一种LVDS高速I/O接口电路的制作方法

本发明涉及一种LVDS高速I/O接口电路，适用于电子领域。

背景技术：

近些年来，硅工艺技术已经使芯片内的时钟频率和微处理器的速度达到几GHz，然而，由于受到电路以及传输线的限制，I/O接口电路仅能工作在MHz级，因此，不断发展的高速微处理器、多媒体、虚拟现实、光传输连接、智能路由器以及网络技术的性能越来越受到I/O接口电路的限制低压差分信号(LVDS)这种高速低功耗接口标准为解决这一瓶颈问题提供了可能。

技术实现要素：

本发明提出了一种LVDS高速I/O接口电路，该电路功能强大且工作稳定，结构可靠，便于操作，并且具有低功耗、低噪声、低成本等优点。

本发明所采用的技术方案是：所述LVDS电路由驱动器和接收器以及终端匹配电阻组成，M1，M2，M3和M4是尺寸工艺相同的NMOS管开关，驱动器的输出接在阻值为100Ω的终端电阻，构成回路。驱动器工作时，NMOS开关M1和M4以及M2和M3，在CMOS信号的作用下轮流导通和截止，在输出端产生±3.5mA的回路电流绝大部分驱动电流将流经100Ω的终端电阻，并在接收器输入端产生大约350mV的压降，当驱动状态反转时，流经电阻的电流方向改变，于是在接收端产生了一个有效“0”或“1”的逻辑状态，从而把一个CMOS信号转换成了LVDS。

所述LVDS高速I/O接口电路采用电流源模式驱动电路，根据电流源电路的不同，LVDS驱动器电路有多种驱动电路结构常用的有单电流源模式、双电流源模式和电压模式，单电流源模式需要较大的电阻R，采用传输管逻辑实现的电压驱动模式电路，需要较复杂的偏置电路来产生偏置电压。

所述双电流源模式中电阻较小，并且提供的恒定电流比单电流源模式更稳定，还可以对NMOS相对于PMOS管的共模偏移提供一定的补偿双电流源模式中，PMOS管M1和M2及NMOS管M3和M4分别构成两个电流镜它们共同为输出提供恒定电流，适当调整器件的尺寸，可使电流源电流为3.5mA。

所述inl和in2是一对差分CMOS输入信号幅度从V_ss到V_dd仿真用的是TSMC2.5V的模型文件，因此这里V_dd为2.5V。M2，M4和R组成偏置电路产生偏置电流，再通过电流镜将偏置电流映射到MI和M3的漏极，给驱动电路提供工作电流当inl为逻辑高时，M5和M8导通，M6和M7截止，电流流过M5，从outl输出，经过100Ω的终端电阻后再从out2输入，流经M8后，进入电流沉M3，构成一个回路。这样，驱动电路的输出端outl与out2上的电流方向相反，就产生了一对差分信号，当inl为逻辑低时，电流方向与上述过程相反。

所述LVDS接收电路核心部分是一电流推挽CMOS运放，inl和in2为LVDS输入信号，经过运算放大器放大后由反向器整形输出CMOS信号，根据电流镜的工作原理，当M3和M4的参数相同时，I_d4的值取决于I_d3，即I_d4会随着I_d3的改变而变化，并且大小等于I_d3，当inl和in2相同时，I_d1=I_d2，I_d3=I_d1。因此，I_d4=I_d1=I_d2，于是，I_out=0，即当差分输入的信号为共模信号时，输出电流为零假如输入信号inl>in2，根据PMOS管工作原理，I_d2>I_d1又因为I_d4=I_d3=I_dl，因此，I_d1<I_d2。于是电流只有从out流出，即Iout>0。相反，当输入信号inl<in2时，I_out<0。这样，输入的LVDS信号就转化为I_out的变化。

根据差份放大器的各种性能要求，如小信号增益A_v；输入共模电压范围；给定负载下的频率响应；给定负载下的斜率以及功耗等就可以计算出电路参数。

本发明的有益效果是：该电路功能强大且工作稳定，结构可靠，便于操作，并且具有低功耗、低噪声、低成本等优点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的LVDS电路的工作原理示意图。

图2是本发明的双电流源模式驱动电路。

图3是本发明的LVDS接收电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1，LVDS电路由驱动器和接收器以及终端匹配电阻组成，M1，M2，M3和M4是尺寸工艺相同的NMOS管开关，驱动器的输出接在阻值为100Ω的终端电阻，构成回路。驱动器工作时，NMOS开关M1和M4以及M2和M3，在CMOS信号的作用下轮流导通和截止，在输出端产生±3.5mA的回路电流绝大部分驱动电流将流经100Ω的终端电阻，并在接收器输入端产生大约350mV的压降，当驱动状态反转时，流经电阻的电流方向改变，于是在接收端产生了一个有效“0”或“1”的逻辑状态，从而把一个CMOS信号转换成了LVDS。本发明的有益效果是：该电路功能强大且工作稳定可靠，在设计IGBT的吸收保护电路时，采用了基于并行自校正多目标优化遗传算法设计RCD型吸收保护电路的参数，并给出了采用传统经验方法跟本文提出的基于并行自校正多目标优化遗传算法的参数设计结果。

如图2，LVDS高速I/O接口电路采用电流源模式驱动电路，根据电流源电路的不同，LVDS驱动器电路有多种驱动电路结构常用的有单电流源模式、双电流源模式和电压模式，单电流源模式需要较大的电阻R，采用传输管逻辑实现的电压驱动模式电路，需要较复杂的偏置电路来产生偏置电压。

双电流源模式中电阻较小，并且提供的恒定电流比单电流源模式更稳定，还可以对NMOS相对于PMOS管的共模偏移提供一定的补偿双电流源模式中，PMOS管M1和M2及NMOS管M3和M4分别构成两个电流镜它们共同为输出提供恒定电流，适当调整器件的尺寸，可使电流源电流为3.5mA。

inl和in2是一对差分CMOS输入信号幅度从V_ss到V_dd仿真用的是TSMC2.5V的模型文件，因此这里V_dd为2.5V。M2，M4和R组成偏置电路产生偏置电流，再通过电流镜将偏置电流映射到MI和M3的漏极，给驱动电路提供工作电流当inl为逻辑高时，M5和M8导通，M6和M7截止，电流流过M5，从outl输出，经过100Ω的终端电阻后再从out2输入，流经M8后，进入电流沉M3，构成一个回路。这样，驱动电路的输出端outl与out2上的电流方向相反，就产生了一对差分信号，当inl为逻辑低时，电流方向与上述过程相反。

如图3，LVDS接收电路核心部分是一电流推挽CMOS运放，inl和in2为LVDS输入信号，经过运算放大器放大后由反向器整形输出CMOS信号，根据电流镜的工作原理，当M3和M4的参数相同时，I_d4的值取决于I_d3，即I_d4会随着I_d3的改变而变化，并且大小等于I_d3，当inl和in2相同时，I_d1=I_d2，I_d3=I_d1。因此，I_d4=I_d1=I_d2，于是，I_out=0，即当差分输入的信号为共模信号时，输出电流为零假如输入信号inl>in2，根据PMOS管工作原理，I_d2>I_d1又因为I_d4=I_d3=I_dl，因此，I_d1<I_d2。于是电流只有从out流出，即Iout>0。相反，当输入信号inl<in2时，I_out<0。这样，输入的LVDS信号就转化为I_out的变化。

根据差份放大器的各种性能要求，如小信号增益A_v；输入共模电压范围；给定负载下的频率响应；给定负载下的斜率以及功耗等就可以计算出电路参数。