用于差分信令的数字驱动的电荷泵发射器制造技术

本发明专利技术是用于差分信令的数字驱动的电荷泵发射器。本发明专利技术的一个实施例阐述了用于发射和接收差分信号的机制。发射器将包括电容器的直流（DC）至DC转换器和2：1多路复用器进行组合来驱动一对差分信令线。发射器驱动关于接地电源电平对称的一对电压。信令电流返回至接地层以使作为不同差分信令对之间的串扰源的噪声的生成最小化。通过电源引入的噪声与数据的开关速率相关并且可使用均衡器电路来减少。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及在分立的集成电路装置之间发射信号，并且更具体地涉及使用数字驱动的开关电容器发射器或桥电荷泵发射器的差分信令技术。
技术介绍
单端信令系统对于将要从一个集成电路装置(芯片)发射至另一个芯片的每个比特流采用单条信号导线。作为对比，差分信令系统明确要求两条信号导线，因此在片外引脚和信号导线的数目由封装约束所限制的情况下，通常认为单端信令具有优势。然而，单端信令系统实际上要求每通道更多电子线路，而不仅仅是一条信号导线。从发射器流至接收器的电流必须返回到发射器以形成完整的电路，并且在单端信令系统中所返回的电流流过一组共享导线，典型的是电源端子。为了保持返回电流物理上靠近信号导线，共享返回端子通常是例如芯片封装或印刷电路板的封装中的物理层，以允许信号导线构造为带线或微带。因此，单端信令系统总是要求> N个管脚和导线，来在芯片之间运载N个比特流，并且典型地这一开销大约为10-50%。单端信令系统在接收器处要求为了让接收器在(典型地)表示“0”和“ I ”的两个信号电平之间进行区分的参考电压。相比之下，差分信令系统不要求参考电压:接收器只需要对差分信令系统的两条对称导线上的电压进行比较来区分数据值。有很多方式来为单端信令系统建立参考电压。然而，要确保发射器和接收器之间参考电压的值一致从根本上是困难的，并且需要一致来确保由发射器发送至接收器的信号的一致性解释。与等价的差分信令系统相比，对于给定的信噪比，单端信令系统浪费更多功率。在电阻性端接(resistively terminated)传输线的情况下,单端系统必须驱动+V/R0的电流以在接收器处建立高于参考电压的电压V用于所发射的“1”，并且驱动吸收电流(sinkcurrent)-V/R0以在接收器处建立低于参考电压的电压V用于“0”，其中RO是端接电阻。因此，系统消耗2V/R0的电流来在接收`器处建立所要求的信号。相比较之下，当使用差分信令时，因为信号导线的对称对，所以发射器只需要驱动土V/2R0的电流来建立跨接收器端子的相同电压(V)。差分信令系统只需要从电源引出V/R0的电流。因此，即使假设接收器处的参考电压与发射器完美地匹配，根本上单端信令系统也只有差分系统的一半节能。最后，与差分系统相比较，单端系统更容易受外部耦合噪声源的影响。例如，如果噪声电磁地耦合至单端系统的信号导线，那么这一耦合所引起的电压作为不可消除的噪声到达接收器处。因此针对信令系统的噪声预算必须考虑所有这样的噪声源。不幸的是，这样的噪声耦合通常来自一束单端信号中的邻近电线，称为串扰，并且该噪声源与信号电压电平成比例，因此不能通过增加信号电平来克服。在差分信令中，两条对称的信号导线可在发射器和接收器之间物理地彼此靠近，使得噪声对称地耦合到两条导线。因此很多外部噪声源近似完全相同地影响两条线，并且可在具有比共模增益更高的差分增益的接收器处抵制该共模噪声。因此，本领域所需要的是用于提供单端信令，同时减小建立参考电压的问题、减小信号返回路径的共享阻抗以及由信号返回路径所造成的串扰、并减小单端信令系统的功耗的技术。图1A显示示范性的现有技术单端信令系统100，有时称为“伪漏极开路(pseudo-open-drain)”(PODL)系统，其示出参考电压问题。单端信令系统100包括发射装置101和接收装置102。发射装置101当发送“0”时通过从电源引出电流Is来操作，并且当发送“I”时不引出电流(允许端接电阻器RO和Rl牵拉(pull)信号直到Vdd)。为了在接收装置102处形成量值为|V|的信号，信号摆幅必须是2V，因此当驱动“0”时电流Is=2V/(R0/2),否则为O。通过对相等数目的“ I ”和“0”进行平均，系统从电源消耗2V/R0。在接收装置102的输入处的信号从Vdd (“I”)向下摆动至Vdd_2V (“O”)。为了区分所接收的数据，接收装置102需要参考电压Vref=Vdd-V。如图1A、1B和IC所示，有三种方式生成参考电压。如图1A所示，由位于靠近接收装置处的电阻器网络来生成外部参考电压Vref。外部参考电压通过专用引脚103传递至接收装置，并且分配至共享外部参考电压的一定数目的接收器。采用图1A中所示外部参考电压技术的第一个问题是，在电源端子Vdd和GND之间跨外部电阻器R2a和R2b来形成外部参考电压，并且由于电流源与外部电阻器R2a和R2b完全不相关，因此所生成的外部参考电压不能与由电流源在发射装置101中所形成的电压相匹配。第二个问题是，由于至两个通信芯片的供电网络具有不同的阻抗，以及两个芯片引出不同的并且可变的电流，因此接收装置102处的电源电压可能与发射装置101处的电源电压不同。第三个问题是，注入到将发射装置101耦合至接收装置102的任何一条信令线105中的噪声并不会注入到参考电压中，并且因此信令系统必须针对可能引入至信令线105的最坏情况噪声电压进行预算。第四个问题是，又是因为供电阻抗的原因，所以外部电源端子Vdd和GND之间的电压电平与接收装置102中的内部电源网络不同。此外，单端信令系统100的配置使得在共享供电端子中的电流是数据依赖性的。因此，引入至接收装置102中内部接收器放大器的输入的任何数据依赖性噪声与引入至共享外部参考电压的外部供电噪声不同，其中共享外部参考电压也输入至内部接收器放大器。图1B显示示范性的现有技术单端信令系统120，其使用内部参考电压。与使用外部参考电压的单端信令系统100相比，内部参考电压Vref试图改善噪声问题。与单端信令系统100相比，单端信令系统120还更加接近地跟踪发射装置121的参考电压电平。生成与端接电阻和发射器电流Is相关的内部Vref的接收装置122的接收器电子线路中包括同比(scaled)发射器。因为相对于内部电源网络来生成内部参考电压，所以内部参考电压不经受如图1A中所示的外部参考电压的供电噪声问题。然而，保留了结合图1A所描述的外部参考电压方法的噪声耦合问题。此外，因为用于生成内部参考电压的电流源(Is/2)与发射装置121中的电流源在不同的芯片中，因此接收装置122中的电流源可以不跟踪发射装置121中的电流源。图1C显示 示范性的现有技术单端信令系统130，其使用捆绑参考电压Vref。因为使用同比发射器在发射装置131中生成捆绑参考电压，并且捆绑参考电压耦合至与发射装置131中数据发射器相同的内部供电网络，所以改善了捆绑参考电压和信号电压之间的跟踪。因此，可以使得捆绑参考电压更合理地跟踪发射装置131的过程-电压-温度变化。通过与发射数据的信令线135并行并且尽可能完全相同的电线来将捆绑参考电压从发射装置131发射至接收装置132。由于外部噪声表现为捆绑参考电压和信令线135的任何给定信号之间的共模噪声，因此耦合至系统中的外部噪声可被消除，包括电源的一些组件的噪声。然而，因为捆绑参考电压在接收装置132处具有与数据信号不同的端接阻抗，所以不可能完全有效地消除共模噪声；由于捆绑参考电压必须散开至大量的接收器，所以在接收Vref的管脚上的电容总是大于典型信号管脚上的电容，因此相对于数据信号，噪声是低通的。图2A显示在现有技术单端信令系统200中的电流，其中接地层意图作为共享信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发射器电路，包括：采用电容器预充电子电路，其包括配置为在时钟的正相位期间预充电至供电电压的第一电容器，和配置为在所述时钟的负相位期间预充电至所述供电电压的第二电容器；以及放电和多路复用器子电路，其配置为在所述时钟的所述负相位期间耦合所述第一电容器至包括第一信令线和第二信令线的差分信令对的所述第一信令线以驱动所述第一信令线，并且配置为在所述时钟的所述正相位期间耦合所述第二电容器至所述差分信令对的所述第一信令线以驱动所述第一信令线。

【技术特征摘要】
2012.01.30 US 13/361,8431.一种发射器电路，包括: 采用电容器预充电子电路，其包括配置为在时钟的正相位期间预充电至供电电压的第一电容器，和配置为在所述时钟的负相位期间预充电至所述供电电压的第二电容器；以及 放电和多路复用器子电路，其配置为在所述时钟的所述负相位期间耦合所述第一电容器至包括第一信令线和第二信令线的差分信令对的所述第一信令线以驱动所述第一信令线，并且配置为在所述时钟的所述正相位期间耦合所述第二电容器至所述差分信令对的所述第一信令线以驱动所述第一信令线。2.根据权利要求1所述的发射器电路，其中所述第一电容器配置为第一飞跨电容器，并且所述第二电容器配置为第二飞跨电容器。3.根据权利要求2所述的发射器电路，其中所述第二信令线为负信令线，并且所述放电和多路复用器子电路进一步配置为，当数据信号在所述时钟的所述负相位期间为低时，从所述第一飞跨电容器传送电荷，并且生成电流至所述第二信令线中来驱动所述第二信令线为高。4.根据权利要求2所述的发射器电路，其中所述第一信令线为正信令线，并且所述放电和多路复用器子电路进一步配置为，当数据信号在所述时钟的所述负相位期间为高时，从所述第一飞跨电容器传送电荷，并且生成电流至所述第一信令线中来驱动所述第一信令线为高。5.根据权利要求2所述的发射器电路，其中所述第二信令线为负信令线，并且所述放电和多路复用器子电路进一步配置为，当数据信号在所述时钟的所述正相位期间为低时，从所述第二飞跨电容器传送电荷，并且生成电流至所述第二信令线中来驱动所述第二信令线为高。6.根据权利要求2所述的发射器电路，其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·W·波尔顿，托马斯·黑斯廷斯·格里尔，
申请(专利权)人：辉达公司，
类型：发明
国别省市：