使用共模信令在差分對上的獨立連結的製作方法

2023-05-18 20:54:36

專利名稱：使用共模信令在差分對上的獨立連結的製作方法
使用共模信令在差分對上的獨立連結優先權本申請要求2008年10月27日提交的題為「 INDEPENDENT LINK (S) OVER DIFFERENTIAL PAIRS USING COMMON-MODE SIGNALING(使用共模信令在差分對上的獨立連結)」的相應美國臨時專利申請S/N 61/108, 757的優先權，且該申請通過引用結合於此。背景差分信令可用於在電纜上傳送串行數據。為了增加數據傳輸的速率，可在高速串行鏈路上使用兩個或多個差分對。

圖1示出使用兩個差分對形成虛擬差分對的一個示例。在計算機系統中，處理器101包含發送器106及接收器110。此處理器例如使用最小跳變差分信令(Transition Minimized Differential Signaling, TMDS)通信協議來將數字像素髮送至視頻顯示終端 102。因此，處理器101通過四雙絞線差分對耦合至視頻顯示終端102。雙絞線差分對可實現在單一電纜組件內。或者，處理器101可使用任何其他適當的通信協議(諸如低電壓差分信令 (Low-Voltage Differential Signaling), LVDS)來將數字像素數據至視頻顯示終端102， 在這種情況下耦合於處理器101與視頻顯示終端102之間的雙絞線差分對的數量可以不同。這些雙絞線差分對用於發送紅、綠及藍數字像素數據至視頻顯示終端102，並發送用於同步數據的時鐘信號。顯示終端102包含接收器107、發送器115及直流偏移模塊(DC offset module) 125。接收器107接收傳入的數字像素數據並將數據路由至顯示終端102內的列和行驅動電路(row/column driver circuitry)。顯示終端102內的發送器115從與顯示終端102耦合的周邊設備接收傳入的數字數據，並使用直流偏移模塊125將該數字數據發送至處理器101。直流偏移模塊125用於處理兩雙絞線差分對的直流偏移。當比較每兩雙絞線對中每一個的直流偏移時，兩直流偏移之差用於發送反向數字數據。可使第一對中的兩線的直流偏移調整少量，而第二對中的兩線中的直流偏移則維持不變。為了沿反向傳送數字信息，第一直流偏移比較於第二偏移。此外，可使第二對中的兩線的直流偏移調整少量，而第一對中的兩線中的直流偏移則維持不變。為了沿反向傳送數字信息，第一直流偏移比較於第二偏移。這允許數字數據的雙向傳輸。數字數據亦通過兩個雙絞線差分對140、150沿反向傳輸。附圖簡述本發明在各附圖中是作為示例而非限定來示出的，在附圖中相似的附圖標記指代類似的元件。圖1示出包含雙向數據傳輸系統的系統。圖2是包含利用共模信令的雙向數據傳輸系統的系統的一個實施例的框圖。圖3是使用本文描述的技術所形成的示例波圖。圖4示出通過可利用共模信令通信的電線相連接的發送器與接收器的一個實施例。
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圖5示出可用在雙模接收器中的傳輸電路的一個實施例。詳細描述在以下的描述中，將具體指出許多細節。然而，本發明的實施例不需這些具體細節仍可實施。在其他實例中，公知的電路、結構和技術未被詳細示出以免混淆對本描述的理解。在圖2所示的共模信令配置中，利用多對差分對以形成虛擬差分對。S卩，利用四線以提供虛擬差分對。進一步，虛擬差分對上的數據傳輸是單向的。在以下描述的配置中，數據可以使用共模電壓信令通過差分對發送。即，除了以差分對數據傳輸信號之外，差分對的共模電壓可提供其他數據傳輸信號。數據可單向或雙向傳送。圖2是包含利用共模信令雙向數據傳輸系統的系統的一個實施例的框圖。此方案調製兩相反方向的共模差分對以代表一位，並且在這兩對之間檢測共模差分以恢復該位。在圖2的示例中，其餘的虛擬差分對示為從處理器201發送至顯示器202。在可選實施例中，傳輸可以從顯示裝置202至處理器201，或雙向通信。圖3的發送器(以下更詳細地描述)可被用以提供在差分對上的其他的數據傳輸能力。在圖2的計算機系統中，處理器201包含發送器206及接收器210。處理器201使用例如最小跳變差分信令(Transition Minimized Differential Signaling, TMDS)來將數字數據(例如數字像素數據)發送至顯示終端器202。處理器201通過有線接口耦合於顯示終端202，該有線接口包含至少四差分對20fe-d。差分對可實現在單個電纜組件內。在一實施例中，四差分對運載紅像素數據、綠像素數據、藍像素數據及時鐘信號。其他數據也可以使用差分對運載。差分對可採用雙絞線對的形式。另外，處理器201可使用其他任何適當的通信協議(例如LVDS)，用以傳輸數字像素數據至視頻顯示終端202，在這種情況下，在處理器201與視頻顯示終端202間的差分對的數量可能不同。這些差分對可用於將紅、綠及藍數字像素數據與用於同步數據的時鐘信號一起發送至顯示終端202。顯示終端202包含接收器207、發送器215及直流偏移模塊225。接收器207接收傳入數據並將該數據路由至列及行驅動電路230。顯示器202內的發送器215可從耦合於顯示終端202的周邊設備接收傳入數據，並且可使用直流偏移模塊225將此數據發送至處理器201。直流偏移模塊225用於處理兩差分對上的直流偏移。當比較兩雙絞線對中每一個的直流偏移時，兩直流偏移之差用於將數字數據從顯示器202發送至處理器201。通過發送器215操作直流偏移允許多對差分對上的數據傳輸，用以形成虛擬差分對280與四0。雖然傳輸被表示為從顯示裝置202至處理器201，但是處理器201可包含一發送器，且顯示裝置202包含接收器以允許通過虛擬差分對從處理器201至顯示裝置202 的傳輸。更進一步，虛擬差分對上支持雙向通信。可使第一對中的兩線的直流偏移調整少量，而第二對中的兩線的直流偏移維持不變。為了沿反向傳送數字信息，將第一直流偏移比較於第二偏移。再者，可使第二對中的兩線的直流偏移調整少量，而第一對中的兩線的直流偏移則維持不變。為了沿反向傳送數字信息，將第一直流偏移比較於第二偏移。這允許數字數據的雙向傳送。數字數據亦可通過兩個雙絞線差分對240與250在反向傳送。為了發送更多的數據，發送器215可將來自第一數據流與第二數據流的數據混合後產生將在差分對上發送的信號，該信號以共模信令方式經由差分數據表示兩個數據流。 接收器210解碼差分數據與共模信令以恢復該兩個數據流。使用參考圖3和4描述的發送器電路，兩個數據流可通過一一差分對發送。圖3是使用這些技術所產生的示例波形。本文所描述的信令技術與裝置可應用於任何差分對數據傳輸機制，例如通過微通用串行總線(Universal Serial Bus，micro-USB) 電纜的移動高清鏈路(Mobile High-Definition Link，MHL)，從而時鐘與數據信號皆可經由USB電纜的單一差分線對或一雙模接收器發送，該雙模接收器接收上述的MHL信號與常見的HDMI信號。在圖3中，如實線所指示的，DP及DN差分信號。此二波形之差分部份 Vdiff = (DP-DN)可傳送一數據流D1，從本例中可被解碼為10101010…。共模部分 Vconmon = (DP+DN) /2，如圖中的虛線C繪製的，可傳送另一數據流D2，其可被解碼為 000111110000011。由於在差分對中，共模電壓之變化不會顯著影響差分數據傳送，所以該差分與共模可為獨立。數據可被單向或雙向傳送數據。不同信號擺幅(swing)可用於差分及共模信令。信號可以有不同數據率。在圖3的示例中，共模數據信號的數據率較小於差分對數據信號的數據率。圖4示出通過電纜400連接的發送器與接收器，其可利用有線差分對與共模信令通信，例如通過傳送兩個單向數據流Dl與D2。一般來說，圖4由三個部分組成發送器，其混合數據流Dl與D2以產生共模信令的差分數據；差分對電纜；以及接收器，其分離差分及共模信號並恢復數據流Dl與D2。如圖4的示例中，Dl對應於差分對數據信號，且D2對應於共模數據信號。由D2+與D2-驅動的電流切換電路經由電阻器Rl與R2調製差分對的共模。Rl與 R2還作為差分源終端，因而理想值可為電纜差分阻抗的一半。電阻R3及R4作為共模信號的終端，因而對於中斷阻抗匹配，理想值為電纜的共模塊抗的兩倍。電阻器R5和R6提取共模電壓。它們亦為由R3、R4、R5及R6組成之差分終端網路之一部分，因而理想值應符合電纜的差分阻抗匹配的公式Z 差分=(R3+R4) // (R5+R6)差分放大器AMPl恢復數據流D1，且單端放大器AMP2恢復數據流D2。圖5示出可在雙模接收器中使用的傳輸電路的一個實施例。圖5的示例可用於 MHL/HDMI雙模接收器。圖5的示例的概念也可被應用於其他雙模環境。在一個實施例中，對於HDMI模式下，開關S可被連接，使得接收器運作成為傳統的 HDMI接收器，從CLK信道(CLK channel)及數據信道0、1、2得到四差分信號，且將CLK、D0、 DU D2傳送至系統。對於MHL模式，添加共模CLK信號的差分數據被施加到數據信道0，所有其他輸入(如CLK信道、數據信道1、2)則浮置(floating)，開關S也為非連接。接著，配置與上述相同且恢復CLK與DO。說明書中對「一個實施例」或「一實施例」的引用意味著結合該實施例描述的特定特徵、結構或特性被包括在本發明的至少一個實施例中。在說明書各處中出現的短語「在一個實施例中」並不一定全部指代同一實施例。在上述說明書中，已參考本發明具體示例實施例描述了本發明。然而，很明顯，可作出各種修改和改變而不背離本發明的更寬泛的精神和範圍。因此，說明書和附圖應當以說明性而非限制性的意義來對待。
權利要求
1.一種發送器，包含第一信號生成電路，用以生成第一數據信號，其經由差分電壓對信號通過線路對傳送第一數據流；以及第二信號生成電路，用以生成第二數據信號，其經由共模電壓信號傳送第二數據流，其中所述線路對同時傳送所述共模電壓信號與差分對信號。
2.如權利要求1所述的發送器，其特徵在於，所述第一信號生成電路包含至少一第一電流切換電路，以調製所述差分電壓對信號。
3.如權利要求2所述的發送器，其特徵在於，所述第二信號生成電路包含至少一第二電流切換電路，以調製所述共模電壓信號。
4.如權利要求3所述的發送器，其特徵在於，還包含串聯耦合於所述線路對之間的電阻結構對，其中所述電阻結構對中的第一個電阻結構耦合於所述第二電流切換電路之輸出與所述線路對中的第一線路之間，且所述電阻結構對中的第二個電阻結構耦合於第二電流元件的輸出與所述線路對中的第二線路之間。
5.如權利要求1所述的發送器，其特徵在於，所述線路對包含在遵循通用串行總線 (USB)的電纜中。
6.如權利要求5所述的發送器，其特徵在於，所述遵循USB的電纜包含遵循微USB的電纜。
7.如權利要求5所述的發送器，其特徵在於，所述線路對包含通過微USB電纜的移動高清鏈路(MHL)接口。
8.如權利要求5所述的發送器，其特徵在於，差分電壓對信號包含HDMI信號。
9.一種系統，包含第一信號生成電路，用以生成第一數據信號，其經由一差分電壓對信號通過線路對傳送第一數據流；第二信號生成電路，用以生成第二數據信號，其經由共模電壓信號傳送第二數據流，其中所述線路對同時傳送所述共模電壓信號與差分對信號；與所述線路對耦合的第一放大器，用於提取所述差分電壓對信號；以及與所述線路對耦合的第二放大器，用於提取所述共模電壓對信號。
10.如權利要求9所述的系統，其特徵在於，所述第一信號生成電路包含至少一第一電流切換電路，以調製所述差分電壓對信號。
11.如權利要求10所述的系統，其特徵在於，所述第二信號生成電路包含至少一第二電流切換電路，以調製所述共模電壓信號。
12.如權利要求11所述的系統，其特徵在於，還包含串聯耦合於所述線路對之間的電阻結構對，其中所述電阻結構對中的第一個電阻結構耦合於第二電流切換電路的輸出與所述線路對的第一線路之間，且所述電阻結構對中的第二個電阻結構耦合於第二電流元件的輸出與所述線路對的第二線路之間。
13.如權利要求9所述的系統，其特徵在於，所述第一放大器耦合用以從線路對的每一線路接收信號，以及第二放大器耦合用以經由耦合於所述線路對之間的電阻結構接收共模電壓信號。
14.如權利要求9所述的系統，其特徵在於，所述線路對包含在遵循通用串行總線(USB)的電纜中。
15.如權利要求9所述的系統，其特徵在於，所述遵循USB的電纜包含遵循微USB的電纜。
16.如權利要求9所述的系統，其特徵在於，所述線路對包含通過微USB電纜的移動高清鏈路(MHL)接口。
17.如權利要求9所述的系統，其特徵在於，差分電壓對信號包含HDMI信號。
18.一種方法，包含通過使線路對之間的電壓差指示第一信號的數據值來利用電壓差分信令通過線路對發送第一信號；通過變化線路對的共模電壓電平以指示第二信號的數據值來利用共模電壓信令通過線路對發送第二信號。
19.如權利要求18所述的方法，其特徵在於，所述線路對包含遵循通用串行總線(USB) 的電纜中。
20.如權利要求18所述的方法，其特徵在於，所述遵循USB的電纜包含遵循微USB的電纜。
21.如權利要求18所述的方法，其特徵在於，所述線路對包含通過微USB電纜的移動高清鏈路(MHL)接口。
22.如權利要求18所述的方法，其特徵在於，差分電壓對信號包含HDMI信號。
全文摘要
使用單端共模信令的方法與裝置，可沿正向、反向及/或者兩方向通過現存的差分對連接而無需附加其他線路傳輸附加數據。
文檔編號H04L5/20GK102204156SQ200980143699
公開日2011年9月28日 申請日期2009年10月23日 優先權日2008年10月27日
發明者O·金, 李仁烈, 沈大尹, 金奎東 申請人:晶像股份有限公司