專(zhuān)利名稱(chēng)：串行鏈路發(fā)射機(jī)中的功率節(jié)省的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及串行鏈路發(fā)射機(jī)(serial link transmitter)中的功率節(jié)省。
背景技術(shù)：
在當(dāng)今的計(jì)算環(huán)境中，執(zhí)行和實(shí)現(xiàn)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的高速傳輸?shù)哪芰σ驯黄诖?。在大多情況中，通過(guò)在被設(shè)計(jì)用來(lái)處理計(jì)算機(jī)通信的通信鏈路上以高速串行格式(即，一個(gè)單個(gè)位接著另一個(gè)單個(gè)位)而發(fā)送數(shù)據(jù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在較長(zhǎng)距離上的傳輸。以此方式，即使多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在地理上相距遙遠(yuǎn)，也可將數(shù)據(jù)從一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)傳送到另一個(gè)。
為了發(fā)生高速串行傳輸，在串行通信鏈路上傳輸數(shù)據(jù)之前，必須將來(lái)自計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)從并行格式變換為串行格式。通常，通過(guò)經(jīng)由被稱(chēng)為串行鏈路發(fā)射機(jī)或“串行器”的一個(gè)計(jì)算機(jī)設(shè)備而處理計(jì)算機(jī)的內(nèi)部數(shù)據(jù)信號(hào)，來(lái)實(shí)現(xiàn)此變換。串行器的功能在于，接收并行數(shù)據(jù)流作為輸入，并且，通過(guò)處理該并行數(shù)據(jù)流，而輸出能夠在適合的通信鏈路上進(jìn)行高速傳輸?shù)拇行问降臄?shù)據(jù)。一旦串行化的數(shù)據(jù)已到達(dá)期望的目的地，便利用被稱(chēng)為“去串行器”的一個(gè)計(jì)算機(jī)設(shè)備，以將輸入數(shù)據(jù)從串行格式轉(zhuǎn)換為在目的地計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)使用的并行格式。
對(duì)于高速串行器/去串行器(HSS)發(fā)射機(jī)，調(diào)節(jié)發(fā)射機(jī)幅度的能力是期望的特征。原則上，僅需要控制引導(dǎo)到差分發(fā)射機(jī)(differential transmitter)的輸出的電流量，以提供對(duì)發(fā)射機(jī)幅度的調(diào)節(jié)。然而，發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)必須考慮到最大電流情形，并相應(yīng)地估量發(fā)射機(jī)設(shè)備，以處理最大電流情況。不幸地，在較低幅度的情形下，這樣的簡(jiǎn)單方法使功率被浪費(fèi)。
因而，存在對(duì)于這樣的串行鏈路發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)的需要，即，在維持發(fā)射機(jī)幅度的可調(diào)節(jié)能力的同時(shí)提供功率節(jié)省。本發(fā)明致力于這樣的需要。

發(fā)明內(nèi)容
描述了在串行鏈路發(fā)射機(jī)中節(jié)省功率的方面。所述方面包括提供并行排列的片段(segment)，每個(gè)片段包括串行鏈路發(fā)射機(jī)的預(yù)緩沖器和輸出級(jí)電路，并且，獨(dú)立地使能每個(gè)片段，以實(shí)現(xiàn)多個(gè)功率電平和多個(gè)級(jí)別的預(yù)加強(qiáng)，同時(shí)維持串行鏈路發(fā)射機(jī)的信號(hào)路徑中的基本上恒定的傳播延遲。其它方面包括在預(yù)緩沖器級(jí)電路中提供用來(lái)實(shí)現(xiàn)片段中的可控空閑狀態(tài)的旁路；以及用于轉(zhuǎn)換(slew)速率控制能力的、作為分段部分的預(yù)緩沖器電路中的尾電流和阻性負(fù)載元件。還包括在發(fā)射機(jī)信號(hào)路徑中提供具有預(yù)加強(qiáng)延遲電路的控制元件，以允許預(yù)加強(qiáng)延遲電路的最后延遲位的取反，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)加強(qiáng)權(quán)重的極性改變。
根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)在提供了一種電路，其包括并行排列的片段，每個(gè)片段包括預(yù)緩沖器和輸出級(jí)電路，并且，獨(dú)立地使能每個(gè)片段，以實(shí)現(xiàn)多個(gè)功率電平和多個(gè)級(jí)別的預(yù)加強(qiáng)，同時(shí)維持串行鏈路發(fā)射機(jī)的信號(hào)路徑中的基本上恒定的傳播延遲。
從另一方面考慮本發(fā)明，現(xiàn)在提供了一種方法，其包括提供發(fā)射機(jī)信號(hào)路徑的多個(gè)部分作為并行片段；以及獨(dú)立地使能每個(gè)并行片段，以控制輸出信號(hào)幅度。
從再一方面考慮本發(fā)明，現(xiàn)在提供了一種系統(tǒng)，其包括差分輸入信號(hào)；以及以并聯(lián)方式耦接的多個(gè)片段，用于發(fā)送差分輸入信號(hào)，其中，多個(gè)片段的獨(dú)立使能提供多個(gè)功率電平和多個(gè)級(jí)別的預(yù)加強(qiáng)，同時(shí)維持差分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的信號(hào)路徑中的基本上恒定的傳播延遲。
本發(fā)明的分段的預(yù)緩沖器和輸出級(jí)電路使用實(shí)現(xiàn)了具有可縮放的功率消耗的不受噪聲影響的設(shè)計(jì)。此外，可通過(guò)一致的定時(shí)來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)射機(jī)的幅度電平。從下面的詳細(xì)描述和附圖中，這些和其它優(yōu)點(diǎn)將變得清楚。


現(xiàn)在，將通過(guò)參照附圖，僅通過(guò)例子的方式而描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，附圖中圖1圖解了根據(jù)本發(fā)明的分段發(fā)射機(jī)的示例實(shí)施例的電路圖；圖2圖解了圖1的片段的電路細(xì)節(jié)圖；圖3圖解了圖2的預(yù)緩沖器的電路圖；圖4圖解了根據(jù)本發(fā)明的方面的用于預(yù)加強(qiáng)(pre-emphasis)極性控制的電路圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及串行鏈路發(fā)射機(jī)中的功率節(jié)省。呈現(xiàn)以下描述，以使本領(lǐng)域中的技術(shù)人員能夠作出并使用本發(fā)明的例子，并且，在專(zhuān)利申請(qǐng)及其需要的上下文中提供以下描述。對(duì)于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，對(duì)在這里描述的優(yōu)選實(shí)施例、以及一般原理和特征的各種修改是顯而易見(jiàn)的。由此，本發(fā)明不意圖限于所示出的實(shí)施例，而是與和在這里描述的原理和特征相一致的最大范圍相符。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)分段發(fā)射機(jī)，而實(shí)現(xiàn)用于HSS設(shè)計(jì)的功率節(jié)省，其中，在獨(dú)立使能的并行片段中分割發(fā)射機(jī)信號(hào)路徑的重要部分(即，預(yù)緩沖器和輸出級(jí))。這樣，如在下面對(duì)附圖的討論中更詳細(xì)地描述的，可得到多個(gè)功率電平和多個(gè)級(jí)別的預(yù)加強(qiáng)，同時(shí)維持基本上恒定的傳播延遲。
現(xiàn)在，參照?qǐng)D1，呈現(xiàn)了分段發(fā)射機(jī)的示例實(shí)施例的電路圖。在所圖解的例子中，可通過(guò)預(yù)加強(qiáng)的可調(diào)節(jié)量而實(shí)現(xiàn)4個(gè)不同的輸出功率電平。如圖1所示，經(jīng)由片段10和12而發(fā)送差分?jǐn)?shù)據(jù)輸入信號(hào)DATA_IN，作為差分?jǐn)?shù)據(jù)輸出信號(hào)DATA_OUT，其幅度是基于在輸出信號(hào)線(xiàn)上發(fā)送到終端電阻器14和16的電流而確定的。將DATA_IN信號(hào)直接輸入到片段10中的每個(gè)，并經(jīng)由延遲元件18而延遲，并被取反，以輸入到片段12。優(yōu)選地，如通過(guò)參照?qǐng)D2而更詳細(xì)地描述的，片段10和12各自包括等價(jià)的電路結(jié)構(gòu)。此外，盡管示例實(shí)施例包括4個(gè)(未延遲的)片段10和1個(gè)(延遲的)片段12(即，4∶1的比例)，但這是說(shuō)明性的，而不是對(duì)可包括的片段的數(shù)目(或比例)的約束。
現(xiàn)在，參照?qǐng)D2，其圖解了片段10、12的電路細(xì)節(jié)圖，片段10、12各自包括耦接到預(yù)緩沖器22的定時(shí)元件20(例如，鎖存器或多路復(fù)用器)，其中，預(yù)緩沖器22的每個(gè)輸出(Q_N、Q_P)耦接到晶體管24、26，從晶體管24、26產(chǎn)生輸出信號(hào)OUT_N、OUT_P。電流源28、30、32、34和36耦接到晶體管24和26?！癊NABLE(使能)”信號(hào)的狀態(tài)控制定時(shí)元件20、預(yù)緩沖器22、以及電流源28(例如，其提供一個(gè)電流單位，其中，例如，一個(gè)電流單位表示375微安)的使能。輸入到C0、C1、C2和C3的控制信號(hào)的狀態(tài)分別控制電流源30(例如，一個(gè)電流單位)、32(例如，兩個(gè)電流單位)、34(例如，四個(gè)電流單位)、以及36(例如，八個(gè)電流單位)的使能。
可通過(guò)經(jīng)由“ENABLE”、以及輸入到C0、C1、C2和C3的電流使能信號(hào)而選擇性地使能片段10和12，而調(diào)節(jié)發(fā)射機(jī)幅度和預(yù)加強(qiáng)量的控制。舉個(gè)例子，為實(shí)現(xiàn)全功率和最大(50％)的預(yù)加強(qiáng)，輸入到延遲的片段12的所有電流使能信號(hào)會(huì)處于使能狀態(tài)，以提供總電流的1/4，并且，輸入到未延遲的片段10的除去一個(gè)電流使能信號(hào)之外的全部電流使能信號(hào)會(huì)處于使能狀態(tài)(例如，對(duì)于每個(gè)片段10來(lái)說(shuō)，C2會(huì)處于禁用狀態(tài))，以提供總電流的3/4。然而，為實(shí)現(xiàn)全功率和1/8的預(yù)加強(qiáng)，對(duì)于延遲的片段12來(lái)說(shuō)，該片段的電流單位的一半會(huì)被使能(例如，C3會(huì)處于禁用狀態(tài))，同時(shí)，對(duì)于未延遲的片段10來(lái)說(shuō)，電流單位的7/8會(huì)被使能(例如，C1會(huì)處于禁用狀態(tài))。這樣，并行片段的可調(diào)節(jié)性實(shí)現(xiàn)了電流引導(dǎo)，其按照期望的預(yù)加強(qiáng)程度而被平衡，以維持所述片段中的總體恒定的峰值幅度。
在本發(fā)明的其它方面中，如通過(guò)參照?qǐng)D3中示出的預(yù)緩沖器22的電路圖而呈現(xiàn)的，預(yù)緩沖器22接納帶外(out-of-band)信令需求以及轉(zhuǎn)換速率(slewrate)控制兩者。在預(yù)緩沖器22內(nèi)，晶體管40和42接收D_N和D_P輸入信號(hào)(從圖2的定時(shí)元件20)，并耦接到阻性負(fù)載路徑，其包括電阻器44、46、48和50，從電阻器44、46、48和50產(chǎn)生預(yù)緩沖器22輸出信號(hào)Q_N和Q_P。預(yù)緩沖器22還包括旁路晶體管52，用來(lái)接納帶外信令/可控空閑狀態(tài)。通過(guò)激活旁路晶體管52(經(jīng)由控制信號(hào)OBS_N)，大多尾電流(tail current)流過(guò)它，使得無(wú)電流流過(guò)阻性負(fù)載路徑或晶體管的差分對(duì)，并且，由此，預(yù)緩沖器22輸出Q_P和Q_N均被提升為“高(HIGH)”。因此，差分輸出信號(hào)降低到0，同時(shí)，維持輸出共模電平(common mode level)，以在發(fā)射機(jī)輸出上實(shí)現(xiàn)期望的可控空閑狀態(tài)。由此，旁路晶體管52的包括有效地避免了簡(jiǎn)單地關(guān)斷電流以將差分輸出降低為0的緩慢且不穩(wěn)定的方法的使用。
對(duì)于轉(zhuǎn)換速率控制需要來(lái)說(shuō)，預(yù)緩沖器22還包括用來(lái)實(shí)現(xiàn)緩慢輸出過(guò)渡模式的電路，以接納半速率操作模式。通過(guò)連同分別耦接到阻性負(fù)載路徑的電阻器元件44和50的晶體管62和64一起而包括尾電流源54和60、以及控制晶體管56和58，而實(shí)現(xiàn)預(yù)緩沖器模式。在預(yù)緩沖器的正常(快速)模式操作中，尾電流部分為“ON(開(kāi))”，且晶體管62和64兩者都為“ON”，以經(jīng)由用于BIAS、SLEW_N和SLEW_P的適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)電平而將電阻器44和50與電阻器46和48并聯(lián)(晶體管66實(shí)質(zhì)上一直為“ON”)。所得到的操作等同于未分段的預(yù)緩沖器。在緩慢模式中，通過(guò)斷開(kāi)的阻性負(fù)載(電阻器元件44和50)的一半，即通過(guò)趨向高的SLEW_P，而關(guān)斷電流源部分的一半。因?yàn)橛善蔚妮敵黾?jí)(即，圖2的晶體管24、26、以及電流源28、30、32、34和36)所呈現(xiàn)的容性負(fù)載不變，所以，在這些條件下，預(yù)緩沖器的輸出過(guò)渡時(shí)間顯著增加，即對(duì)于半速率操作，轉(zhuǎn)換速率如期望的那樣減小。
除了本發(fā)明提供的轉(zhuǎn)換速率控制之外，如通過(guò)參照?qǐng)D4的電路圖而描述的，其它方面包括預(yù)加強(qiáng)極性控制。經(jīng)常將預(yù)加強(qiáng)功能實(shí)現(xiàn)為三級(jí)有限沖激響應(yīng)(FIR)數(shù)字濾波器，其中，在每個(gè)位時(shí)間上傳送的信號(hào)幅度是當(dāng)前和兩個(gè)先前的數(shù)據(jù)位的加權(quán)組合。盡管用于兩個(gè)延遲的數(shù)據(jù)位的權(quán)重一般為負(fù)，但本發(fā)明的發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，有時(shí)，用于第二個(gè)延遲權(quán)重的正值對(duì)于將預(yù)加強(qiáng)改善為更接近于特定信道的最優(yōu)化來(lái)說(shuō)是有價(jià)值的。參照?qǐng)D4，如在本領(lǐng)域中被良好地理解的，將延遲元件表示為由一系列D型觸發(fā)器70、72和74形成的移位寄存器(應(yīng)理解，一系列觸發(fā)器70和72可產(chǎn)生延遲一位的輸出，其通過(guò)圖1中的延遲元件18來(lái)表示)。為了調(diào)節(jié)圖4中的電路的延遲兩位的輸出的極性，本發(fā)明加入了極性控制元件，即異或(XOR)門(mén)76，其在一個(gè)輸入上接收來(lái)自觸發(fā)器74的輸出，而在第二個(gè)輸入上接收極性控制信號(hào)。通過(guò)控制極性控制信號(hào)的電平，存在這樣的選項(xiàng)，其用來(lái)經(jīng)由異或門(mén)76而對(duì)第二個(gè)延遲位的值取反，這在功能上等價(jià)于預(yù)加強(qiáng)權(quán)重的極性改變。
由上可知，可看出，在不背離本發(fā)明的新穎概念的精神和范圍的情況下，可產(chǎn)生大量變化和修改。應(yīng)理解，意圖或應(yīng)推斷不對(duì)在這里說(shuō)明的特定方法和裝置作出限制。當(dāng)然，其意圖通過(guò)所附權(quán)利要求而涵蓋落入到權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有這樣的修改。
權(quán)利要求
1.一種電路，其包括并行排列的片段，每個(gè)片段包括預(yù)緩沖器和輸出級(jí)電路，并且，獨(dú)立地使能每個(gè)片段，以實(shí)現(xiàn)多個(gè)功率電平和多個(gè)級(jí)別的預(yù)加強(qiáng)，同時(shí)維持串行鏈路發(fā)射機(jī)的信號(hào)路徑中的基本上恒定的傳播延遲。
2.如權(quán)利要求1所述的電路，其中，多個(gè)輸入信號(hào)選擇性地使能并行片段，以便平衡發(fā)射機(jī)信號(hào)路徑中的期望幅度和預(yù)加強(qiáng)需要。
3.如權(quán)利要求2所述的電路，其中，并行片段還包括未延遲和延遲片段，以將發(fā)射機(jī)信號(hào)路徑中的電流引導(dǎo)與預(yù)加強(qiáng)級(jí)別相平衡。
4.如權(quán)利要求1所述的電路，還包括預(yù)緩沖器級(jí)電路的電路中的旁路，用來(lái)實(shí)現(xiàn)片段中的可控空閑狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求4所述的電路，其中，旁路還包括預(yù)緩沖器級(jí)電路中的旁路晶體管。
6.如權(quán)利要求1所述的電路，還包括用于轉(zhuǎn)換速率控制能力的、作為分段部分的預(yù)緩沖器電路中的尾電流和阻性負(fù)載元件。
7.如權(quán)利要求1所述的電路，還包括發(fā)射器信號(hào)路徑中的具有預(yù)加強(qiáng)延遲電路的控制元件，用來(lái)允許預(yù)加強(qiáng)延遲電路的最后延遲位的取反，以實(shí)現(xiàn)預(yù)加強(qiáng)權(quán)重的極性改變。
8.一種方法，其包括提供發(fā)射機(jī)信號(hào)路徑的多個(gè)部分作為并行片段；以及獨(dú)立地使能每個(gè)并行片段，以控制輸出信號(hào)幅度。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，提供的步驟還包括提供預(yù)緩沖器和輸出級(jí)電路作為并行片段。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，獨(dú)立地使能每個(gè)并行片段的步驟還包括利用選擇性地使能并行片段的、并行片段的多個(gè)輸入信號(hào)，以便平衡發(fā)射機(jī)信號(hào)路徑中的期望幅度和預(yù)加強(qiáng)需要。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，并行片段還包括未延遲和延遲片段，以將發(fā)射機(jī)信號(hào)路徑中的電流引導(dǎo)與預(yù)加強(qiáng)級(jí)別相平衡。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括在預(yù)緩沖器級(jí)電路的電路中提供旁路，以實(shí)現(xiàn)片段中的可控空閑狀態(tài)。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括在預(yù)緩沖器電路中提供用于轉(zhuǎn)換速率控制能力的、作為分段部分的尾電流和阻性負(fù)載元件。
14.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括在發(fā)射機(jī)信號(hào)路徑中提供具有預(yù)加強(qiáng)延遲電路的控制元件，以允許預(yù)加強(qiáng)延遲電路的最后延遲位的取反，以實(shí)現(xiàn)預(yù)加強(qiáng)權(quán)重的極性改變。
15.一種系統(tǒng)，其包括差分輸入信號(hào)；以及以并聯(lián)方式耦接的多個(gè)片段，用于發(fā)送差分輸入信號(hào)，其中，多個(gè)片段的獨(dú)立使能提供多個(gè)功率電平和多個(gè)級(jí)別的預(yù)加強(qiáng)，同時(shí)維持差分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的信號(hào)路徑中的基本上恒定的傳播延遲。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，多個(gè)片段還包括第一數(shù)目的片段，用于以未延遲方式接收差分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)；以及第二數(shù)目的片段，用于以延遲方式接收差分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)。
17.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，多個(gè)片段各自還包括預(yù)緩沖器和輸出級(jí)電路。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，預(yù)緩沖器電路還包括旁路，用來(lái)實(shí)現(xiàn)片段中的可控空閑狀態(tài)。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，旁路還包括旁路晶體管。
20.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，預(yù)緩沖器級(jí)電路還包括用于轉(zhuǎn)換速率控制能力的、作為分段部分的尾電流和阻性負(fù)載元件。
21.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，還包括信號(hào)路徑中的具有預(yù)加強(qiáng)延遲電路的控制元件，用來(lái)允許預(yù)加強(qiáng)延遲電路的最后延遲位的取反。
全文摘要
描述了在串行鏈路發(fā)射機(jī)中節(jié)省功率的方面。所述方面包括提供并行排列的片段，每個(gè)片段包括串行鏈路發(fā)射機(jī)的預(yù)緩沖器和輸出級(jí)電路，并且，獨(dú)立地使能每個(gè)片段，以實(shí)現(xiàn)多個(gè)功率電平和多個(gè)級(jí)別的預(yù)加強(qiáng)，同時(shí)維持串行鏈路發(fā)射機(jī)的信號(hào)路徑中的基本上恒定的傳播延遲。其它方面包括在預(yù)緩沖器級(jí)電路中提供用來(lái)實(shí)現(xiàn)片段中的可控空閑狀態(tài)的旁路；以及用于轉(zhuǎn)換速率控制能力的、作為分段部分的預(yù)緩沖器電路中的尾電流和阻性負(fù)載元件。還包括在發(fā)射機(jī)信號(hào)路徑中提供具有預(yù)加強(qiáng)延遲電路的控制元件，以允許預(yù)加強(qiáng)延遲電路的最后延遲位的取反，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)加強(qiáng)權(quán)重的極性改變。
文檔編號(hào)H03K17/16GK1875592SQ200480031845
公開(kāi)日2006年12月6日 申請(qǐng)日期2004年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月30日
發(fā)明者史蒂文·克萊門(mén)茨, 卡麗·考克斯, 海登·克蘭福特 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司