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一种应用于高速串行接口的低压宽带线性均衡器电路

阅读:633发布:2020-05-12

专利汇可以提供一种应用于高速串行接口的低压宽带线性均衡器电路专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 属于集成 电路 技术领域,具体涉及一种应用于高速串行 接口 的低压宽带线性均衡器电路,用于对接收端输入 信号 进行均衡处理。该电路采用差分结构,依次连接的 差分信号 输入端口INP、差分信号输入端口INN、主信号支路、带宽拓展支路、负载分流支路、偏置支路、差分信号输出端口OUTP、差分信号输出端口OUTN。主信号支路采用源端 电阻 和电容简并结构的有源 放大器 结构完成信号均衡处理。带宽拓展支路采用有源电感结构,在输出端产生电感峰化,与主信号支路并联有效拓展均衡电路带宽。负载分流支路采用 电流 镜像结构,将带宽拓展支路产生的偏置电流进行分流,避免负载电阻的压降过大,满足低电源 电压 下的设计要求。,下面是一种应用于高速串行接口的低压宽带线性均衡器电路专利的具体信息内容。

1.一种应用于高速串行接口的低压宽带线性均衡器电路,用于为高速串行接口的接收端输入的差分信号提供均衡补偿,其特征是:包括差分信号输入端口INP、差分信号输入端口INN、主信号支路、带宽拓展支路、负载分流支路、偏置支路、差分信号输出端口OUTP、差分信号输出端口OUTN;
所述差分信号输入端口INP和所述差分信号输入端口INN用于所述差分信号的输入;
所述主信号支路利用源端负反馈电阻的负反馈和源端负反馈电容的负反馈对所述差分信号进行均衡处理;
所述带宽拓展支路利用电感峰化原理,采用差分有源电感结构在所述差分信号输出端口OUTP和所述差分信号输出端口OUTN构成感性阻抗,达到拓展均衡器带宽的目的;
所述负载分流支路采用电流镜像结构,将所述带宽拓展支路部分电流分流,避免所述带宽拓展支路的负载电阻的压降过大;
所述偏置支路为所述主信号支路、所述带宽拓展支路、所述负载分流支路中构成所述电流源的晶体管提供偏置电压VBN;
所述差分信号输出端口OUTP和所述差分信号输出端口OUTN用于输出经过所述主信号支路进行均衡处理后的所述差分信号。
2.如权利要求1所述的低压宽带线性均衡器电路,其特征是:所述主信号支路包括输入差分对晶体管NM1、输入差分对晶体管NM2、负载电阻R1、负载电阻R2、源端可调负反馈电阻Rs,所述源端可调负反馈电阻Rs就是所述源端负反馈电阻;还包括构成所述电流源的晶体管NM7和晶体管NM8,还包括构成所述源端负反馈电容的晶体管PM1和晶体管PM2;
所述输入差分对晶体管NM1的栅端连接所述差分信号输入端口INP,漏端连接所述差分信号输出端口OUTN,源端连接构成所述电流源的所述晶体管NM7的漏端;
所述输入差分对晶体管NM2的栅端连接所述差分信号输入端口INN,漏端连接所述差分信号输出端口OUTP,源端连接构成所述电流源的所述晶体管NM8的漏端;
所述负载电阻R1一端连接所述差分信号输出端口OUTN,另一端连接第一电源POWER1;
所述负载电阻R2一端连接所述差分信号输出端口OUTP,另一端连接第一电源POWER1;
所述源端可调负反馈电阻Rs跨接在所述输入差分对晶体管NM1的源端和所述输入差分对晶体管NM2的源端之间;
所述晶体管PM1的栅端连接所述输入差分对晶体管NM1的源端,所述晶体管PM1的源端和漏端都连接第二电源POWER2;
所述晶体管PM2的栅端连接所述输入差分对晶体管NM2源端,所述晶体管PM2的源端和漏端都连接电源第二电源POWER2;
所述晶体管NM7的漏端连接所述输入差分对晶体管NM1的源端,栅端连接所述偏置支路提供的偏置电压VBN,源端连接地;
所述晶体管NM8的漏端连接所述输入差分对晶体管NM2的源端,栅端连接所述偏置支路提供的所述偏置电压VBN,源端连接地。
3.如权利要求1所述的低压宽带线性均衡器电路,其特征是:所述带宽拓展支路包括晶体管NM3、晶体管NM4、构成所述电流源的晶体管NM9,还包括电阻R3、电阻R4,还包括构成电容的晶体管NM5和晶体管NM6;
所述晶体管NM3的漏端连接所述差分信号输出端口OUTN,栅端连接所述晶体管NM5的栅端,源端连接所述晶体管NM9的漏端;
所述晶体管NM4的漏端连接所述差分信号输出端口OUTP,栅端连接所述晶体管NM6的栅端,源端连接所述晶体管NM9的漏端;
所述电阻R3一端连接所述差分信号输出端口OUTN,另一端连接所述晶体管NM5的栅端;
所述电阻R4一端连接所述差分信号输出端口OUTP,另一端连接所述晶体管NM6的栅端;
所述晶体管NM5的栅端连接所述晶体管NM3的栅端,源端和漏端均连接地;
所述晶体管NM6的栅端连接所述晶体管NM4的栅端,源端和漏端均连接地;
所述晶体管NM9的漏端连接所述晶体管NM3的源端和所述晶体管NM4的源端,栅端连接所述偏置支路提供的所述偏置电压VBN,源端连接地。
4.如权利要求1所述的低压宽带线性均衡器电路,其特征是:所述负载分流支路采用电流镜像结构,包括构成电流漏的晶体管PM3、晶体管PM4、晶体管PM5,还包括构成所述电流源的晶体管NM10;
所述晶体管PM3的漏端连接所述差分信号输出端口OUTN,栅端连接所述晶体管PM5的栅端,源端连接第一电源POWER1;
所述晶体管PM4的漏端连接所述差分信号输出端口OUTP,栅端连接所述晶体管PM5的栅端,源端连接第一电源POWER1;
所述晶体管PM5的栅端和漏端连接所述晶体管NM10的漏端,源端连接第一电源POWER1;
所述晶体管NM10的漏端连接所述晶体管PM5的源端和漏端,栅端连接所述偏置支路提供的所述偏置电压VBN,源端连接地。
5.如权利要求1所述的低压宽带线性均衡器电路,其特征是:所述偏置支路包括偏置电流源IBIAS和二极管形式连接的晶体管NM11;
所述晶体管NM11的漏端和栅端连接所述偏置电流源IBIAS,并提供整个均衡电路的所述偏置电压VBN,所述晶体管NM11的源端接地;
所述电流源IBIAS一端连接所述晶体管NM11的漏端和栅端,另一端连接第三电源POWER3。

说明书全文

一种应用于高速串行接口的低压宽带线性均衡器电路

技术领域

[0001] 本发明属于集成电路技术领域,具体涉及一种应用于高速串行接口的低压宽带线性均衡器电路。

背景技术

[0002] 高速串行数据的发送和接收信道在信号传输过程中会引入许多非理想因素,如印制电路板布线、背板布线及电缆等传输媒介固有的趋肤效应和介质损耗等。这些非理想因素的影响会随着串行数据速率的增大而恶化,导致信道在频域内呈现出低通的特性,衰减串行数据中的高频部分。在时域内表现为码间干扰(ISI,Inter-Symbol-Interference),恶化接收到的串行数据眼图性能,增加接收数据的误码率(BER)。同一信道,传输串行数据的速率越高,高频衰减越大,码间干扰越严重;同一速率的串行信号,经过的信道越长或信道特性越差,高频衰减越大,码间干扰越严重。
[0003] 线性均衡器电路是在高速串行数据接收端解决码间干扰的重要手段之一,针对信道低通特性造成的接收信号中高频部分和低频部分衰减不同,通过放大输入信号的高频部分,或者衰减输入信号的低频部分,补偿信道引入的高频衰减,降低码间干扰(ISI,Inter-Symbol-Interference)的影响,减小误码率(BER)。
[0004] 传统线性均衡器电路一般采用具有源端负反馈电阻和源端负反馈电容的CML(Current Mode Logic)结构,通过额外引入一对零点和极点,补偿由信道引入的高频衰减。随着串行数据的传输速率不断提高,线性均衡器电路的带宽设计要求不断提高,同时,对接收端输入信号进行高频补偿的增益要求也不断提高,增益和带宽的折中变得越来越困难。
此外,随着先进制造工艺的发展,工艺提供的电源电压不断减小。进入深亚微米工艺制程,电源电压大部分低于1伏,低于20纳米工艺制程,电源电压低于0.9伏,低电源电压的要求进一步限制了设计裕度。因此,目前应用于高速串行接口的线性均衡器电路面临着在低电源电压下实现高带宽的设计要求。

发明内容

[0005] 本发明的目是提供一种应用于高速串行接口的低压宽带线性均衡器电路,可以在低电源电压设计要求下,在较宽的带宽范围内实现对输入信号均衡补偿,达到降低码间干扰抖动(ISI jitter),减小误码率(BER)。
[0006] 为达到以上目的,本发明采用的技术方案是一种应用于高速串行接口的低压宽带线性均衡器电路,用于为高速串行接口的接收端输入的差分信号提供均衡补偿,其中,包括差分信号输入端口INP、差分信号输入端口INN、主信号支路、带宽拓展支路、负载分流支路、偏置支路、差分信号输出端口OUTP、差分信号输出端口OUTN;
[0007] 所述差分信号输入端口INP和所述差分信号输入端口INN用于所述差分信号的输入;
[0008] 所述主信号支路利用源端负反馈电阻的负反馈和源端负反馈电容的负反馈对所述差分信号进行均衡处理;
[0009] 所述带宽拓展支路利用电感峰化原理,采用差分有源电感结构在所述差分信号输出端口OUTP和所述差分信号输出端口OUTN构成感性阻抗,达到拓展均衡器带宽的目的;
[0010] 所述负载分流支路采用电流镜像结构,将所述带宽拓展支路部分电流分流,避免所述带宽拓展支路的负载电阻的压降过大;
[0011] 所述偏置支路为所述主信号支路、所述带宽拓展支路、所述负载分流支路中构成所述电流源的晶体管提供偏置电压VBN;
[0012] 所述差分信号输出端口OUTP和所述差分信号输出端口OUTN用于输出经过所述主信号支路进行均衡处理后的所述差分信号。
[0013] 进一步,所述主信号支路包括输入差分对晶体管NM1、输入差分对晶体管NM2、负载电阻R1、负载电阻R2、源端可调负反馈电阻Rs,所述源端可调负反馈电阻Rs就是所述源端负反馈电阻;还包括构成所述电流源的晶体管NM7和晶体管NM8,还包括构成所述源端负反馈电容的晶体管PM1和晶体管PM2;
[0014] 所述输入差分对晶体管NM1的栅端连接所述差分信号输入端口INP,漏端连接所述差分信号输出端口OUTN,源端连接构成所述电流源的所述晶体管NM7的漏端;
[0015] 所述输入差分对晶体管NM2的栅端连接所述差分信号输入端口INN,漏端连接所述差分信号输出端口OUTP,源端连接构成所述电流源的所述晶体管NM8的漏端;
[0016] 所述负载电阻R1一端连接所述差分信号输出端口OUTN,另一端连接第一电源POWER1;
[0017] 所述负载电阻R2一端连接所述差分信号输出端口OUTP,另一端连接第一电源POWER1;
[0018] 所述源端可调负反馈电阻Rs跨接在所述输入差分对晶体管NM1的源端和所述输入差分对晶体管NM2的源端之间;
[0019] 所述晶体管PM1的栅端连接所述输入差分对晶体管NM1的源端,所述晶体管PM1的源端和漏端都连接第二电源POWER2;
[0020] 所述晶体管PM2的栅端连接所述输入差分对晶体管NM2源端,所述晶体管PM2的源端和漏端都连接电源第二电源POWER2;
[0021] 所述晶体管NM7的漏端连接所述输入差分对晶体管NM1的源端,栅端连接所述偏置支路提供的偏置电压VBN,源端连接地;
[0022] 所述晶体管NM8的漏端连接所述输入差分对晶体管NM2的源端,栅端连接所述偏置支路提供的所述偏置电压VBN,源端连接地。
[0023] 进一步,所述带宽拓展支路包括晶体管NM3、晶体管NM4、构成所述电流源的晶体管NM9,还包括电阻R3、电阻R4,还包括构成电容的晶体管NM5和晶体管NM6;
[0024] 所述晶体管NM3的漏端连接所述差分信号输出端口OUTN,栅端连接所述晶体管NM5的栅端,源端连接所述晶体管NM9的漏端;
[0025] 所述晶体管NM4的漏端连接所述差分信号输出端口OUTP,栅端连接所述晶体管NM6的栅端,源端连接所述晶体管NM9的漏端;
[0026] 所述电阻R3一端连接所述差分信号输出端口OUTN,另一端连接所述晶体管NM5的栅端;
[0027] 所述电阻R4一端连接所述差分信号输出端口OUTP,另一端连接所述晶体管NM6的栅端;
[0028] 所述晶体管NM5的栅端连接所述晶体管NM3的栅端,源端和漏端均连接地;
[0029] 所述晶体管NM6的栅端连接所述晶体管NM4的栅端,源端和漏端均连接地;
[0030] 所述晶体管NM9的漏端连接所述晶体管NM3的源端和所述晶体管NM4的源端,栅端连接所述偏置支路提供的所述偏置电压VBN,源端连接地。
[0031] 进一步,所述负载分流支路采用电流镜像结构,包括构成电流漏的晶体管PM3、晶体管PM4、晶体管PM5,还包括构成所述电流源的晶体管NM10;
[0032] 所述晶体管PM3的漏端连接所述差分信号输出端口OUTN,栅端连接所述晶体管PM5的栅端,源端连接第一电源POWER1;
[0033] 所述晶体管PM4的漏端连接所述差分信号输出端口OUTP,栅端连接所述晶体管PM5的栅端,源端连接第一电源POWER1;
[0034] 所述晶体管PM5的栅端和漏端连接所述晶体管NM10的漏端,源端连接第一电源POWER1;
[0035] 所述晶体管NM10的漏端连接所述晶体管PM5的源端和漏端,栅端连接所述偏置支路提供的所述偏置电压VBN,源端连接地。
[0036] 进一步,所述偏置支路包括偏置电流源IBIAS和二极管形式连接的晶体管NM11;
[0037] 所述晶体管NM11的漏端和栅端连接所述偏置电流源IBIAS,并提供整个均衡电路的所述偏置电压VBN,所述晶体管NM11的源端接地;
[0038] 所述电流源IBIAS一端连接所述晶体管NM11的漏端和栅端,另一端连接第三电源POWER3。
[0039] 本发明的有益效果在于:
[0040] 1.本发明提出的一种应用于高速串行接口的低压宽带线性均衡器电路,可以在低电源电压设计要求下,在接收端实现高速串行信号的线性均衡,提供宽带增益可调功能,有效消除在信道中引入的码间干扰抖动(ISI jitter),减小接收端信号的误码率(BER)。
[0041] 2.本发明在传统线性均衡电路基础上,通过增加带宽拓展支路和负载分流支路,有效拓展均衡电路带宽,降低负载电阻引入的压降。
[0042] 3.带宽拓展支路采用有源电感结构,在输出端产生电感峰化,与主信号支路并联有效拓展均衡电路带宽。
[0043] 4.负载分流支路采用电流镜像结构,将带宽拓展支路产生的偏置电流进行分流,避免负载电阻的压降过大,满足低电源电压下的设计要求。附图说明
[0044] 图1为本发明具体实施方式中所述的一种应用于高速串行接口的低压宽带线性均衡器电路的结构示意图
[0045] 图2为本发明具体实施方式中所述的单端有源电感等效电路的结构示意图。

具体实施方式

[0046] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
[0047] 图1为根据本发明提出的一种应用于高速串行接口的低压宽带线性均衡器电路的具体实施电路示意图。如图1所示,本发明提出的一种应用于高速串行接口的低压宽带线性均衡器电路采用差分电路结构,差分信号输入端口为INP和INN,差分信号输出端口为OUTP和OUTN。如图1所示,整个均衡电路包括主信号支路、带宽拓展支路、负载分流支路、偏置支路。
[0048] 主信号支路采用具有源端简并电阻/电容的CML(Current Mode Logic)结构,包括输入差分对晶体管NM1和输入差分对晶体管NM2、负载电阻R1和负载电阻R2、构成电流源的晶体管NM7和晶体管NM8,源端可调负反馈电阻Rs(即源端负反馈电阻)、构成源端负反馈电容的晶体管PM1和晶体管PM2。通过额外引入一对零点ωz和极点ωp1,提供所需均衡功能。根据均衡器电路所需调节的高频增益范围和频率范围,选取零点ωz和极点ωp1位置,进而根据公式(1)、公式(2)确定源端可调负反馈电阻Rs和输入差分对晶体管NM1、输入差分对晶体管NM2提供的跨导gm1/2大小以及所需源端负反馈电容(Cs)的范围。根据所需源端负反馈电容(Cs)的范围,选择构成源端负反馈电容的晶体管PM1和晶体管PM2的尺寸。
[0049]
[0050]
[0051] 公式(1)、公式(2)中:
[0052] ωz为高速串行接口的接收端上所需调节的高频增益范围和频率范围的零点的值,单位是:弧度/秒(rad/s);
[0053] ωp1为高速串行接口的接收端上所需调节的高频增益范围和频率范围的极点的值,单位是:弧度/秒(rad/s);
[0054] Rs为源端可调负反馈电阻Rs的值,单位是:欧姆;
[0055] Cs为源端负反馈电容的值,单位是:法拉;
[0056] gm为输入差分对晶体管NM1/NM2提供的跨导的值,单位是:西子(S)。
[0057] 带宽拓展支路包括晶体管NM3和晶体管NM4,以及构成电流源的晶体管NM9,还包括电阻R3和电阻R4,还包括构成电容的晶体管NM5和晶体管NM6。带宽拓展支路利用电感峰化原理,采用差分有源电感结构在输出端构成感性阻抗,达到拓展均衡器带宽的目的。
[0058] 带宽拓展支路中的差分有源电感结构包括两组单端有源电感等效电路(单端有源电感等效电路如图2所示),
[0059] 其中一组由晶体管NM3(作为图2中的晶体管NMOS)、电阻R3(作为图2中的电阻R)、晶体管NM5(作为图2中的电容C)构成,输出端OUT为输出端口OUTN;
[0060] 另外一组由晶体管NM4(作为图2中的晶体管NMOS)、电阻R4(作为图2中的电阻R)、晶体管NM6(作为图2中的电容)构成,输出端OUT为输出端口OUTP;
[0061] 在单端有源电感等效电路中(如图2所示),晶体管NMOS跨导表示为gm,输出阻抗表示为ro。在输出端OUT看到的等效输出阻抗Zout通过公式(3)表示:
[0062]
[0063] 公式(3)中:
[0064] Zout是指在输出端OUT看到的等效输出阻抗的值,单位是:欧姆;
[0065] gm为晶体管NMOS跨导的值,单位是:西门子(S);
[0066] ro为晶体管NMOS的输出阻抗的值,单位是:欧姆;
[0067] sRC为电阻R的阻值与电容C的容抗值的乘积,可分别表示为电阻R和电容C的容抗值sC,单位均为欧姆;
[0068] sC为电容C的容抗值,单位为欧姆。
[0069] 在低频时输出阻抗是(1/gm)//ro,在高频时输出阻抗是R//ro,选取晶体管NMOS的尺寸、偏置电流源IBIAS大小和电阻R阻值,保证1/gm
[0070]
[0071] 公式(4)中:
[0072] L是单端有源电感等效电路的等效电感值,单位是:亨利(H);
[0073] gm为晶体管NM3/NM4提供的跨导的值,单位是:西门子(S);
[0074] R为单端有源电感等效电路中的电阻R的值,单位是:欧姆;
[0075] C为单端有源电感等效电路中的电容C的值,单位是:法拉。
[0076] 根据均衡电路带宽设计要求,确定所需电感峰化的频率范围,进而选择所需电感L的值。进而确定晶体管NM3和晶体管NM4的跨导gm3/4、电阻R3、电阻R4和电容C的值。根据所需电容C的值的范围,选择构成电容的晶体管NM5和晶体管NM6的尺寸。此外,还需综合考虑带宽拓展支路对输出端负载的影响,设计1/gm3/4和电阻R3和电阻R4大于10倍负载电阻R1和负载电阻R2的阻值即可,避免影响均衡电路增益。根据跨导gm3/4选择带宽拓展支路的电流,进而设计构成电流源的晶体管NM9的尺寸。
[0077] 负载分流支路通过采用电流镜像结构,包括构成电流漏的晶体管PM3、晶体管PM4和晶体管PM5、构成电流源的晶体管NM10。通过选择构成电流源的晶体管NM10和晶体管NM9的尺寸比例,以及构成电流漏的晶体管PM3、晶体管PM4和晶体管PM5的尺寸比例,将带宽拓展支路引入的静态电流在差分信号输出端口OUTP和差分信号输出端口OUTN进行分流,避免负载电阻的压降过大。晶体管PM3和晶体管PM4的尺寸选择需要考虑对差分信号输出端口OUTP和差分信号输出端口OUTN负载的影响,沟道长度选择考虑输出电阻与负载电阻的比例关系,只要保证晶体管输出阻抗大于10倍负载电阻R1和负载电阻R2的阻值即可,避免影响均衡电路增益。在高速串行接口线性均衡电路的设计中,一般由于带宽的设计考虑,负载电阻R1和负载电阻R2选择小阻值的电阻,因此晶体管PM3和晶体管PM4的尺寸选择不宜过大,避免引入过大的寄生电容。
[0078] 偏置支路包括晶体管NM11和偏置电流源IBIAS。晶体管NM11漏端和栅端连接偏置电流源IBIAS,并提供整个均衡电路的偏置电压VBN,源端接地;电流源IBIAS一端连接晶体管NM11的漏端和栅端,另一端连接第三电源POWER3。晶体管NM11的尺寸选择保证输出的偏置电压VBN大小合适,保证整个线性均衡电路稳定工作。
[0079] 本发明所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例,本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式,同样属于本发明的技术创新范围。
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