專利名稱：物理層接口電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路技術(shù)，特別涉及一種物理層接口電路。
背景技術(shù)：
隨著集成電路產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，客戶對(duì)電子產(chǎn)品的要求越來越高，這 樣，為了能達(dá)到比較高的成品率以及有良好的性能，要求產(chǎn)品在比較苛刻 的條件下也能夠良好工作；例如，在工藝，溫度，電壓，負(fù)載的不匹配以 及器件寄生等等條件的影響下，會(huì)產(chǎn)生非線性失真，要達(dá)到USB規(guī)范的要
求，PHY (PHYSICAL LAYER物理層)接口電路的設(shè)計(jì)難度越來越大。
常見PHY(物理層)接口電路包括兩個(gè)數(shù)據(jù)傳送器，分別輸出DP(Data Plus數(shù)據(jù)正極)、DM (Data Minus數(shù)據(jù)負(fù)極) 一對(duì)差分信號(hào)。 一種數(shù)據(jù) 傳送器如圖1所示，輸入信號(hào)經(jīng)過輸出信號(hào)控制級(jí)，將信號(hào)調(diào)整成合適的 信號(hào)形式，然后通過輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)將信號(hào)輸出；輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)為推挽式CMOS 放大器，包括上下PMOS管、麗0S管，上下PM0S管、NMOS管漏極同信 號(hào)輸出端相連。在實(shí)際工作中，由于輸出信號(hào)控制級(jí)受到偏置電流、工藝 偏差以及寄生電容等因素變化的影響，會(huì)使得輸出信號(hào)控制級(jí)輸出的信號(hào) 產(chǎn)生偏差；最后經(jīng)過輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)驅(qū)動(dòng)輸出時(shí)，由于靜電保護(hù)電路影響以及 工藝的偏離，會(huì)導(dǎo)致上下的PMOS與NMOS驅(qū)動(dòng)能力不同，從而產(chǎn)生非線 性失真；另一方面，USB規(guī)范里規(guī)定兩個(gè)差分輸出級(jí)(兩個(gè)數(shù)據(jù)傳送器) 的負(fù)載不同(用以控制USB不同的傳輸模式)，同樣會(huì)產(chǎn)生一定程度的偏差。多方面因素疊加導(dǎo)致此接口電路一定會(huì)出現(xiàn)不同程度的偏差。
為了保證物理層接口電路能良好的滿足規(guī)范的要求，并且降低其對(duì)工
藝以及外部環(huán)境的依賴性，當(dāng)前主要的技術(shù)有采用良好的基準(zhǔn)源為物理
層電路提供偏置；采用復(fù)雜的補(bǔ)償電路等等方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種物理層接口電路，該電路能抑 制輸出信號(hào)非線性失真，彌補(bǔ)由于工藝、溫度、電壓、負(fù)載的不匹配以及 器件寄生等原因引起的輸出波形失真。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的物理層接口電路，包括兩個(gè)數(shù)據(jù)傳送
器，該兩個(gè)數(shù)據(jù)傳送器輸出DP、 DM—對(duì)差分信號(hào)，數(shù)據(jù)傳送器包括輸出
信號(hào)控制級(jí)、輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)，輸入信號(hào)經(jīng)過輸出信號(hào)控制級(jí)進(jìn)行調(diào)整后通過
輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)將信號(hào)輸出，輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)為推挽式CMOS放大器，包括上下PM0S 管、麗0S管，上下PM0S管、NM0S管的漏極接信號(hào)輸出端，其特征在于， 還包括四個(gè)壓控電流源，數(shù)據(jù)傳送器輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)上下PMOS管、麗0S管 的源漏極間分別跨接有壓控電流源，該兩個(gè)壓控電流源電流方向相反，一 個(gè)流向信號(hào)輸出端，另一個(gè)流出信號(hào)輸出端，且該兩個(gè)壓控電流源極性相 反，兩個(gè)數(shù)據(jù)傳送器的輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)中的兩個(gè)PMOS管源漏極間跨接的兩個(gè) 壓控電流源電流方向相同且極性相同、兩個(gè)NM0S管源漏極間跨接的兩個(gè) 壓控電流源電流方向相同且極性相同；取兩個(gè)數(shù)據(jù)傳送器的信號(hào)輸出端的 DP、 DM差分信號(hào)的共模中間電平，取物理層接口電路電源電壓的中間電 平，取該差分信號(hào)共模中間電平同該電源電壓的中間電平的比較電平差作 為四個(gè)壓控電流源的控制電壓，當(dāng)差分信號(hào)共模中間電平高于該電源電壓的中間電平時(shí)，控制電流方向流向信號(hào)輸出端的壓控電流源的輸出電流減 小，電流方向流出信號(hào)輸出端的壓控電流源的輸出電流增大，當(dāng)差分信號(hào) 共模中間電平低于該電源電壓的中間電平時(shí)，控制電流方向流向信號(hào)輸出 端的壓控電流源的輸出電流增大，電流方向流出信號(hào)輸出端的壓控電流源 的輸出電流減小。
可以包括一運(yùn)算放大器，所述差分信號(hào)共模中間電平、電源電壓的中 間電平分別接所述運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端，所述運(yùn)算放大器的輸出電平 作為所述四個(gè)壓控電流源的控制電壓。
本發(fā)明的物理層接口電路，在每個(gè)數(shù)據(jù)傳送器的輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)中接入兩 個(gè)電流方向相同且極性相反的壓控電流源，通過兩個(gè)數(shù)據(jù)傳送器的信號(hào)輸 出端的DP、 DM差分信號(hào)共模中間電平同該電源電壓的中間電平的比較電
平差，控制各壓控電流源輸出的補(bǔ)償電流的大小，相應(yīng)的調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)傳送器 的輸出信號(hào)瞬態(tài)電平的高低，直至物理層接口電路兩個(gè)數(shù)據(jù)傳送器輸出的
DP、 DM—對(duì)差分信號(hào)完全對(duì)稱。本發(fā)明的物理層接口電路利用共模反饋
抑制輸出信號(hào)非線性失真，將輸出波形不對(duì)稱失真導(dǎo)致的共模電平相對(duì)電 源中間電平的變化，轉(zhuǎn)換成偏置電平控制輸出驅(qū)動(dòng)電流，能夠有效地去除 各種不利因素引起的輸出失真，使得物理層接口電路輸出的差分信號(hào)具有
良好的對(duì)稱性，從而保證物理層PHY接口電路能完好傳輸信號(hào)的目的。此 物理層接口電路能夠靈活運(yùn)用于多種物理層接口電路的波形控制調(diào)整中。


下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。 圖1是常見物理層接口一數(shù)據(jù)傳送器電路圖；圖2是本發(fā)明的物理層接口電路一實(shí)施方式電路圖3是本發(fā)明的物理層接口電路一實(shí)施方式的數(shù)據(jù)傳送器電路圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的物理層接口電路 -實(shí)施方式如圖2所示，包括兩個(gè)數(shù)據(jù)傳送
器，還包括一運(yùn)算放大器，該兩個(gè)數(shù)據(jù)傳送器輸出DP (Data Plus數(shù)據(jù) 正極)、DM (Data Minus數(shù)據(jù)負(fù)極) 一對(duì)差分信號(hào)。數(shù)據(jù)傳送器如圖3 所示，包括輸出信號(hào)控制級(jí)、輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)，輸入信號(hào)經(jīng)過輸出信號(hào)控制級(jí)， 將信號(hào)調(diào)整成合適的信號(hào)形式，然后通過輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)將信號(hào)輸出；輸出驅(qū) 動(dòng)級(jí)為推挽式CMOS放大器，包括上下PMOS管、麗0S管，上下PMOS管、 應(yīng)OS管的漏極接信號(hào)輸出端，上下PMOS管、麗OS管的源漏極間分別跨 接有壓控電流源，該兩個(gè)壓控電流源電流方向相反， 一個(gè)流向信號(hào)輸出端， 另一個(gè)流出信號(hào)輸出端，且該兩個(gè)壓控電流源極性相反，極性相反即兩個(gè) 壓控電流源的電流大小隨控制電壓的變化方向相反，物理層接口電路兩個(gè) 數(shù)據(jù)傳送器的輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)中的兩個(gè)PMOS管源漏極間跨接的兩個(gè)壓控電流 源電流方向相同且極性相同、兩個(gè)應(yīng)OS管源漏極間跨接的兩個(gè)壓控電流 源電流方向相同且極性相同，極性相同即兩個(gè)壓控電流源的電流大小隨控 制電壓的變化方向相同；在兩個(gè)數(shù)據(jù)傳送器的信號(hào)輸出端串接兩個(gè)等值電 阻，以該兩個(gè)等值電阻互聯(lián)端的電平作為物理層接口電路輸出差分信號(hào)的 共模中間電平，在物理層接口電路電源和地之間跨接的兩個(gè)等值電阻，以 所述兩個(gè)等值電阻互聯(lián)端的電平作為物理層接口電路電源電壓的中間電 平，該差分信號(hào)共模中間電平及該電源電壓的中間電平接所述運(yùn)算放大器 輸入端，所述運(yùn)算放大器的輸出分別連接到兩個(gè)數(shù)據(jù)傳送器，接到兩個(gè)數(shù)據(jù)傳送器的四個(gè)壓控電流源，作為壓控電流源的控制電壓，調(diào)整兩個(gè)數(shù)據(jù) 傳送器的輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)的壓控電流源電流，當(dāng)差分信號(hào)共模中間電平高于該 電源電壓的中間電平時(shí)，運(yùn)算放大器的輸出電平較穩(wěn)定狀態(tài)向一個(gè)方向偏 移，控制電流方向流向信號(hào)輸出端的壓控電流源的輸出電流減小，電流方 向流出信號(hào)輸出端的壓控電流源的輸出電流增大，當(dāng)差分信號(hào)共模中間電 平低于該電源電壓的中間電平吋，運(yùn)算放大器的輸出電平較穩(wěn)定狀態(tài)向另 一個(gè)方向偏移，控制電流方向流向信號(hào)輸出端的壓控電流源的輸出電流增 大，電流方向流出信號(hào)輸出端的壓控電流源的輸出電流減小，直至輸出的 DP、 DM—對(duì)差分信號(hào)完全對(duì)稱。調(diào)節(jié)運(yùn)算放大器的增益以及壓控電流源 工作電流的大小可以調(diào)整反饋的靈敏度。
跨接在一數(shù)據(jù)傳送器輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)的上下PM0S管、NMOS管的源漏極 間的兩個(gè)壓控電流源為電流方向相反、極性相反的壓控電流源，當(dāng)物理層 接口電路二數(shù)據(jù)傳送器輸出的DP、匿差分信號(hào)波形沒有受到各種因素影 響而正常輸出時(shí)候，如圖2所示A點(diǎn)的電平(差分信號(hào)共模中間電平)等 于B點(diǎn)的電平(電源電壓的中間電平)，運(yùn)算放大器的輸出電平穩(wěn)定，一 數(shù)據(jù)傳送器的兩個(gè)附加壓控電流源對(duì)輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)的輸出提供上下對(duì)等的 小量補(bǔ)償電流，此時(shí)輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)正常輸出；當(dāng)物理層接口電路受到工藝不 匹配(兩個(gè)數(shù)據(jù)傳送器受工藝影響使得電路不完全相同，導(dǎo)致電學(xué)特性有 一定差異)、外加負(fù)載不相同(例如USB規(guī)范規(guī)定接口電路在不同的傳送 模式下時(shí)，DP、 DM端負(fù)載有差異，也會(huì)引起兩個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)的驅(qū)動(dòng)能力 差異)、以及寄生不相同等因素影響時(shí)，兩個(gè)數(shù)據(jù)傳送器輸出的差分信號(hào) 會(huì)出現(xiàn)不同程度的不對(duì)稱，此時(shí)的A點(diǎn)電平不等于B點(diǎn)電平，A、 B不同輸入電平會(huì)引起運(yùn)算放大器輸出電平發(fā)生變化，即輸出電平相對(duì)之前的穩(wěn) 定狀態(tài)向其中某一個(gè)方向偏移，控制每個(gè)數(shù)據(jù)傳送器的兩個(gè)壓控電流源其 中之一加大電流補(bǔ)償，而另外一個(gè)減小電流補(bǔ)償，相應(yīng)的調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)傳送器 的輸出信號(hào)瞬態(tài)電平的高低，直至物理層接口電路兩個(gè)數(shù)據(jù)傳送器輸出的
DP、 DM —對(duì)差分信號(hào)完全對(duì)稱，從而使得A點(diǎn)電平等于B點(diǎn)電平，恢復(fù) 穩(wěn)態(tài)。例如，差分信號(hào)共模中間電平偏高時(shí)，A點(diǎn)電平高于B點(diǎn)電平，引
起運(yùn)算放大器輸出電平增高，在增高的運(yùn)算放大器輸出電平的控制下，一 數(shù)據(jù)傳送器的兩個(gè)壓控電流源中，電流方向?yàn)榱飨蛐盘?hào)輸出端的壓控電流 源輸出電流減小，電流方向?yàn)榱鞒鲂盘?hào)輸出端的壓控電流源輸出電流增 大，同時(shí)另一數(shù)據(jù)傳送器的電流方向?yàn)榱鞒鲂盘?hào)輸出端的壓控電流源輸出 電流增大，電流方向?yàn)榱魅胄盘?hào)輸出端的壓控電流源輸出電流減小，從而
降低了物理層接口電路輸出的差分信號(hào)共模中間電平的電平，使A點(diǎn)的電 平等于B點(diǎn)電平，恢復(fù)穩(wěn)態(tài)。同理可知當(dāng)差分信號(hào)共模中間電平偏低時(shí)， A點(diǎn)電平低于B點(diǎn)電平，引起運(yùn)算放大器輸出電平降低，在降低的運(yùn)算放 大器輸出電平的控制下， 一數(shù)據(jù)傳送器的兩個(gè)壓控電流源中，電流方向?yàn)?流向信號(hào)輸出端的壓控電流源輸出電流增大，電流方向?yàn)榱鞒鲂盘?hào)輸出端 的壓控電流源輸出電流減小，同時(shí)另 一數(shù)據(jù)傳送器的電流方向?yàn)榱鞒鲂盘?hào) 輸出端的壓控電流源輸出電流減小，電流方向?yàn)榱魅胄盘?hào)輸出端的壓控電 流源輸出電流增大，從而增高了物理層接口電路輸出的差分信號(hào)共模中間 電平的電平，使A點(diǎn)的電平等于B點(diǎn)電平，恢復(fù)穩(wěn)態(tài)。本發(fā)明中取共模電 平以及電壓中間值的方法不僅限于文中所述方法，還有諸如使用帶隙基準(zhǔn) 源產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的參考電壓，或者通過一些有源器件進(jìn)行分壓等等方法。一具體實(shí)施例，基于S0N0S 0. 13um CMOS工藝的USB1. 1 PHY接口芯 片連接方式如圖2所示，在物理層電路輸出差分通路上串接兩個(gè)同樣大 小的電阻，中間電平送至運(yùn)算放大器一輸入端，運(yùn)算放大器另一輸入端 接電源電壓的中間電平，可以同樣通過串接電源地的兩個(gè)相同電阻實(shí)現(xiàn)。 運(yùn)算放大器的輸出反饋至物理層電路的兩個(gè)數(shù)據(jù)傳送器內(nèi)部，控制數(shù)據(jù) 傳送器的輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)的電流輸出能力，從而達(dá)到調(diào)整輸出信號(hào)波形的目 的，連接方式如圖3所示。工作時(shí)，利用電阻串取物理層電路輸出差分 信號(hào)的共模中間電平，此電平與電源電壓的中間電平共同輸入運(yùn)算放大 器，運(yùn)算放大器的輸出用來調(diào)整兩個(gè)數(shù)據(jù)傳送器的輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)的上下 PM0S管、麗OS管的壓控電流源電流，調(diào)節(jié)運(yùn)算放大器的增益以及壓控電 流源工作電流的大小可以調(diào)整反饋的靈敏度。當(dāng)輸出波形沒有受到各種 因素影響而正常輸出時(shí)候，如圖1所示A點(diǎn)的電平等于B點(diǎn)的電平，0PA 輸出穩(wěn)定電平，不對(duì)兩個(gè)發(fā)送器作任何調(diào)整，當(dāng)輸出出現(xiàn)不對(duì)稱的時(shí)候， A點(diǎn)的電平不等于B點(diǎn)的電平，0PA輸出會(huì)發(fā)生變化對(duì)相應(yīng)的發(fā)送器的輸 出電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，直至A點(diǎn)的電平等于B點(diǎn)的電平，這樣就保證了 USB1. 1 PHY接口電路的輸出信號(hào)嚴(yán)格對(duì)稱，使得其對(duì)工藝，溫度，電壓，負(fù)載以 及寄生等等影響的抵抗能力更加強(qiáng)大。當(dāng)由于種種原因引起的輸出波形 失真時(shí)，此種結(jié)構(gòu)能有效糾正失真，從而保證USB內(nèi)部信號(hào)能夠正常完 好地傳輸。
本發(fā)明的物理層接口電路，在每個(gè)數(shù)據(jù)傳送器的輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)中接入兩 個(gè)電流方向相同且極性相反的壓控電流源，通過兩個(gè)數(shù)據(jù)傳送器的信號(hào)輸 出端的DP、 DM差分信號(hào)共模中間電平同該電源電壓的中間電平的比較電平差，控制各壓控電流源輸出的補(bǔ)償電流的大小，相應(yīng)的調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)傳送器的輸出信號(hào)瞬態(tài)電平的高低，直至物理層接口電路兩個(gè)數(shù)據(jù)傳送器輸出的DP、固一對(duì)差分信號(hào)完全對(duì)稱。本發(fā)明的物理層接口電路利用共模反饋抑制輸出信號(hào)非線性失真，將輸出波形不對(duì)稱失真導(dǎo)致的共模電平相對(duì)電源中間電平的變化，轉(zhuǎn)換成偏置電平控制輸出驅(qū)動(dòng)電流，能夠有效地去除各種不利因素引起的輸出失真，使得物理層接口電路輸出的差分信號(hào)具有良好的對(duì)稱性，從而保證物理層接U電路能完好傳輸信號(hào)的目的。此物理層接口電路能夠靈活運(yùn)用于多種物理層接口電路的波形控制調(diào)整中。
權(quán)利要求
1、一種物理層接口電路，包括兩個(gè)數(shù)據(jù)傳送器，該兩個(gè)數(shù)據(jù)傳送器輸出DP、DM一對(duì)差分信號(hào)，數(shù)據(jù)傳送器包括輸出信號(hào)控制級(jí)、輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)，輸入信號(hào)經(jīng)過輸出信號(hào)控制級(jí)進(jìn)行調(diào)整后通過輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)將信號(hào)輸出，輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)為推挽式CMOS放大器，包括上下PMOS管、NMOS管，上下PMOS管、NMOS管的漏極接信號(hào)輸出端，其特征在于，還包括四個(gè)壓控電流源，數(shù)據(jù)傳送器輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)上下PMOS管、NMOS管的源漏極間分別跨接有壓控電流源，該兩個(gè)壓控電流源電流方向相反，一個(gè)流向信號(hào)輸出端，另一個(gè)流出信號(hào)輸出端，且該兩個(gè)壓控電流源極性相反，兩個(gè)數(shù)據(jù)傳送器的輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)中的兩個(gè)PMOS管源漏極間跨接的兩個(gè)壓控電流源電流方向相同且極性相同、兩個(gè)NMOS管源漏極間跨接的兩個(gè)壓控電流源電流方向相同且極性相同；取兩個(gè)數(shù)據(jù)傳送器的信號(hào)輸出端的DP、DM差分信號(hào)的共模中間電平，取物理層接口電路電源電壓的中間電平，取該差分信號(hào)共模中間電平同該電源電壓的中間電平的比較電平差作為四個(gè)壓控電流源的控制電壓，當(dāng)差分信號(hào)共模中間電平高于該電源電壓的中間電平時(shí)，控制電流方向流向信號(hào)輸出端的壓控電流源的輸出電流減小、電流方向流出信號(hào)輸出端的壓控電流源的輸出電流增大，當(dāng)差分信號(hào)共模中間電平低于該電源電壓的中間電平時(shí)，控制電流方向流向信號(hào)輸出端的壓控電流源的輸出電流增大、電流方向流出信號(hào)輸出端的壓控電流源的輸出電流減小。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的物理層接口電路，其特征在于，還包括一 運(yùn)算放大器，所述差分信號(hào)共模中間電平、電源電壓的中間電平分別接所述運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端，所述運(yùn)算放大器的輸出電平作為所述四個(gè)壓 控電流源的控制電壓。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的物理層接口電路，其特征在于，在兩 個(gè)數(shù)據(jù)傳送器的信號(hào)輸出端串接兩個(gè)等值電阻，以所述兩個(gè)等值電阻互聯(lián) 端的電平作為物理層接口電路輸出差分信號(hào)的共模中間電平。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的物理層接口電路，其特征在于，在物理層接口電路電源和地之間串接的兩個(gè)等值電阻，以所述兩個(gè)等值電阻互 聯(lián)端的電平作為物理層接口電路電源電壓的中間電平。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種物理層接口電路，在每個(gè)數(shù)據(jù)傳送器的輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)中接入兩個(gè)電流方向相同且極性相反的壓控電流源，通過兩個(gè)數(shù)據(jù)傳送器的信號(hào)輸出端的DP、DM差分信號(hào)共模中間電平同該電源電壓的中間電平的比較電平差，控制各壓控電流源輸出的補(bǔ)償電流的大小，相應(yīng)的調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)傳送器的輸出信號(hào)瞬態(tài)電平的高低，直至物理層接口電路兩個(gè)數(shù)據(jù)傳送器輸出的DP、DM一對(duì)差分信號(hào)完全對(duì)稱。該物理層接口電路能抑制輸出信號(hào)非線性失真，彌補(bǔ)由于工藝、溫度、電壓、負(fù)載的不匹配以及器件寄生等原因引起的輸出波形失真。
文檔編號(hào)H03K19/0185GK101674071SQ200810043778
公開日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2008年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月11日
發(fā)明者醒 孟 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司