专利名称：并行终端传输的电源去耦合装置及方法
技术领域：
本发明的一个方面涉及用于高频互连电路的电源系统。
背景技术：
现在的电子系统包括许多运行在很高时钟频率的复杂集成电路。现在，在芯片到芯片互连上的数据率已经超过了300Mb/s。在未来的几年内这些数据率有望达到1Gb/s。在这些数据率中，芯片至芯片的互连类似射频传输线的操作。这样，合适的终端是必需的。对于较长距离的互连，则经常使用并行终端。一些熟悉的例子包括CPU至北桥芯片互连，北桥芯片至DDR(双倍数据率SDRAM)存储器互连以及图像处理器至DDR存储器的互连。
当互连宽度变得更宽时，需要运行这些传输线的电源数量可能成为系统的最大电能用户之一。例如，现在的高级图像处理器可使用256字节宽互连至DDR存储器。流过终端电阻的电流量是如此之大，以至于经常使用DC/DC转换器以提供终端电压。
传统的DC/DC转换器通常不能对终端电流的变化需求提供足够快的响应。即使对于以300Mb/s数据率运行的接口，当所有数据位从0到1并回到0转换时，电流负荷在很短的时钟周期从几乎零到全电流并回到零变化。终端电压的DC/DC电源面临的问题也同样发生在驱动传输线的驱动电路的DC/DC电源中。
图1传统驱动器电源系统10，包括为高速线驱动器14(图中示出了许多个中的一个)提供能量的驱动器电源12，VDDQ，和电容13，以及为终端装置18提供能量的终端电源16，VTT，和电容15。
在工作中，驱动器16随数据线19状态的变化而从驱动器电源12汲取电流。当所有或大部分数据线处于低电平状态时，流过小电流。当大部分数据线处于高电平时，流过大的直流负荷电流。在高负荷电流模式期间，电流从VDDQ电源12流经终端电阻18，进入到吸收该电流的终端电源16。从VDDQ电源12流进VTT电源16电流为负的，并且为从VDDQ电源12流出电流量的大约一半。
当数据线19转换到低电平时，从VDDQ电源12到终端电阻18的电流几乎立即降低到零。这导致VDDQ电源12的电压的输出生成向上的尖峰脉冲，从而使VDDQ电源转换到应急暂态恢复模式，以避免电源输出增加超过电压规定值。几乎同时，流经VTT电源16的电流反向，导致VTT电源16的电压形成向下的尖峰脉冲，从而使VTT电源16进入应急暂态恢复模式以防止VTT电源电压下降低于电压规定值。VTT应急暂态恢复运行又可能形成巨大的暂态电流流回VDDQ电源12，从而进一步加剧VDDQ电源12输出的电压尖峰脉冲。通过使用用于VTT和VDDQ电源16及12的高速DC/DC转换器，可减少暂态负荷变化期间的电源波动值。然而，电源的波动值仍然很大，并且高速DC/DC转换器通常价格非常高。
发明内容
一种用于通信数据的互连电路。该互连电路包括至少一个驱动器以接收和传送数据。至少一个终端装置与每一驱动器通信。具有输出端的第一电源，为驱动器提供能量。具有输出端的第二电源，为终端装置提供能量。第一去耦合电容与第一电源输出端和第二电源输出端相连。
本发明的一个或多个具体实施方式
的具体内容通过附图和下面的说明可显现出来。从说明书和附图以及权利要求书，将可以得出本发明的其它特征、目的以及优点。
图1为传统高频互连电路的框图；
图2为高频互连电路一个方面的框图；图3示出了与高频互连电路一个方面有关的波形；图4为安装在印刷电路板(PCB)上的高频互连电路一个方面的二维视图。
具体实施例方式
图2示出了为一个或者多个高速驱动器24提供电能的电源系统20的一实施例。驱动器24可用于互连系统中，该互连系统以相当于传输线的互连数据率运行。带有滤波电容32的驱动器电源22可为高速驱动器24提供电能。带有滤波电容34的终端电源26可为终端装置28提供电能。
本发明认识到通过在VTT电源26和VDDQ电源22之间连接一去耦电容30，C1，可大大改善电源系统20的暂态响应。此外，可大大减少或消除接地和电源22及26之间的滤波电容32的尺寸。去耦电容30的电容可等于或大大超过滤波电容34的电容。这似乎将加重电源输出电压的低频干扰(glitch)问题。然而，设置去耦电容30实际上可大大降低使用非常高速DC/DC转换器的需求并大大减小滤波电容32和34的尺寸。事实上，设置去耦电容30可同时解决VDDQ和VTT电源22和26需要注意的电源调节问题(regulation problem)。去耦电容30可为任意种类的高频电容装置，如陶瓷电容，硅基电容，等等。
图3表示与电源系统20的一个方面工作有关的波形。第一波形50表示流入驱动器24的电流。第二波形52表示VDDQ电源22的输出电压。第三波形54表示流经去耦电容30，C1的电流。
在工作中，当数据线29上的数据全部或者大部分为直流电流时，一大的直流电流I1，从VDDQ电源22流到驱动器24，并且经过终端电阻28流到VTT电源26。大约一半直流电流从VTT电源26流回到VDDQ电源22。
当数据转换到全部和大部分为零时，流入驱动器24的电流几乎立即降低到零。然而，流自VDDQ电源22的电流由于电源22的限制，如寄生电感和有限暂态负载响应，不会立即减少到零。去耦电容30为流自VDDQ电源22的电流提供暂态电流路径I0。电流自VDDQ电源22流出，经过去耦电容30，经过终端电阻28，并且最终流过驱动器24。当VDDQ电源22的输出电压由于去耦电容30的限值，开始向上漂移(drift)时，VTT电源26开始响应。由于去耦电容30提供另一电流路径，VTT电源26不必那么快的响应负载电流变化以防止输出电压尖峰脉冲。并且，由于VTT电源26对负载变化的响应能够比不设置去耦电容30的电源系统的更慢，因此，VDDQ电源22也不必对负载变化响应那么快。
优选地，该电源系统20在如图4所示的印制电路板(PCB)的组件40上实现。组件40可包括VTT电源平面42以及VDDQ电源平面44，以分配分别来自VTT和VDDQ电源26及22的电能。优选地，VTT电源平面42放置在VDDQ电源平面44的下一层。绝缘层48可隔开电源平面42和44。将VTT电源平面42布置在VDDQ电源平面44的下一层可有利地增加VTT和VDDQ之间的分布电容，还加入与去耦电容30并联的电容。
在传统的电源系统中，VTT电源平面通常指导致VTT电源平面与接地平面之间分布电容增加的接地平面，但在VTT电源平面和VDDQ电源之间的分布电容几乎没有增加。
PCB40上的数据线46也可布线成与VTT电源平面42相邻，以间接增加有效去耦电容30。数据线46可形成在与VTT电源平面42相邻的信号层上。数据线46也可形成作为VTT电源平面42的一部分。
上面已经描述了本发明的一些具体实施例。然而，应当认识到可有各种修改而不脱离本发明的精神和范围。因此，其它实施例在所附权利要求书的范围之内。
权利要求
1.一种通信数据的互连电路，包括至少一个驱动器(24)，以接收和传送数据；至少一个与各驱动器通信的终端装置(28)；第一电源(22)，具有输出端用于为所述驱动器(24)提供电能；第二电源(26)，具有一输出端用于为所述终端装置(28)提供电能；第一去耦电容(30)，与所述第一电源输出端和所述第二电源输出端相连。
2.如权利要求1所述的互连电路，其特征在于所述第一电源输出端以大地为参考电位；以及进一步包括连接在第一电源输出端和大地之间的第一滤波电容(32)。
3.如权利要求1所述的互连电路，其特征在于所述电路组装在印制电路板(40)上。
4.如权利要求3所述的互连电路，其特征在于所述印制电路板(40)包括第一电源层(44)，包括第一电源导体以分布来自所述第一电源(22)的电能；以及第二电源层(42)，包括第二电源导体以分布来自所述第二电源(26)的电能，所述第二电源导体与所述第一电源导体相对布置。
5.如权利要求4所述的互连电路，其特征在于所述印制电路板(40)包括数据线(46)以将信号传送至所述驱动器(24)，所述数据线(46)布置在与所述第二电源层(42)相对布置的信号层上。
6.如权利要求1所述的互连电路，其特征在于所述驱动器(24)包括电源输入端，信号输入端，以及信号输出端；所述第一电源输出端与所述驱动器(24)的电源输入端相连；以及所述终端装置(28)，连接在所述第二电源(26)的输出端与所述驱动器(24)的信号输入端或所述信号输出端之一的之间。
7.如权利要求1所述的互连电路，其特征在于还包括多个驱动器(24)；以及所述终端(28)响应于多个驱动器(24)的每一个。
8.如权利要求1所述的互连电路，其特征在于所述第二电源输出端以大地为参考电位；进一步包括具有一电容值的第一滤波电容(34)，其连接在所述第二电源输出端和大地之间；以及所述第一去耦电容(32)，具有与所述第二滤波电容的电容值至少相等的电容值。
9.如权利要求8所述的互连电路，其特征在于所述第一去耦电容(32)的电容至少大于所述第二滤波电容(34)电容10倍。
10.一种用于在传输线上通信数据的方法，包括提供驱动器(24)以缓冲所述数据，所述驱动器(24)具有电源输入端；提供终端装置(26)以与所述驱动器(24)阻抗匹配；提供电能至所述驱动器(24)的电源输入端；提供电能至终端装置(26)；以及在所述驱动器(24)的电源输入端和所述终端装置(26)之间形成高频电流路径(30)。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于进一步包括为供给到所述驱动器(24)和所述终端装置(26)的电能滤波。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于进一步包括提供印制电路板(40)以容纳所述互连电路。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于通过第一电源导体(44)将电能分布到所述驱动器(24)上的电源输入端；将电能通过第二电源导体(42)分布到所述终端装置；以及将所述第一电源导体(44)布置成与所述第二电源导体(42)相对。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于进一步包括在所述印制电路板(40)上形成数据线(46)，以将信号传送到所述驱动器(24)；以及将所述数据线(46)布置成与所述第二电源导体(42)相对。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于布置所述数据线(46)步骤包括在信号层形成所述数据线(46)。
16.如权利要求13所述的方法，其特征在于所述第一电源导体(44)包括在第一层，且第二电源导体(46)包括在第二层。
17.如权利要求11所述的方法，其特征在于将供给到所述终端装置(24)的电能滤波步骤包括提供具有一电容值的滤波电容(34)；其中形成高频电流路径步骤包括提供具有一电容值的去耦电容(30)；以及选择所述去耦电容(30)的电容值以至少与所述滤波电容(34)的电容值相等。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于所述去耦电容(30)的电容至少大于所述滤波电容(34)的电容的10倍。
全文摘要
一种通信数据互连电路。该互连电路包括至少一个驱动器以接收和传送数据。至少一个与每一驱动器通信的终端装置。具有输出端的第一电源为驱动器提供电源。具有输出端的第二电源为终端装置提供电源。第一去耦合电容与第一电源的输出端以及第二电源的输出通信。
文档编号G05F1/10GK1497825SQ03156990
公开日2004年5月19日 申请日期2003年9月17日 优先权日2002年9月25日
发明者S·苏塔迪加, S 苏塔迪加 申请人:马维尔国际贸易有限公司