此，第一電壓差值VPD代表第一可調電阻132兩端的電壓差，而第二電壓差值VND則代表第二可調電阻134兩端的電壓差。
第一取樣與保持電路152耦接於第一電壓差值產生電路142，設置成對第一電壓差值VPD進行一取樣與保持運作，以依據第一電壓差值VPD產生一第一取樣信號SHP。第二取樣與保持電路154耦接 於第二電壓差值產生電路144，設置成對第二電壓差值VND進行一取樣與保持運作，以依據第二電壓差值VND產生一第二取樣信號SHN。
比較電路160耦接於第一取樣與保持電路152與第二取樣與保持電路154兩者的輸出端，設置成比較第一取樣信號SHP與第二取樣信號SHN的大小。在本實施例中，比較電路160的正輸入端耦接於第一取樣與保持電路152的輸出端，而比較電路160的負輸入端耦接於第二取樣與保持電路154的輸出端。
調整電路170耦接於第一可調電阻132、第二可調電阻134、與比較電路160，設置成依據比較電路160的比較結果，來調整第一可調電阻132和第二可調電阻134的至少其中之一的電阻值。
實作上，調整電路170可用各種邏輯電路、數位電路、計數器、或前述電路的各種組合來實現。在某些實施例中，調整電路170中還可包含可儲存資料的儲存電路(未繪示)，例如，暫存器、緩衝器、正反器、記憶體等。
在理想的情況下，當傳輸線驅動電路100與等效負載電路180兩者的阻抗匹配時，第一可調電阻132兩端的電壓VP0與VP1之間的電壓差，應該會與第二可調電阻134兩端的電壓VN0與VN1之間的電壓差相等，故第一取樣信號SHP與第二取樣信號SHN兩者的大小應該會相等。
因此，當比較電路160的輸出結果顯示第一取樣信號SHP與第二取樣信號SHN兩者並不相等時，調整電路170會判斷此時傳輸線驅動電路100與等效負載電路180兩者的阻抗並未匹配。在此情況下， 調整電路170可藉由調整第一可調電阻132和第二可調電阻134的至少其中之一的電阻值的方式，來校正傳輸線驅動電路100的輸出阻抗，藉此使得傳輸線驅動電路100與等效負載電路180兩者達到阻抗匹配的狀態。
例如，當比較電路160判斷第一取樣信號SHP大於第二取樣信號SHN時，調整電路170可調降第一可調電阻132的電阻值或調升第二可調電阻134的電阻值。反之，當比較電路160判斷第一取樣信號SHP小於第二取樣信號SHN時，調整電路170則可調升第一可調電阻132的電阻值或調降第二可調電阻134的電阻值。
在比較電路160的輸出結果只能顯示第一取樣信號SHP與第二取樣信號SHN兩者的相對大小的某些實施例中，當比較電路160判斷第一取樣信號SHP大於第二取樣信號SHN時，調整電路170可以在多個校正週期中逐步調降第一可調電阻132的電阻值或逐步調升第二可調電阻134的電阻值，直到比較電路160的輸出極性改變為止。
在比較電路160的輸出結果能顯示第一取樣信號SHP與第二取樣信號SHN兩者的相對大小以及差異量的某些實施例中，當比較電路160判斷第一取樣信號SHP大於第二取樣信號SHN時，調整電路170也可以在一單一校正週期中直接將第一可調電阻132的電阻值調降到一第一目標值，或是直接將第二可調電阻134的電阻值調升到一第二目標值。例如，可將第一取樣信號SHP與第二取樣信號SHN的差異量與電阻值調整量的對應關係，以對照表(未繪示)的形式表示，並預先儲存在調整電路170的儲存電路中。在運作時，調整電路170可依據第一取樣信號SHP與第二取樣信號SHN的差 異量，查詢該對照表以得知適當的電阻值調整量，並據以調整第一可調電阻132和第二可調電阻134的至少其中之一的電阻值。
由前述說明可知，傳輸線驅動電路100中的比較電路160可偵測傳輸線驅動電路100與等效負載電路180兩者間是否達到阻抗匹配的狀態。倘若比較電路160的比較結果顯示傳輸線驅動電路100與等效負載電路180兩者的阻抗並未匹配，則調整電路170可藉由調整第一可調電阻132和第二可調電阻134的至少其中之一的電阻值的方式，來校正傳輸線驅動電路100的輸出阻抗。如此一來，便能自動、有效地校正傳輸線驅動電路100與等效負載電路180之間的阻抗不匹配情況，使得傳輸線驅動電路100與等效負載電路180兩者達到阻抗匹配的狀態。
前述調整電路170依據比較電路160的比較結果來調整第一可調電阻132和第二可調電阻134的至少其中之一的電阻值的運作，還可減輕或消除第一信號節點122與第二信號節點124之間的輸出電流不對稱的情況，故能有效降低電磁干擾及反射損耗的問題。
另外，前揭傳輸線驅動電路100的架構適用於各種輸出端電路的架構，故其應用範圍相關廣泛。
在說明書及申請專利範圍中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。 然而，所屬技術領域中具有通常知識者應可理解，同樣的元件可能會用不同的名詞來稱呼。說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異做為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來做為區分的基準。在說明書及申請專利範圍所提及的「包含」為開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。另外，「耦接」在此 包含任何直接及間接的連接手段。因此，若文中描述第一元件耦接於第二元件，則代表第一元件可通過電性連接或無線傳輸、光學傳輸等信號連接方式而直接地連接於第二元件，或者通過其他元件或連接手段間接地電性或信號連接至該第二元件。
在此所使用的「及/或」的描述方式，包含所列舉的其中之一或多個項目的任意組合。另外，除非說明書中特別指明，否則任何單數格的用語都同時包含複數格的涵義。
以上僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明請求項所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。
100‧‧‧傳輸線驅動電路
110‧‧‧傳輸線驅動放大器
122、124‧‧‧信號節點
132、134‧‧‧可調電阻
142、144‧‧‧電壓差值產生電路
152、154‧‧‧取樣與保持電路
160‧‧‧比較電路
170‧‧‧調整電路
180‧‧‧等效負載電路
181、182‧‧‧負載端信號節點
183、184‧‧‧負載端等效電容
185、186‧‧‧負載端等效阻抗

Claims (6)

  1. 一種可自動校正阻抗匹配的傳輸線驅動電路，包含：一傳輸線驅動放大器，具有用於提供一對差動式傳輸信號的一第一傳輸端與一第二傳輸端；一第一信號節點，用於耦接一等效負載電路的一第一負載端信號節點；一第二信號節點，用於耦接該等效負載電路的一第二負載端信號節點；一第一可調電阻，位於該第一傳輸端與該第一信號節點之間的信號路徑上；一第二可調電阻，位於該第二傳輸端與該第二信號節點之間的信號路徑上；一第一電壓差值產生電路，耦接於該第一可調電阻的兩端，設置成產生一第一電壓差值；一第二電壓差值產生電路，耦接於該第二可調電阻的兩端，設置成產生一第二電壓差值；一第一取樣與保持電路，耦接於該第一電壓差值產生電路，設置成對該第一電壓差值進行一取樣與保持運作，以產生一第一取樣信號；一第二取樣與保持電路，耦接於該第二電壓差值產生電路，設置成對該第二電壓差值進行一取樣與保持運作，以產生一第二取樣信號； 一比較電路，耦接於該第一取樣與保持電路與該第二取樣與保持電路，設置成比較該第一取樣信號與該第二取樣信號；以及一調整電路，耦接於該第一可調電阻、該第二可調電阻、與該比較電路，設置成依據該比較電路的比較結果，調整該第一可調電阻和該第二可調電阻的至少其中之一的電阻值。
  2. 如請求項1的傳輸線驅動電路，其中，當該比較電路判斷該第一取樣信號大於該第二取樣信號時，該調整電路會調降該第一可調電阻的電阻值或調升該第二可調電阻的電阻值。
  3. 如請求項2的傳輸線驅動電路，其中，該調整電路設置成在多個校正週期中逐步調降該第一可調電阻的電阻值或逐步調升該第二可調電阻的電阻值，直到該比較電路的輸出極性改變為止。
  4. 如請求項2的傳輸線驅動電路，其中，該調整電路設置成在一單一校正週期中直接將該第一可調電阻的電阻值調降到一第一目標值，或是直接將該第二可調電阻的電阻值調升到一第二目標值。
  5. 如請求項1的傳輸線驅動電路，其中，該第一信號節點與該第二信號節點是一媒介相關介面(medium dependent interface，MDI)中的一對差動式信號節點。
  6. 如請求項1的傳輸線驅動電路，其中，該第一信號節點與該第二信號節點是一跨接式媒介相關介面(medium dependent interface crossover，MDIX)中的一對差動式信號節點。
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