TWI763188B - 收發電路 - Google Patents

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TWI763188B
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黎煥均
詹駿清
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瑞昱半導體股份有限公司
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Abstract

一種收發電路，包括一第一發射端電路、一第一接收端電路、一第一切換電路以及一處理電路。該第一發射端電路包括一第一電感以及一第二電感，其中，該第二電感耦接於一第一節點以及一第二節點之間，該第一電感的一端耦接於該第二節點。該第一接收端電路耦接於一第三節點。該第一切換電路用以導通或斷開該第一節點與該第三節點。當該收發電路操作於一發射模式時，該處理電路用以控制該第一切換電路斷開該第一節點與該第三節點，當該收發電路操作於一接收模式時，該處理電路用以控制該第一切換電路導通該第一節點與該第三節點。

Description

收發電路
本揭示內容係有關於一種收發電路，特別是指一種應用於高速輸入/輸出介面的收發電路。
在傳統高速輸入/輸出介面的應用中，發射與接收訊號往往是透過兩個獨立的電路(例如：一發射端電路以及一接收端電路)來執行。然而，在USB type-C與DP(Display Port)整合的新應用上有發射電路與接收電路共用通道的需求，以傳統電路的架構難以實現。
本揭示內容的一態樣為一收發電路。該收發電路包括一第一發射端電路、一第一接收端電路、一第一切換電路以及一處理電路。該第一發射端電路包括一第一電感以及一第二電感，其中，該第二電感耦接於一第一節點以及一第二節點之間，該第一電感的一端耦接於該第二節點。該第一接收端電路耦接於一第三節點。該第一切換電路藉由該第一節點耦接該第一發射端電路，藉由該第三節點耦接該第一接收端電路，其中，該第一切換電路用以導通或斷開該第一節點與該第三節點。該處理電路耦接於該第一發射端電路、該第一接收端電路與該第一切換電路，其中，當該收發電路操作於一發射模式時，該處理電路用以控制該第一切換電路斷開該第一節點與該第三節點，當該收發電路操作於一接收模式時，該處理電路用以控制該第一切換電路導通該第一節點與該第三節點。
綜上，藉由切換電路的設計，本揭示內容的收發電路得以整合發射端電路以及接收端電路，滿足發射與接收訊號的需求，同時節省硬體。收發電路中的電感架構(例如：第一發射端電路中的第一電感與第二電感)能有效地降低收發電路中的電路元件所產生的寄生效應，進而增加收發電路的發射頻寬以及接收頻寬。此外，透過切換電路、接收端電路中的偏壓電路(例如：第一接收端電路中的第六電阻與第六開關元件)以及正負端短路電路的設計，測試人員在測試收發電路時也更為方便。
下文係舉實施例配合所附圖式作詳細說明，但所描述的具體實施例僅用以解釋本案，並不用來限定本案，而結構操作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本揭示內容所涵蓋的範圍。
在全篇說明書與申請專利範圍所使用之用詞(terms)，除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭示之內容中與特殊內容中的平常意義。
另外，關於本文中所使用之「耦接」或「連接」，均可指二或多個元件相互直接作實體或電性接觸，或是相互間接作實體或電性接觸，亦可指二或多個元件相互操作或動作。
請參閱第1圖，本揭示內容的其中一實施例係關於一收發電路10。收發電路10包括一正端電路100、一負端電路200、一正負端短路電路300以及一處理電路400。其中，收發電路10可藉由正端電路100及負端電路200接收來自收發電路10外部的一差動輸入訊號(包含一第一輸入訊號Vi1以及一第二輸入訊號Vi2)，或者發射一差動輸出訊號(包含一第一輸出訊號Vo1以及一第二輸出訊號Vo2)至收發電路10外部。
結構上，正端電路100包括一第一發射端電路110、一第一接收端電路120、一第一切換電路130以及一第一輸入輸出端電路140。第一切換電路130與第一發射端電路110耦接於一節點N1，又與第一接收端電路120耦接於一節點N3。第一切換電路130用以導通或斷開節點N1與節點N3之間的電性耦接。第一輸入輸出端電路140耦接於節點N1，並用以接收第一輸入訊號Vi1或發射第一輸出訊號Vo1。
負端電路200包括一第二發射端電路210、一第二接收端電路220、一第二切換電路230以及一第二輸入輸出端電路240。第二切換電路230與第二發射端電路210耦接於一節點N5，又與第二接收端電路220耦接於一節點N6。第二切換電路230用以導通或斷開節點N5與節點N6之間的電性耦接。第二輸入輸出端電路240耦接於節點N5，並用以接收第二輸入訊號Vi2或發射第二輸出訊號Vo2。
處理電路400耦接於第一發射端電路110、第一接收端電路120、第一切換電路130、第二發射端電路210、第二接收端電路220、第二切換電路230與正負端短路電路300。正負端短路電路300的一端耦接於節點N1與第一切換電路130之間，另一端耦接於節點N5與第二切換電路230之間。正負端短路電路300用以導通或斷開正端電路100的節點N1與負端電路200的節點N5之間的電性耦接。
第2~6圖描述收發電路10的等效電路圖。由於負端電路200的電路架構相似於(例如，鏡射關係)正端電路100，為了簡潔以及易於瞭解的目的，第2~6圖中僅繪示出正端電路100以及正負端短路電路300，而省略負端電路200的細節。
請參閱第2圖，第一切換電路130包括一開關元件SW1。開關元件SW1用以根據處理電路400所發出的一控制訊號CS1(如第1圖所示)選擇性地開啟或關閉，以導通或斷開節點N1與節點N3。
第一發射端電路110包括一第一電感L1、一第二電感L2、一電阻R1、一開關元件SW2、一開關元件SW3以及一寄生電容Cp1。第二電感L2耦接於節點N1以及一節點N2之間，第一電感L1耦接於節點N2以及電阻R1之間。開關元件SW2耦接於電阻R1以及一共模電壓Vcm(例如：500mV)之間，並用以根據處理電路400所發出的一控制訊號CS2(如第1圖所示)選擇性地開啟或關閉。開關元件SW3耦接於電阻R1以及一接地電壓Gnd之間，並用以根據處理電路400所發出的一控制訊號CS3(如第1圖所示)選擇性地開啟或關閉。寄生電容Cp1耦接於節點N2以及接地電壓Gnd之間。
第一接收端電路120包括一電阻R2、一第一電容C1、一第一偏壓電路(結構容後述)、一第二偏壓電路(結構容後述)以及一寄生電容Cp2。電阻R2以及第一電容C1兩者並聯耦接於節點N3以及一節點N4之間。該第一偏壓電路耦接於節點N4，並包括一電阻R3、一電阻R4、一電阻R5、一開關元件SW4以及一開關元件SW5。電阻R3耦接於節點N4，電阻R4耦接於電阻R3以及開關元件SW4之間，開關元件SW4耦接於電阻R4以及一電源電壓Vdd(例如：3.3V)之間，電阻R5耦接於電阻R3以及開關元件SW5之間，開關元件SW5耦接於電阻R5以及電源電壓Vdd之間。在一些實施例中，電阻R4的阻值(例如：2kΩ)小於電阻R5的阻值(例如：8.5kΩ)。該第二偏壓電路耦接於節點N3，並包括一電阻R6以及一開關元件SW6，電阻R6耦接於節點N3以及開關元件SW6之間，開關元件SW6耦接於電阻R6以及接地電壓Gnd之間，並用以根據處理電路400所發出的一控制訊號C6(如第1圖所示)選擇性地開啟或關閉。寄生電容Cp2耦接於節點N4以及接地電壓Gnd之間。
第一輸入輸出端電路140包括一寄生電容Cp3、一靜電放電防護電路(結構容後述)以及一第一輸入輸出端IO1。第一輸入輸出端IO1耦接於節點N1，其連線上設置節點N7以及節點N8。寄生電容Cp3耦接於節點N7以及接地電壓Gnd之間。該靜電放電防護電路包括一第一二極體元件D1以及一第二二極體元件D2。第一二極體元件D1的陽極端耦接於節點N8，第一二極體元件D1的陰極端耦接於共模電壓Vcm。第二二極體元件D2的陽極端耦接於接地電壓Gnd，第二二極體元件D2的陰極端耦接於節點N8。該靜電放電防護電路用以對收發電路10內之電路元件進行靜電放電保護。
正負端短路電路300包括一開關元件SW7。開關元件SW7用以根據處理電路400所發出的一控制訊號CS7(如第1圖所示)選擇性地開啟或關閉，以導通或斷開節點N1與負端電路200的節點N5(如第1圖所示)之間的電性耦接。
收發電路10在運作時，可藉由第一切換電路130以及第二切換電路230切換於一發射模式(如第2圖所示的操作)以及一接收模式(如第3圖所示的操作)之間。
在一些實施例中，當收發電路10操作於發射模式時，處理電路400分別輸出控制訊號CS1~CS7至正端電路100中的開關元件SW1~SW7。如第2圖所示，開關元件SW1根據控制訊號CS1關閉，使節點N1與節點N3斷開。開關元件SW2根據控制訊號CS2開啟，且開關元件SW3根據控制訊號CS3關閉，使電阻R1接收共模電壓Vcm。開關元件SW7根據控制訊號CS7關閉，使節點N1與負端電路200的節點N5斷開。如此一來，來自一前端電路(圖中未示，例如：串列器(serializer))的第一輸出訊號Vo1被第一發射端電路110接收，自節點N2通過第二電感L2到達節點N1，以供收發電路10自第一輸入輸出端IO1輸出第一輸出訊號Vo1(如第2圖中箭號方向所示)。負端電路200發射第二輸出訊號Vo2的操作相似於正端電路100的操作，故於此不再贅述。
在一些實施例中，當收發電路10操作於接收模式時，處理電路400分別輸出控制訊號CS1~CS7至正端電路100中的開關元件SW1~SW7。如第3圖所示，開關元件SW1根據控制訊號CS1開啟，使節點N1與節點N3導通。開關元件SW2根據控制訊號CS2關閉，且開關元件SW3根據控制訊號CS3開啟，使電阻R1接收接地電壓Gnd。開關元件SW4根據控制訊號CS4開啟，且開關元件SW5根據控制訊號CS5關閉，使電阻R3以及電阻R4接收電源電壓Vdd。開關元件SW6根據控制訊號CS6關閉，使電阻R6開路。開關元件SW7根據控制訊號CS7關閉，使節點N1與負端電路200的節點N5斷開。此時，第一接收端電路120中的節點N4的電壓會維持於一工作電壓(例如：0.7V)。如此一來，第一輸入訊號Vi1被收發電路10自第一輸入輸出端IO1接收，自節點N1通過第一切換電路130到達節點N3，以被第一接收端電路120傳輸(例如，傳輸至第一接收端電路120的後端電路)。進入第一接收端電路120的第一輸入訊號Vi1自節點N3通過第一電容C1與電阻R2到達節點N4，以被第一接收端電路120輸出(如第3圖中箭號方向所示)。負端電路200接收第二輸入訊號Vi2的操作相似於正端電路100的操作，故於此不再贅述。
其中，當收發電路10操作於發射模式(如第2圖所示的操作)時，第一電感L1可有效地阻隔電阻R1所產生的寄生效應，以增加收發電路10之發射頻寬(例如：28.9GHz)。當收發電路10操作於接收模式(如第3圖所示的操作)時，第二電感L2可有效地阻隔第一發射端電路110所產生的寄生效應，以增加收發電路10之接收頻寬(例如：14.96GHz)。於本實施例中，第一電感L1的電感值與第二電感L2的電感值加起來可例如但不限於為1 nH。值得注意的是，藉由調整第一電感L1的電感值與第二電感L2的電感值，可調整收發電路10之發射頻寬與接收頻寬。舉例而言，當第一電感L1的電感值被調高(例如：從0.5nH調整至0.7nH)且第二電感L2的電感值被調低(例如：從0.5nH調整至0.3nH)時，收發電路10之發射頻寬會增加。若反向調整，則收發電路10之接收頻寬增加。
此外，在測試收發電路10時，收發電路10更可進入一接收端偏差校正模式(如第4圖所示的操作)或者一發射端等效阻抗量測模式(如第5圖所示的操作)。
在一些實施例中，當收發電路10操作於接收端偏差校正模式時，處理電路400分別輸出控制訊號CS1~CS7至正端電路100中的開關元件SW1~SW7。請參閱第4圖，開關元件SW1根據控制訊號CS1關閉，使節點N1與節點N3斷開。開關元件SW4根據控制訊號CS4開啟，且開關元件SW5根據控制訊號CS5關閉，使電阻R3以及電阻R4接收電源電壓Vdd。開關元件SW6根據控制訊號CS6開啟，使電阻R6接收接地電壓Gnd。開關元件SW7根據控制訊號CS7關閉，使節點N1與負端電路200的節點N5斷開。此時，由於電阻R6具有與電阻R1相同的阻值(例如：45Ω)，即使節點N1與節點N3斷開，從節點N3往接地電壓Gnd所量測到的等效阻抗值仍大致等於當收發電路10操作於接收模式時所量測到的等效阻抗值。如此一來，第一接收端電路120中的節點N4的電壓一樣會維持於上述工作電壓(例如：0.7V)，以供一外部裝置(圖中未示)校正第一接收端電路120之輸出端以及第一接收端電路120所耦接的一後端電路(圖中未示，例如：連續時間線性等化器(CTLE))之輸入端之間的偏差電壓 (offset voltage)。負端電路200的操作相似於正端電路100的操作，故於此不再贅述。
於另一實施例中，若收發電路10不具有操作於接收端偏差校正模式之功能，則第一接收端電路120可不包括第二偏壓電路(包括電阻R6以及開關元件SW6)。
在一些實施例中，當收發電路10操作於發射端等效阻抗量測模式時，處理電路400分別輸出控制訊號CS1~CS7至正端電路100中的開關元件SW1~SW7。請參閱第5圖，開關元件SW1根據控制訊號CS1關閉，使節點N1與節點N3斷開。開關元件SW2根據控制訊號CS2關閉，且開關元件SW3根據控制訊號CS3開啟，使電阻R1接收接地電壓Gnd。開關元件SW4根據控制訊號CS4開啟，且開關元件SW5根據控制訊號CS5關閉，使電阻R3以及電阻R4接收電源電壓Vdd。開關元件SW6根據控制訊號CS6關閉，使電阻R6開路。開關元件SW7根據控制訊號CS7開啟，使節點N1與負端電路200的節點N5導通。為量測第一發射端電路110之等效阻抗值，測試人員自第一輸入輸出端IO1輸入一測試電流Itest(例如：10mA)。由於節點N1與節點N3斷開且負端電路200具有高阻抗值，測試電流Itest通過第一輸入輸出端電路140至節點N1，並依序通過第二電感L2、第一電感L1與電阻R1至接地電壓Gnd，以在節點N1產生一測試電壓。又，由於節點N1、負端電路200的節點N5與負端電路200中的一第二輸入輸出端IO2相互耦接，測試人員可藉由量測第二輸入輸出端IO2之電壓值來找出該測試電壓，並藉由歐姆定律計算出第一發射端電路110之等效阻抗值，以利其餘電路與第一發射端電路110阻抗匹配。
請參閱第6圖，第6圖描述收發電路10在封裝之前的等效電路圖。在收發電路10尚未封裝時，收發電路10可不包含第一輸入輸出端電路140與第二輸入輸出端電路240。此時，未封裝的收發電路10還可進入一回送(loopback)模式。
在一些實施例中，當收發電路10操作於回送模式時，處理電路400分別輸出控制訊號CS1~CS7至正端電路100中的開關元件SW1~SW7。開關元件SW1根據控制訊號CS1開啟，使節點N1與節點N3導通。開關元件SW2根據控制訊號CS2開啟，且開關元件SW3根據控制訊號CS3關閉，使電阻R1接收共模電壓Vcm。開關元件SW4根據控制訊號CS4關閉，且開關元件SW5根據控制訊號CS5開啟，使電阻R3以及電阻R5接收電源電壓Vdd (使電阻R5能分壓以維持節點N4電位於例如0.7V)。開關元件SW6根據控制訊號CS6關閉，使電阻R6開路。開關元件SW7根據控制訊號CS7關閉，使節點N1與節點N5斷開。如此一來，在晶片製作的初期，測試人員可測試由第一發射端電路110發射訊號至第一接收端電路120，以確認第一發射端電路110以及第一接收端電路120的功能是否正常。負端電路200的操作相似於正端電路100的操作，故於此不再贅述。
應理解，在前述實施例中，敘述皆為處理電路400在控制收發電路10時輸出控制訊號CS1~CS7至正端電路100中的開關元件SW1~SW7。而在實際操作中，處理電路400在控制收發電路10時可以僅輸出控制訊號CS1~CS7當中的若干者以切換開關元件SW1~SW7當中的若干者以完成各個模式間的切換(操作負端電路200時亦同)。
綜上，藉由第一切換電路130以及第二切換電路230的架構，本揭示內容的收發電路10得以整合第一發射端電路110、第二發射端電路210、第一接收端電路120以及第二接收端電路220，滿足發射與接收訊號的需求，同時節省硬體。收發電路10中的電感架構(例如：第一發射端電路110中的第一電感L1與第二電感L2)能有效地降低收發電路10中的電路元件所產生的寄生效應，進而增加收發電路10的發射頻寬以及接收頻寬。此外，透過第一切換電路130與第二切換電路230、第一接收端電路120與第二接收端電路220中的偏壓電路(例如：第一接收端電路120中的電阻R6與開關元件SW6)以及正負端短路電路300的設計，測試人員在測試收發電路10時也更為方便。
雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示內容，所屬技術領域具有通常知識者在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10:收發電路 100:正端電路 110:第一發射端電路 120:第一接收端電路 130:第一切換電路 140:第一輸入輸出端電路 200:負端電路 210:第二發射端電路 220:第二接收端電路 230:第二切換電路 240:第二輸入輸出端電路 300:正負端短路電路 400:處理電路 CS1,CS2,CS3,CS4,CS5,CS6,CS7:控制訊號 Cp1,Cp2,Cp3:寄生電容 C1:第一電容 D1:第一二極體元件 D2:第二二極體元件 IO1:第一輸入輸出端 IO2:第二輸入輸出端 L1:第一電感 L2:第二電感 N1,N2,N3,N4,N5,N6,N7,N8:節點 Vi1:第一輸入電壓 Vi2:第二輸入電壓 Vo1:第一輸出電壓 Vo2:第二輸出電壓 Vcm:共模電壓 Vdd:電源電壓 Gnd:接地電壓 R1,R2,R3,R4,R5,R6:電阻 SW1,SW2,SW3,SW4,SW5,SW6,SW7:開關元件 Itest:測試電流
第1圖係根據本揭示內容之部分實施例繪示一種收發電路的方塊圖。 第2圖係根據本揭示內容之部分實施例繪示一種收發電路工作於一發射模式時的等效電路圖。 第3圖係根據本揭示內容之部分實施例繪示一種收發電路工作於一接收模式時的等效電路圖。 第4圖係根據本揭示內容之部分實施例繪示一種收發電路工作於一接收端偏差校正模式時的等效電路圖。 第5圖係根據本揭示內容之部分實施例繪示一種收發電路工作於一發射端等效阻抗量測模式時的等效電路。 第6圖係根據本揭示內容之部分實施例繪示一種收發電路工作於一回送模式時的等效電路。
10:收發電路
100:正端電路
110:第一發射端電路
120:第一接收端電路
130:第一切換電路
140:第一輸入輸出端電路
200:負端電路
210:第二發射端電路
220:第二接收端電路
230:第二切換電路
240:第二輸入輸出端電路
300:正負端短路電路
400:處理電路
CS1,CS2,CS3,CS4,CS5,CS6,CS7:控制訊號
N1,N3,N5,N6:節點
Vi1:第一輸入電壓
Vi2:第二輸入電壓
Vo1:第一輸出電壓
Vo2:第二輸出電壓

Claims (10)

  1. 一種收發電路，包括： 一第一發射端電路，包括一第一電感以及一第二電感，其中，該第二電感耦接於一第一節點以及一第二節點之間，該第一電感的一端耦接於該第二節點； 一第一接收端電路，耦接於一第三節點； 一第一切換電路，藉由該第一節點耦接該第一發射端電路，藉由該第三節點耦接該第一接收端電路，其中，該第一切換電路用以導通或斷開該第一節點與該第三節點；以及 一處理電路，耦接於該第一發射端電路、該第一接收端電路與該第一切換電路，其中，當該收發電路操作於一發射模式時，該處理電路用以控制該第一切換電路斷開該第一節點與該第三節點，當該收發電路操作於一接收模式時，該處理電路用以控制該第一切換電路導通該第一節點與該第三節點。
  2. 如請求項1所述之收發電路，其中當該收發電路操作於該發射模式時，該第一發射端電路接收的一第一輸出訊號自該第二節點通過該第二電感傳輸至該第一節點，以供該收發電路輸出； 當該收發電路操作於該接收模式時，該收發電路接收一第一輸入訊號，並自該第一節點傳輸該第一輸入訊號至該第三節點，以供該第一接收端電路傳輸。
  3. 如請求項1所述之收發電路，其中該第一發射端電路更包括一第一電阻、一第一開關元件以及一第二開關元件，該第一電阻耦接於該第一電感的另一端，該第一開關元件耦接於該第一電阻以及一共模電壓之間，並用以根據該處理電路所發出的一第一控制訊號選擇性地開啟或關閉，該第二開關元件耦接於該第一電阻以及一接地電壓之間，並用以根據該處理電路所發出的一第二控制訊號選擇性地開啟或關閉。
  4. 如請求項3所述之收發電路，其中當該收發電路操作於該發射模式時，該第一開關元件根據該第一控制訊號開啟，且該第二開關元件根據該第二控制訊號關閉，使該第一電阻接收該共模電壓； 當該收發電路操作於該接收模式時，該第一開關元件根據該第一控制訊號關閉，且該第二開關元件根據該第二控制訊號開啟，使該第一電阻接收該接地電壓。
  5. 如請求項1所述之收發電路，其中該第一接收端電路包括一第一偏壓電路、一第二電阻以及一第一電容，該第二電阻以及該第一電容並聯耦接於該第三節點以及一第四節點之間，該第一偏壓電路耦接於該第四節點。
  6. 如請求項5所述之收發電路，其中該第一偏壓電路包括一第三電阻、一第四電阻、一第三開關元件、一第五電阻以及一第四開關元件，該第三電阻耦接於該第四節點以及該第四電阻之間，該第三開關元件耦接於該第四電阻以及一電源電壓之間，該第五電阻耦接於該第三電阻，該第四開關元件耦接於該第五電阻以及該電源電壓之間。
  7. 如請求項5所述之收發電路，其中該第一接收端電路更包括一第二偏壓電路，該第二偏壓電路包括一第六電阻以及一第五開關元件，該第六電阻耦接於該第三節點，該第五開關元件耦接於該第六電阻以及該接地電壓之間，並用以根據該處理電路所發出的一第三控制訊號選擇性地開啟或關閉。
  8. 如請求項7所述之收發電路，其中當該收發電路操作於一接收端偏差校正模式時，該第五開關元件根據該第三控制訊號開啟，使該第六電阻接收該接地電壓，且該第四節點維持於一工作電壓。
  9. 如請求項1所述之收發電路，其更包括一正負端短路電路，耦接於該第一節點以及一第五節點，並用以導通或斷開該第一節點與該第五節點。
  10. 如請求項9所述之收發電路，其更包括一第二發射端電路、一第二切換電路以及一第二接收端電路，其中，該第二發射端電路耦接於該第五節點，該第二接收端電路藉由一第六節點耦接該第二切換電路，該第二切換電路藉由該第五節點耦接該第二發射端電路，該第二切換電路用以導通或斷開該第五節點與該第六節點。
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