一種帶有電流自動控制的低壓差分信號接收電路的製作方法
2023-07-15 00:26:06
專利名稱：一種帶有電流自動控制的低壓差分信號接收電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及CMOS模擬集成電路設計技術領域，具體涉及一種帶有電流自動控制的低電壓差分信號(Low-Voltage Differential Signaling, LVDS)接收電路。
背景技術：
當今時代，隨著信息產業的飛速發展，對高速接口技術不斷提出新的要求，其中低功耗及良好的噪聲等性能是亟待解決的主要問題。LVDS技術是20世紀90年代出現的一種數據傳輸和接口技術，是解決當今普通I/O接口問題的一種新技術。相對於其他傳輸技術，LVDS具有傳輸速度高、抗噪聲能力強、功耗低等諸多優點。因此，LVDS技術的應用越來越廣泛。LVDS收發器的優點之一就是允許發送器和接收器存在土 IV的共地電位差。發送電路輸出的LVDS信號一般共模電壓為1.25V,差模電壓為350mV,這樣,對於接收電路,共模就有可能變為0.25V或2.25V。同時，由於信號會稱合電路中及傳輸的過程中的共模噪聲，接收器就需要更大的共模範圍。因此，大的共模輸入範圍和較低的功耗就成了 LVDS接收器設計的主要難點。由對比較器輸入共模範圍和差模範圍的規定可得到比較器的輸入電壓範圍為O 2.4V，這樣就需要比較器的輸入包含到地的電壓軌。目前在LVDS接收器中的比較器，多採用軌到軌的結構 作為比較器的輸入級。這種實現方式的好處在於其輸入共模範圍非常大。但是由於模擬電路本身的制約，這種比較器的功耗非常大，而且在P管差分對和η管差分對同時工作時輸入級的需要的總電流會增大，電路功耗增加的同時會使電路工作不穩定。因此本發明在此背景下提出了一種帶有電流自動控制的低壓差分信號(LVDS)接收電路，以滿足大共模輸入範圍、低功耗以及穩定工作的LVDS收發器系統的需求。
發明內容
(一 )要解決的技術問題有鑑於此，本發明的主要目的在於提供一種帶有電流自動控制的低壓差分信號接收電路，以解決現有低壓差分信號接收器共模範圍，功耗以及穩定性方面存在不足的問題，使電路達到輸入共模範圍大、功耗低、穩定性高的目的。( 二 )技術方案為達到上述目的，本發明提供了一種帶有電流自動控制的低壓差分信號接收電路，該電路包括共模電壓控制的電流分流器10和軌到軌輸入比較器20，其中:共模電壓控制的電流分流器10，用於在不同的共模電壓下對η型輸入對管的尾電流進行控制，從而調整η型輸入對管的柵源電壓；軌到軌輸入比較器20，用於將輸入的差分信號進行比較後轉成單路信號，再將該單路信號傳輸到數字部分進行整形。上述方案中，所述共模電壓控制的電流分流器10包括P管構成的第一至第三電流鏡(Μ1、Μ2、Μ3)，ρ管構成的第四及第五共模電壓感應器件(Μ4、Μ5)，η管電流鏡構成的第六及第七電流調節器(M6、M7)以及為η管輸入差分對尾管提供偏壓的第八η管M8，其中:ρ管構成的第一至第三電流鏡(Ml、M2、M3)，用於鏡像電流源產生的電流；p管構成的第四及第五共模電壓感應器件(M4、M5),用於在差分輸入信號的共模電壓變化時,對流入η管電流鏡構成的第六及第七電流調節器(Μ6、Μ7)的電流進行控制；11管電流鏡構成的第六及第七電流調節器(Μ6、Μ7)，用於接收第二電流鏡M2的鏡像電流，鏡像後通過流過第七電流調節器Μ7電流的大小來決定第三電流鏡M3鏡電流流入第八η管Μ8的大小，從而達到控制軌到軌輸入比較器的η管差分對尾管電流的目的。上述方案中，所述P管構成的第二電流鏡M2，用於鏡像電流源產生的電流，電流通過P管構成的第四及第五共模電壓感應器件(Μ4、Μ5)將電流傳輸給第六及第七電流調節器(Μ6、Μ7)。上述方案中，所述第四及第五共模電壓感應器件(Μ4、Μ5)均由兩個P管構成，受差分輸入信號的共模電壓控制，流過第四及第五共模電壓感應器件(Μ4、Μ5)的電流隨著共模電壓的升高而減小，直至共模電壓升高到使第四及第五共模電壓感應器件(Μ4、Μ5)兩個P管截止，電流無法通過控制器流入第六及第七電流調節器(Μ6、Μ7)。上述方案中，所述P管構 成的第三電流鏡M3，用於鏡像電流源產生的電流；在差分輸入共模電壓較低時，第三電流鏡M3的電流基本全部流入電流調節器的第七電流調節器Μ7中，從而使流入第八η管Μ8的電流很小，進而導致η管差分對的尾電流很小，這時P管輸入差分對起主要作用；在差分輸入共模電壓較高時，第三電流鏡M3鏡像電流源的電流基本全都流入第八η管Μ8，從而為η管輸入差分對提供較大的尾電流，此時η管輸入差分對起主要作用。上述方案中，所述軌到軌比較器20由P管輸入差分對的第九尾電流管Μ9，第十一及第十二 P管輸入差分對(Μ11、Μ12)及其第十五至第二十負載電流鏡(Μ15、Μ16、Μ17、Μ18、Μ19、Μ20)，η管輸入差分對的第十四尾電流管(Μ14)，第十及第十三η管差分對(Μ10，Μ13)及其第二i^一至第二十六負載電流鏡(M21、M22、M23、M24、M25、M26)構成。上述方案中，所述P管輸入差分對的第九尾電流管M9，鏡像外部電流源的電流從而為P管輸入差分對提供尾電流。上述方案中，所述第i^一及第十二 P管輸入差分對(Mil、M12)在輸入差分信號的共模電壓較低時起主要作用，第十五至第二十負載電流鏡(M15、M16、M17、M18、M19、M20)開始工作，負載電流鏡兩路電流經過鏡像進行比較之後輸出給下一級電路；且在共模電壓較低時第十及第十三η管差分對(Μ10，Μ13)基本不工作，不需要尾管提供大電流，正因如此電流分流器10在共模電壓較低時將η管輸入差分對的尾電流限制為一個很小的值，避免了電流的浪費。上述方案中，所述第十及第十三η管差分對(Μ10, Μ13)在輸入差分信號的共模電壓較高時工作起主要作用，此時共模電壓控制的電流分流器10的通過第八η管Μ8為η管輸入差分對的尾管提供偏置電壓，從而提供穩定的尾電流保證η管輸入差分對正常工作，第二i^一至第二十六負載電流鏡(M21、M22、M23、M24、M25、M26)開始工作，兩路電流經過鏡像後進行比較之後輸出給下一級電路。(三)有益效果與現有技術相比，本發明的技術方案產生的有益效果如下:
1、本發明提供的帶有電流自動控制的低壓差分信號接收電路，通過採用差分輸入共模電壓控制的電流分流器，對軌到軌輸入比較器的差分對尾管電流控制的方式，實現了一種帶有電流自動控制的低壓差分信號接收電路，解決了現有低壓差分信號接收器共模範圍，功耗以及穩定性方面存在不足的問題，使電路達到輸入共模範圍大、功耗低、穩定性高的目的。2、本發明提供的帶有電流自動控制的低壓差分信號接收電路，該電路的輸入電壓範圍為O 2.4V，大部分工作時間內P管差分對起主要作用，因此通過輸入差分信號對軌到軌輸入的η管差分對的尾管電流進行控制的方式來減小功耗。當共模電壓較低時軌到軌P管差分對在工作中起主要作用，η管差分對基本不工作，此時將η管差分對的尾管電流減小到一個極小值，以避免不必要的功耗浪費；同時通過對電流的分流控制保證軌到軌輸入級的η、P尾管電流之和為一穩定值，減小了在不同共模電壓下輸出波形的抖動(jitter);也在一定程度上降低了電路的跨導，保證電路工作的穩定性，在一定程度上避免造成輸出信號失真。3、本發明提供的帶有電流自動控制的低壓差分信號接收電路，採用軌到軌輸入比較器可以保證在較大的輸入共模電壓範圍內比較器均可以正常工作。4、本發明提供的帶有電流自動控制的低壓差分信號接收電路，此電路具有輸入共模範圍大，功耗低，電路穩定性高的優點，適用於低壓差分信號傳輸的接收器中。
圖1是依照本發明實施例的帶有電流自動控制的低壓差分信號接收電路的示意圖；圖2是依照本發明實施例的用於低壓差分信號(LVDS)接收電路包含共模電壓控制的電流分流器時，電路中軌到軌輸入級的兩個差分對的尾管電流以及兩個尾管電流之和的仿真結果；其中，圖中橫軸為共模電壓值，縱軸為電流值。圖3是依照本發明實施例的用於低壓差分信號(LVDS)接收電路不包含共模電壓控制的電流分流器時，電路中軌到軌輸入級的兩個差分對的尾管電流以及兩個尾管電流之和的仿真結果；其中，圖中橫軸為共模電壓值，縱軸為電流值。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。如圖1所示，圖1是依照本發明實施例的帶有電流自動控制的低壓差分信號接收電路的結構示意圖，該電路包括共模電壓控制的電流分流器10和軌到軌輸入比較器20，其中:共模電壓控制的電流分流器10，用於在不同的共模電壓下對η型輸入對管的尾電流進行控制，從而調整η型輸入對管的柵源電壓；軌到軌輸入比較器20，用於將輸入的差分信號進行比較後轉成單路信號，再將該單路信號傳輸到數字部分進行整形。圖1中，共模電壓控制的電流分流器10包括P管構成的第一至第三電流鏡(Ml、M2,M3)，P管構成的第四及第五共模電壓感應器件(Μ4、Μ5)，η管電流鏡構成的第六及第七電流調節器(Μ6、Μ7)以及為η管輸入差分對尾管提供偏壓的第八η管Μ8，其中:ρ管構成的第一至第三電流鏡(Ml、M2、M3)，用於鏡像電流源產生的電流；p管構成的第四及第五共模電壓感應器件(M4、M5),用於在差分輸入信號的共模電壓變化時,對流入η管電流鏡構成的第六及第七電流調節器(Μ6、Μ7)的電流進行控制；η管電流鏡構成的第六及第七電流調節器(Μ6、Μ7)，用於接收第二電流鏡M2的鏡像電流，鏡像後通過流過第七電流調節器Μ7電流的大小來決定第三電流鏡M3鏡電流流入第八η管Μ8的大小，從而達到控制軌到軌輸入比較器的η管差分對尾管電流的目的。其中，P管構成的第二電流鏡M2，用於鏡像電流源產生的電流，電流通過P管構成的第四及第五共模電壓感應器件(Μ4、Μ5)將電流傳輸給第六及第七電流調節器(Μ6、Μ7)。第四及第五共模電壓感應器件(Μ4、Μ5)均由兩個P管構成,受差分輸入信號的共模電壓控制，流過第四及第五共模電壓感應器件(Μ4、Μ5)的電流隨著共模電壓的升高而減小，直至共模電壓升高到使第四及第五共模電壓感應器件(Μ4、Μ5)兩個P管截止，電流無法通過控制器流入第六及第七電流調節器(Μ6、Μ7)。P管構成的第三電流鏡M3，用於鏡像電流源產生的電流；在差分輸入共模電壓較低時，第三電流鏡M3的電流基本全部流入電流調節器的第七電流調節器Μ7中，從而使流入第八η管Μ8的電流很小，進而導致η管差分對的尾電流很小，這時P管輸入差分對起主要作用；在差分輸入共模電壓較高時，第三電流鏡M3鏡像電流源的電流基本全都流入第八 η管Μ8，從而為η管輸入差分對提供較大的尾電流，此時η管輸入差分對起主要作用。圖1中，軌到軌比較器20由P管輸入差分對的第九尾電流管Μ9，第十一及第十二P管輸入差分對(Μ11、Μ12)及其第十五至第二十負載電流鏡(Μ15、Μ16、Μ17、Μ18、Μ19、Μ20)，η管輸入差分對的第十四尾電流管(Μ14),第十及第十三η管差分對(Μ10,Μ13)及其第二^
至第二十六負載電流鏡(Μ21、Μ22、Μ23、Μ24、Μ25、Μ26)構成。 其中，P管輸入差分對的第九尾電流管Μ9，鏡像外部電流源的電流從而為P管輸入差分對提供尾電流。第H 及第十二 P管輸入差分對(Μ11、Μ12)在輸入差分信號的共模電壓較低時起主要作用，第十五至第二十負載電流鏡(Μ15、Μ16、Μ17、Μ18、Μ19、Μ20)開始工作，負載電流鏡兩路電流經過鏡像進行比較之後輸出給下一級電路；且在共模電壓較低時第十及第十三η管差分對(Μ10，Μ13)基本不工作，不需要尾管提供大電流，正因如此電流分流器10在共模電壓較低時將η管輸入差分對的尾電流限制為一個很小的值，避免了電流的浪費。第十及第十三η管差分對(Μ10，Μ13)在輸入差分信號的共模電壓較高時工作起主要作用，此時共模電壓控制的電流分流器10的通過第八η管Μ8為η管輸入差分對的尾管提供偏置電壓，從而提供穩定的尾電流保證η管輸入差分對正常工作，第二十一至第二十六負載電流鏡(Μ21、Μ22、Μ23、Μ24、Μ25、Μ26)開始工作，兩路電流經過鏡像後進行比較之後輸出給下一級電路。由於電路輸入電壓範圍為0-2.4V大部分時間為P管輸入差分對在工作，差分信號共模電壓較低時軌到軌η管輸入差分對及其負載電流鏡工作時間很少，因此此種方法可以節省電流的消耗，同時保證在共模電壓慢慢升高時，流入軌到軌輸入級兩個差分對的電流之和基本為一穩定的值，保證電路工作的穩定性，減小輸出波形抖動，一定程度上避免輸出
號失真。通過對差分輸入信號的共模電壓進行直流掃描，觀察電路中軌到軌輸入級的兩個差分對的尾管電流(η管輸入差分對尾電流對應曲線a，p管輸入差分對尾電流對應曲線b)以及兩個尾管電流之和(曲線C)。圖2是包含共模電壓控制的電流分流器時的仿真結果，可以看出兩個尾管電流之和基本呈一條直線，說明軌到軌輸入級的等效跨導也基本為一穩定值，使得輸出波形的上升下降曲線為線性升高或降低，減小了輸出波形的抖動，跨導隨共模電壓變化比較小，能夠在一定程度上避免電路在工作時輸出信號失真。圖3是不包含共模電壓控制的電流分流器時的仿真結果，通過對比可以很明顯的看出在圖3中在η管和P管同時導通工作時兩個尾管電流之和增大，造成輸出波形的抖動的增大，也會導致軌到軌輸入級的等效跨導增大，容易造成輸出信號失真。綜上所述，本發明提供的這種用低壓差分信號(LVDS)接收器的電流控制模擬電路，具有以下有益效果:1)本發明通過採用差分輸入共模電壓控制的電流分流器，對軌到軌比較器輸入差分對尾管電流控制的方式，實現了一種帶有電流自動控制的低壓差分信號接收器模擬電路，此電路具有輸入共模範圍大，功耗低，電路穩定性高的優點，適用於低壓差分信號傳輸的接收器中。2)電路採用軌到軌輸入級的比較器可以接收較大共模範圍的差分輸入信號。3)電路通過輸入差分信號的共模電壓對軌到軌輸入的η管差分對的尾管電流進行控制，避免在軌到軌輸入級η管差分對及其負載電流鏡不工作時的功耗浪費。4)通過對電流的分流控制保證軌到軌輸入級的η、P尾管電流之和為一穩定值，提高了電路工作的穩定性，減小輸出波形因共模電壓變化而引起的抖動，在一定程度上避免輸出信號失真。5)電路結構簡單易懂，易於實現。以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種帶有電流自動控制的低壓差分信號接收電路，其特徵在於，該電路包括共模電壓控制的電流分流器(10)和軌到軌輸入比較器(20)，其中: 共模電壓控制的電流分流器(10)，用於在不同的共模電壓下對η型輸入對管的尾電流進行控制，從而調整η型輸入對管的柵源電壓； 軌到軌輸入比較器(20)，用於將輸入的差分信號進行比較後轉成單路信號，再將該單路信號傳輸到數字部分進行整形。
2.根據權利要求1所述的帶有電流自動控制的低壓差分信號接收電路，其特徵在於，所述共模電壓控制的電流分流器(10)包括P管構成的第一至第三電流鏡(Μ1、Μ2、Μ3)，ρ管構成的第四及第五共模電壓感應器件(Μ4、Μ5)，η管電流鏡構成的第六及第七電流調節器(Μ6、Μ7)以及為η管輸入差分對尾管提供偏壓的第八η管(Μ8)，其中: P管構成的第一至第三電流鏡(Μ1、Μ2、Μ3)，用於鏡像電流源產生的電流； P管構成的第四及第五共模電壓感應器件(Μ4、Μ5),用於在差分輸入信號的共模電壓變化時，對流入η管電流鏡構成的第六及第七電流調節器(Μ6、Μ7)的電流進行控制； η管電流鏡構成的第六及第七電流調節器(Μ6、Μ7)，用於接收第二電流鏡(M2)的鏡像電流，鏡像後通過流過第七電流調節器(Μ7)電流的大小來決定第三電流鏡(M3)鏡電流流入第八η管(Μ8)的大小，從而達到控制軌到軌輸入比較器的η管差分對尾管電流的目的。
3.根據權利要求2所述的帶有電流自動控制的低壓差分信號接收電路，其特徵在於，所述P管構成的第二電流鏡(M2)，用於鏡像電流源產生的電流，電流通過P管構成的第四及第五共模電壓感應器件(Μ4、Μ5)將電流傳輸給第六及第七電流調節器(Μ6、Μ7)。
4.根據權利要求 2所述的帶有電流自動控制的低壓差分信號接收電路，其特徵在於，所述第四及第五共模電壓感應器件(Μ4、Μ5)均由兩個P管構成，受差分輸入信號的共模電壓控制，流過第四及第五共模電壓感應器件(Μ4、Μ5)的電流隨著共模電壓的升高而減小，直至共模電壓升高到使第四及第五共模電壓感應器件(Μ4、Μ5)兩個P管截止，電流無法通過控制器流入第六及第七電流調節器(Μ6、Μ7)。
5.根據權利要求2所述的帶有電流自動控制的低壓差分信號接收電路，其特徵在於，所述P管構成的第三電流鏡(M3)，用於鏡像電流源產生的電流；在差分輸入共模電壓較低時，第三電流鏡(M3)的電流基本全部流入電流調節器的第七電流調節器(Μ7)中，從而使流入第八η管(Μ8)的電流很小，進而導致η管差分對的尾電流很小，這時P管輸入差分對起主要作用；在差分輸入共模電壓較高時，第三電流鏡(M3)鏡像電流源的電流基本全都流入第八η管(Μ8)，從而為η管輸入差分對提供較大的尾電流，此時η管輸入差分對起主要作用。
6.根據權利要求1所述的帶有電流自動控制的低壓差分信號接收電路，其特徵在於，所述軌到軌比較器(20)由P管輸入差分對的第九尾電流管(Μ9)，第十一及第十二 P管輸入差分對(Μ11、Μ12)及其第十五至第二十負載電流鏡(115』16』17』18』19』20)，11管輸入差分對的第十四尾電流管(Μ14)，第十及第十三η管差分對(Μ10，Μ13)及其第二十一至第二十六負載電流鏡(Μ21、Μ22、Μ23、Μ24、Μ25、Μ26)構成。
7.根據權利要求6所述的帶有電流自動控制的低壓差分信號接收電路，其特徵在於，所述P管輸入差分對的第九尾電流管(Μ9)，鏡像外部電流源的電流從而為P管輸入差分對提供尾電流。
8.根據權利要求6所述的帶有電流自動控制的低壓差分信號接收電路，其特徵在於，所述第i 及第十二 P管輸入差分對(M11、M12)在輸入差分信號的共模電壓較低時起主要作用，第十五至第二十負載電流鏡(M15、M16、M17、M18、M19、M20)開始工作，負載電流鏡兩路電流經過鏡像進行比較之後輸出給下一級電路；且在共模電壓較低時第十及第十三η管差分對(Μ10，Μ13)基本不工作，不需要尾管提供大電流，正因如此電流分流器(10)在共模電壓較低時將η管輸入差分對的尾電流限制為一個很小的值，避免了電流的浪費。
9.根據權利要求6所述的帶有電流自動控制的低壓差分信號接收電路，其特徵在於，所述第十及第十三η管差分對(Μ10，Μ13)在輸入差分信號的共模電壓較高時工作起主要作用，此時共模電壓控制的電流分流器(10)的通過第八η管(Μ8)為η管輸入差分對的尾管提供偏置電壓，從而提 供穩定的尾電流保證η管輸入差分對正常工作，第二十一至第二十六負載電流鏡(Μ21、Μ22、Μ23、Μ24、Μ25、Μ26)開始工作，兩路電流經過鏡像後進行比較之後輸出給下一級電路。
全文摘要
本發明公開了一種帶有電流自動控制的低壓差分信號接收電路，該電路包括共模電壓控制的電流分流器和軌到軌輸入比較器，其中共模電壓控制的電流分流器，用於在不同的共模電壓下對n型輸入對管的尾電流進行控制，從而調整n型輸入對管的柵源電壓；軌到軌輸入比較器，用於將輸入的差分信號進行比較後轉成單路信號，再將該單路信號傳輸到數字部分進行整形。本發明通過採用輸入共模電壓對輸入差分對尾管電流進行合理分流控制，使n輸入對管的工作區域向高共模方向平移以達到使流過n型輸入對管和p型輸入對管的總電流之和相對恆定的目的，不僅降低了功耗和跨導同時還減小了不同共模電壓下輸出波形的抖動。
文檔編號H03K19/0185GK103166626SQ201310114109
公開日2013年6月19日 申請日期2013年4月3日 優先權日2013年4月3日
發明者趙建中, 謝振博, 趙撼坤, 蔣見花, 黑勇, 周玉梅 申請人:中國科學院微電子研究所