专利名称：用来调整终端电阻值的阻抗调整电路及相关方法
技术领域：
本发明涉及一种用来调整一终端电阻的阻抗调整电路及其相关方法，尤其涉及一 种通过一逐次逼近方式，估测一外接电阻与一单位电阻的比例，以调整终端电阻的阻抗调 整电路及其相关方法。
背景技术：
对于高速的传输界面而言，为了达到最佳的能量传输效率以及避免信号在传递的 过程中产生不必要的反射现象，通常对于信号传递路径中传送端的输出阻抗、接收端的输 入阻抗以及传输介质的特性阻抗等，都会严格要求以符合某个特定的规范值。例如，传输介 质的特性阻抗一般为50欧姆或75欧姆，因此在设计接收端电路时亦须采用50欧姆或75 欧姆的电阻来做为终端电阻。然而，集成电路技术所实现的电阻常会受到制程变异影响而有正负15%左右的 误差，不易做到精准的电阻值。因此，已知技术通常会利用一阻抗匹配电路，来调整集成电 路内部的终端电阻，使其相等于传输介质的特性阻抗，而达到阻抗匹配的目的。为了获得 较精确的终端电阻，在大多数的阻抗匹配电路中，通常都是以外接精密电阻的方式来进行 阻抗值的微调，以满足信号品质的需求，如美国专利号第「7，368，936」号及台湾专利号第 「538，602」号所示。然而，上述专利皆给定一定电压在外接电阻上，且耗费相当大的电路面 积。
发明内容
因此，本发明即在于提供一种用来调整一终端电阻的阻抗调整电路及其相关方 法。本发明公开一种用来调整一终端电阻的阻抗调整电路，包含有一电阻估测单元及 一终端电阻单元。电阻估测单元包含有一第一电阻、一电压至电流转换单元、一电流运算单 元、一第二电阻、一比较器及一逐次逼近寄存器。该电压至电流转换单元耦接于一参考电 压及该第一电阻，用来通过该第一电阻，将该参考电压转换为一参考电流。该电流运算单 元耦接于该电压至电流转换单元，用来根据该参考电流及一控制信号，产生一对比电流，其 中该对比电流的大小由该控制信号进行调整。该第二电阻耦接于该电流运算单元，用来将 该对比电流转换成一对比电压。该比较器耦接于该第二电阻及该参考电压，用来根据该对 比电压及该参考电压，产生一比较结果。该逐次逼近寄存器(Successive Approximation Register, SAR)耦接于该比较器及该电流运算单元，用来根据该比较结果，执行一逐次逼近 运算，以设定该控制信号，直到该对比电流与该参考电流的一比例近似于该第一电阻与该 第二电阻的一比例为止。该终端电阻单元耦接于该电阻估测单元，包含有多个单位电阻，该 终端电阻单元用来根据该控制信号，决定该多个单位电阻的并联数量，以提供一匹配阻抗 值。本发明还公开一种用来调整一终端电阻的阻抗调整方法，包含有通过一第一电阻，将一参考电压转换为一参考电流；根据该参考电流及一控制信号，产生一对比电流，其 中，该对比电流的大小由该控制信号进行调整；通过一第二电阻，将该对比电流转换成一对 比电压；根据该对比电压及该参考电压，产生一比较结果；根据该比较结果，执行一逐次逼 近运算，以设定该控制信号，直到该对比电流与该参考电流的一比例近似于该第一电阻与 该第二电阻的一比例为止；以及根据该控制信号，决定多个单位电阻的并联数量，以提供一 匹配阻抗值。
图1为本发明一阻抗调整电路的示意图。图2为本发明一终端电阻单元的实施例示意图。图3为本发明一电阻估测单元的实施例示意图。图4为本发明实施例一传送端与一接收端的示意图。图5为本发明一电阻估测单元的实施例示意图。图6为本发明一阻抗调整流程的实施例示意图。图7为本发明一电阻估测单元的实施例示意图。主要元件符号说明10阻抗调整电路11,30,50电阻估测单元12、20、43、44终端电阻单元111、112、311、312、511、512 电阻113、313、513电压至电流转换单元114、314、514电流运算单元115、315、515比较器116、316、516逐次逼近寄存器Veef参考电压Ieef参考电流FT[n:0]控制信号Icon对比电流Vcon对比电压Vout比较结果Runitl RunitN、Runit单位电阻Rl Rn电阻群组SRl SRn、Swl SWn开关Rext外接电阻OPl运算放大器MPl晶体管MNO电流接收元件MN1 MNn电流镜射元件TX传送端
RX接收端Vop, Von输入端Vincom共模电压60阻抗调整流程600 670步骤
具体实施例方式请参考图1，图1为本发明一阻抗调整电路10的示意图。阻抗调整电路10用来 调整一终端电阻的阻抗值，其包含有一电阻估测单元11及一终端电阻单元12。电阻估测 单元11包含有电阻111及112、一电压至电流转换单元113、一电流运算单元114、一比较 器 115 及一逐次逼近寄存器(Successive Approximation Register，SAR) 116。电压至电 流转换单元113耦接于一参考电压Vkef及电阻111，用来通过电阻111，将参考电压Vkef转 换为一参考电流IKEF。电流运算单元114耦接于电压至电流转换单元113，用来根据参考电 流Ikef及一控制信号FT[n:0]，产生一对比电流Ira。其中，对比电流ΙωΝ的大小由控制信号 FT[n:0]进行调整。电阻112耦接于电流运算单元114，用来将对比电流ΙωΝ转换成一对比 电压νωΝ。比较器115耦接于电阻112及参考电压Vkef，用来根据对比电压Vew及参考电压 Vkef，产生一比较结果VQUT。逐次逼近寄存器116耦接于比较器115及电流运算单元114，用 来根据比较结果VOT，执行一逐次逼近运算，以设定控制信号FT[n:0]，直到对比电流Ira与 参考电流Ikef的一比例近似或相等于电阻111与电阻112的一比例为止。终端电阻单元12 耦接于电阻估测单元11，包含有单位电阻Runitl RmitN，其用来根据控制信号FT [η0]，决定 单位电阻Runitl Ru itN的并联数量，以提供一匹配阻抗值。在本发明一实施例中，电阻111与单位电阻Runitl R-^具有相同的阻抗值及制 程变异，而电阻112是一外接(off-chip)电阻。而在本发明另一实施例中，电阻111也可 以通过一外接电阻实现，而电阻112则具有与单位电阻Rmitl Runiffl相同的阻抗值及制程 变异。因此，本发明阻抗调整电路10可通过逐次逼近的方式，估测外接电阻与芯片上单 位电阻的比例，并根据估测结果决定单位电阻的并联数量，从而获得与传输介质特性阻抗 相匹配的终端电阻值。如此一来，本发明可提供高速数据传输界面最佳的能量传输效率，及 避免信号在传递的过程中产生不必要的反射现象。请参考图2，图2为本发明一终端电阻单元20的实施例示意图。终端电阻20用来 实现图1中的终端电阻单元12，其包含有电阻群组Rl Rn及开关SRl SRn。电阻群组 Rl Rn的每一电阻群组由不同数量的单位电阻Runit并联组成。而开关SRl SRn则分别 耦接于电阻群组Rl Rn，用来根据控制信号FT[n:0]，控制电阻群组Rl Rn的连接，从而 决定单位电阻Runit的并联数量。在本发明实施例中，电阻群组Rl Rn所包含的并联电阻 数量以二次方依序递增。如此一来，本发明阻抗调整电路10可利用各种已知的逐次逼近寄 存器，或是任何可进行二元搜寻(Binary Search)的软件或硬件来实现，其详细实施方式请 继续参考以下说明。请参考图3，图3为本发明一电阻估测单元30的实施例示意图。电阻估测单元30 用来实现图1中的电阻估测单元11，其包含有电阻311及312、一电压至电流转换单元313、一电流运算单元314、一比较器315及一逐次逼近寄存器316。在此实施例中，电阻311由 相同于图2中单位电阻之一单位电阻Rmit实现，而电阻312则以一外接电阻Rext实现。电 压至电流转换单元313由一运算放大器OPl及一晶体管MPl所构成。运算放大器OPl的正 输入端耦接于参考电压Vkef，而负输入端耦接于电阻311。晶体管MPl的栅极耦接于运算放 大器OPl的输出端，源极耦接于电阻311及运算放大器OPl的负输入端，而其漏极耦接于电 流运算单元314。由于运算放大器OPl操作于负反馈组态，因此运算放大器OPl的虚短路 (virtual ground)的特性会将电阻311的电压锁定至参考电压VKEF。在此情形下，电压至 电流转换单元313可通过电阻311将参考电压Vkef转换为参考电流IKEF。 电流运算单元314包含有一电流接收元件ΜΝ0、电流镜射元件丽1 MNn及开关 Sffl SWn。电流接收元件MNO用来接收参考电流IKEF。电流镜射元件丽1 MNn耦接于电 流接收元件ΜΝ0，用来根据参考电流Ikef，产生电流大小比例于参考电流Ikef的镜电流。开关 Sffl SWn则分别耦接于电流镜射元件MNl ΜΝη，用来根据控制信号FT [η:0],输出相对应 的镜电流，以产生对比电流ΙωΝ。较佳地，电流接收元件MNO及电流镜射元件丽1 MNn分 别由不同通道宽长比(W/L ration)的晶体管实现，并连接形成一传统电流镜架构。例如， 在本发明实施例中，电流接收元件MNO的宽长比可设为电流镜射元件MNl的宽长比的M倍， 而电流镜射元件Mm MNn的宽长比则以二次幂的方式依序递增。如此一来，电流运算单 元314可根据控制信号FT[n:0]的各位的值，通过开关SWl SWn控制所产生镜电流的单 位数，以调整对比电流Ira的大小。当对比电流Ira与参考电流Ikef的比例相等于单位电阻Rmit与外接电阻Rext的比 例时，对比电压νωΝ将会相等于参考电压VKEF。因此，为了估测外接电阻Rext与单位电阻Runit 的比例，本发明实施例可根据比较器315的比较结果Vott，以逐次逼近的方式调整对比电流 Icon的大小，直到对比电压Vra相等于参考电压Vkef为止。举例来说，逐次逼近寄存器316可根据比较器315的比较结果VQUT，进行二元搜 寻运算，并依序由控制信号FT[n:0]的一最高有效位(MostSignificant Bit, MSB)逐步 (bit-by-bit)设定至控制信号 FT[η:0]的一最低有效位(Least Significant Bit, LSB)。 每当逐次逼近寄存器316完成设定控制信号FT[n:0]之一位的值时，电流运算单元314 会相对应地调整其输出的对比电流Ira的大小。而在逐次逼近寄存器316设定控制信号 FT[n:0]的下一位的值前，对比电流Ira的大小会保持固定。如此一来，本发明实施例可通 过估测外接电阻与单位电阻的比例，来决定图2中单位电阻Rmit的并联数量。请继续参考图3，如果参考电压Vkef是一固定电压，则电压至电流转换单元313所
产生的参考电流Ikef可通过下式表示
权利要求
一种用来调整一终端电阻的阻抗调整电路，包含有一电阻估测单元，包含有一第一电阻；一电压至电流转换单元，耦接于一参考电压及该第一电阻，用来通过该第一电阻，将该参考电压转换为一参考电流；一电流运算单元，耦接于该电压至电流转换单元，用来根据该参考电流及一控制信号，产生一对比电流，其中该对比电流的大小由该控制信号进行调整；一第二电阻，耦接于该电流运算单元，用来将该对比电流转换成一对比电压；一比较器，耦接于该第二电阻及该参考电压，用来根据该对比电压及该参考电压，产生一比较结果；以及一逐次逼近寄存器(Successive Approximation Register，SAR)，耦接于该比较器及该电流运算单元，用来根据该比较结果，执行一逐次逼近运算，以设定该控制信号，直到该对比电流与该参考电流的一比例近似于该第一电阻与该第二电阻的一比例为止；以及一终端电阻单元，耦接于该电阻估测单元，包含有多个单位电阻，该终端电阻单元用来根据该控制信号，决定该多个单位电阻的并联数量，以提供一匹配的终端电阻值。
2.如权利要求1所述的阻抗调整电路，其中该第一电阻与该多个单位电阻具有相同的 阻抗值及制程变异，而该第二电阻是一外接(off-chip)电阻。
3.如权利要求1所述的阻抗调整电路，其中该第一电阻是一外接电阻，而该第二电阻 与该多个单位电阻具有相同的阻抗值及制程变异。
4.如权利要求1所述的阻抗调整电路，其中该多个单位电阻还形成多个电阻群组，该 多个电阻群组的每一电阻群组由不同数量的单位电阻并联组成，该多个电阻群组所包含的 电阻数量以二次方依序递增。
5.如权利要求4所述的阻抗调整电路，其中该终端电阻单元还包含有多个开关，分别 耦接于该多个电阻群组，用来根据该控制信号，控制该多个电阻群组的连接，以决定该多个 单位电阻的并联数量。
6.如权利要求1所述的阻抗调整电路，其中该电流运算单元还包含有 一电流接收元件，用来接收该参考电流；多个电流镜射元件，耦接于该电流接收元件，用来根据该参考电流，产生电流大小比例 于该参考电流的多个镜电流，该多个镜电流的大小以二次方依序递增；以及多个开关，分别耦接于该多个电流镜射元件，用来根据该控制信号，输出相对应的镜电 流，以产生该对比电流。
7.如权利要求1所述的阻抗调整电路，其中该电压至电流转换单元还包含有一运算放大器，具有一正输入端耦接于该参考电压，一负输入端耦接于该第一电阻，以 及一输出端；以及一晶体管，具有一源极耦接于该第一电阻及该运算放大器的该负输入端，一栅极耦接 于该运算放大器的该输出端，以及一漏极耦接于该电流运算单元。
8.如权利要求1所述的阻抗调整电路，其中该参考电压是一固定电压。
9.如权利要求1所述的阻抗调整电路，其中该参考电压是一差动输入信号的一共模电 压，而该共模电压根据该终端电阻单元所提供的该匹配阻抗值产生。
10.如权利要求1所述的阻抗调整电路，其中该控制信号具有多个位，该逐次近似寄存 器依序由该控制信号的一最高有效位来设定其位值，直到该控制信号的一最低有效位完成 设定为止。
11.一种用来调整一终端电阻的阻抗调整方法，包含有通过一第一电阻，将一参考电压转换为一参考电流；根据该参考电流及一控制信号，产生一对比电流，其中，该对比电流的大小由该控制信 号进行调整；通过一第二电阻，将该对比电流转换成一对比电压；根据该对比电压及该参考电压，产生一比较结果；根据该比较结果，执行一逐次逼近运算，以设定该控制信号，直到该对比电流与该参考 电流的一比例近似于该第一电阻与该第二电阻的一比例为止；以及根据该控制信号，决定多个单位电阻的并联数量，以提供一匹配的终端电阻值。
12.如权利要求11所述的方法，其中该第一电阻与该多个单位电阻具有相同的阻抗值 及制程变异，而该第二电阻是一外接电阻。
13.如权利要求11所述的方法，其中该第一电阻是一外接电阻，而该第二电阻与该多 个单位电阻具有相同的阻抗值及制程变异。
14.如权利要求11所述的方法，其中该多个单位电阻更形成多个电阻群组，该多个电 阻群组的每一电阻群组由不同数量的单位电阻并联组成，该多个电阻群组所包含的电阻数 量以二次方依序递增。
15.如权利要求14所述的方法，其中根据该控制信号，决定该多个单位电阻的并联数 量的步骤，包含有根据该控制信号，控制该多个并联电阻群组的连接，以决定该多个单位电阻的并联数量。
16.如权利要求11所述的方法，其中根据该参考电流及该控制信号，产生该对比电流 的步骤，包含有根据该参考电流，产生电流大小比例于该参考电流的多个镜电流，该多个镜电流的大 小以二次方依序递增；以及根据该控制信号，输出相对应的镜电流，以产生该对比电流。
17.如权利要求11所述的方法，其中该参考电压是一固定电压。
18.如权利要求11所述的方法，其中该参考电压是一差动输入信号的一共模电压，而 该共模电压根据该匹配阻抗值产生。
19.如权利要求11所述的方法，其中该控制信号具有多个位，而该逐次逼近运算依序 由该控制信号的一最高有效位来设定其位值，直到该控制信号的一最低有效位完成设定为 止。
全文摘要
用来调整终端电阻值的阻抗调整电路及相关方法。该阻抗调整电路包含有一电阻估测单元(resistance evaluation unit)及一终端电阻单元。该电阻估测单元用来通过一逐次逼近方式，估测一外接电阻与一单位电阻的比例，以产生一控制信号。该终端电阻单元耦接于该电阻估测单元，用来根据该控制信号，决定所需单位电阻的并联数量，以提供一匹配的终端电阻值。
文档编号H03H11/28GK101989846SQ200910161819
公开日2011年3月23日 申请日期2009年8月3日 优先权日2009年8月3日
发明者王思婷, 萧乔蔚, 辛东橙 申请人:联咏科技股份有限公司