Ac耦合的系統(tǒng)和方法
【專利說明】AC耦合的系統(tǒng)和方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2012年12月6日提交的，發(fā)明名稱為“AC耦合的系統(tǒng)和方法”的美國專利申請N0.13/706, 922的優(yōu)先權。
技術領域
[0003]本申請涉及接口的AC (交流電)耦合機構。
【背景技術】
[0004]當在接口上從具有第一直流(DC)偏壓或共模電壓的電路或第一芯片向具有第二直流偏壓或共模電壓的電路或第二芯片發(fā)送高數(shù)據率的信號時，隔直流電容器，也稱為交流(AC)耦合電容器，用于在接口的任一側隔離直流特性。大多數(shù)高速(例如，5GHz以上)電路為AC耦合的板級(board level)電容器。部件之間的隔直流電容器占用板區(qū)域并降低信號質量。
[0005]圖1示出了常規(guī)的芯片外AC耦合方案的實例。示出了第一電路10通過包括板級電容器16的板級AC耦合電路12連接至第二電路14。也示出了通常具有作為頻率的函數(shù)的壓降的互連18。在常規(guī)系統(tǒng)中，這一點可以使用均衡器進行補償；然而，有源均衡器會消耗大量的功率。

【發(fā)明內容】

[0006]根據本發(fā)明的一方面，提供了一種AC耦合電路，包括:電平位移電路，具有P輸入電壓和η輸入電壓，并產生η輸出電壓和P輸出電壓；共模電壓調節(jié)反饋電路，配置成使得共模電壓輸出趨向于特定參考電壓，共模電壓輸出為電平位移電路的P輸出電壓和η輸出電壓的平均值。
[0007]在一些實施例中，電平位移電路包括RC (電阻器電容器)網絡。
[0008]在一些實施例中，RC網絡包括產生P輸出電壓的第一 RC網絡和產生η輸出電壓的第二 RC網絡。
[0009]在一些實施例中，第一 RC網絡包括第一電阻分壓器與第一電容分壓器并聯(lián)；第二RC網絡包括第二電阻分壓器與第二電容分壓器并聯(lián)。
[0010]在一些實施例中，電平位移電路包括可調節(jié)組件，使得電平位移電路的頻率響應可通過調節(jié)可調節(jié)組件進行調節(jié)。
[0011]在一些實施例中，RC網絡包括可調節(jié)電阻器和可調節(jié)電容器，使得RC網絡的頻率響應可通過調節(jié)可調節(jié)電阻器和可調節(jié)電容器進行調節(jié)。
[0012]在一些實施例中，電阻器和電容器被調節(jié)成，使得電平位移電路的頻率響應抵消另外的頻率響應的至少一部分。
[0013]在一些實施例中，共模電壓調節(jié)反饋電路通過第一 RC網絡和第二 RC網絡每一個中相應的電阻器拉電流或灌電流。
[0014]在一些實施例中，第一 RC網絡包括與第一電容分壓器并聯(lián)的第一電阻分壓器；第二 RC網絡包括與第二電容分壓器并聯(lián)的第二電阻分壓器；并且第一 RC網絡和第二 RC網絡每一個中相應的電阻器為第一電阻分壓器和第二電阻分壓器每一個中相應的第一電阻器。
[0015]在一些實施例中，共模電壓調節(jié)反饋電路包括:比較器，將共模輸出電壓與參考電壓進行比較并基于該比較產生輸出；濾波器，過濾比較器的輸出以產生經濾波的輸出；數(shù)模轉換器，接收經濾波的輸出并產生控制信號。
[0016]在一些實施例中，共模電壓調節(jié)反饋電路包括模擬反饋回路。
[0017]在一些實施例中，共模電壓調節(jié)反饋電路包括至少一個電流源；控制信號用于該至少一個電流源。
[0018]在一些實施例中，該至少一個電流源包括各自連接至第一 RC網絡的第一上拉電流源和第一下拉電流源，以及各自連接至第二 RC網絡的第二上拉電流源和第二下拉電流源。
[0019]在一些實施例中，在任何時刻，或者:第一上拉電流源通過第一 RC網絡中的電阻器拉電流，并且第二上拉電流源通過第二 RC網絡中的電阻器拉電流；或者第一下拉電流源通過第一 RC網絡中的電阻器灌電流，并且第二下拉電流源通過第二 RC網絡中的電阻器灌電流。
[0020]在一些實施例中，第一上拉電流源和第一下拉電流源均形成第一拉出和灌入電流源的一部分；并且第二上拉電流源和第二下拉電流源各自形成第二拉出和灌入電流源的一部分。
[0021]在一些實施例中，電平位移電路包括用于P輸入電壓的第一 T線圈電感器和用于η輸入電壓的第二 T線圈電感器。
[0022]在一些實施例中，電路進一步包括:分別用于P輸入電壓和η輸入電壓的第一端接電阻器和第二端接電阻器；其中第一 T線圈電感器電路連接在AC耦合電路的P輸入、電平位移電路的P輸入以及一個第一端接電阻器之間；第二 T線圈電感器電路連接在AC耦合電路的η輸入、電平位移電路的η輸入以及第二端接電阻器之間。
[0023]在一些實施例中，提供了一種包括上面概述或下面詳述的方法中的任一種方法所述的AC耦合電路的集成電路。
[0024]在一些實施例中，參考電壓設置成等于適合輸入到集成電路的其余部分的共模電壓。
[0025]在本發(fā)明的另一方面，提供了一種AC耦合的方法:使用具有P輸入電壓和η輸入電壓并產生η輸出電壓和P輸出電壓的電平位移電路進行電平位移；使用反饋電路，使得共模電壓輸出趨向于特定參考電壓，共模電壓輸出為電平位移電路的P輸出電壓和η輸出電壓的平均值。
[0026]在一些實施例中，該方法進一步包括:調節(jié)電平位移電路中至少一個可調節(jié)組件，以調節(jié)電平位移電路的頻率響應。
[0027]在一些實施例中，該方法包括:調節(jié)電平位移電路中至少一個可調節(jié)組件，以調節(jié)電平位移電路的頻率響應來抵消第一電路和第二電路之間互連的頻率響應的至少一部分，電平位移電路和反饋電路均形成第二電路的一部分。
【附圖說明】
[0028]圖1為常規(guī)的AC耦合電路的框圖；
[0029]圖2為以本發(fā)明的一個實施例所提供的AC耦合電路為特征的系統(tǒng)的框圖；
[0030]圖3A為電平位移電路的電路圖；
[0031]圖3B為另一個電平位移電路的電路圖；
[0032]圖4和圖5為圖3A中電平位移電路的轉換特性的曲線圖；以及
[0033]圖6為共模電壓調節(jié)反饋電路的電路圖。
【具體實施方式】
[0034]現(xiàn)在參照圖2，其示出了以本發(fā)明的一個實施例所提供的AC耦合電路為特征的系統(tǒng)的框圖。第一電路100通過互連104連接至第二電路102。第一和第二電路中的每一個例如可為集成電路，例如ASIC(專用集成電路)、FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)、或實現(xiàn)高速電鏈路的電路。互連104可為電纜、電路板跡線等。第二電路包括由電平位移電路106和共模電壓調節(jié)反饋電路110組成的AC耦合電路。第二電路102的其余部分在108處示出。電平位移電路106經由互連104接收P_輸入和N_輸入，并產生均衡的P和N輸出，如圖所示，P_輸出、N_輸出被傳遞到第二電路的其余部分108。電平位移電路106也產生作為？_輸出和N_輸出這些輸出的平均值的共模輸出電壓vcmode_out。共模輸出電壓作為第一輸入被連接至共模電壓調節(jié)反饋電路110。共模電壓調節(jié)反饋電路110的第二輸入為參考電壓Vref0共模電壓調節(jié)反饋電路110具有連接至電平位移電路106的輸出111，以便對共模輸出電壓vcmode_out起作用。第一電路100可為第一芯片，第二電路102可為第二芯片，在這種情況下，電平位移電路和共模電壓調節(jié)電路形成第二芯片的一部分，并且可被稱為“片上，，(“on-chip”)。
[0035]在操作中，電平位移電路106在輸入處相對于共模電壓引入共模輸出電壓vcmode_out中的偏移。在一些實施例中，電平位移電路106具有實現(xiàn)特定頻率響應的轉換功能，例如補償或抵消由互連104引入的頻率響應的至少一些。在一些實施例中，組件為可調節(jié)的，使得頻率響應可以被調節(jié)。共模電壓調節(jié)反饋電路110的輸出具有的效果是導致共模輸出電壓vcmode_out趨于Vref，而與作為P_輸入和【輸入的平均值的輸入共模電壓無關。在特定的實例中，共模電壓調節(jié)反饋電路110通過電平位移電路106中的電阻器拉電流或通過電平位移電路106中的電阻器灌電流，以便相對于vcmode_in將vcmode_out調節(jié)成趨于Vref。共模電壓調節(jié)反饋電路110例如可包括數(shù)字反饋回路或模擬反饋回路。
[0036]現(xiàn)在將參照圖3A描述圖2中系統(tǒng)的具體實現(xiàn)方式，其示出了電平位移電路的示例性實現(xiàn)，圖6示出了共模電壓調節(jié)反饋電路的示例性實現(xiàn)。首先參照圖3A，其示出了具有P輸出和η輸出的第一電路40，該P輸出和η輸出通過電纜44在第二電路42的點Ρ5和點Ρ6處連接至P輸入和η輸入。在示出的實例中，示出的第一電路40包括輸出驅動器50，但也可包括專屬于第一電路的附加的或不同的功能性。示出的第二電路42包括限制放大器60，但也可包括專屬于第二電路的附加的或不同的功能性。例如，這可能包括⑶R(時鐘和數(shù)據恢復)電路的有源均衡器或直接驅動。
[0037]在第二電路的輸入處，有兩個電阻器52、54。電阻器52、54例如可以是用于高速傳輸互連的50歐姆端接電阻器。這些電阻器可以具有不同的阻抗，但是50歐姆是最常見的。對于電纜應用，75歐姆也是常見的。在第二電路42的輸入處的共模電壓vcmodejn為點Pl處的電壓，這也等于第一電路40的輸出處的共模電壓。
[0038]示出的電平位移電路包括用于P輸入的網絡56和用于η輸入的網絡58。用于ρ輸入的網絡56包括電阻分壓器，該電阻分壓器由分別具有電阻Rl和R2的電阻器62、64形成。該電阻分壓器與電容分壓器并聯(lián)，該電容分壓器由分別具有電容Cl和C2的電容器58、60形成。
[0039]用于η輸入的網絡58包括電阻分壓器，該電阻分壓器由分別具有電阻Rl和R2的電阻器72、74形成。電阻分壓器與電容分壓器并聯(lián)，該電容分壓器由分別具有電容Cl和C2的電容器68、70形成。
[0040]電平位移電路的雙側輸出，用作第二電路的其余部分的輸入，包括在點Ρ2處的網絡56的P輸出和在點Ρ3處的網絡58處的N輸出。在點Ρ4處可得到電平位移電路的輸出的共模電壓，vcmode_out。電壓vcmode_out為P信號和N信號的平均值。
[0041]使用電阻分壓器與電容分壓器并聯(lián)(以下稱為RC分壓器)使得在電路間產生直接DCf禹合。電路允許兩個不同的共模被連接，同時通過所關注的頻帶(band of interest)。RC分壓器可以承受與板裝AC耦合電容器相同的DC電壓。此外，RC分壓器可配置為寬帶的，具有比板裝AC耦合電容器更寬的通帶。
[0042]應注意，RC分壓器中的電阻器具有以下附加好處，不會使高壓到達第二電路的其余部分，例如到限制放大器60的輸入，其例如可為敏感晶體管柵極。
[0043]電纜44(或其他互連)可具有作為頻率的函數(shù)的壓降。通過調節(jié)組件值Rl、R2、Cl和C2，可實現(xiàn)均衡功能，而沒有額外的功率消耗。
[0044]在一些實施例中，四個組件Rl、R2、Cl和C2均為可調節(jié)組件，例如寄存器控制的電阻和寄存器控制的電容。寄存器控制的電阻例如可為一組能夠被接入或斷開的串聯(lián)的電阻；類似地，寄存器控制的電容例如可為一組能夠被接入或斷開的并聯(lián)的電容器。在一些實施例中，一個或多個電阻器使用MOSFET溝道來實現(xiàn)