Ac耦合的系统和方法
【专利说明】AC耦合的系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2012年12月6日提交的，发明名称为“AC耦合的系统和方法”的美国专利申请N0.13/706, 922的优先权。
技术领域
[0003]本申请涉及接口的AC (交流电)耦合机构。
【背景技术】
[0004]当在接口上从具有第一直流(DC)偏压或共模电压的电路或第一芯片向具有第二直流偏压或共模电压的电路或第二芯片发送高数据率的信号时，隔直流电容器，也称为交流(AC)耦合电容器，用于在接口的任一侧隔离直流特性。大多数高速(例如，5GHz以上)电路为AC耦合的板级(board level)电容器。部件之间的隔直流电容器占用板区域并降低信号质量。
[0005]图1示出了常规的芯片外AC耦合方案的实例。示出了第一电路10通过包括板级电容器16的板级AC耦合电路12连接至第二电路14。也示出了通常具有作为频率的函数的压降的互连18。在常规系统中，这一点可以使用均衡器进行补偿；然而，有源均衡器会消耗大量的功率。
【发明内容】
[0006]根据本发明的一方面，提供了一种AC耦合电路，包括:电平位移电路，具有P输入电压和η输入电压，并产生η输出电压和P输出电压；共模电压调节反馈电路，配置成使得共模电压输出趋向于特定参考电压，共模电压输出为电平位移电路的P输出电压和η输出电压的平均值。
[0007]在一些实施例中，电平位移电路包括RC (电阻器电容器)网络。
[0008]在一些实施例中，RC网络包括产生P输出电压的第一 RC网络和产生η输出电压的第二 RC网络。
[0009]在一些实施例中，第一 RC网络包括第一电阻分压器与第一电容分压器并联；第二RC网络包括第二电阻分压器与第二电容分压器并联。
[0010]在一些实施例中，电平位移电路包括可调节组件，使得电平位移电路的频率响应可通过调节可调节组件进行调节。
[0011]在一些实施例中，RC网络包括可调节电阻器和可调节电容器，使得RC网络的频率响应可通过调节可调节电阻器和可调节电容器进行调节。
[0012]在一些实施例中，电阻器和电容器被调节成，使得电平位移电路的频率响应抵消另外的频率响应的至少一部分。
[0013]在一些实施例中，共模电压调节反馈电路通过第一 RC网络和第二 RC网络每一个中相应的电阻器拉电流或灌电流。
[0014]在一些实施例中，第一 RC网络包括与第一电容分压器并联的第一电阻分压器；第二 RC网络包括与第二电容分压器并联的第二电阻分压器；并且第一 RC网络和第二 RC网络每一个中相应的电阻器为第一电阻分压器和第二电阻分压器每一个中相应的第一电阻器。
[0015]在一些实施例中，共模电压调节反馈电路包括:比较器，将共模输出电压与参考电压进行比较并基于该比较产生输出；滤波器，过滤比较器的输出以产生经滤波的输出；数模转换器，接收经滤波的输出并产生控制信号。
[0016]在一些实施例中，共模电压调节反馈电路包括模拟反馈回路。
[0017]在一些实施例中，共模电压调节反馈电路包括至少一个电流源；控制信号用于该至少一个电流源。
[0018]在一些实施例中，该至少一个电流源包括各自连接至第一 RC网络的第一上拉电流源和第一下拉电流源，以及各自连接至第二 RC网络的第二上拉电流源和第二下拉电流源。
[0019]在一些实施例中，在任何时刻，或者:第一上拉电流源通过第一 RC网络中的电阻器拉电流，并且第二上拉电流源通过第二 RC网络中的电阻器拉电流；或者第一下拉电流源通过第一 RC网络中的电阻器灌电流，并且第二下拉电流源通过第二 RC网络中的电阻器灌电流。
[0020]在一些实施例中，第一上拉电流源和第一下拉电流源均形成第一拉出和灌入电流源的一部分；并且第二上拉电流源和第二下拉电流源各自形成第二拉出和灌入电流源的一部分。
[0021]在一些实施例中，电平位移电路包括用于P输入电压的第一 T线圈电感器和用于η输入电压的第二 T线圈电感器。
[0022]在一些实施例中，电路进一步包括:分别用于P输入电压和η输入电压的第一端接电阻器和第二端接电阻器；其中第一 T线圈电感器电路连接在AC耦合电路的P输入、电平位移电路的P输入以及一个第一端接电阻器之间；第二 T线圈电感器电路连接在AC耦合电路的η输入、电平位移电路的η输入以及第二端接电阻器之间。
[0023]在一些实施例中，提供了一种包括上面概述或下面详述的方法中的任一种方法所述的AC耦合电路的集成电路。
[0024]在一些实施例中，参考电压设置成等于适合输入到集成电路的其余部分的共模电压。
[0025]在本发明的另一方面，提供了一种AC耦合的方法:使用具有P输入电压和η输入电压并产生η输出电压和P输出电压的电平位移电路进行电平位移；使用反馈电路，使得共模电压输出趋向于特定参考电压，共模电压输出为电平位移电路的P输出电压和η输出电压的平均值。
[0026]在一些实施例中，该方法进一步包括:调节电平位移电路中至少一个可调节组件，以调节电平位移电路的频率响应。
[0027]在一些实施例中，该方法包括:调节电平位移电路中至少一个可调节组件，以调节电平位移电路的频率响应来抵消第一电路和第二电路之间互连的频率响应的至少一部分，电平位移电路和反馈电路均形成第二电路的一部分。
【附图说明】
[0028]图1为常规的AC耦合电路的框图；
[0029]图2为以本发明的一个实施例所提供的AC耦合电路为特征的系统的框图；
[0030]图3A为电平位移电路的电路图；
[0031]图3B为另一个电平位移电路的电路图；
[0032]图4和图5为图3A中电平位移电路的转换特性的曲线图；以及
[0033]图6为共模电压调节反馈电路的电路图。
【具体实施方式】
[0034]现在参照图2，其示出了以本发明的一个实施例所提供的AC耦合电路为特征的系统的框图。第一电路100通过互连104连接至第二电路102。第一和第二电路中的每一个例如可为集成电路，例如ASIC(专用集成电路)、FPGA(现场可编程门阵列)、或实现高速电链路的电路。互连104可为电缆、电路板迹线等。第二电路包括由电平位移电路106和共模电压调节反馈电路110组成的AC耦合电路。第二电路102的其余部分在108处示出。电平位移电路106经由互连104接收P_输入和N_输入，并产生均衡的P和N输出，如图所示，P_输出、N_输出被传递到第二电路的其余部分108。电平位移电路106也产生作为？_输出和N_输出这些输出的平均值的共模输出电压vcmode_out。共模输出电压作为第一输入被连接至共模电压调节反馈电路110。共模电压调节反馈电路110的第二输入为参考电压Vref0共模电压调节反馈电路110具有连接至电平位移电路106的输出111，以便对共模输出电压vcmode_out起作用。第一电路100可为第一芯片，第二电路102可为第二芯片，在这种情况下，电平位移电路和共模电压调节电路形成第二芯片的一部分，并且可被称为“片上，，(“on-chip”)。
[0035]在操作中，电平位移电路106在输入处相对于共模电压引入共模输出电压vcmode_out中的偏移。在一些实施例中，电平位移电路106具有实现特定频率响应的转换功能，例如补偿或抵消由互连104引入的频率响应的至少一些。在一些实施例中，组件为可调节的，使得频率响应可以被调节。共模电压调节反馈电路110的输出具有的效果是导致共模输出电压vcmode_out趋于Vref，而与作为P_输入和【输入的平均值的输入共模电压无关。在特定的实例中，共模电压调节反馈电路110通过电平位移电路106中的电阻器拉电流或通过电平位移电路106中的电阻器灌电流，以便相对于vcmode_in将vcmode_out调节成趋于Vref。共模电压调节反馈电路110例如可包括数字反馈回路或模拟反馈回路。
[0036]现在将参照图3A描述图2中系统的具体实现方式，其示出了电平位移电路的示例性实现，图6示出了共模电压调节反馈电路的示例性实现。首先参照图3A，其示出了具有P输出和η输出的第一电路40，该P输出和η输出通过电缆44在第二电路42的点Ρ5和点Ρ6处连接至P输入和η输入。在示出的实例中，示出的第一电路40包括输出驱动器50，但也可包括专属于第一电路的附加的或不同的功能性。示出的第二电路42包括限制放大器60，但也可包括专属于第二电路的附加的或不同的功能性。例如，这可能包括⑶R(时钟和数据恢复)电路的有源均衡器或直接驱动。
[0037]在第二电路的输入处，有两个电阻器52、54。电阻器52、54例如可以是用于高速传输互连的50欧姆端接电阻器。这些电阻器可以具有不同的阻抗，但是50欧姆是最常见的。对于电缆应用，75欧姆也是常见的。在第二电路42的输入处的共模电压vcmodejn为点Pl处的电压，这也等于第一电路40的输出处的共模电压。
[0038]示出的电平位移电路包括用于P输入的网络56和用于η输入的网络58。用于ρ输入的网络56包括电阻分压器，该电阻分压器由分别具有电阻Rl和R2的电阻器62、64形成。该电阻分压器与电容分压器并联，该电容分压器由分别具有电容Cl和C2的电容器58、60形成。
[0039]用于η输入的网络58包括电阻分压器，该电阻分压器由分别具有电阻Rl和R2的电阻器72、74形成。电阻分压器与电容分压器并联，该电容分压器由分别具有电容Cl和C2的电容器68、70形成。
[0040]电平位移电路的双侧输出，用作第二电路的其余部分的输入，包括在点Ρ2处的网络56的P输出和在点Ρ3处的网络58处的N输出。在点Ρ4处可得到电平位移电路的输出的共模电压，vcmode_out。电压vcmode_out为P信号和N信号的平均值。
[0041]使用电阻分压器与电容分压器并联(以下称为RC分压器)使得在电路间产生直接DCf禹合。电路允许两个不同的共模被连接，同时通过所关注的频带(band of interest)。RC分压器可以承受与板装AC耦合电容器相同的DC电压。此外，RC分压器可配置为宽带的，具有比板装AC耦合电容器更宽的通带。
[0042]应注意，RC分压器中的电阻器具有以下附加好处，不会使高压到达第二电路的其余部分，例如到限制放大器60的输入，其例如可为敏感晶体管栅极。
[0043]电缆44(或其他互连)可具有作为频率的函数的压降。通过调节组件值Rl、R2、Cl和C2，可实现均衡功能，而没有额外的功率消耗。
[0044]在一些实施例中，四个组件Rl、R2、Cl和C2均为可调节组件，例如寄存器控制的电阻和寄存器控制的电容。寄存器控制的电阻例如可为一组能够被接入或断开的串联的电阻；类似地，寄存器控制的电容例如可为一组能够被接入或断开的并联的电容器。在一些实施例中，一个或多个电阻器使用MOSFET沟道来实现