TWI747430B

TWI747430B - 信號接收裝置

Info

Publication number: TWI747430B
Application number: TW109127064A
Authority: TW
Inventors: 吳鎮宇; 陳君政
Original assignee: 華邦電子股份有限公司
Priority date: 2020-08-10
Filing date: 2020-08-10
Publication date: 2021-11-21
Also published as: TW202207635A

Abstract

信號接收裝置包括第一放大器、工作週期調整器以及共模回授電路。第一放大器接收輸入信號、參考電壓以及偏壓電壓。第一放大器依據偏壓電壓以產生第一共用電流，並基於第一共用電流，依據比較輸入信號以及參考電壓以產生互補的第一輸出信號以及第二輸出信號。工作週期調整器依據第一輸出信號或第二輸出信號對選中電容執行充放電動作以產生感測電壓，並依據感測電壓以產生共用參考電壓。共模回授電路依據比較共用參考電壓以及參考電壓來產生偏壓電壓。

Description

信號接收裝置

本發明是有關於一種信號接收裝置，且特別是有關於一種可調整輸出信號工作週期（duty cycle）的信號接收裝置。

在習知技術領域中，信號接收器中的前級放大器常透過差動放大器來實現。其中，差動放大器基於一共用電流進行運作，而輸出信號的電壓值可以依據流經差動電晶體的電流大小來決定。

在習知的技術領域中，基於共用電流的大小是固定的，在當差動電晶體的導通電壓因為製程飄移或環境因素而生變異時，差動電晶體的轉導值會對應產生變化。這樣的變化可能使得差動放大器所產生的輸出信號的工作週期無法維持在正確的範圍，使所接收的信號發生失真的現象。

本發明提供一種信號接收裝置，可動態調整輸出信號的工作週期。

本發明的信號接收裝置包括第一放大器、工作週期調整器以及共模回授電路。第一放大器接收輸入信號、參考電壓以及偏壓電壓。第一放大器依據偏壓電壓以產生第一共用電流，並基於第一共用電流，依據比較輸入信號以及參考電壓以產生互補的第一輸出信號以及第二輸出信號。工作週期調整器接收第一輸出信號以及第二輸出信號，依據第一輸出信號或第二輸出信號對選中電容執行充放電動作以產生感測電壓，並依據感測電壓以產生共用參考電壓。共模回授電路接收共用參考電壓，依據比較共用參考電壓以及參考電壓來產生偏壓電壓。

基於上述，本發明實施例提供工作週期調整器以偵測放大器的輸出信號的工作週期的變化，並依據輸出信號的工作週期的變化來調整放大器用來產生共用電流的偏壓電壓。如此一來，放大器的輸出信號因轉導值變化所產生的失真可以獲得補償，維持輸出信號的正確性。

圖1繪示本發明一實施例的信號接收裝置的示意圖。信號接收裝置100包括放大器110、工作週期調整器120以及共模回授電路130。放大器110接收輸入信號Vin、參考電壓Vref以及一偏壓電壓Vbias。放大器110依據偏壓電壓Vbias以產生共用電流，並基於共用電流，依據比較輸入信號Vin以及參考電壓Vref以產生互補的輸出信號Vout1以及輸出信號Vout1_n。其中，放大器110可以為差動放大電路。放大器110依據偏壓電壓Vbias以產生的共用電流，可以決定輸出信號Vout1以及Vout1_n電壓共模位準。

工作週期調整器120耦接至放大器110。工作週期調整器120接收互補的輸出信號Vout1以及Vout1_n。工作週期調整器120依據輸出信號Vout1或輸出信號Vout1_n來對一選中電容執行充放電動作，並藉以產生感測電壓。工作週期調整器120並依據感測電壓以產生共用參考電壓Vcom_ref。

在本實施例中，工作週期調整器120透過使輸出信號Vout1以及輸出信號Vout1_n的其中之一來對選中電容執行充放電動作，並藉以感測輸出信號Vout1以及輸出信號Vout1_n的工作週期，並依據所產生的感測電壓來獲得共用參考電壓Vcom_ref。

共用參考電壓Vcom_ref被提供至共模回授電路130。共模回授電路130另接收參考電壓Vref，並依據比較共用參考電壓Vcom_ref以及參考電壓Vref來調整偏壓電壓Vbias的電壓值。

依據上述，透過調整偏壓電壓Vbias的電壓值，可調整放大器110中的共用電流。如此一來，在放大器110中的差動電晶體的導通電壓產生變異時，可透過調整流通差動電晶體的電流大小，來自動調整差動電晶體的轉導值，進以維持輸出信號Vout1以及輸出信號Vout1_n的工作週期。

以下請參照圖2，圖2繪示本發明實施例的工作週期調整器的實施方式的示意圖。工作週期調整器200包括感測電路210以及共用參考電壓產生電路220。感測電路210接收輸出信號Vout1以及輸出信號Vout1_n。感測電路210中可設置一選中電容，並基於輸出信號Vout1或輸出信號Vout1_n來對選中電容執行充放電動作，並藉以產生感測電壓VA。感測電路210提供感測電壓VA至共用參考電壓產生電路220。共用參考電壓產生電路220則提供多個閥值電壓，並使感測電壓VA與多個閥值電壓進行比較，藉以產生多個比較結果。共用參考電壓產生電路220並依據所獲得的比較結果來調整共用參考電壓Vcom_ref的電壓值。

細節上來說明，請參照圖3繪示的本發明實施例的工作週期調整器的另一實施方式的電路圖。工作週期調整器300包括感測電路310以及共用參考電壓產生電路320。在本實施方式中，感測電路310包括差動對311、電流源312、負載RL1、RL2、電容CA、CB、運算放大器OP1、OP2以及電阻RE1、RE2。差動對311由電晶體M1以及M2所構成。負載RL1以及RL2分別耦接至電晶體M1以及M2的第一端，負載RL1以及RL2並共同耦接至參考電源端VDD。電晶體M1以及M2的第一端分別形成差動對311的二負載端。電晶體M1以及M2的控制端則分別形成差動對311的二輸入端，並分別接收輸出信號Vout1以及Vout1_n。

另外，電晶體M1以及M2的第二端相互連接並形成差動對311的共同端。電流源312由電晶體M3所建構。電晶體M3耦接在差動對311的共同端與參考電源端VSS間，電晶體M3的控制端則耦接至運算放大器OP2。

電流源312提供電流IT以作為差動對310的共同電流。而電晶體M1、M2依據所接收的輸出信號Vout1以及Vout1_n分別產生電流I1以及I2，其中電流I1、I2的和等於電流IT。

在另一方面，電容CA串接在電晶體M1的第一端與參考電源端VSS間，電容CB則串接在電晶體M2的第一端與參考電源端VSS間。電容CA以及CB可分別依據電晶體M1、M2的第一端上的電壓值行充放電動作，並據以分別產生感測電壓VA以及VB。

在本實施方式中，電容CA耦接至共用參考電壓產生電路320，因此電容CA可作為選中電容。在本發明其他實施方式中，也可以使電容CB耦接至共用參考電壓產生電路320，並使電容CB以作為選中電容，並沒有一定的限制。

在動作細節上，由於輸出信號Vout1為在第一電壓與第二電壓間（例如第一電壓大於第二電壓）反覆轉態的信號，因此當輸出信號Vout1等於相對大的第一電壓時，流通負載RL1的電流I1上升，並使感測電壓VA下降。當輸出信號Vout1等於相對小的第二電壓時，流通負載RL1的電流I1下降，並使感測電壓VA上升。因此，輸出信號Vout1的工作週期可與感測電壓VA的電壓值成反比。也因此，依據感測電壓VA的電壓值的變化，可以獲知輸出信號Vout1的工作週期的變化。

附帶一提的，本實施方式中，運算放大器OP1、OP2用以產生電流源312所接收的偏壓電壓。運算放大器OP1接收參考電壓Vref，運算放大器OP1的輸出端耦接至運算放大器OP2的正輸入端。運算放大器OP2的負輸入端耦接至電阻RE1以及RE2所形成的電阻串。電阻RE1以及RE2耦接在參考電源端Vref_res以及VSS間。

共用參考電壓產生電路320包括解碼器321、閥值電壓產生器322、分壓器323、比較器OP3與比較器OP4。解碼器321為一類比數位轉換器。閥值電壓產生器322由多個電阻Ra、Rb以及Rc所形成。電阻Ra、Rb以及Rc依序串聯耦接在參考電源端Vref_res以及參考電源端VSS間。閥值電壓產生器322透過電阻Ra、Rb以及Rc以對參考電源端Vref_res所提供的參考電源進行分壓，並藉以產生多個閥值電壓。在本實施方式中，閥值電壓產生器322中具有三個電阻Ra、Rb以及Rc，並可產生兩個閥值電壓。

比較器OP3以及OP4可由運算放大器所建構。比較器OP3的正輸入端接收感測電壓VA，比較器OP3的負輸入端則耦接至電阻Ra與Rb的連接端點，並接收第一閥值電壓。比較器OP4的負輸入端接收感測電壓VA，比較器OP4的正輸入端則耦接至電阻Rb與Rc的連接端點，並接收第二閥值電壓，其中第一閥值電壓大於第二閥值電壓。

比較器OP3以及OP4使感測電壓VA與第一閥值電壓與第二閥值電壓進行比較，並分別產生比較結果A以及B。其中，當感測電壓VA大於第一閥值電壓，且大於第二閥值電壓時，比較器OP3以及OP4可分別產生為邏輯高準位的比較結果A以及為邏輯低準位的比較結果B；當感測電壓VA小於第一閥值電壓，但大於第二閥值電壓時，比較器OP3以及OP4可分別產生為邏輯低準位的比較結果A以及為邏輯低準位的比較結果B；當感測電壓VA小於第一閥值電壓，且小於第二閥值電壓時，比較器OP3以及OP4可分別產生為邏輯低準位的比較結果A以及為邏輯高準位的比較結果B。

解碼器321接收比較結果A以及B，並針對比較結果A以及B進行解碼，並藉以產生調整碼COD。分壓器323則包括電阻R1以及R2。電阻R1以及R2串聯耦接在參考電源端Vref_res以及VSS間。電阻R1以及R2針對參考電源端Vref_res提供的參考電源進行分壓，並藉以產生共用參考電壓Vcom_ref。其中，在本實施方式中，電阻R2為一可變電阻。電阻R2的電阻值可以依據調整碼COD來決定。而透過調高電阻R2的電阻值，可以提升共用參考電壓Vcom_ref的電壓值，相對的，透過調低電阻R2的電阻值，可以降低共用參考電壓Vcom_ref的電壓值。

關於本實施方式中，共用參考電壓Vcom_ref的調整動作，與感測電壓VA及比較結果A、B間的關係，可參見下示的表1：

表1：

工作週期	感測電壓VA	比較結果A	比較結果B	Vcom_ref
50%	1V	L	L	維持
30%	1.2V	H	L	降低
70%	0.8V	L	H	提升

在表1中，L表示邏輯低準位，H表示邏輯高準位。在當感測電壓VA為1V時，比較結果A、B皆為邏輯低準位（L），此時輸出信號Vout1的工作週期為50%，不需調整共用參考電壓Vcom_ref的電壓值；在當感測電壓VA為1.2V時，比較結果A、B分別為邏輯高準位（H）以及邏輯低準位（L），此時輸出信號Vout1的工作週期為30%，可調低共用參考電壓Vcom_ref的電壓值，以提升輸出信號Vout1的工作週期；在當感測電壓VA為0.8V時，比較結果A、B分別為邏輯低準位（L）以及邏輯高準位（H），此時輸出信號Vout1的工作週期為70%，可提升共用參考電壓Vcom_ref的電壓值，以降低輸出信號Vout1的工作週期。

附帶一提的，在本實施方式中，也可設定電阻R1為可變電阻，並使電阻R1接收調整碼COD以調整所提供的電阻值，進以產生共用參考電壓Vcom_ref。在這樣的機制下，在需要提升共用參考電壓Vcom_ref的電壓值的條件下，解碼器321所產生的調整碼COD需使電阻R1的電阻值降低，相對的，在需要降低共用參考電壓Vcom_ref的電壓值的條件下，解碼器321所產生的調整碼COD需使電阻R1的電阻值提升。

以下請參照圖4，圖4繪示本發明另一實施例的信號接收裝置的示意圖。信號接收裝置400包括放大器410、440、共模回授電路430以及工作週期調整器420。放大器410可作為前級放大器。放大器410接收輸入信號Vin、參考電壓Vref以及偏壓電壓Vbias。放大器410依據偏壓電壓Vbias以產生共用電流，並基於共用電流，依據比較輸入信號Vin以及參考電壓Vref以產生互補的輸出信號Vout1以及Vout1_n。放大器440耦接至放大器410的輸出端，接收輸出信號Vout1以及Vout1_n，並接收偏壓電壓Vbias。放大器440依據偏壓電壓Vbias產生共用電流，並基於共用電流，依據輸出信號Vout1以及Vout1_n來產生後級輸出信號Vout2。

共模回授電路430耦接至放大器410以及440，依據參考電壓Vref以及共用參考電壓Vcom_ref來產生偏壓電壓Vbias。在本實施例中，共模回授電路430可應用本領域具通常知識者所熟知的任意共模回授電路（common mode feedback circuit, CMFB circuit）來實施，沒有特定的限制。

工作週期調整器420則耦接至放大器410以及共模回授電路430。工作週期調整器420的實施細節則可參見前述實施例的實施方式（例如圖3的工作週期調整器300），在此述不多贅述。

關於共模回授電路的實施細節，可參照圖5繪示的本發明實施例的共模回授電路的實施方式的電路圖。在圖5中，共模回授電路500包括放大器OP51、OP52以及電晶體M51。放大器OP51的兩輸入端同步接收參考電壓Vref，放大器OP51的輸出端耦接至放大器OP52的正輸入端。電晶體M51做為放大器OP51的電流源，並耦接在放大器OP51與參考電源端VSS間。放大器OP52的負輸入端接收共用參考電壓Vcom_ref，並用以產生偏壓電壓Vbias。此外，偏壓電壓Vbias還提供至電晶體M51的閘極端。

值得一提的，本發明實施例中，放大器OP51的電路架構可以與圖1、4實施例中的放大器110、410相同。

綜上所述，本發明實施例感測放大器的輸出信號的工作週期，並透過共模回授電路調整共用參考電壓的電壓值，可補償放大器的差動電晶體導通電壓產生的變異，維持輸出信號的工作週期在有效的範圍中。

100、400:信號接收裝置 110、410、440、OP51、OP52:放大器 120、200、420:工作週期調整器 130、430、500:共模回授電路 210:感測電路 220:共用參考電壓產生電路 311:差動對 312:電流源 321:解碼器 323:分壓器 A、B:比較結果 COD:調整碼 RL1、RL2:負載 CA、CB:電容 OP1、OP2:運算放大器 OP3、OP4:比較器 RE1、RE2、Ra、Rb、Rc、R1、R2:電阻 M1~M3、M51:電晶體 VDD、VSS、Vref1_res:參考電源端 I1、I2、IT:電流 VA、VB:感測電壓 Vin:輸入信號 Vref:參考電壓 Vbias:偏壓電壓 Vout1、Vout1_n:輸出信號 Vout2:後級輸出信號 Vcom_ref:共用參考電壓

圖1繪示本發明一實施例的信號接收裝置的示意圖。圖2繪示本發明實施例的工作週期調整器的實施方式的示意圖。圖3繪示本發明實施例的工作週期調整器的另一實施方式的電路圖。圖4繪示本發明另一實施例的信號接收裝置的示意圖。圖5繪示的本發明實施例的共模回授電路的實施方式的電路圖。

100:信號接收裝置

110:放大器

120:工作週期調整器

130:共模回授電路

Vin:輸入信號

Vref:參考電壓

Vbias:偏壓電壓

Vout1、Vout1_n:輸出信號

Vcom_ref:共用參考電壓

Claims

一種信號接收裝置，包括：一第一放大器，接收一輸入信號、一參考電壓以及一偏壓電壓，該第一放大器依據該偏壓電壓以產生一第一共用電流，並基於該第一共用電流，依據比較該輸入信號以及該參考電壓以產生互補的一第一輸出信號以及一第二輸出信號；一工作週期調整器，接收該第一輸出信號以及該第二輸出信號，依據該第一輸出信號或該第二輸出信號對一選中電容執行充放電動作以產生一感測電壓，並依據該感測電壓以產生一共用參考電壓；以及一共模回授電路，接收該共用參考電壓，依據比較該共用參考電壓以及該參考電壓來產生該偏壓電壓，其中該工作週期調整器包括：一感測電路，依據該第一輸出信號或該第二輸出信號對該選中電容執行充放電動作以產生該感測電壓；以及一共用參考電壓產生電路，提供多個閥值電壓與該感測電壓比較以產生多個比較結果，依據該些比較結果以調整該共用參考電壓的電壓值。
如請求項1所述的信號接收裝置，其中該感測電路包括：一差動對，具有共動端接收一第一電流，該差動對的二輸入端分別接收該第一輸出信號以及該第二輸出信號；一電流源，耦接至該差動對的共同端，並耦接至一第一參考電源端，該電流源提供該第一電流；一第一負載以及一第二負載，分別耦接至該差動對的二負載端，該第一負載以及該第二負載共同耦接至一第二參考電源端；以及一第一電容以及一第二電容，分別耦接至該差動對的二負載端，並共同耦接至該第一參考電源端。
如請求項2所述的信號接收裝置，其中該第一電容或該第二電容為該選中電容。
如請求項1所述的信號接收裝置，其中該感測電壓與該第一輸出信號或該第二輸出信號的工作週期成反比。
如請求項1所述的信號接收裝置，其中該共用參考電壓產生電路包括：一閥值電壓產生器，針對一第一參考電源進行分壓以產生該些閥值電壓；多個比較器，分別接收該些閥值電壓，各該比較器使該感測電壓與各該閥值電壓進行比較以產生該些比較結果；以及一數位類比轉換器，依據數位的該些比較結果以產生多個調整碼；以及一分壓器，具有串聯耦接的一第一電阻以及一第二電阻，該第一電阻以及該第二電阻針對該第一參考電源進行分壓以產生該共用參考電壓，該第一電阻或該第二電阻為一可變電阻，該些調整碼用以調整該可變電阻的電阻值。
如請求項5所述的信號接收裝置，其中該數位類比轉換器為一解碼器，針對數位的該些比較結果進行解碼以產生該些調整碼。
如請求項5所述的信號接收裝置，其中當該些閥值電壓為該第一閥值電壓與該第二閥值電壓時，當該感測電壓介於該第一閥值電壓與該第二閥值電壓間時，該共用參考電壓產生電路不調整該共用參考電壓的電壓值；當該感測電壓大於該第一閥值電壓且大於該第二閥值電壓時，該共用參考電壓產生電路調低該共用參考電壓的電壓值；當該感測電壓小於該第一閥值電壓且小於該第二閥值電壓時，該共用參考電壓產生電路調高該共用參考電壓的電壓值。
如請求項5所述的信號接收裝置，其中該閥值電壓產生器包括：一第一電阻、一第二電阻以及一第三電阻，依序串聯耦接在該第一參考電源以及一第二參考電源間，該第一電阻與該第二電阻的耦接端提供一第一閥值電壓，該第二電阻與該第三電阻的耦接端提供一第二閥值電壓。
如請求項1所述的信號接收裝置，更包括：一第二放大器，接收該第一輸出信號、該第二輸出信號以及該偏壓電壓，依據該偏壓電壓以產生一第二共用電流，基於該第二共用電流，依據該第一輸出信號以及該第二輸出信號以產生一後級輸出信號。