技术领域
[0001] 本
发明涉及一种检测器，且特别涉及一种振幅阈值检测器。
背景技术
[0002] 一般来说，USB装置、PCIe装置、移动产业处理器
接口(Mobile Industry Processor Interface，简称MIPI)装置..等等装置利用差动
信号(differential signal)来传输数据。而这些装置中，需要利用振幅阈值检测器(squelch detector)来检测差动信号是否为有效(valid)差动信号。
[0003] 请参照图1A与图1B，其所绘示为振幅阈值检测器及其相关信号示意图。振幅阈值检测器10接收第一
输入信号Vxp与第二输入信号Vxn，且第一输入信号Vxp与第二输入信号Vxn组成差动输入信号对(differential input signal pair)。再者，振幅阈值检测器10接收第一参考
电压VRP与第二参考电压VRN。其中，第一参考电压VRP大于第二参考电压VRN，且第一参考电压VRP与第二参考电压VRN之间即定义为振幅阈值(squelch threshold)。
[0004] 基本上，振幅阈值检测器10根据振幅阈值来判断差动输入信号对并产生检测信号(detected signal)O，而检测信号O即用来指示差动输入信号对是否为有效的差动输入信号对。
[0005] 如图1B所示，在t1时间点之前为闲置(idle)期间，差动输入信号对维持在相同的电压，此电压介于第一参考电压VRP与第二参考电压VRN之间。此时，检测信号O为第一逻辑电平(例如高逻辑电平)，代表无效的差动输入信号对，或可称之为压扁的信号(squelched signal)。
[0006] 在时间点t1至时间点t2之间时，第一输入信号Vxp与第二输入信号Vxn的最大值高于第一参考电压VRP且最小值低于第二参考电压VRN。此时，检测信号O为第二逻辑电平(例如低逻辑电平)，代表有效的差动输入信号对，或可称之为无压扁的信号(not squelched signal)。
[0007] 在时间点t2之后，第一输入信号Vxp与第二输入信号Vxn的最大值低于第一参考电压VRP且最小值高于第二参考电压VRN。此时，检测信号O为第一逻辑电平(例如高逻辑电平)，代表无效的差动输入信号对，或可称之为压扁的信号(squelched signal)。
[0008] 一般来说，当检测信号O代表无效的差动输入信号对时，第一输入信号Vxp与第二输入信号Vxn可能是坏的(bad)差动输入信号对或者是噪声(noise)。
[0009] 请参照图2，其所绘示为已知运用于高速数据连结的振幅阈值检测系统(Squelch Detection System for High Speed Data Links)，公开于美国
专利US 7，471，118。其中，振幅阈值检测系统100包括：差动区
块(difference block)100a～100c、差动
电路(difference circuit)160、以及比较电路176。
[0010] 差动区块100c接收第一参考电压VRP与第二参考电压VRN后，在
电流输出端Iout产生参考电流Iref；差动区块100a与差动区块100b的电流输出端相互连接，并产生输入电流Iin。
[0011] 再者，差动电路(difference circuit)160的第一部分162根据输入电流Iin与参考电流Iref的关系改变第二部分164的V+电压。当输入电流Iin小于参考电流Iref时，V+电压会下降，并使得V+电压小于V-电压；反之，当输入电流Iin大于参考电流Iref时，V+电压会上升，并使得V+电压大于V-电压。
[0012] 举例来说，当第一输入信号Vxp与第二输入信号Vxn的最大值低于第一参考电压VRP且最小值高于第二参考电压VRN时，输入电流Iin小于参考电流Iref，使得V+电压小于V-电压。因此，比较电路176产生第一逻辑电平(例如高逻辑电平)的检测信号O，代表无效的差动输入信号对。
[0013] 再者，当第一输入信号Vxp与第二输入信号Vxn的最大值高于第一参考电压VRP且最小值小于第二参考电压VRN时，输入电流Iin大于参考电流Iref，使得V+电压大于V-电压。因此，比较电路176产生第二逻辑电平(例如低逻辑电平)的检测信号O，代表有效的差动输入信号对。
[0014] 请参照图3A至图3C，其所绘示为已知另一振幅阈值检测器，其公开于美国专利
申请公开号2007/0238429。如图3A所示，振幅阈值检测器200包括：一抵补
偏压放大器(offset biasing amplifier)210、一自我混合器(self-mixer)220耦接至抵补偏压放大器210、一比较器240以及一增益级(gain stage)230连接在自我混合器220与比较器240之间。
[0015] 抵补偏压放大器210的第一差动输入对接收差动输入信号(differential input signal)Vi＝(Vi+-Vi-)，第二差动输入对接收差动阈值检测信号(differential squelch detection threshold signal)Vth＝(Vth+-Vth-)。再者，抵补偏压放大器210包括一第一差动电路(first differential circuit)212、一第二差动电路214。在运作时，第一差动电路212将差动输入信号(Vi+-Vi-)减去差动阈值检测信号(Vth+-Vth-)后产生第一差动抵补偏压信号(first differential offset biased signal)V1a。第二差动电路214将差动输入信号(Vi+-Vi-)加上差动阈值检测信号(Vth+-Vth-)后产生第二差动抵补偏压信号V1b。当然，第一差动电路212与第二差动电路214的输出端可以各别地接上增益电路216、218，用以提供一增益值G。之后，抵补偏压放大器210输出差动抵补偏压信号(V1a，V1b)。
[0016] 自我混合器220接收差动抵补偏压信号(V1a，V1b)。全差动式的自我混合器220可选择性地由差动抵补偏压信号(V1a，V1b)中混合检测到的正峰值与负峰值，并且直接下转(down convert)为差动直流信号(differential direct current signal，V2)。之后，自我混合器220输出差动直流信号(V2)。
[0017] 在此范例中，增益级230是用来放大自我混合器220输出的差动直流信号(V2)。增益级230的放大增益为K，并在放大差动直流信号(V2)后，输出放大的差动直流信号(V3)。
[0018] 比较器240的输入端接收放大的差动直流信号(V3)。且比较器240放大的差动直流信号(V3)转换成为数字的振幅阈值信号(digital squelch signal，Vo)。举例来说，当放大的差动直流信号(V3)的电压大于零时，比较器240输出第一逻辑电平的振幅阈值信号(Vo)。当放大的差动直流信号(V3)的电压约为零时，比较器240输出第二逻辑电平的振幅阈值信号(Vo)。因此，比较器240可输出振幅阈值信号(Vo)。
[0019] 图3B为抵补偏压放大器210电路图。抵补偏压放大器210中，第一晶体管241与第二晶体管242连接形成第一差动对(differential pair)；第三晶体管243与第四晶体管244连接形成第二差动对；第五晶体管245与第六晶体管246连接形成第三差动对；第七晶体管247与第八晶体管248连接形成第四差动对。
[0020] 再者，差动对的负载249、250、251、252可为
电阻性元件(resistive elements)，电感性元件(inductive elements)，或由晶体管组成的主动式负载(active load)。
[0021] 在运作时，第一差动对241、242的输入端接收差动输入信号(Vi+-Vi-)，第三差动对245、246的输入端接收差动阈值检测信号(Vth+-Vth-)。再者，第一差动对241、242与第三差动对245、246的输出端耦接，用以输出差动输入信号(Vi+-Vi-)减去差动阈值检测信号(Vth+-Vth-)的结果。同样地，第二差动对243、244的输入端接收差动输入信号(Vi+-Vi-)，第四差+ -
动对247、248的输入端接收差动阈值检测信号(Vth-Vth)。再者，第二差动对243、244与第四差动对247、248的输出端耦接，用以输出差动输入信号(Vi+-Vi-)加上差动阈值检测信号(Vth+-Vth-)的结果。
[0022] 第一差动对241、242与第三差动对245、246的耦接，使得差动输入信号(Vi+-Vi-)减+ -去差动阈值检测信号(Vth-Vth)，用以作为正峰值的检测。第二差动对243、244与第四差动对247、248的耦接，使得差动输入信号(Vi+-Vi-)加上差动阈值检测信号(Vth+-Vth-)，用以作为负峰值的检测。
[0023] 图3C为自我混合器220电路图。自我混合器220中，第一晶体管253与第二晶体管254连接形成第一差动对；第三晶体管255与第四晶体管256连接形成第二差动对；第五晶体管257与第六晶体管258连接形成第三差动对；第七晶体管259与第八晶体管260连接形成第四差动对。
[0024] 第一差动对253、254接收第一差动抵补偏压信号(V1a+，V1a-)；第二差动对255、256接收第二差动抵补偏压信号(V1b+，V1b-)。第三差动对257、258与第一差动对253、254串接；第四差动对259、260与第二差动对255、256串接。第一差动对253、254与第二差动对255、
256输出端耦接，因此当差动输入信号(Vi)的电压差超过差动阈值检测信号(Vth)的电压差时，差动抵补偏压信号(V1a，V1b)的正峰值与负峰值会被通过并下转为差动直流信号(V2)。
[0025] 实际上，当第二差动抵补偏压信号中的(V1b+)大于第一差动抵补偏压信号中的(V1a-)时，第三差动对257、258选择性地提供偏压电流IB至第一差动对253、254。因此，在相对高的峰值V1b的期间，相对低的峰值V1a即选择性地通过至输出端。同理，当第二差动抵补偏压信号中的(V1b-)大于第一差动抵补偏压信号中的(V1a+)时，第四差动对259、260选择性地提供偏压电流IB至第二差动对255、256。因此，在相对高的峰值V1a的期间，相对低的峰值V1b即选择性地通过至输出端。
发明内容
[0026] 本发明的主要目的在于提出一种全新架构的振幅阈值检测器，用以区别有效的差动输入信号对或者无效的差动输入信号对。
[0027] 本发明涉及一种振幅阈值检测器，包括：一电流导引电路，产生第一电流至一
节点c，产生一第二电流至一节点d，产生一第三电流至一节点e与产生一第四电流至一节点f；一第一差动对电路，连接至该节点c与该节点d，其中，该第一差动对电路接收一第一参考电压与一第二参考电压，用以控制该第二电流与该第一电流，使得该第二电流与该第一电流之间相差一差值电流；一第二差动对电路，连接至该节点e与该节点f，其中，该第一差动对电路接收一第一输入信号与一第二输入信号，用以产生一第五电流与一第六电流；一电流感应电路，连接至该节点e、该节点f、一节点g与一节点h，用以根据该第三电流、该第四电流、该第五电流与该第六电流产生一第一镜射电流至该节点g，以及产生一第二镜射电流至该节点h；一电流转电压电路，连接至该节点g与该节点h，用以根据该第一镜射电流调整该节点g的一第一电压电平，以及根据该第二镜射电流调整该节点h的一第二电压电平；以及一
逻辑电路，连接至该节点g与该节点h，并产生一检测信号。
[0028] 为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举优选
实施例，并配合
附图，作详细说明如下：
附图说明
[0029] 图1A与图1B所绘示为振幅阈值检测器及其相关信号示意图。
[0030] 图2其所绘示为已知运用于高速数据连结的振幅阈值检测系统。
[0031] 图3A至图3C所绘示为已知另一振幅阈值检测器。
[0032] 图4A至图4D，其所绘示为本发明振幅阈值检测器的实施例、运作范例及其相关信号示意图。
[0033] 【符号说明】
[0034] 10、100、200：振幅阈值检测器
[0035] 100a、100b、100c：差动区块
[0036] 160：差动电路
[0037] 162：第一部分
[0038] 164：第二部分
[0039] 176：比较电路
[0040] 210：抵补偏压放大器
[0041] 212：第一差动电路
[0042] 214：第二差动电路
[0043] 216、218：增益电路
[0044] 220：自我混合器
[0045] 230：增益级
[0046] 240：自我混合器
[0047] 241、242、243、244、245、246、247、248：晶体管
[0048] 249、250、251、253：负载
[0049] 253、254、255、256、257、258、259、260：晶体管
[0050] 410：电流导引电路
[0052] 420：第一差动对电路
[0053] 422：第一电流源
[0054] 430：第二差动对电路
[0055] 432：第二电流源
[0056] 450：电流感应电路
[0057] 460：电流转电压电路
[0058] 470：逻辑电路
[0060] 474：第二反相器
具体实施方式
[0062] 请参照图4A至图4D，其所绘示为本发明振幅阈值检测器的实施例、运作范例及其相关信号示意图。振幅阈值检测器包括：电流导引电路(current steering circuit)410、第一差动对电路(differential pair circuit)420、第二差动对电路430、电流感应电路(current sensing circuit)450、电流转电压电路(I-to-V converter)460、逻辑电路(Logic circuit)470以及突波防止电路(de-glitch circuit)480。
[0063] 电流导引电路410连接至节点c、d、e、f，并产生第一电流I1、第二电流I2、第三电流I3与第四电流I4。
[0064] 第一差动对电路420连接至节点c、d。再者，第一差动对电路420接收第一参考电压VRP与第二参考电压VRN，用以控制第二电流I2与第一电流I1之间相差一差值电流Δi。换句话说，假设第一电流I1的大小为i时，则第二电流I2的大小即为(i+Δi)。再者，第一参考电压VRP大于第二参考电压VRN，且第一参考电压VRP与第二参考电压VRN之间的差值即定义为振幅阈值(squelch threshold)。
[0065] 第二差动对电路430连接至节点e、f用以接收第三电流I3与第四电流I4。再者，第二差动对电路430接收第一输入信号Vxp与第二输入信号Vxn，用以产生第五电流I5与第六电流I6。再者，第一输入信号Vxp与第二输入信号Vxn组成差动输入信号对(differential input pair)。
[0066] 再者，电流感应电路450连接至节点e、f、g、h。电流转电压电路460连接至节点g、h。逻辑电路470连接至节点g、h。
[0067] 根据本发明的实施例，当第一输入信号Vxp减去第二输入信号Vxn，亦即(Vxp-Vxn)，的结果大于振幅阈值时，第六电流I6大于第四电流I4，使得电流感应电路450产生一第一感应电流流向节点f，并产生第一镜射电流(mirroring current)Im1至节点g。再者，电流转电压电路460根据第一镜射电流Im1改变节点g的电压电平，并使得逻辑电路470产生第一逻辑电平(例如高逻辑电平)的检测信号O，代表有效的差动输入信号对。
[0068] 再者，当第二输入信号Vxn减去第一输入信号Vxp，亦即(Vxn-Vxp)，的结果大于振幅阈值时，第五电流I5大于第三电流I3，使得电流感应电路450产生一第二感应电流流向节点e，并产生第二镜射电流Im2至节点h。再者，电流转电压电路460根据第二镜射电流Im2改变节点h的电压电平，并使得逻辑电路470产生第一逻辑电平(例如高逻辑电平)的检测信号O，代表有效的差动输入信号对。
[0069] 再者，当第一输入信号Vxp减去第二输入信号Vxn，亦即(Vxp-Vxn)，的结果小于振幅阈值，或者第二输入信号Vxn减去第一输入信号Vxp，亦即(Vxn-Vxp)，的结果小于振幅阈值时，第三电流I3大于第五电流I5且第四电流I4大于第六电流I6。因此，电流感应电路450不会产生任何感应电流流向节点e或节点f，并且不会产生任何镜射电流至节点g或节点h。因此，电流转电压电路460不会改变节点g与节点h的电压电平，并使得逻辑电路470产生第二逻辑电平(例如低逻辑电平)的检测信号O，代表无效的差动输入信号对。
[0070] 再者，突波防止电路480接收检测信号O，并产生去突波信号O’。经由突波防止电路480的作用，在检测信号O中所出现的暂态第二逻辑电平(例如低逻辑电平)将不会出现在去突波信号O’中。换句话说，在指示出有效的差动输入信号对时，去突波信号O’会持续地保持在第一逻辑电平(例如高逻辑电平)。
[0071] 以下详细介绍振幅阈值检测器的详细电路。如图4A所示，幅阈值检测器中节点a连接至第一
电源电压V1，节点b连接至第二电源电压V2，且第二电源电压V2可为接地电压。
[0072] 电流导引电路410包括晶体管mp1、mp2、mp3、mp4。晶体管mp1源极连接至节点a，漏极与栅极连接至节点c，用以产生第一电流I1。晶体管mp2源极连接至节点a，漏极与栅极连接至节点d，用以产生第二电流I2。晶体管mp3源极连接至节点a，栅极连接至节点d，漏极连接至节点e用以产生第三电流I3。晶体管mp4源极连接至节点a，栅极连接至节点d，漏极连接至节点f用以产生第四电流I4。明显地，晶体管mp2、mp3、mp4连接成为一第一电流镜(current mirror)412，而在晶体管mp2、mp3、mp4具有相同的尺寸(size)下，第二电流I2、第三电流I3与第四电流I4具有相同的大小。
[0073] 第一差动对电路420包括晶体管mn1、mn2、与第一电流源(current source)422。晶体管mn1漏极连接至节点c，栅极接收第二参考电压VRN，源极连接至第一电流源422的第一端。晶体管mn2漏极连接至节点d，栅极接收第一参考电压VRP，源极连接至第一电流源422的第一端。再者，第一电流源422的第二端连接至节点b。基本上，第一差动对电路420根据第一参考电压VRP与第二参考电压VRN来控制第一电流I1与第二电流I2，使得第二电流I2大于第一电流I1，并且第二电流I2与第一电流I1相差一差值电流Δi。
[0074] 第二差动对电路430包括晶体管mn3、mn4、与第二电流源432。晶体管mn3漏极连接至节点e，栅极接收第二输入信号Vxn，源极连接至第二电流源432的第一端。晶体管mn4漏极连接至节点f，栅极接收第一输入信号Vxp，源极连接至第二电流源432的第一端。再者，第二电流源432的第二端连接至节点b。其中，第二差动对电路430接收第一输入信号Vxp与第二输入信号Vxn，用以产生第五电流I5与第六电流I6。
[0075] 再者，电流感应电路450包括晶体管mp5、mp6、mp7、mp8，且晶体管mp5、mp6连接成为一第二电流镜，晶体管mp7、mp8连接成为一第三电流镜。晶体管mp5源极连接至节点a，漏极与栅极连接至节点f。晶体管mp6源极连接至节点a，栅极连接至节点f，漏极连接至节点g。晶体管mp7源极连接至节点a，漏极与栅极连接至节点e。晶体管mp8源极连接至节点a，栅极连接至节点e，漏极连接至节点h。根据本发明的实施例，晶体管mp6的尺寸(size)为晶体管mp5的N倍，晶体管mp8的尺寸(size)为晶体管mp7的N倍。因此，镜射电流的大小将会是感应电流的N倍。
[0076] 电流转电压电路460包括晶体管mn5、mn6。晶体管mn5源极连接至节点b，栅极连接至偏压电压Vb，漏极连接至节点h。晶体管mn6源极连接至节点b，栅极连接至偏压电压Vb，漏极连接至节点g。基本上，晶体管mn5、mn6用作为电阻性负载(resistive load)，因此晶体管mn5、mn6可用电阻来取代。亦即，第一电阻连接在节点h与节点b之间，第二电阻连接在节点g与节点b之间。
[0077] 逻辑电路470包括第一反相器472、第二反相器474、与非门476。第一反相器472的输入端连接至节点g，第二反相器474的输入端连接至节点h，与非门476的二输入端分别连接至第一反相器472的输出端x1与第二反相器474的输出端x2，与非门476的输出端产生检测信号O。
[0078] 根据本发明的实施例，当第一输入信号Vxp减去第二输入信号Vxn，亦即(Vxp-Vxn)，的结果小于振幅阈值，或者第二输入信号Vxn减去第一输入信号Vxp，亦即(Vxn-Vxp)，的结果小于振幅阈值时，第三电流I3大于第五电流I5且第四电流I4大于第六电流I6。因此，电流感应电路450不会产生任何感应电流流向节点e或节点f，并且不会产生任何镜射电流至节点g或节点h。因此，电流转电压电路460会使得节点g与节点h维持在低逻辑电平，并使得逻辑电路470产生低逻辑电平的检测信号O，代表无效的差动输入信号对。
[0079] 明显地，当振幅阈值检测器接收到无效的差动输入信号对时，电流感应电路450、电流转电压电路460与逻辑电路470中并未有任何的静态电流(quiescent current)。换句话说，在待机期间(standby period)时，振幅阈值检测器接收无效的差动输入信号对，且其功率损耗(power consumption)非常的低。
[0080] 如图4B所示，当第一输入信号Vxp减去第二输入信号Vxn，亦即(Vxp-Vxn)，的结果大于振幅阈值时，第六电流I6大于第四电流I4，使得电流感应电路450产生一第一感应电流Is1流向节点f，亦即(I4+Is1＝I6)，而第二电流镜产生第一镜射电流Im1至节点g，且第一镜射电流Im1的大小为(N×Is1)。再者，第三电流I3大于第五电流I5，使得电流感应电路450无法产生第二感应电流Is2流向节点e，亦即第二感应电流Is2为零，而第三电流镜产生的第二镜射电流Im2为零。
[0081] 再者，电流转电压电路460根据第一镜射电流Im1将节点g改为高逻辑电平(Hi)，根据第二镜射电流Im2使得节点h维持在低逻辑电平(Lo)，因此逻辑电路470产生高逻辑电平(Hi)的检测信号O，代表有效的差动输入信号对。
[0082] 如图4C所示，当第二输入信号Vxn减去第一输入信号Vxp，亦即(Vxn-Vxp)，的结果大于振幅阈值时，第五电流I5大于第三电流I3，使得电流感应电路450产生第二感应电流Is2流向节点e，亦即(I3+Is2＝I5)，而第三电流镜产生第二镜射电流Im2至节点h，且第二镜射电流Im2的大小为(N×Is2)。再者，第四电流I4大于第六电流I6，使得电流感应电路450无法产生第一感应电流Is1流向节点f，亦即第一感应电流Is1为零，而第二电流镜产生的第一镜射电流Im1为零。
[0083] 再者，电流转电压电路460根据第一镜射电流Im1将节点g维持在低逻辑电平(Lo)，根据第二镜射电流Im2将节点h改变至高逻辑电平(Hi)，因此逻辑电路470产生高逻辑电平(Hi)的检测信号O，代表有效的差动输入信号对。
[0084] 如图4D所示，在t1时间点之前为待机期间，差动输入信号对的差值小于振幅阈值，第一镜射电流Im1与第二镜射电流Im2为零，第一反相器472输出端x1与第二反相器474输出端x2皆为高逻辑电平(Hi)，检测信号O为低逻辑电平(Lo)，代表无效的差动输入信号对。
[0085] 在时间点t1与时间点t2之间，第一输入信号Vxp减去第二输入信号Vxn，亦即(Vxp-Vxn)，的结果大于振幅阈值。因此，产生第一镜射电流Im1，并且第二镜射电流Im2为零，第一反相器472输出端x1为低逻辑电平(Lo)，第二反相器474输出端x2为高逻辑电平(Hi)，检测信号O为高辑电平(Hi)，代表有效的差动输入信号对。
[0086] 在时间点t2与时间点t3之间，差动输入信号对的差值小于振幅阈值，检测信号O为低逻辑电平(Lo)，代表无效的差动输入信号对。
[0087] 在时间点t3与时间点t4之间，第二输入信号Vxn减去第一输入信号Vxp，亦即(Vxn-Vxp)，的结果大于振幅阈值。因此，产生第二镜射电流Im2，并且第一镜射电流Im1为零，第一反相器472输出端x1为高逻辑电平(Hi)，第二反相器474输出端x2为低逻辑电平(Lo)，检测信号O为高逻辑电平(Hi)，代表有效的差动输入信号对。
[0088] 同理，在时间点t4之后，动作原理相同于上述时间点t1至时间点t4的描述检测。其详细原理不再赘述。
[0089] 另外，由图4D可知，在时间点t2至时间点t3之间，为第一输入信号Vxp与第二输入信号Vxn的转态过程(transition period)，会造成检测信号O短暂地改变至低逻辑电平(Lo)。因此，与非门476的输出端连接一突波防止电路480，用以防止检测信号O短暂地改变电平。因此，去突波信号O’即可以维持在高逻辑电平，代表有效的差动输入信号对。当然，突波防止电路480也可以选择性地不要配置于本发明的振幅阈值检测器中。
[0090] 由以上的说明可知，本发明的振幅阈值检测器可接收第一输入信号Vxp、第二输入信号Vxn、第一参考电压VRP与第二参考电压VRN，并具以产生一检测信号O用以指示差动输入信号对是否为有效的差动输入信号对。再者，本发明并未限定逻辑电路470的电路架构，在此领域的技术人员可以利用其他的逻辑电路来组成具相同功能的判断电路。
[0091] 综上所述，虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视所附
权利要求书界定范围为准。
