傳輸線驅動器及驅動方法

2023-09-23 00:21:25

專利名稱：傳輸線驅動器及驅動方法
技術領域：
本發明是關於一種驅動器，特別是關於一種傳輸線驅動器及驅動方法。
背景技術：
一般的傳輸線驅動器(Line driver)為一個電壓緩衝器，其利用輸出電流來驅動 負載電阻，阻抗匹配的電阻值會因為所驅動的纜線長度、工作環境或者其它的外在因素影 響而有所變化。此外，傳輸線驅動器來必須維持較大的輸出電壓(output swing)、較高的線 性度(linearity)、較好的功率效益(power efficiency)與傳輸線的阻抗匹配等等達到有 效驅動的目的。傳統的傳輸線驅動方式有兩種電壓源驅動與電流源驅動。其中，電流源驅動的技 術是利用電流信號來推動傳輸線的負載阻抗&，以產生足夠大的輸出電壓的振幅，使傳輸 線能傳送信號。請參考圖1，其為電流源驅動的傳輸線驅動器100的電路圖，其中包含有放大器 101、電流源102、電晶體103、阻抗匹配電阻Rs(Impedance matchingresistor)、負載電阻 Rl (Loading resistor)、反饋電阻I f(Feedback resistor)等。其中，反饋電阻&耦接於電 流源102 ；電晶體103，一端耦接於電路電壓源VDD，另一端則耦接於反饋電阻&的另一端； 放大器101的一輸入端耦接於反饋電阻&與電流源102，一輸出端耦接於電晶體103的柵 極；阻抗匹配電阻Rs則耦接於反饋電阻&與負載電阻&之間。其中，阻抗匹配電阻Rs理 論上要能與負載電阻&匹配，否則將容易產生信號反射與耗能的問題。需注意的是，電流 源102為一內部電流源，是由對一內部電阻提供一電壓所產生。圖1的電路，在實際的生產製造時會因IC製造時的製程漂移(processvariation) 而發生問題。由於在IC製造的過程中，一般電阻的製程會有20%的漂移可能，而此漂移會 導致傳輸線驅動器的阻抗匹配電阻產生相應的漂移，因此，將會導致輸出電壓產生一定程 度的變動。也就是，因製程的漂移，將產生反饋電阻&與阻抗匹配電阻Rs的值與設計的值 不同，進而導致1.輸出阻抗變動；2.輸出電壓不穩等問題。請參考圖2，其為電流源驅動的傳輸線驅動器200的電路圖，其中包含有放大器 101、電流源102、電晶體103、可調式阻抗匹配電阻Rs(Calibrationimpedance matching resistor)、負載電阻&仏03肚1^ resistor)、反饋電resistor)等。在生產 後，將可調式阻抗匹配電阻Rs調整為與負載電阻&匹配，即可達到Vout電壓輸出固定的目 的，而同時，可調式阻抗匹配電阻民的值，也可通過此調整而固定。不過，此種方式會增加生 產成本。需注意的是，電流源102為一內部電流源，是由對一內部電阻提供一電壓所產生。接著，請參考圖3，其為另一種解決方式，其為電流源驅動的傳輸線驅動器 300的電路圖，其中包含有放大器101、電流源102、電晶體103、可調式阻抗匹配電阻 Rs(Calibrated impedance matching resistor)、負載電阻Rl(Loading resistor)、可調式 反饋電feedback resistor)等。其中，在生產後，將可調式阻抗匹配電阻 Rs調整為與負載電阻&匹配，即可達到輸出電壓V。ut的電壓輸出固定的目的，而同時，可調式阻抗匹配電阻Rs的值，也可通過此校正而固定。此外，將可調式反饋電阻&進行調整，則 還可使參考電壓Vpp的輸出固定，讓V。ut的輸出還能達到技術上的要求。此種方式同樣會增 加生產成本。需注意的是，電流源102為一外部電流源，是由對一外部電阻提供一電壓所產 生。基本上，傳統的技術是通過阻抗匹配電阻的校正來達到輸出電壓V。ut固定以及輸 出阻抗固定的目的。雖然其可解決阻抗匹配以及輸出固定的問題，不過，皆會產生成本高昂 的問題。此外，在實際的生產製造上，並無法達到百分之百的理想電路，於是，如何在性價比 上得到最佳的解，亦即，達到產品質量的要求，又能以最低的成本製造，成為傳輸線驅動器 設計上的主要考慮點。例如，在某些應用的產品上，阻抗匹配可允許20%的誤差，而電壓變 動可允許5%的誤差，以此標準來進行最低成本的產品設計，即可達到具有產品競爭力的目 的。

發明內容
本發明亦提供一種傳輸線驅動器，用以驅動具有一負載阻抗的一傳輸線，包含一 混合電流源與一增益電路。其中，混合電流源包含有一內部電流源，由一能隙電壓與一內 部參考電阻所產生；及一外部電流源，由一能隙電壓與一外部參考電阻所產生。增益電路， 耦接於該混合電流源，用以產生一輸出電壓，並通過該負載阻抗以該輸出電壓驅動該傳輸 線。本發明又提供一種傳輸線的驅動方法，用以驅動具有一負載阻抗的一傳輸線，包 含下列步驟提供一混合電流予一增益電路，以產生一輸出電壓；通過該負載阻抗以該輸 出電壓，驅動該傳輸線；其中，該混合電流包含一內部電流部分與一外部電流部分。本發明提供一種傳輸線驅動器及驅動方法，其通過將內部電流與外部電流混搭配 合，以提供一混合電流給傳輸線驅動器，使其可提供固定的輸出電壓。以下在實施方式中詳細敘述本發明的詳細特徵以及優點，其內容足以使任何本領 域技術人員了解本發明的技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露的內容、申請專利 範圍及圖式，任何本領域技術人員可輕易地理解本發明相關的目的及優點。


圖1為單端傳輸線驅動器電路圖第一實施例；圖2為單端傳輸線驅動器電路圖第二實施例；圖3為單端傳輸線驅動器電路圖第三實施例；圖4為本發明實施例中單端傳輸線驅動器電路圖的一例；圖5為本發明實施例中單端傳輸線驅動器電路圖的又一例；圖6為本發明實施例中差動式傳輸線驅動器電路圖的一例；圖7為本發明實施例中差動式傳輸線驅動器電路圖的又一例；及圖8為本發明實施例中傳輸線的驅動方法流程圖。[主要元件標號說明]100、200、300、400、500、700、800 傳輸線驅動器101放大器102電流源
103 202
Rf R1
V
PP
電晶體
混合電流源(Imix) 反饋電阻 負載電阻 參考電
104
Rs Rp
VDD ν
v niit
電晶體
阻抗匹配電阻 第二反饋電阻 電路電壓源 輸出電壓
具體實施例方式本發明通過提供一混合電流源作為輸入電流源，來達到穩定輸出電壓的目的。其 中，混合電流源Imix包含有兩個部分1.內部電流源(ib) ；2.外部電流源(ibx)。其中，內 部電流源(ib)是由能隙電壓(Bandgap voltage)與內部參考電阻所產生，而外部電流源 (ibx)，則由能隙電壓與外部參考電阻所產生。內部參考電阻，為IC製造時的內部電阻參數， 而外部參考電阻則為IC外部元件的電阻參數。內部電流源即為前述已知技術所採用的電 流源(ib)，而外部電流源(ibx)則由IC外部電阻形成。通過此兩電流源混合後，即可達到本 發明的目的。請參考圖4，其為本發明實施例中運用單端傳輸線驅動器的第一例，傳輸線驅 動器400包含有放大器101、混合電流源202、電晶體103、電晶體104、阻抗匹配電阻 Rs(Calibrated impedance matching resistor)、負載電阻Rl(Loading resistor)、反饋電 阻&(Calibrated feedback resistor)等。其中，反饋電阻& 一端耦接於混合電流源202 ； 而電晶體103的一端耦接於電路電壓源VDD，另一端則耦接於反饋電阻&的另一端；阻抗匹 配電阻Rs則耦接於反饋電阻&及負載電阻&之間；電晶體104的一端耦接於電路電壓源 VDD，另一端耦接於負載電阻&，電晶體104的導通電流為電晶體103的一預設倍數(N)；放 大器101的輸入端耦接於反饋電阻&與混合電流源202，輸出端則耦接於電晶體103與晶 體管104的柵極。
^out 一 Ii』
運用混合電流源202後，即可讓輸出電壓V。ut固定，茲推導如下 製程上的偏移，使IC內部電阻偏移為設計值的(1+x)倍
Rs(real) — ^s(design)X (l+X) Rf (real) 一 Rf (design)X (丄+X)
輸入的混合電流源202的電流量為
Imix = KlX(ib+ibx) = K2X [Vbg+V (1+x)] = K2XVbgX [1+1/(1+x)] 其中，K1和K2為常數，Vbg為能隙電壓； 輸出電壓V。ut
N +
N)xRnreal)
R
s(real)
1
. + TV)
r ιK2XVh χ1 +——2 bgL ^ + Xj
N +
(l + N)x Rf(iJesignjx{\ +χ)
^s(design) ^ ^
-H-
丨+ TV)
R1 R
(real)讓阻抗匹配，於是，Rs(design) = RlX (1+N)；
權利要求
1.一種傳輸線驅動器，用以驅動具有一負載阻抗的一傳輸線，包含 一混合電流源，包含一內部電流源，由一電壓與一內部參考電阻所產生；及 一外部電流源，由該電壓與一外部參考電阻所產生；及一增益電路，耦接於該混合電流源，用以產生一輸出電壓，並通過該負載阻抗以該輸出 電壓驅動該傳輸線。
2.根據權利要求1的傳輸線驅動器，其中該混合電流源來自該內部電流源與該外部電 流源的電流分量比例為1 1。
3.根據權利要求1的傳輸線驅動器，其中該增益電路包含 一第一阻抗，一端耦接於該混合電流源；一電晶體，一端耦接於一電路電壓源，另一端耦接於該第一阻抗的另一端； 一放大器，一輸入端耦接於該第一阻抗與該混合電流源，一輸出端耦接於該電晶體的 柵極；及一第二阻抗，耦接於該第一阻抗與該負載阻抗之間。
4.根據權利要求3的傳輸線驅動器，其中該電晶體為一P型金屬氧化物半導體電晶體。
5.根據權利要求1的傳輸線驅動器，其中該增益電路包含 一第一阻抗，一端耦接於該混合電流源；一第一電晶體，一端耦接於一電路電壓源，另一端耦接於該第一阻抗的另一端； 一第二阻抗，耦接於該第一阻抗與該負載阻抗之間；一第二電晶體，一端耦接於該電路電壓源，另一端耦接於該負載阻抗，該第二電晶體的 導通電流為該第一電晶體的一預設倍數；及一放大器，一輸入端耦接於該第一阻抗與該混合電流源，一輸出端耦接於該第一晶體 管與該第二電晶體的柵極。
6.根據權利要求5的傳輸線驅動器，其中該第一電晶體與該第二電晶體為P型金屬氧 化物半導體電晶體。
7.根據權利要求5的傳輸線驅動器，其中該第二阻抗為可調式阻抗。
8.根據權利要求1的傳輸線驅動器，其中該增益電路為一差動式增益電路。
9.根據權利要求8的傳輸線驅動器，其中該差動式增益電路包含 一第一阻抗對，其一端分別耦接於該混合電流源的兩端；一放大器，具有一對輸入端與一對輸出端，該對輸入端分別耦接於該混合電流源的兩 端，該對輸出端分別耦接於該第一阻抗對的另一端；及一第二阻抗對，其一阻抗耦接於該放大器的該輸出端其中之一與該負載阻抗的一端之 間，另一阻抗耦接於該放大器的另一該輸出端與該負載阻抗的另一端之間。
10.根據權利要求9的傳輸線驅動器，還包含一第三阻抗對，其一阻抗耦接於該放大器的該輸入端其中之一與該負載阻抗的一端之 間，另一阻抗耦接於該放大器的另一該輸入端與該負載阻抗的另一端之間。
11.根據權利要求1的傳輸線驅動器，其中該電壓為一能隙電壓。
12.一種傳輸線的驅動方法，用以驅動具有一負載阻抗的一傳輸線，包含下列步驟 提供一混合電流予一增益電路，以產生一輸出電壓，其中，該混合電流包含一內部電流部分與一外部電流部分；及通過該負載阻抗以該輸出電壓，驅動該傳輸線；其中，該內部電流部分是依據一內部參考電阻所產生，而該外部電流部分是依據一外 部參考電阻所產生。
13.根據權利要求12的傳輸線的驅動方法，其中該內部電流部分與該外部電流部分的 電流比例為1 1。
14.根據權利要求12的傳輸線的驅動方法，其中該增益電路包含 一第一阻抗，一端耦接於該混合電流源；一電晶體，一端耦接於一電路電壓源，另一端耦接於該第一阻抗的另一端； 一放大器，一輸入端耦接於該第一阻抗與該混合電流源，一輸出端耦接於該電晶體的 柵極；及一第二阻抗，耦接於該第一阻抗與該負載阻抗之間。
15.根據權利要求12的傳輸線的驅動方法，其中該增益電路包含 一第一阻抗，一端耦接於該混合電流源；一第一電晶體，一端耦接於一電路電壓源，另一端耦接於該第一阻抗的另一端； 一第二阻抗，耦接於該第一阻抗與該負載阻抗之間；一第二電晶體，一端耦接於該電路電壓源，另一端耦接於該負載阻抗，該第二電晶體的 導通電流為該第一電晶體的一預設倍數；及一放大器，一輸入端耦接於該第一阻抗與該混合電流源，一輸出端耦接於該第一晶體 管與該第二電晶體的柵極。
全文摘要
本發明為一種傳輸線驅動器及驅動方法，通過提供一混合電流源作為輸入電流源，以使輸出電壓固定。其中，混合電流源包含內部電流源與外部電流源。運用混合電流源供應至單端的傳輸線驅動器，或者差動式傳輸線驅動器而固定輸出電壓。
文檔編號H03F3/50GK102065030SQ20091022450
公開日2011年5月18日 申請日期2009年11月17日 優先權日2009年11月17日
發明者廖書諒 申請人:瑞昱半導體股份有限公司