专利名称：信号产生装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种信号产生装置及方法，尤其是涉及一种可混合多个传输信号的信号产生装置及方法。
背景技术：
在进行信号传输时，常使用不同的电压值表示不同的数据，以便能传输更多的信息。例如，以0V、1V、2V和3V的电压分别代表所欲传送的数据为00、01、10和11。若欲使用较多不同的电压值传输信息，电压值间的差距会减少，因此需要设计更精细的硬件，而使硬件的复杂度和成本都增加。此外，也有许多产品利用这种特性，将数个信号混合成为一个信号后传输，而能以不同的电压值同时表示数个信号的数据。例如，在高分辨率多媒体接口(High Definition Media Interface, HDMI)中，可将以太网络信道(HDMI Ethernet Channel, HEC)信号和音频回传通道(Audio Return Channel, ARC)信号混合成为以太网络音频回传信道(HDMI Ethernet and Audio Return Channel,HEAC)信号，因而可使用 HEAC 信号同时传送 HEC 信号和ARC信号。以上述的HDMI系统为例，常见的方式是分别使用不同的硬件产生HEC信号和ARC 信号，再使用另外的硬件将HEC信号和ARC信号混合成HEAC信号。这种方式不但需要使用较多的硬件而增加成本和消耗较多的能源，而且各部份硬件间的整合也会增加复杂度。因此，需要一种简化的信号产生装置和方法来解决上述的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种信号产生装置，其包含有放大器，该放大器包含有一对差动输入端，用以耦接于第一输入信号；共模输出信号调整端，用以耦接于第二输入信号；以及输出端。该放大器可依据该第一输入信号，产生二个以上的差动输出信号，且可依据该第二输入信号，产生二个以上的共模输出信号，并在该输出端输出由该差动输出信号之一和该共模输出信号之一所组成的输出信号。本发明还提供一种信号产生方法，其包含将第一输入信号提供至放大器的共模输出信号调整端，并将第二输入信号提供至该放大器的一对差动输入端，使该放大器的该输出端产生由第一共模输出信号和第一差动输出信号所组成的第一输出信号；将该第一输入信号提供至该放大器的该共模输出信号调整端，并将第三输入信号提供至该放大器的该差动输入端，使该放大器的该输出端产生由该第一共模输出信号和第二差动输出信号所组成的第二输出信号；将第四输入信号提供至该放大器的该共模输出信号调整端，将该第二输入信号提供至该放大器的该差动输入端，使该放大器的该输出端产生由第二共模输出信号和该第一差动输出信号所组成的第三输出信号；以及将该第四输入信号提供至该放大器的该共模输出信号调整端，将该第三输入信号提供至该放大器的该差动输入端，使该放大器的该输出端产生由该第二共模输出信号和该第二差动输出信号所组成的第四输出信号；其中该第一共模输出信号和该第二共模输出信号不同，且该第一差动输出信号和该第二差动共模输出信号不同。本发明的优点之一在于能够简化硬件设计，使硬件成本和复杂度都能降低。
图1是本发明的信号产生装置的一实施例简化后的功能方块图；图2是本发明的信号产生方法的一实施例的流程图；图3是依据图2的方法所产生的输出信号的波形图；以及图4是本发明的信号产生装置的另一实施例简化后的功能方块图。符号说明100信号产生装置110、410放大器132、134、432、434 信号输入端136共模输出电压调整端 152、154电源输入端170、470输出端490信号调整电路
具体实施例方式以下将结合相关附图来说明本发明的实施例。在这些附图中，相同的标号表示相同或类似的元件或流程步骤。在说明书及后续的权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域中的普通技术人员应可理解，可能会有不同的名词用来称呼同样的元件。本说明书及后续的权利要求书并不以名称的差异作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异作为区分的基准。在通篇说明书及后续的权利要求当中所提及的“包含”为一开放式的用语，因此应解释成“包含但不限定于...”。另外，“耦接”一词包含任何直接和间接的连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表第一装置可直接连接(包含通过电连接、有线/无线传输、或光学传输等信号连接方式)于第二装置，或通过其它装置或连接手段间接地电或信号连接至该第二装置。图1为本发明一实施例的信号产生装置100简化后的功能方块图，信号产生装置 100可使用放大器110结合适当的外围电路(图中未示出)来实现。放大器110包含有信号输入端132和134、共模输出电压调整端136、电源输入端152和154、以及输出端170。 放大器110可使用运算放大器(operational amplifier)、跨导放大器(transconductance amplifier)、差动放大器(differential amplifier)或者其它合适的放大器。信号输入端132和134分别为同相差动信号输入端(non-inverting input)和反相差动信号输入端(inverting input)，信号输入端132和134处的电压分别为Vi 1和Vi2。 共模输出电压调整端136的电压为Vi3，而输出端170的输出电压为Vo。放大器110电源输入端152和IM可耦接至适当的电源，例如，电压源、电流源、接地端或其它可提供适当电压电平或适当电流输出的电路，以使放大器110能运作在所需的工作模式。放大器110具有增益参数G，放大器110的输出端170的输出电压可设置为Vo = GX (Vil-Vi2)+Vcm，其中 GX (Vil_Vi2)为对应于 Vi 1 和 Vi2 的差动(differential)数据信号s 1所产生的差动输出电压；Vcm为对应于数据信号S2的共模输出电压，也即当上述方程式中Vil = Vi2时，输出端170所输出的电压。一般的放大器会将共模输出电压设置为一固定电压，而图1中的实施例则使用共模输出电压调整端136来调整共模输出电压，使放大器110运作时可具有两个以上的共模输出电压。通过调整耦接于共模输出电压调整端 136的数据信号S2，以产生适当的共模输出电压Vcm。例如，可将设置共模输出电压Vcm = Vx+NXVi3，Vx为一适当的电压值，N为一适当的常数。图1仅是简化的功能方块图，此领域中的普通技术人员都可理解，能使用共模输出电压调整端136的信号调整放大器110中的各个电路级，以产生不同的共模输出电压，或者可以使用共模输出电压调整端136的信号以放大器110结合外加的电路，使放大器110产生不同的共模输出电压。数据信号Sl耦接于信号输入端132和134，并且可以结合数据信号Sl的信号特性来设置放大器110的增益参数G。例如，当数据信号Sl的电压值较小时，可以将增益参数G 的绝对值设置为大于或等于1，以在输出端170产生适当的差动输出电压。而当数据信号 Sl的电压值较大时，则可将增益参数G的绝对值设置为小于或等于1，以产生适当的差动输出电压。放大器110的输出端170的输出电压Vo包含有对应于数据信号Sl的差动输出电压GX (Vil-Vi2)，以及对应于数据信号S2的共模输出电压Vcm，因此放大器110可以产生混合有数据信号S 1和S2的输出信号。图1的实施例采用电压信号输入和电压信号输出的放大器110，放大器110采用差动的信号输入端132和134、单端(single ended)的共模输出电压调整端136、以及单端的输出端170。在一些实施例中，放大器也可根据需求或结合外围电路，选择使用电压信号输入和/或电流信号输入、单端和/或差动的信号输入输出、或者选择电压信号输出和/或电流信号输出等方式。在另一些实施例中，也可根据系统需求，使用模拟和/或数字的信号输入搭配合适的外围电路。因此，本发明的信号产生装置能在硬件设计上具有弹性。以下将结合图2来进一步说明信号产生装置100的运作方式。图2为本发明的信号产生方法的一实施例的流程图200，并将产生的输出电压信号Vo显示在图3中。在步骤210中，将放大器110的电源输入端152和IM耦接至适当的电源，使放大器110运作在适当的工作模式下。例如，将电源输入端152耦接至5V的电流源，将电源输入端1 耦接至接地端。在步骤220中，将数据信号S2提供至共模输出电压调整端136，此时数据信号S2 具有第一电压值。将数据信号Sl提供至信号输入端132和134，此时数据信号Sl为0，即 Vil = Vi2。如图3的时间tl中所示，此时放大器110的输出端170的输出电压Vo = Va0在步骤230中，数据信号S2固定为第一电压值。改变数据信号Si，以在放大器110 的输出端170产生对应的输出电压Vo。例如，在图3的时间t2中，使数据信号Sl = Δ VI, Vil = Vi2+AVl。此时放大器110的输出端170的输出电压Vo = Va+AV2。而在图3的时间t3中，使数据信号Sl = 2X AVl，Vil = Vi2+2X ΔVI。此时放大器110的输出端170 的输出电压Vo = Va+2X AV2。此外，可以根据需求，将AVl和Δ V2设置为相同或不同的值。在步骤240中，将数据信号S2设置为第二电压值，并且数据信号Sl为0。如图3 的时间t4中所示，此时放大器110的输出端170的输出电压Vo = Vb。在步骤250中，数据信号S2固定为第二电压值。并且改变数据信号Si，以在放大器110的输出端170产生对应的输出电压Vo。例如，在图3的时间t5中，使数据信号Sl = AVl，Vil = Vi2+AVl。此时放大器110的输出端170的输出电压Vo = Vb+Δ V2。而在图 3的时间t6中，使数据信号Sl = 2X AVLVil =Vi2+2XAVl。此时放大器110的输出端 170的输出电压Vo = Vb+2X AV20图2和图3的实施例，仅简单描述如何将具有三个电压值的数据信号Sl和具有两个电压值的数据信号S2混合，以在放大器110的输出端170产生混合有数据信号Sl和S2 的输出电压信号Vo。在一些实施例中，也可以使用一个信号的不同位作为数据信号Sl和 S2，例如，信号T包含3个位(TO、Tl、T2)，并以8个电压值表示这3个位，此时依据图2的流程，使用位TO作为数据信号Si，使用位Tl和T2作为数据信号S2，以产生所需要的8个电压值的输出信号。在上述的实施例中，输出信号、数据信号Sl和S2是以离散(discrete)的电压信号表示，在另外一些实施例中，输出信号和数据信号可以采用离散的或者连续 (continuous)的电压信号和/或电流信号。例如，数据信号Sl和S2可以采用连续的弦波、 三角波和/或方波等。此外，输出信号和数据信号都可以采用正值和/或负值的电压信号和/或电流信号。本发明的信号产生装置和方法还能有其它的变化和实施方式，例如，在一实施例中，图3中输出电压Vo虽然为六个不同的电压值，但也能将某些电压值设置为相同，例如使 Va+2 X Δ V2 = Vb。在另一实施例中，可使用具有两个或更多个电压值的数据信号Sl搭配两个或更多个电压值的数据信号S2，以产生混合有数据信号Sl和S2的输出信号。在另一实施例中，可以视系统需求，在某些时间仅传输数据信号Si，在某些时间仅传输数据信号S2， 并在某些时间同时传输数据信号Sl和S2，并且在传输数据信号Si、数据信号S2以及混合 Sl和S2的数据信号时，也可使放大器110的输出端170依据不同的数据信号而产生对应的输出电压Vo。在另一实施例中，数据信号Sl和数据信号S2也可同时改变，而不需类似图2 的实施例中在一次仅改变一个数据信号。本发明的信号产生装置和方法还能结合信号编码/译码方法而有更多的实施方式。例如，可将上述的HDMI系统中，经多级传输-3 (Multi Level Transmit,MLT-3)编码的 HEC信号作为数据信号Si，将ARC信号作为数据信号S2，并将数据信号Sl和S2提供至放大器110，以产生HEAC信号，或产生差动的HEAC+信号和HEAC-信号。本发明的信号产生装置也可配合适当的外围电路，提供更弹性的硬件设计。例如， 上述的HDMI系统中，若无法直接使用HEC信号或ARC信号作为数据信号Sl和S2，则需要使用一些外围电路将HEC信号或ARC信号转换为适当的电压或电流电平，再将转换后的信号耦接至放大器110。例如，图4为本发明另一实施例的信号产生装置400简化后的功能方块图，除了图1的放大器110，信号产生装置400还包含有放大器410和信号调整电路490。 放大器410的同相差动信号输入端432耦接于信号调整电路490，放大器410的反相差动信号输入端434耦接于放大器110的输出端170，放大器410的输出端470耦接于放大器110 的共模输出电压调整端136。为简洁起见，放大器410的电源输入端并未绘制在图中。在图4的实施例中，ARC信号耦接于信号调整电路490，将ARC信号转换为适当的电压电平Vm后以提供至反相差动信号输入端434。例如，信号调整电路490可以使用分压电路，将ARC信号分压为适当的电压电平，分压电路可利用有源元件和无源元件等实现。
因此，当放大器110的输出端170的输出电压Vo大于Vm时，放大器410的输出端 470的输出电压(即为放大器110的共模输出电压调整端136处的电压Vi!3)会下降，使放大器110的输出端170的输出电压Vo下降。若放大器110的输出端170的输出电压Vo小于Vm时，放大器410的输出端470的输出电压会上升，使放大器110的输出端170的输出电压Vo上升。因此，图4中的实施例能将ARC信号转换为放大器110可接受的电压电平， 使放大器110的输出端170产生所需的共模输出电压。在另外的实施例中，也可使用其它合适的电路，将HEC信号转换为放大器110可接受的电压电平，使放大器110能产生所需的差动输出电压。以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求书所做的均等变化与修饰，都应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种信号产生装置，包含有一第一放大器，所述第一放大器包含有 一对第一差动输入端，用以耦接于一第一输入信号；一共模输出信号调整端，用以耦接于一第二输入信号；以及一第一输出端；其中所述第一放大器可依据所述第一输入信号，产生两个以上的差动输出信号，且可依据所述第二输入信号，产生两个以上的共模输出信号，并在所述第一输出端输出由所述两个以上的差动输出信号之一和所述两个以上的共模输出信号之一所组成的一第一输出信号。
2.根据权利要求1所述的信号产生装置，还包含有一第二放大器，所述第二放大器包含有一同相差动信号输入端，耦接于所述第一放大器的所述第一输出端； 一反相差动信号输入端，耦接于所述第二输入信号；以及一第二输出端，耦接于所述第一放大器的所述共模输出信号调整端，所述第二放大器依据所述第二输入信号和所述第一输出信号，在所述共模输出信号调整端产生一第二输出信号。
3.根据权利要求2所述的信号产生装置，其中，所述第二输入信号还通过一分压电路耦接于所述第二放大器的所述反相差动信号输入端。
4.根据权利要求2所述的信号产生装置，其中，所述第一输入信号、所述第二输入信号、所述第一输出信号、所述第二输出信号、所述差动输出信号和所述共模输出信号分别选用电压形式和/或电流形式。
5.根据权利要求1所述的信号产生装置，其中，所述第一输入信号、所述第二输入信号、所述第一输出信号、所述差动输出信号和所述共模输出信号分别选用电压形式和/或电流形式。
6.根据权利要求1所述的信号产生装置，其中，所述第一放大器包含一差动放大器、一运算放大器或一跨导放大器。
7.一种信号产生方法，其包含有将一第一输入信号提供至一第一放大器的一共模输出信号调整端，并将一第二输入信号提供至所述第一放大器的一对差动输入端，使所述第一放大器的所述第一输出端产生由一第一共模输出信号和一第一差动输出信号所组成的一第一输出信号；将所述第一输入信号提供至所述第一放大器的所述共模输出信号调整端，并将一第三输入信号提供至所述第一放大器的所述差动输入端，使所述第一放大器的所述第一输出端产生由所述第一共模输出信号和一第二差动输出信号所组成的一第二输出信号；将一第四输入信号提供至所述第一放大器的所述共模输出信号调整端，将所述第二输入信号提供至所述第一放大器的所述差动输入端，使所述第一放大器的所述第一输出端产生由一第二共模输出信号和所述第一差动输出信号所组成的一第三输出信号；以及将所述第四输入信号提供至所述第一放大器的所述共模输出信号调整端，将所述第三输入信号提供至所述第一放大器的所述差动输入端，使所述第一放大器的所述第一输出端产生由所述第二共模输出信号和所述第二差动输出信号所组成的一第四输出信号；其中，所述第一共模输出信号和所述第二共模输出信号不同，且所述第一差动输出信号和所述第二差动共模输出信号不同。
8.根据权利要求7所述的信号产生方法，还包含将所述第一输入信号和所述第四输入信号通过一第二放大器而提供至所述第一放大器的所述共模输出信号调整端，其中所述第二放大器包含有一同相差动信号输入端，用以耦接于所述第一输出端；一反相差动信号输入端，用以耦接于所述第一输入信号和所述第四输入信号；以及一第二输出端，用以耦接于所述第一放大器的所述共模输出信号调整端。
9.根据权利要求8所述的信号产生方法，还包含将所述第一输入信号和所述第四输入信号通过一分压电路而提供至所述第二放大器的所述反相差动信号输入端。
10.根据权利要求7所述的信号产生方法，其中，所述第一输入信号、第二输入信号、第三输入信号和第四输入信号、所述第一共模输出信号和第二共模输出信号、以及所述第一差动输出信号和第二差动输出信号分别选用电压形式和/或电流形式。
全文摘要
本发明提出一种信号产生装置及方法，该信号产生装置包含有放大器，该放大器包含有差动输入端，用以耦接于第一输入信号；共模输出信号调整端，用以耦接于第二输入信号；以及输出端。放大器可依据第一输入信号，产生两个以上的差动输出信号，且可依据第二输入信号，产生两个以上的共模输出信号，并在输出端输出由差动输出信号之一和共模输出信号之一所组成的输出信号。
文档编号H04N5/265GK102413303SQ20101029208
公开日2012年4月11日 申请日期2010年9月21日 优先权日2010年9月21日
发明者曹盛煌, 王伟州, 陈昱璋, 黄祯治 申请人:瑞昱半导体股份有限公司