TWI756531B - 傳送器、接收器及混合式傳送接收器 - Google Patents

傳送器、接收器及混合式傳送接收器 Download PDF

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Abstract

本發明揭露了傳送器、接收器及混合式傳送接收器。混合式傳送接收器包含混合式傳送接收電路及共模電壓控制電路。混合式傳送接收電路包含數位類比轉換電路、耦接該數位類比轉換電路之線驅動電路、耦接該線驅動電路之濾波及/或放大電路，以及耦接該濾波及/或放大電路之類比數位轉換電路。共模電壓控制電路電連接該混合式傳送接收電路之節點，用來偵測該節點之共模電壓，並調整該節點之該共模電壓。

Description

傳送器、接收器及混合式傳送接收器
本發明是關於電子裝置的接收器、傳送器及混合式傳送接收器，尤其是關於接收器、傳送器及混合式傳送接收器的共模電壓控制。
具有連線能力的電子裝置包含傳送器及接收器，亦或是包含整合傳送器及接收器的混合式傳送接收器（hybrid transceiver）。傳送器在傳送差動訊號時容易對電路上的共模電壓產生擾動，而接收器在接收差動訊號時亦容易受輸入訊號的干擾而使得電路上的共模電壓受到擾動。換言之，電子裝置的傳送器、接收器及混合式傳送接收器上的共模電壓的擾動可能來自內部電路或是輸入訊號。共模電壓的擾動可能導致訊號與雜訊諧波比（signal-to-noise- and-distortion ratio, SNDR）下降、電磁干擾（electromagnetic interference, EMI）或是電壓餘裕（voltage headroom）不足。不足的電壓餘裕可能導致電路的線性度下降。
因此有必要解決上述問題以提高傳送器、接收器及混合式傳送接收器的效能及準確性。
鑑於先前技術之不足，本發明之一目的在於提供一種傳送器、接收器及混合式傳送接收器，以提升傳送器、接收器及混合式傳送接收器的效能及準確性。
本發明揭露一種混合式傳送接收器，包含混合式傳送接收電路及共模電壓控制電路。混合式傳送接收電路包含數位類比轉換電路、耦接該數位類比轉換電路之線驅動電路、耦接該線驅動電路之濾波及/或放大電路，以及耦接該濾波及/或放大電路之類比數位轉換電路。共模電壓控制電路電連接該混合式傳送接收電路之節點，用來偵測該節點之共模電壓，並調整該節點之該共模電壓。
本發明另揭露一種傳送器，包含傳送電路及共模電壓控制電路。傳送電路包含數位類比轉換電路、耦接該數位類比轉換電路之線驅動電路，以及耦接該線驅動電路之線路終端。共模電壓控制電路電連接該傳送電路之節點，用來偵測該節點之共模電壓，並調整該節點之該共模電壓。
本發明另揭露一種接收器，包含接收電路及共模電壓控制電路。接收電路包含線路終端、耦接該線路終端之濾波及/或放大電路，以及耦接該濾波及/或放大電路之類比數位轉換電路。共模電壓控制電路電連接該接收電路之節點，用來偵測該節點之共模電壓，並調整該節點之該共模電壓。
本發明之傳送器、接收器及混合式傳送接收器包含共模電壓控制電路，該共模電壓控制電路可以穩定傳送器、接收器及混合式傳送接收器的某一電路節點的共模電壓。相較於傳統技術，本發明的傳送器、接收器及混合式傳送接收器的共模電壓較不易受到擾動而呈現相對穩定，所以傳送器、接收器及混合式傳送接收器的效能可以獲得提升。
有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖式作實施例詳細說明如下。
以下說明內容之技術用語係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，該部分用語之解釋係以本說明書之說明或定義為準。
本發明之揭露內容包含傳送器、接收器及混合式傳送接收器。由於本發明之傳送器、接收器及混合式傳送接收器所包含之部分元件單獨而言可能為已知元件，因此在不影響該裝置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。
圖1為本發明之混合式傳送接收器的一實施例的功能方塊圖。混合式傳送接收器100包含混合式傳送接收電路及共模電壓控制電路140。混合式傳送接收電路包含傳送電路110及接收電路120。傳送電路110及共模電壓控制電路140構成混合式傳送接收器100的傳送器部分。接收電路120及共模電壓控制電路140構成混合式傳送接收器100的接收器部分。傳送電路110及接收電路120共用接腳131及接腳132。混合式傳送接收器100透過接腳131及接腳132與外部電路耦接（亦即接腳131及接腳132為混合式傳送接收器100的輸出/入端），例如當混合式傳送接收器100應用於乙太網路時，接腳131及接腳132透過變壓器與RJ45接頭耦接。傳送電路110透過接腳131及接腳132輸出訊號（亦即接腳131及接腳132為傳送電路110的輸出端），而接收電路120透過接腳131及接腳132接收訊號（亦即接腳131及接腳132為接收電路120的輸入端）。
傳送電路110包含數位類比轉換電路（digital-to-analog converter, DAC）112、線驅動電路（line driver）114及線路終端（terminator）116。數位類比轉換電路112從前級電路（例如數位訊號處理器（digital signal processor, DSP），圖未示）接收訊號Vin及Vip，並且將訊號Vin及Vip轉換為類比訊號。線驅動電路114用來提升輸出訊號的驅動能力。線路終端116的作用為阻抗匹配。線驅動電路114可以進一步包含回音消除器（echo canceler）。然而當線驅動電路114用於傳送器而非混合式傳送接收器時，線驅動電路114不包含回音消除器。數位類比轉換電路112、線驅動電路114及線路終端116的內部電路為本技術領域具有通常知識者3所熟知，故不再贅述。在一些實施例中，線路終端116被整合進線驅動電路114中，換言之，線驅動電路114的輸出與接腳131及接腳132電連接。
接收電路120包含濾波及/或放大電路122、類比數位轉換電路（analog-to-digital converter, ADC）124、線路終端116及線路終端126。接收電路120透過接腳131及接腳132接收輸入訊號。濾波及/或放大電路122濾波及/或放大輸入訊號，而類比數位轉換電路124將濾波後及/或放大後的輸入訊號轉成為數位訊號並輸出（例如輸出至數位訊號處理器）。在一些實施例中，濾波及/或放大電路122可以是具有濾波功能的放大器（例如可程式化增益放大器（programmable gain amplifier, PGA））、濾波器（例如低通濾波器（low-pass filter, LPF））或是串接的濾波器及放大器（例如輸入訊號在進入類比數位轉換電路124之前先經過濾波器再經過放大器）。線路終端126在回音消除路徑上提供阻抗匹配。濾波及/或放大電路122、類比數位轉換電路124及線路終端126的內部電路為本技術領域具有通常知識者所熟知，故不再贅述。
共模電壓控制電路140用來偵測傳送電路110及/或接收電路120中的節點的共模電壓，並調整該節點的共模電壓。更明確地說，傳送電路110及接收電路120包含多個差動訊號的節點Nxp及Nxn（在圖1的例子中，1≦x≦4），共模電壓控制電路140電連接任一節點並且根據該節點的差動訊號的共模電壓調整該共模電壓。換言之，共模電壓控制電路140為閉迴路控制電路。如圖所示，共模電壓控制電路140以電壓Vbias_PU 及電壓Vbias_PD 作為偏壓，並且以輸出訊號Voutp 及輸出訊號Voutn 作為本身的回授訊號，而輸出訊號Voutp 及Voutn 即是節點Nxp及Nxn上的差動訊號。換言之，共模電壓控制電路140可以電連接 (1)類比數位轉換電路124的輸入端（對應節點(N1p, N1n)）； (2)濾波及/或放大電路122的輸出端（對應節點(N1p, N1n)）； (3)濾波及/或放大電路122的輸入端（對應節點(N2p, N2n)）； (4)線驅動電路114的輸出端（對應節點(N2p, N2n)）； (5)線路終端116的輸入端（對應節點(N2p, N2n)）； (6)數位類比轉換電路112的輸出端（對應節點(N3p, N3n)）； (7)線驅動電路114的輸入端（對應節點(N3p, N3n)）； (8)線路終端116的輸出端（對應節點(N4p, N4n)）；或 (9)接腳131及接腳132（對應節點(N4p, N4n)）。
實作上，共模電壓控制電路140也可能電連接上述節點以外的節點。在一些實施例中，混合式傳送接收器100可以包含多個共模電壓控制電路140，以同時穩定電路上的多個節點的共模電壓。
圖2為本發明的共模電壓控制電路140的一實施例的功能方塊圖。共模電壓控制電路140包含上拉電路212、下拉電路214、上拉電路222、下拉電路224以及共模電壓偵測電路230。上拉電路212及上拉電路222由電壓Vbias_PU 偏壓，而下拉電路214及下拉電路224由電壓Vbias_PD 偏壓。共模電壓偵測電路230偵測輸出訊號Voutp 及輸出訊號Voutn 的共模電壓Vcm （亦即根據輸出訊號Voutp 及輸出訊號Voutn 產生共模電壓Vcm ）。上拉電路212（222）供應（source）電流I1p （I1n ）至節點Nxp（Nxn），而下拉電路214（224）從節點Nxp（Nxn）抽取（sink）電流I2p （I2n ）。更詳細地說，上拉電路212、下拉電路214、上拉電路222及下拉電路224根據共模電壓Vcm 分別調整電流I1p 、電流I2p 、電流I1n 及電流I2n 的大小：當共模電壓Vcm 升高時，上拉電路212（222）減少電流I1p （I1n ）（亦即減少上拉強度）且下拉電路214（224）增加電流I2p （I2n ）（亦即增加下拉強度），以使輸出訊號Voutp 及輸出訊號Voutn 的電壓下降（亦即使共模電壓Vcm 下降）；當共模電壓Vcm 降低時，上拉電路212（222）增加電流I1p （I1n ）（亦即增加上拉強度）且下拉電路214（224）減少電流I2p （I2n ）（亦即減少下拉強度），以使輸出訊號Voutp 及輸出訊號Voutn 的電壓上升（亦即使共模電壓Vcm 上升）。也就是說，共模電壓控制電路140偵測受控節點（即Nxp與Nxn）的共模電壓Vcm 並且藉由調整流進及流出該受控節點的電流來穩定該受控節點的共模電壓Vcm 。當共模電壓Vcm 在預設的範圍附近時，I1p 實質上等於I2p ，且I1n 實質上等於I2n 。
圖3A及3B為本發明之共模電壓偵測電路230的其中二種範例實施例的電路圖。共模電壓偵測電路310包含電阻R1及電阻R2，電阻R1及電阻R2的電阻值可以設計為相等。共模電壓偵測電路320包含電阻R1、電阻R2、電容C1及電容C2，電阻R1及電阻R2的電阻值可以設計為相等且電容C1及電容C2的電容值可以設計為相等。
圖4為本發明的下拉電路的一實施例的電路圖。下拉電路400為一跨導（transconductance）電路，包含電晶體410、電晶體420、電晶體430、電晶體440、電流源450、電流源460、電容C1及電容C2。下拉電路400等效於下拉電路214及下拉電路224的組合。電流源450及電流源460分別用來偏壓電晶體410及電晶體420，換言之，電流源450及460的功能等效於電壓Vbias_PD 。電容C1及電容C2可用來偵測輸出訊號Voutp 及輸出訊號Voutn 的共模電壓Vcm ，也就是說，節點N上的電壓變化反應共模電壓Vcm 的變化。換言之，當以下拉電路400實作圖2的下拉電路214及下拉電路224時，共模電壓偵測電路230已被整合進下拉電路400中。電晶體430及電晶體440根據共模電壓Vcm 的變化調整電流I2p 及電流I2n ，達到調整共模電壓Vcm 的目的。圖5為本發明的上拉電路的一實施例的電路圖，其電路架構與下拉電路400相似，本技術領域具有通常知識者可由圖4的說明了解圖5的電路的細節，因此不再贅述。
更多的共模電壓控制電路的實作可參考台灣專利申請號106123253。
上述的共模電壓控制電路140具有穩定傳送器、接收器及混合式傳送接收器之電路中的某一節點的共模電壓的功效，可減輕傳送器、接收器及混合式傳送接收器的共模擾動，進而提升電路效能。共模電壓控制電路140只需參考受控節點的共模電壓（例如，根據受控節點的差動電壓得到共模電壓），而不需參考電路中其他節點的電壓，即可動態及主動調整該受控節點的共模電壓，達到穩定該受控節點的共模電壓的功效。本發明所提出之傳送器、接收器及混合式傳送接收器因為對電路中的至少一節點的共模電壓進行偵測及調整，因此具有穩定的操作及優異的性能等優點。
由於本技術領域具有通常知識者可藉由本案之裝置發明的揭露內容來瞭解本案之方法發明的實施細節與變化，因此，為避免贅文，在不影響該方法發明之揭露要求及可實施性的前提下，重複之說明在此予以節略。請注意，前揭圖示中，元件之形狀、尺寸以及比例等僅為示意，係供本技術領域具有通常知識者瞭解本發明之用，非用以限制本發明。
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。
100:混合式傳送接收器 110:傳送電路 112:數位類比轉換電路 114:線驅動電路 116、126:線路終端 120:接收電路 122:濾波及/或放大電路 124:類比數位轉換電路 131、132:接腳 140:共模電壓控制電路 N1p、N1n、N2p、N2n、N3p、N3n、N4p、N4n、N:節點 Vbias_PU、Vbias_PD:電壓 Voutp、Voutn:輸出訊號 Vcm:共模電壓 212、222:上拉電路 214、224、400:下拉電路 230、310、320:共模電壓偵測電路 I1p、I1n、I2p、I2n:電流 R1、R2:電阻 C1、C2:電容 410、420、430、440:電晶體 450、460:電流源
圖1為本發明之混合式傳送接收器的一實施例的功能方塊圖； 圖2為本發明的共模電壓控制電路的一實施例的功能方塊圖； 圖3A及3B為本發明之共模電壓偵測電路的範例實施例的電路圖； 圖4為本發明的下拉電路的一實施例的電路圖；以及 圖5為本發明的上拉電路的一實施例的電路圖。
100:混合式傳送接收器
110:傳送電路
112:數位類比轉換電路
114:線驅動電路
116、126:線路終端
120:接收電路
122:濾波及/或放大電路
124:類比數位轉換電路
131、132:接腳
140:共模電壓控制電路
N1p、N1n、N2p、N2n、N3p、N3n、N4p、N4n、N:節點
Vbias_PU、Vbias_PD:電壓
Voutp、Voutn:輸出訊號

Claims (10)

  1. 一種混合式傳送接收器(hybrid transceiver)，包含：一混合式傳送接收電路，包含：一數位類比轉換電路；一線驅動電路，耦接該數位類比轉換電路；一濾波及/或放大電路，耦接該線驅動電路；以及一類比數位轉換電路，耦接該濾波及/或放大電路；以及一共模電壓控制電路，電連接該混合式傳送接收電路之一節點，用來偵測該節點之一共模電壓，並調整該節點之該共模電壓，該共模電壓控制電路包含：一上拉(pull-up)電路，用來根據該共模電壓提供(source)一第一電流至該節點，其中當該共模電壓下降時，該上拉電路增加該第一電流，且當該共模電壓上升時，該上拉電路減少該第一電流；以及一下拉(pull-down)電路，用來根據該共模電壓從該節點抽取(sink)一第二電流；其中當該共模電壓下降時，該下拉電路減少該第二電流，且當該共模電壓上升時，該下拉電路增加該第二電流。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之混合式傳送接收器，其中該節點係該線驅動電路的輸出端。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之混合式傳送接收器，其中該濾波及/或放大電路包含串接之一濾波器及一放大器，該節點係該濾波器的輸入端。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之混合式傳送接收器，其中該濾波及/或放大電路包含串接之一濾波器及一放大器，該節點係該濾波器的輸出端及該放大器的輸入端。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之混合式傳送接收器，其中該節點係該類比數位轉換電路的輸入端。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之混合式傳送接收器，其中該節點係該數位類比轉換電路的輸出端。
  7. 一種傳送器，包含：一傳送電路，包含：一數位類比轉換電路；一線驅動電路，耦接該數位類比轉換電路；以及一線路終端，耦接該線驅動電路；以及一共模電壓控制電路，電連接該傳送電路之一節點，用來偵測該節點之一共模電壓，並調整該節點之該共模電壓，該共模電壓控制電路包含：一上拉(pull-up)電路，用來根據該共模電壓提供(source)一第一電流至該節點，其中當該共模電壓下降時，該上拉電路增加該第一電流，且當該共模電壓上升時，該上拉電路減少該第一電流；以及 一下拉(pull-down)電路，用來根據該共模電壓從該節點抽取(sink)一第二電流；其中當該共模電壓下降時，該下拉電路減少該第二電流，且當該共模電壓上升時，該下拉電路增加該第二電流。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之傳送器，其中該傳送器包含一輸出端，該節點係電連接該線路終端及該輸出端。
  9. 一種接收器，包含：一接收電路，包含：一線路終端；一濾波及/或放大電路，耦接該線路終端；以及一類比數位轉換電路，耦接該濾波及/或放大電路；以及一共模電壓控制電路，電連接該接收電路之一節點，用來偵測該節點之一共模電壓，並調整該節點之該共模電壓，該共模電壓控制電路包含：一上拉(pull-up)電路，用來根據該共模電壓提供(source)一第一電流至該節點，其中當該共模電壓下降時，該上拉電路增加該第一電流，且當該共模電壓上升時，該上拉電路減少該第一電流；以及一下拉(pull-down)電路，用來根據該共模電壓從該節點抽取(sink)一第二電流；其中當該共模電壓下降時，該下拉電路減少該第二電流，且當該共模電壓上升時，該下拉電路增加該第二電流。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之接收器，其中該濾波及/或放大電路包含串接之一濾波器及一放大器，該節點係該濾波器的輸出端及該放大器的輸入端。
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