TWI601373B - 差動訊號偏斜偵測電路與方法 - Google Patents

Description

差動訊號偏斜偵測電路與方法

本發明是關於差動訊號之偵測，尤其是關於差動訊號偏斜之偵測。

由於一差動訊號之正負端訊號的傳輸路徑難以完全相同，該正負端訊號通常無法同時到達接收端，因此該接收端可能會錯誤地解析該差動訊號而產生錯誤的資料，此現象稱為一差動訊號對之內部偏斜（intra-pair skew），如圖1所示，其中實線與圓點虛線分別代表該差動訊號之正負端訊號，且真實的差動訊號之波形與規律性通常較複雜。一般而言，當傳輸速率愈高時，該內部偏斜的影響愈顯著，但目前技術無法有效地處理該內部偏斜。

鑑於先前技術之不足，本發明之一目的在於提供差動訊號偏斜偵測電路與方法，以改善先前技術。

本發明揭露了一種差動訊號偏斜偵測電路，用來偵測一差動訊號之偏斜，該電路之一實施例包含：一共模電壓輸出電路，用來依據該差動訊號輸出一共模參考電壓以及一共模偏斜電壓；以及一偏斜偵測電路，用來依據一時脈訊號偵測該共模參考電壓與該共模偏斜電壓，從而輸出一偏斜偵測值，其中當該偏斜偵測電路偵測到該差動訊號之偏斜時，該偏斜偵測值為一第一值；當該偏斜偵測電路未偵測到該差動訊號之偏斜時，該偏斜偵測值為一第二值。於一替代實施例中，上述差動訊號偏斜偵測電路進一步包含：一序列記錄電路，用來記錄一序列，該序列關聯該差動訊號，並包含複數個序列值；以及一判斷電路，用來依據該序列以及該偏斜偵測值判斷該差動訊號之一第一端訊號與一第二端訊號的何者領先。

本發明另揭露了一種差動訊號偏斜偵測方法，用來偵測一差動訊號之偏斜，該方法之一實施例包含下列步驟：依據該差動訊號輸出一共模參考電壓以及一共模偏斜電壓；以及比較該共模參考電壓與該共模偏斜電壓，從而輸出一偏斜偵測值，其中該偏斜偵測值滿足一第一值時，該差動訊號之偏斜達到一預設條件；以及當該偏斜偵測值滿足一第二值時，該差動訊號之偏斜未達到該預設條件。於一替代實施例中，上述差動訊號偏斜偵測方法進一步包含：記錄一序列，該序列是依據一時脈訊號取樣該差動訊號所得到的序列，包含複數個序列值；以及依據該序列以及該偏斜偵測值判斷該差動訊號之一第一端訊號與一第二端訊號的何者領先。

有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖式作較佳實施例詳細說明如下。

以下說明內容之技術用語是參照本技術領域之習慣用語，如本說明書對部分用語有加以說明或定義，該部分用語之解釋應以本說明書之說明或定義為準。

本發明包含差動訊號偏斜偵測電路與方法，用來偵測一差動訊號之偏斜。本發明可應用於一積體電路（例如一影像處理積體電路）或一系統裝置（例如一固定式或手持式影像處理裝置），並可支援高解析度多媒體介面（HDMI）訊號之處理。在實施為可能的前提下，本技術領域具有通常知識者能夠依本說明書之揭露選擇等效之元件來實現本發明。由於本發明之電路所包含之部分元件單獨而言可能為已知元件，在不影響該電路發明之充分揭露及可實施性的前提下，以下說明對於已知元件的細節將予以節略。另外，本發明之方法可以是軟體及/或韌體之形式，可藉由本發明之電路或其等效電路來執行，在符合揭露及可實施性要求的前提下，關於方法發明之說明將著重於步驟而非硬體。再者，於實施為可能的前提下，本技術領域人士可依本發明之揭露內容及自身的需求選擇性地實施任一實施例之部分或全部技術特徵，或者選擇性地實施複數個實施例之部分或全部技術特徵之組合，藉此增加本發明實施時的彈性。

為解決差動訊號對之內部偏斜（intra-pair skew），申請人提供一種方案是利用接收端的等化器來調整差動訊號的增益，以降低內部偏斜的影響，然而，若該差動訊號因傳輸距離、線路不匹配、訊號偏斜等因素而大幅衰減，該等化器將無法有效地消除該內部偏斜的影響。申請人另提供一種方案是依據資料錯誤率、等化器之參數的選擇以及傳輸線長等資訊來判斷是否有異常狀態，再據以判斷是否有內部偏斜，從而於有內部偏斜時令接收端停止使用差動訊號的正端或負端訊號、改採單端訊號以供資料還原，然而，此方案無法有效地判斷該異常狀態是否由內部偏斜所引起，亦無法有效判斷該正端與負端訊號的何者領先，因此該方案可能會錯誤地停止使用時序領先的訊號而採用時序落後的訊號，從而未能避免時序領先的訊號之轉變（transition）對時序落後的訊號所造成的影響，此影響可能導致資料錯誤率的上升。

鑑於上述，本發明提供其它方案之差動訊號偏斜偵測電路與方法。圖2為該差動訊號偏斜偵測電路之一實施例的示意圖，如圖所示，偵測電路200包含：一共模電壓輸出電路210；以及一偏斜偵測電路220。共模電壓輸出電路210用來依據一差動訊號輸出一共模參考電壓V _{CM_REF}以及一共模偏斜電壓V _{CM_SKEW}，其中該差動訊號是源自於一對傳輸線之二訊號P1、P2，包含一第一端訊號D1與一第二端訊號D2（如圖3所示），該第二端訊號D2理想上為該第一端訊號D1的反相訊號。偏斜偵測電路220用來偵測該共模參考電壓V _{CM_REF}與該共模偏斜電壓V _{CM_SKEW}，從而輸出一偏斜偵測值，其中當該偏斜偵測電路220偵測到該差動訊號之偏斜時，該偏斜偵測值為一第一值（例如為一數位值1或是高於一預設門檻的準位），當該偏斜偵測電路220未偵測到該差動訊號之偏斜時，該偏斜偵測值為一第二值（例如為一數位值0或是低於一預設門檻的準位）。本實施例中，偏斜偵測電路220利用一比較電路以依據一時脈訊號CLK比較該共模參考電壓V _{CM_REF}與該共模偏斜電壓V _{CM_SKEW}，從而輸出該偏斜偵測值，其中該時脈訊號CLK是做為該比較電路之操作的觸發訊號或做為取樣該比較電路之輸出的觸發訊號，然而，上述偏斜偵測電路220之實施方式並非本發明之實施限制，無論是否利用時脈訊號，其它能偵測該共模參考電壓V _{CM_REF}與該共模偏斜電壓V _{CM_SKEW}之差異的技術手段亦得被本發明用來實現偏斜偵測電路220。

圖3為共模電壓輸出電路210之一實施例的示意圖，包含：一耦合電路212用來依據差動傳輸訊號P1、P2產生差動訊號D1、D2；一共模參考電壓產生電路214用來依據一直流電壓以及該差動訊號D1、D2之一第一平均值產生該共模參考電壓V _{CM_REF}；以及一共模偏斜電壓產生電路216用來依據該差動訊號D1、D2之一第二平均值產生該共模偏斜電壓V _{CM_SKEW}。舉例而言，耦合電路212之一實施範例如圖4所示，是一交流耦合電容電路212，用來依據一電容值C與該差動傳輸訊號P1、P2產生該差動訊號D1、D2；共模參考電壓產生電路214之一實施範例如圖5所示，用來依據一第一阻抗值R1產生該差動訊號D1、D2之第一平均值，再將該第一平均值載於一直流電壓V _DC上以產生該共模參考電壓V _{CM_REF}，其中直流電壓V _DC之產生方式為本領域具有通常知識者所熟知，故細節在此不予贅述；共模偏斜電壓產生電路216之一實施範例如圖6所示，用來依據一第二阻抗值R2產生該差動訊號D1、D2之第二平均值以做為該共模偏斜電壓V _{CM_SKEW}。上述實施範例中，第一阻抗值R1大於第二阻抗值R2，例如第一阻抗值R1為第二阻抗值R2的十倍以上，然此並非實施限制。

當偏斜偵測電路220利用一比較電路以依據該時脈訊號CLK比較該共模參考電壓V _{CM_REF}與該共模偏斜電壓V _{CM_SKEW}時，為減少該比較電路所引起之偏差（Offset）對該偏斜偵測值的影響，共模參考電壓產生電路214可先透過一校正操作來減少該偏差之影響，然此是選擇性的技術特徵。舉例而言，如圖7所示，共模參考電壓產生電路214可包含：一初始共模參考電壓產生電路710；以及一校正電路720。初始共模參考電壓產生電路710用來利用前述第一阻抗值R1與直流電壓V _DC以依據該差動訊號D1、D2產生一初始共模參考電壓V _{CM_REF_INI}。校正電路720用來依據該初始共模參考電壓V _{CM_REF_INI}產生一調整共模參考電壓V _{CM_REF_CAL}、藉由一比較電路（即用來比較該共模參考電壓V _{CM_REF}與該共模偏斜電壓V _{CM_SKEW}的比較電路）比較該初始共模參考電壓V _{CM_REF_INI}與該調整共模參考電壓V _{CM_REF_CAL}以產生一比較結果、以及依據該比較結果產生該共模參考電壓V _{CM_REF}。

承上所述。初始共模參考電壓產生電路710之一實施範例如圖5所示之電路214或其等效電路。校正電路720之一實施範例如圖8所示，包含一電壓調整電路810、一比較電路820（即隨後用來比較該共模參考電壓V _{CM_REF}與該共模偏斜電壓V _{CM_SKEW}的比較電路）以及一校正控制電路830。電壓調整電路810例如是一數位至類比轉換器或其等效電路（像是電流源與可調式電阻網路的組合），用來依據該初始共模參考電壓V _{CM_REF_INI}輸出該調整共模參考電壓V _{CM_REF_CAL}（一開始二電壓V _{CM_REF_INI}、V _{CM_REF_CAL}可相等、相差一預定電壓值或相差K個調整值，其中K為整數且調整值如後所述），接著比較電路820比較該初始共模參考電壓V _{CM_REF_INI}與該調整共模參考電壓V _{CM_REF_CAL}以產生該比較結果，然後校正控制電路830判斷該比較結果是否顯示該初始共模參考電壓V _{CM_REF_INI}與該調整共模參考電壓V _{CM_REF_CAL}一致或趨於相同，若是，校正控制電路830即停止校正並將該調整共模參考電壓V _{CM_REF_CAL}做為該共模參考電壓V _{CM_REF}，否則令電壓調整電路810依據一調整值逐步改變該調整共模參考電壓V _{CM_REF_CAL}，直到該比較結果顯示該初始共模參考電壓V _{CM_REF_INI}與該調整共模參考電壓V _{CM_REF_CAL}一致或趨於相同，本範例中，校正控制電路830藉由判斷該比較結果是否於一第一比較結果（例如V _{CM_REF_CAL}＞V _{CM_REF_INI}）與一第二比較結果（例如V _{CM_REF_INI}＞V _{CM_REF_CAL}）之間輪流變換達一預定次數（例如為M次，其中M為大於1之整數），以得知該初始共模參考電壓V _{CM_REF_INI}與該調整共模參考電壓V _{CM_REF_CAL}是否趨於相同，然而其它可用來判斷二電壓是否相同或相近的手段亦得被校正控制電路830採用。

此外，為避免偏斜偵測電路220過度敏感，於一非限制性的實施例中，校正電路720可於停止校正後，進一步將該調整共模參考電壓V _{CM_REF_CAL}加上一門檻電壓V _TH以做為該共模參考電壓V _{CM_REF}。舉例而言，於停止校正後，校正電路720可透過圖8之電壓調整電路810進一步將該調整共模參考電壓V _{CM_REF_CAL}加上N個調整值（即該門檻電壓V _TH）以產生該共模參考電壓V _{CM_REF}，其中N為正整數。

除了偵測一差動訊號之偏斜，本發明可進一步判斷該差動訊號之那一端的訊號領先。圖9為本發明之差動訊號偏斜偵測電路之另一實施例的示意圖，相較於圖2，差動訊號偏斜偵測電路900進一步包含：一序列記錄電路910；以及一判斷電路920。序列記錄電路910例如是複數個串接之正反器或其等效電路，用來記錄一序列，該序列關聯該差動訊號並包含複數個序列值。判斷電路920例如是一邏輯電路、一狀態機、或其它能依數值來進行判斷的電路，用來依據該序列以及該偏斜偵測值判斷該差動訊號之一第一端訊號與一第二端訊號的何者領先。舉例而言，當該序列（例如001）包含由一第一序列值（例如0）至一第二序列值（例如1）的一轉變（例如由0至1的轉變）以及該偏斜偵測值為該第一值（例如1）時，判斷電路920判斷該第一端訊號（例如差動訊號之正端訊號）領先；當該序列（例如110）包含由該第二序列值（例如1）至該第一序列值（例如0）的一轉變（例如由1至0的轉變）以及該偏斜偵測值為該第一值（例如1）時，判斷電路920判斷該第二端訊號領先（例如差動訊號之正端訊號）。

請繼續參閱圖9，本實施例中，該序列是依據前述時脈訊號CLK取樣該差動訊號所得到的序列，藉此序列記錄電路910與偏斜偵測電路220可依該時脈訊號CLK達成同步，從而判斷電路920能依據該序列中的轉變與該偏斜偵測值的現值來產生較準確的判斷結果，然而，在實施效果可以被接受的前提下，序列記錄電路910與偏斜偵測電路220也可依據不同的觸發訊號而運作。請注意，上述取樣操作可由一已知或自行設計的時脈暨資料回復電路、資料回復電路或其它能依時脈訊號CLK取樣該差動訊號的電路來執行，此部分非本發明之主要特徵且可透過現有技術來實現，故細節在此予以省略。

於判斷出一差動訊號的那一端訊號領先後，本發明可據以抑制該差動訊號之偏斜的影響。圖10為本發明之差動訊號偏斜偵測電路之另一實施例的示意圖，相較於圖9，差動訊號偏斜偵測電路100進一步包含：一控制電路110，用來於判斷電路920判斷該第一端訊號領先時令一取樣電路120或其前端電路（未顯示於圖）停止使用該第二端訊號以避免該差動訊號之偏斜的影響，並於判斷電路920判斷該第二端訊號領先時令該取樣電路120或其前端電路停止使用該第一端訊號以避免該差動訊號之偏斜的影響。上述取樣電路120或其前端電路不必然包含於偵測電路100中，且取樣電路120於本實施例中同樣依時脈訊號CLK運作，然此並非實施限制。

除差動訊號偏斜偵測電路外，本發明另揭露一種差動訊號偏斜偵測方法，其同樣用來偵測一差動訊號之偏斜。該方法之一實施例如圖11所示，包含下列步驟： 步驟S110：依據一差動訊號輸出一共模參考電壓以及一共模偏斜電壓。本步驟可由圖2之共模電壓輸出電路210或其等效電路執行。 步驟S120：比較該共模參考電壓與該共模偏斜電壓，從而輸出一偏斜偵測值，其中當該偏斜偵測值滿足一第一值時（亦即該偏斜偵測值與該第一值之間的關係滿足一第一預設關係），該差動訊號之偏斜達到一預設條件，當該偏斜偵測值滿足一第二值時（亦即該偏斜偵測值與該第二值之間的關係滿足一第二預設關係），該差動訊號之偏斜未達到該預設條件。本步驟可由圖2之偏斜偵測電路220或其等效電路執行。

由於本技術領域具有通常知識者能夠依前揭電路實施例之說明來瞭解本方法實施例之實施細節與變化，更明確地說，前述電路發明之技術特徵均可應用於本方法發明中，因此，在不影響本方法發明之揭露要求與可實施性的前提下，重複及冗餘之說明在此予以節略。

綜上所述，本發明之差動訊號偏斜偵測電路與方法可有效地偵測出一差動訊號對之內部偏斜（intra-pair skew），並可進一步地判斷一差動訊號之那一端的訊號領先，從而避免先前技術無法有效地處理內部偏斜的問題。

雖然本發明之實施例如上所述，然而該些實施例並非用來限定本發明，本技術領域具有通常知識者可依據本發明之明示或隱含之內容對本發明之技術特徵施以變化，凡此種種變化均可能屬於本發明所尋求之專利保護範疇，換言之，本發明之專利保護範圍須視本說明書之申請專利範圍所界定者為準。

200‧‧‧偵測電路
210‧‧‧共模電壓輸出電路
220‧‧‧偏斜偵測電路
P1、P2‧‧‧一對傳輸線之二訊號
CLK‧‧‧時脈訊號
212‧‧‧耦合電路
214‧‧‧共模參考電壓產生電路
216‧‧‧共模偏斜電壓產生電路
V_{CM_REF}‧‧‧共模參考電壓
V_{CM_SKEW}‧‧‧共模偏斜電壓
D1‧‧‧差動訊號之第一端訊號
D2‧‧‧差動訊號之第二端訊號
C‧‧‧電容值
R1‧‧‧第一阻抗值
V_DC‧‧‧直流電壓
R2‧‧‧第二阻抗值
710‧‧‧初始共模參考電壓產生電路
720‧‧‧校正電路
V_{CM_REF_INI}‧‧‧初始共模參考電壓
V_{CM_REF_CAL}‧‧‧調整共模參考電壓
810‧‧‧電壓調整電路
820‧‧‧比較電路
830‧‧‧校正控制電路
900‧‧‧差動訊號偏斜偵測電路
910‧‧‧序列記錄電路
920‧‧‧判斷電路
100‧‧‧差動訊號偏斜偵測電路
110‧‧‧控制電路
120‧‧‧取樣電路
S110~S120‧‧‧步驟

［圖1］為無偏斜與帶偏斜之差動訊號的示意圖； ［圖2］為本發明之差動訊號偏斜偵測電路之一實施例的示意圖； ［圖3］為圖2之共模電壓輸出電路之一實施例的示意圖； ［圖4］為圖3之耦合電路之一實施範例的示意圖； ［圖5］為圖3之共模參考電壓產生電路之一實施範例的示意圖； ［圖6］為圖3之共模偏斜電壓產生電路之一實施範例的示意圖； ［圖7］為圖3之共模參考電壓產生電路之另一實施範例的示意圖； ［圖8］為圖7之校正電路之一實施範例的示意圖； ［圖9］為本發明之差動訊號偏斜偵測電路之另一實施例的示意圖； ［圖10］為本發明之差動訊號偏斜偵測電路之又一實施例的示意圖；以及 ［圖11］本發明之差動訊號偏斜偵測方法之一實施例的示意圖。

200‧‧‧偵測電路

210‧‧‧共模電壓輸出電路

220‧‧‧偏斜偵測電路

CLK‧‧‧時脈訊號

P1、P2‧‧‧一對傳輸線之二訊號

Claims (10)

1. 一種差動訊號偏斜偵測電路，用來偵測一差動訊號之偏斜（skew），包含： 一共模電壓輸出電路，用來依據該差動訊號輸出一共模參考電壓以及一共模偏斜電壓；以及 一偏斜偵測電路，用來依據一時脈訊號偵測該共模參考電壓與該共模偏斜電壓，從而輸出一偏斜偵測值， 其中當該偏斜偵測電路偵測到該差動訊號之偏斜時，該偏斜偵測值為一第一值；當該偏斜偵測電路未偵測到該差動訊號之偏斜時，該偏斜偵測值為一第二值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之差動訊號偏斜偵測電路，其中該共模電壓輸出電路包含： 一交流耦合電容電路，用來依據一電容值與一差動傳輸訊號產生該差動訊號； 一共模參考電壓產生電路，用來依據一第一阻抗值以及一直流電壓產生該共模參考電壓；以及 一共模偏斜電壓產生電路，用來依據一第二阻抗值產生該共模偏斜電壓。
3. 如申請專利範圍第2項所述之差動訊號偏斜偵測電路，其中該第一阻抗值大於該第二阻抗值。
4. 如申請專利範圍第2項所述之差動訊號偏斜偵測電路，其中該共模參考電壓產生電路包含： 一初始共模參考電壓產生電路，用來依據該第一阻抗值與該直流電壓產生一初始共模參考電壓；以及 一校正電路，用來依據該初始共模參考電壓產生一調整共模參考電壓、藉由一比較電路比較該初始共模參考電壓與該調整共模參考電壓以產生一比較結果、以及依據該比較結果產生該共模參考電壓。
5. 如申請專利範圍第4項所述之差動訊號偏斜偵測電路，其中該校正電路依據一調整值逐步改變該調整共模參考電壓直到比較結果於一第一比較結果與一第二比較結果之間輪流變換達一預定次數，接著該校正電路將該調整共模參考電壓加上一門檻電壓以做為該共模參考電壓。
6. 如申請專利範圍第4項所述之差動訊號偏斜偵測電路，其中該偏斜偵測電路依據該時脈訊號藉由該比較電路比較該共模參考電壓與該共模偏斜電壓，以輸出該偏斜偵測值。
7. 如申請專利範圍第1項所述之差動訊號偏斜偵測電路，進一步包含： 一序列記錄電路，用來記錄一序列，該序列關聯該差動訊號，並包含複數個序列值；以及 一判斷電路，用來依據該序列以及該偏斜偵測值判斷該差動訊號之一第一端訊號與一第二端訊號的何者領先。
8. 如申請專利範圍第7項所述之差動訊號偏斜偵測電路，其中當該序列包含由一第一序列值至一第二序列值的一轉變以及該偏斜偵測值為該第一值時，該判斷電路判斷該第一端訊號領先；當該序列包含由該第二序列值至該第一序列值的一轉變以及該偏斜偵測值為該第一值時，該判斷電路判斷該第二端訊號領先。
9. 如申請專利範圍第7項所述之差動訊號偏斜偵測電路，進一步包含： 一控制電路，用來於該判斷電路判斷該第一端訊號領先時停止使用該第二端訊號以避免該差動訊號之偏斜的影響，並於該判斷電路判斷該第二端訊號領先時停止使用該第一端訊號以避免該差動訊號之偏斜的影響。
10. 如申請專利範圍第7項所述之差動訊號偏斜偵測電路，其中該序列是依據該時脈訊號取樣該差動訊號所得到的序列。