一种总线信号接收器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种总线信号接收器，所述总线信号接收器至少包括总线接收模块，所述总线接收模块包括：电压电流转换单元，包括分别由PMOS管和电阻，NMOS管和电阻构成的两组电路，用于接收总线上的电压信号，并通过所述两组电路输出两路电流；电流比较单元，与所述电压电流转换单元相连，用于将所述两路电流进行比较，比较结果输出电压信号；电压移位单元，与所述电流比较单元相连，用于将所述电压信号移位转换，输出符合所述接收器要求的电压信号。所述总线信号接收器还可以包括输入预处理模块、输出调整模块、迟滞模块、总线唤醒模块。所述信号总线接收器与传统的信号总线接收器相比，具有静态功耗低，精度和速度更高的优点。
【专利说明】一种总线信号接收器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种微电子与固体电子【技术领域】，特别是涉及一种总线信号接收器。【背景技术】
[0002]LIN (Local Interconnect Network)总线降低了低端通讯网络的成本，同时增加了设计的灵活性，提高了系统的可靠性，有利于分布式车身控制系统的开发。因此LIN总线作为CAN总线的一种重要补充，在汽车领域有着良好的应用前景，此外LIN总线作为一种开放协议，还可用在工业和家电领域，实现对速度要求不高、短距离连接的设备间的通讯。
[0003]传统的LIN总线信号接收器，如图1所示，采用电压比较器的主体结构，图中的Vsup表示供电电源输出电压，通过比较总线信号电平与参考电压来读取总线信号的。电路中参考电压的产生通常采用电阻分压的电路结构获得，产生恒定的功耗。另外，总线处于隐性状态(高电平)时，比较器内部部分电路处于导通状态，同样产生功耗。普通电压比较器通常采用开环放大器结构，为了达到一定的分辨率和速度，需要较大的偏置电流，具有较大的功耗。因此，如何降低功耗，提高精度是是LIN总线收发器面临的重要挑战。
【发明内容】
[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种总线信号接收器，用于解决现有技术中采用电压比较器的主体结构导致功耗大的问题。
[0005]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种总线信号接收器，所述总线信号接收器至少包括总线接收模块，所述总线接收模块包括:电压电流转换单元，用于接收总线上的电压信号，并通过两组电路输出两路电流；电流比较单元，与所述电压电流转换单元相连，用于将所述两路电流进行比较，输出比较结果电压信号；电压移位单元，与所述电流比较单元相连，用于将所述比较结果电压信号移位转换，输出符合所述接收器要求的电压信号。
[0006]优选地，所述电压电流转换单元包括一个PMOS管和第一电阻构成的第一组电路、一个匪OS管和第二电阻构成的第二组电路；所述总线上的电压信号输入到所述PMOS管和NMOS管的栅极；所述第一电阻连接到所述PMOS管的源极，所述第二电阻连接到所述NMOS管的源极；所述电压电流转换单元从所述PMOS管和所述NMOS管的漏极输出两路电流。
[0007]优选地，所述电流比较单元通过两组包含反馈电路的电流镜结构实现。
[0008]优选地，所述两组包含反馈电路的电流镜结构包括一个由三个PMOS管构成的具有反馈作用的PMOS型电流镜以及一个由三个NMOS管构成的具有反馈作用的NMOS电流镜；所述PMOS型电流镜与所述NMOS电流镜的连结点为输出端。
[0009]优选地，所述电压移位单元采用从栅极输入的电压移位电路。
[0010]优选地，所述从栅极输入的电压移位电路包括一个PMOS管和一个NMOS管，所述比较结果电压信号连接到所述PMOS管和NMOS管的栅极，所述PMOS管和NMOS管的漏极相连，输出符合所述接收器要求的电压信号。[0011]优选地，所述总线信号接收器还包括输出调整模块，所述输出调整模块与所述总线接收模块相连，实现对所述符合所述接收器要求的电压信号的处理，所述处理包括信号滤波、波形的调整、输出驱动以及输出使能控制中的任意一种或几种。
[0012]优选地，所述输出调整模块包括输出使能控制功能；所述总线信号接收器还包括总线唤醒模块；所述总线唤醒模块接收唤醒使能信号以及所述总线接收模块输出的电压信号进行逻辑运算产生唤醒信号，实现总线唤醒功能。
[0013]优选地，所述总线信号接收器还包括迟滞模块，所述迟滞模块包括正反馈回路，用以实现迟滞比较功能。
[0014]优选地，所述总线信号接收器还包括输入预处理模块，所述预输入处理模块用于对总线上的电压信号进行滤波处理，并将处理后的电压信号输出到所述总线接收模块。
[0015]如上所述，本发明的一种总线信号接收器，具有以下有益效果:通过比较这两路电流信号实现读取总线信号，避免了产生参考电压(电流)源电路造成的额外芯片面积、功耗及误差源，采用电流镜结构实现2路电流信号的比较，具有较高的精度与速度，并且通过反馈电路实现电路中电流的动态控制，保证较低功耗；电平移位电路采用栅极输入的转移电路，减小了对前端电路的影响；输出电路，可以实现信号的滤波、波形的调整及输出驱动能力。
【专利附图】
【附图说明】[0016]图1显示为现有技术中的LIN总线信号接收器电路原理示意图
[0017]图2显示为本发明的一种总线信号接收器的模块示意图。
[0018]图3显示为本发明的一种总线信号接收器的电路原理示意图
[0019]图4显示为本发明的一种总线信号接收器中的电压移位模块的电路原理示意图。
[0020]图5显示为本发明的一种总线信号接收器中的两路电路和输出电压的关系示意
[0021]图6显示为本发明的一种带输出调整功能的总线信号接收器的电路原理示意图。
[0022]图7显示为本发明的一种带迟滞功能的总线信号接收器的电路原理示意图。
[0023]图8显示为本发明的一种带总线唤醒功能的总线信号接收器的电路原理示意图。
[0024]图9显示为本发明的一种带输入预处理功能的总线信号接收器的电路原理示意
[0025]图10显示为本发明的一种带输入预处理功能和迟滞功能的总线信号接收器的电路原理不意图。
[0026]图11显示为本发明的一种带输入预处理功能和迟滞功能以及总线唤醒功能的总线信号接收器的电路原理示意图。
[0027]元件标号说明
[0028]I总线信号接收器11输入预处理模块12信号接收模块121电压电流转换单元122电流比较单元123电压移位单元13输出调整模块丄斗迟滞模块15总线唤醒模块
【具体实施方式】
[0029]以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0030]须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0031]如图所示，本发明提供一种总线信号接收器1，所述总线信号接收器I至少包括总线接收模块12，所述总线接收模块12包括:电压电流转换单元121，电流比较单元122，电压移位单元123。
[0032]电压电流转换单元121用于接收总线上的电压信号，并通过所述两组电路输出两路电流；具体地实施中，所述电压电流转换单元121包括一个PMOS管和第一电阻构成的第一组电路、一个NMOS管和第二电阻构成的第二组电路；所述总线上的电压信号输入到所述PMOS管和NMOS管的栅极；所述第一电阻连接到所述PMOS管的源极，所述第二电阻连接到所述NMOS管的源极；所述电压电流转换单元121从所述PMOS管和所述NMOS管的漏极输出两路电流。
[0033]电压电流转换单元121的一种实施例如图3所示，包括PMOS管Pl和第一电阻Rl构成的第一组电路，以及NMOS管Ml和第二电阻R2构成的第二组电路，其中所述第一电阻Rl连接到所述PMOS管Pl的源极，所述第二电阻R2连接到所述NMOS管Ml的源极，构成源极退化的共源放大器。第一组电路从所述PMOS管Pl的漏极输出一路电流Ip，第二组电路从所述NMOS管Ml的漏极输出一路电流In。当Pl和Ml宽长比较大时，源极电压约为输入电压Vbus-Vth,电阻Rl、R2两端电压分别为VS-Vbus-Vthp、Vbus-Vthn,其中，Vbus表示总线信号电压，Vth表不晶体管的阈值电压，VS表不高压电源电压，Vthp为PMOS管的阈值电压，Vthn为NMOS管的阈值电压。流过R1、R2的电流近似线性，当两路电流相同时，Vbus约为VS/2。因此本发明不需要提供额外的参考电压/流源。
[0034]电流比较单元122与所述电压电流转换单元121相连，用于将所述两路电流进行比较，输出比较结果电压信号；所述电流比较单元通过两组包含反馈电路的电流镜结构实现。所述两组包含反馈电路的电流镜结构包括一个由三个PMOS管构成的具有反馈作用的PMOS型电流镜以及一个由三个NMOS管构成的具有反馈作用的NMOS电流镜；所述两个电流镜相连；所述电流比较单元输出所述两个电流镜连接点的比较结果电压信号。
[0035]电流比较单元122的一种实施例如图3所示，通过两个分别由PMOS和NMOS构成的威尔逊电流镜实现的。其中，由PMOS管P2、P3、P4构成PMOS威尔逊电流镜，由NMOS管M2、M3、M4构成NMOS威尔逊电流镜，P4的漏极和M4的漏极相连，输出比较结果电压信号，即连接点的电压信号Vl0由PU Rl产生的电流Ip经过由M2、M3、M4构成的威尔逊电流镜镜像到M3和M4的漏极电流；M1、R2产生的电流In经过由P2、P3、P4构成的威尔逊电流镜镜像到P3和P4的漏极电流。当Ip>In时，M3、M4处于线性区，Vl为低电位(略高压地电位)；当Ip〈In时，P3、P4处于线性区，Vl点电压处于高电位(低于VS)。由于威尔逊电流镜中MOS管M3、P3的反馈作用，Vbus远离VS/2时，Ip、In很小，而接近VS/2时较大，从而使系统的功耗较低，并且由于反馈作用实现信号的高速比较。
[0036]电压移位单元123与所述电流比较单元122相连，用于将所述比较结果电压信号移位转换，输出符合所述接收器要求的电压信号；通常是指实现高压电源电压VS (8-20V)信号到低压电源电压VDD (5V)信号的转换。所述电压移位单元采用从栅极输入的电压移位电路。所述从栅极输入的电压移位电路包括一个PMOS管和一个NMOS管，所述比较结果电压信号连接到所述PMOS管和NMOS管的栅极，所述PMOS管和NMOS管的漏极相连，输出符合所述接收器要求的电压信号。
[0037]电压移位单元123的一种实施例如图3所示，就是图中的电平移位器，所述电平移位器接收所述比较结果电压信号(VI)，输出的符合所述接收器要求的电压信号即图中的DAT_0UT。在电压移位单元123具体地实施中，如图4所示，为了降低对前级电路的影响，采用输入为栅极输入的电压移位电路，其中Ml、Pl为高压管，电阻RO不仅可以降低瞬态电流，降低电路的EME,而且对信号的占空比有一定的调节能力。EME(ElectromagneticEmission)是指电磁干扰发射。电路中可采用的电压移位电路不局限于该电路，也可以采用其他的栅端输入的电压移位电路实现。
[0038]图5描述了在Ip、In电流的不同情况下总线信号接收器I输出的符合所述接收器要求的电压信号。在图5中，上边2条曲线是In、Ip电流，最下边曲线为总线信号接收器I输出的电压信号。
[0039]所述总线信号接收器I还可以包括输出调整模块13，所述输出调整模块13与所述总线接收模块12相连，实现对所述符合所述接收器要求的电压信号的处理，所述处理包括信号滤波、波形的调整、输出驱动以及输出使能控制中的任意一种或几种。输出调整模块13的一种实施例如图6所示，输出调整模块13就是指图中的输出级。
[0040]所述总线信号接收器I还可以包括迟滞模块14，所述迟滞模块14包括正反馈回路，用以实现迟滞比较功能。迟滞模块14的一种实施例如图7所示，所述迟滞模块14包括NMOS管M6、M5，对电路提供了正反馈回路，其中M5宽长比跟M3成一定比例关系，M6是一个开关。当Vbus电压为隐性(高电平)时M6关断，由隐性(高电位)逐渐降低至Vshl，M6导通状态，由于M6、M5的电流，使得Vl电位进一步拉低；当DAT_0UT由显性电平(低电位)逐渐升至隐性电平(高电位)Vslh时，DAT_0UT由高电平变低高电平，使M6关断，使Vl电位被进一步拉高。其中，Vshl表示总线信号接收器输出由高电平变为低电平时的总线电压；Vshl表示总线信号接收器输出由低电平转为高电平时的总线电压。Vshl不等于Vslh，从而使总线信号接收器I具有迟滞特性，提高了总线信号接收器I的抗干扰能力。
[0041]本发明的总线信号接收器I具有低功耗，结构简单，无需额外提供偏置电路的优点，非常适合集成总线唤醒功能。在具有总线唤醒功能的总线信号接收器I中，所述输出调整模块13包括输出使能控制功能；所述总线信号接收器I还包括总线唤醒模块15 ;所述总线唤醒模块15接收唤醒使能信号以及所述总线接收模块12输出的电压信号进行逻辑运算产生唤醒信号，实现总线唤醒功能。具有总线唤醒功能的总线信号接收器I的一种实施例如图8所示，在输出级(输出调整模块13)电路增加使能控制信号EN_RX，当芯片处于睡眠状态时，EN_RX使输出级关断。睡眠状态是一种省电工作模式，处于该状态可以将一部分电路工能模块关断，减少电流消耗。EN_WK为唤醒使能信号，当芯片处于睡眠状态时EN_WK使该部分电路处于正常工作状态。当总线有唤醒信号(指总线上的电压信号)产生时，信号通过延时电路后与此时接收器输出信号通过逻辑控制电路，进行一定逻辑运算后产生唤醒信号WX_UP，该唤醒信号用于电路内部逻辑控制。延时电路中产生的时延必须达到LIN协议中要求的有效信号最小维持时间。
[0042]所述总线信号接收器I还可以包括输入预处理模块11，所述预输入处理模块11用于对总线上的电压信号进行滤波处理，并将处理后的电压信号输出到所述总线接收模块12。具体地实施中，所述预处理模块11的实施例如图9，图10，图11所示，所述预处理模块11就是指图中的filter电路，通常是指一低通滤波器。总线信号接收器I增加所述输入预处理模块11后，提高了对总线信号的抗干扰能力，更适用于复杂的汽车电子环境。
[0043]综上所述，本发明一种总线信号接收器，通过比较这两路电流信号实现读取总线信号，避免了产生参考电压(电流)源电路造成的额外芯片面积、功耗及误差源，采用电流镜结构实现2路电流信号的比较，具有较高的精度与速度，并且通过反馈电路实现电路中电流的动态控制，保证较低功耗；电平移位电路采用栅极输入的转移电路，减小了对前端电路的影响；输出电路，可以实现信号的滤波、波形的调整及输出驱动能力。本发明的一种总线信号接收器还可以对输出的信号进行信号滤波、波形的调整、输出驱动以及输出使能控制等处理，增加迟滞比较功能，总线唤醒功能，以及输入滤波功能。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0044]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属【技术领域】中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【权利要求】
1.一种总线信号接收器，其特征在于，所述总线信号接收器至少包括总线接收模块，所述总线接收模块包括:电压电流转换单元，用于接收总线上的电压信号，并通过两组电路输出两路电流；电流比较单元，与所述电压电流转换单元相连，用于将所述两路电流进行比较，输出比较结果电压信号；电压移位单元，与所述电流比较单元相连，用于将所述比较结果电压信号移位转换，输出符合所述接收器要求的电压信号。
2.根据权利要求1所述的，其特征在于:所述电压电流转换单元包括一个PMOS管和第一电阻构成的第一组电路、一个NMOS管和第二电阻构成的第二组电路；所述总线上的电压信号输入到所述PMOS管和NMOS管的栅极；所述第一电阻连接所述PMOS管的源极，所述第二电阻连接所述NMOS管的源极；所述电压电流转换单元从所述PMOS管和所述NMOS管的漏极输出两路电流。
3.根据权利要求1所述的总线信号接收器，其特征在于:所述电流比较单元通过两组包含反馈电路的电流镜结构实现。
4.根据权利要求3所述的总线信号接收器，其特征在于:所述两组包含反馈电路的电流镜结构包括一个由三个PMOS管构成的具有反馈作用的PMOS型电流镜以及一个由三个NMOS管构成的具有反馈作用的NMOS电流镜；所述PMOS型电流镜与所述NMOS电流镜的连结点为输出端。
5.根据权利要求1所述的总线信号接收器，其特征在于:所述电压移位单元采用从栅极输入的电压移位电路。
6.根据权利要求5所述的总线信号接收器，其特征在于:所述从栅极输入的电压移位电路包括一个PMOS管和一个NMOS管，所述比较结果电压信号连接到所述PMOS管和NMOS管的栅极，所述PMOS管和NMOS管的漏极相连，输出符合接收器要求的电压信号。
7.根据权利要求1所述的总线信号接收器，其特征在于:所述总线信号接收器还包括输出调整模块，所述输出调整模块与所述总线接收模块相连，实现对所述符合所述接收器要求的电压信号的处理，所述处理包括信号滤波、波形的调整、输出驱动以及输出使能控制中的任意一种或几种。
8.根据权利要求7所述的总线信号接收器，其特征在于:所述输出调整模块包括输出使能控制功能；所述总线信号接收器还包括总线唤醒模块；所述总线唤醒模块接收唤醒使能信号以及所述总线接收模块输出的电压信号进行逻辑运算产生唤醒信号，实现总线唤醒功能。
9.根据权利要求1所述的总线信号接收器，其特征在于:所述总线信号接收器还包括迟滞模块，所述迟滞模块包括正反馈回路，用以实现迟滞比较功能。
10.根据权利要求1所述的总线信号接收器，其特征在于:所述总线信号接收器还包括输入预处理模块，所述预输入处理模块用于对总线上的电压信号进行滤波处理，并将处理后的电压信号输出到所述总线接收模块。
【文档编号】H03K19/0175GK103607337SQ201310648281
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2013年12月4日
【发明者】张正民, 李建朋, 宁振球, 金星, 俞跃辉 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所