CN104253609A - 一种低电压差分信号驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低电压差分信号驱动电路，其包括：生成高低电压的电压生成电路及将高低电压转换为极性电压的电平切换电路；电压生成电路包括：第一运放、第二运放、电阻R1、R2、R3、第一调整管及第二调整管；第一运放的同相输入端通过电阻R2电接第二运放的同相输入端；第一调整管的第一端接电源，其第二端引出电压生成电路的第一输出端，且其第二端与第一运放的同相输入端之间接电阻R1，第一调整管的控制端接第一运放的输出端；第二调整管的第一端接地，其第二端引出电压生成电路的第二输出端，且其第二端与第二运放的同相输入端之间电接电阻R3，第二调整管的控制端接第二运放的输出端。本发明提供的驱动电路输出的低压差分信号的准确度较高。

Description

一种低电压差分信号驱动电路

技术领域

本发明涉及一种驱动电路，尤其涉及低电压差分信号驱动电路。

背景技术

低电压差分信号（即LVDS）是一种常用于数据传输系统中的技术，其电压峰值通常介于250mV到450mV之间，传输速率从几十Mbps到几Gbps，其采用极低的电压摆幅高速差动传输数据，可以实现点对点或一点对多点的连接，具有低耗电、低误码率、低串扰、低辐射、低噪声、易于集成等优点，故低电压差分信号被广泛的应用于各种系统中，例如图像数据传输方面经常会用到LVDS。

现有技术中常用的低电压差分信号驱动电路通常采用电流模式的差分信号驱动电路，其通过切换开关控制电流从不同方向流入负载电阻，从而在负载电阻两端生成低压差分信号电平。但是，这种低压差分信号驱动电路产生的低压差分信号的准确度不高。参见图1所示，图1所示的为现有技术中常用的电流模式的低电压差分信号驱动电路。其包括四个增强型NMOS管（MN1、MN2、MN3、MN4）均作为可控制的开关，Ia和Ib为电流源；RL为IC应用时外部接收端的负载电阻。当NMOS管栅电压（DP/DN）为高电平（该电压一般与电源电压VCC相同）时，NMOS管导通。所以，当数据DP为高电平时，DN为低电平，NMOS管中MN4、MN2导通，MN3、MN1断开，电流从电源VCC通过MN4流至RL的VA端点，流经电阻后，通过MN2流到地；电流恒定为Ia=Ib=I0，则由欧姆定律得RL 两端的电压差 VA-VB=I0*RL；当数据DP为低电平时，DN为高电平，NMOS管中MN4、MN2断开，MN3、MN1导通，电流从电源VCC通过MN3至RL的VB端点，流经电阻后，通过MN1到地；电流恒定为Ia=Ib=I0，则由欧姆定律得RL 两端的电压差 VA-VB= -I0*RL。

VA-VB的电压差值为正的I0*RL时，接收端判断接收到的数据为高电平，当VA-VB的电压差值为负的I0*RL时，接收端判断接收到的数据为低电平，从而完成数据的传输和接收识别。该电路主要利用数据电平来控制不同组合的NMOS管的导通来实现电流从两个不同的方向流出和流进。由于一般在数据传输中，会对生成低电压差分信号的峰峰值即VA-VB有大小规定，同时也对低电压差分信号的共模电平有要求，图1所示的电流模式的LVDS电路可以通过设定对应的电流I0(Ia=Ib=I0)来满足峰峰值要求，其共模电平VCM电压计算过程如下：VP为高电平时，VB=I0*(R2+Rb) ，注：MN2的导通电阻为R2，电流源Ib的电阻为Rb，则VCM= I0*(R2+Rb)+I0*RL/2 ①；VP为低电平时，VB=VCC-I0*(R3+Ra)注：MN3的导通电阻为R4，电流源Ia的电阻为Ra，则VCM= VCC-I0*(R3+Ra)- I0*RL/2 ②；式①+式②得 2VCM= VCC+I0(R2+Rb)-I0(R3+Ra)，由于I0、VCC为定值，同时我们可以通过参数设置使得R2+Rb=R3+Ra，这样LVDS的共模电平VCM=VCC/2，其也为定值；但由于在制造时R2、R3及Ra、Rb受工艺影响容易出现偏差使得R2+Rb与R3+Ra不是绝对的相等，其存在一定的误差，故其共模电平不易准确设定；同时DP的电平不停的变化时（从高变为低或从低变为高），由于馈通效应，其会使得输出电压VA和VB容易出现抖动，这在高速较远距离和较大干扰下传输时，容易出现接收端识别错误。所以，现有技术中的低压差分信号驱动电路产生的低压差分信号有一定的误差，其准确度不高。

可以理解的是，本部分的陈述仅提供与本发明相关的背景信息，可能构成或不构成所谓的现有技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术中低压差分信号驱动电路产生的低压差分信号准确度不高的缺陷，提供一种可以减少误差、提高输出的低压差分信号的准确度的低压差分信号驱动电路。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种低电压差分信号驱动电路，其包括：用于生成高低电压的电压生成电路及将所述电压生成电路产生的高低电压转换为极性电压的电平切换电路；

电压生成电路包括：第一运放、第二运放、电阻R1、R2、R3、负反馈工作时第一运放输出端控制的第一调整管、及负反馈时第二运放输出端控制的第二调整管；第一运放及第二运放的反相输入端分别连接基准电压输出端VR1及VR2，第一运放的同相输入端通过电阻R2电连接第二运放的同相输入端；第一调整管的第一端接电源，其第二端引出电压生成电路的第一输出端VP，且其第二端与第一运放的同相输入端之间电连接电阻R1，第一调整管的控制端连接第一运放的输出端；第二调整管的第一端接地，其第二端引出电压生成电路的第二输出端VN，且其第二端与第二运放的同相输入端之间电连接电阻R3，第二调整管的控制端连接第二运放的输出端。

在上述低电压差分信号驱动电路中，电平切换电路包括：反相器、第一开关管MN2、第二开关管MN3、第三开关管MN4、及第四开关管MN5；反相器的输入端接数据信号输出端DP；第一开关管的第一端接第二开关管的第一端，第一开关管的第二端同时接第三开关管的第二端及所述第一输出端VP；第二开关管的第二端同时接第四开关管的第二端及所述第二输出端VN；第三开关管的第一端同时接第四开关管的第一端；第二开关管及第三开关管的控制端均接反相器的输出端，第一开关管及第四开关管的控制端均接反相器的输入端。

在上述低电压差分信号驱动电路中，所述第一调整管为P型场效应管，所述第二调整管为N型场效应管。

在上述低电压差分信号驱动电路中，所述第一调整管的源极接电源，其漏极引出电压生成电路的第一输出端VP，且其漏极与第一运放的同相输入端之间电连接电阻R1，第一调整管的控制端连接第一运放的输出端；第二调整管的源极接地，其漏极引出电压生成电路的第二输出端VN，且其漏极与第二运放的同相输入端之间电连接电阻R3，第二调整管的控制端连接第二运放的输出端。

在上述低电压差分信号驱动电路中，所述第一调整管的源极接电源，其漏极引出电压生成电路的第一输出端VP，且其漏极与第一运放的同相输入端之间电连接电阻R1，第一调整管的控制端连接第一运放的输出端；第二调整管的源极接地，其漏极引出电压生成电路的第二输出端VN，且其漏极与第二运放的同相输入端之间电连接电阻R3，第二调整管的控制端连接第二运放的输出端。

在上述低电压差分信号驱动电路中，第一开关管的源极接第二开关管的源极，第一开关管的漏极同时接第三开关管的漏极及所述第一输出端VP；第二开关管的漏极同时接第四开关管的漏极及所述第二输出端VN；第三开关管的源极同时接第四开关管的源极；第二开关管及第三开关管的控制端均接反相器的输出端，第一开关管及第四开关管的控制端均接反相器的输入端。

在上述低电压差分信号驱动电路中，所述第一开关管MN2、第二开关管MN3、第三开关管MN4、及第四开关管MN5的衬底均接地。

在上述低电压差分信号驱动电路中，还包括用于滤波稳压的电容C1，所述电容C1连接于所述第一输出端VP与第二输出端VN之间。

在上述低电压差分信号驱动电路中，所述电阻R1与电阻R3的阻值相等。

本发明提供的低压差分信号驱动电路主要通过电压生成电路及电平切换电路实现，其通过电压生成电路将外部的基准电压转换为高低电压，同时，通过电平切换电路将电压生成电路输出的高低电压转换为具有极性的电压，进而可输出所需的低电压差分信号。由于，电压生成电路中第一运放、第二运放、电阻R1、R2、R3、第一调整管、及第二调整管的作用，使得生成的高低电压主要决定于电阻R1、R2、R3、和基准电压VR1、VR2，由于电阻R1、R2、R3的比例关系可以精确设定且基准电压VR1、VR2为定值，所以，本发明提供的驱动电路输出的低压差分信号LVDS可以不受工艺偏差影响，进而LVDS电压的共模电平及峰峰值可以精确设定，可以减少输出的低压差分信号的抖动，且驱动电路输出的低压差分信号的准确度较高。  

附图说明

图1是现有技术提供的低电压差分信号驱动电路的电路图；

图2是本发明一实施例提供的低电压差分信号驱动电路的电路图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明提供了一种能够准确设定低压差分信号的共模电平及电压差、减小其输出电平的抖动、进而提高输出的低压差分信号的准确度的低压差分信号驱动电路。共模电平指的是两个电平的中间值，为绝对电压值。如A点相对于地的电平为VA，B点相对于地的电平为VB(设VA>VB)，那么AB之间的电压差为VAB=VA-VB, 而VA和VB的共模电平为VCM=(VA+VB)/2 =VB+VAB/2 =VA-VAB/2.

本发明提供的低压差分信号驱动电路包括：用于生成高低电压的电压生成电路及将所述电压生成电路产生的高低电压转换为极性电压的电平切换电路。电压生成电路将基准电压转换为高低电压，而且，电平切换电路通过电压极性的转换即可输出低压差分信号。驱动电路的具体结构如下：

本发明提供的驱动电路中，电压生成电路包括：第一运放、第二运放、电阻R1、R2、R3、负反馈工作时第一运放输出端控制的第一调整管、及负反馈时第二运放输出端控制的第二调整管；第一运放及第二运放的反相输入端分别连接基准电压输出端VR1及VR2，第一运放的同相输入端通过电阻R2电连接第二运放的同相输入端；第一调整管的第一端接电源，其第二端引出电压生成电路的第一输出端VP，且其第二端与第一运放的同相输入端之间电连接电阻R1，第一调整管的控制端连接第一运放的输出端；第二调整管的第一端接地，其第二端引出电压生成电路的第二输出端VN，且其第二端与第二运放的同相输入端之间电连接电阻R3，第二调整管的控制端连接第二运放的输出端。其中，若第一运放的同相与反相输入端的电压不相等，则第一运放的输出端的电压调节第一调整管的控制端，从而调节第一调整管的输出电流，使得第一运放同相输入端的电压变化，由于第一运放的反相输入端的电压不变，第一运放的输出电压发生变化，进而再一次调节第一调整管的输出电流，形成负反馈环路，最终使得第一运放的同相与反相输入端的电压相等，输出端电压保持稳定，使输出电压VP也稳定的保持在设定值。同理，若第二运放的同相与反相输入端的电压不相等，则第二运放的输出端的电压调节第二调整管的控制端，从而调节第二调整管的输出电流，使得第二运放的同相输入端的电压变化，由于第二运放的反相输入端的电压不变，第二运放的输出电压发生变化，进而再一次调节第二调整管的输出电流，形成负反馈环路，最终使得第二运放的同相与反相输入端的电压相等，输出端电压保持稳定，使输出电压VN也稳定的保持在设定值。所以，电压生成电路即可输出可准确设定的高低电压，再通过电平切换电路进行极性转换后即可生成所需的低压差分信号。

电平切换电路包括：反相器、第一开关管MN2、第二开关管MN3、第三开关管MN4、及第四开关管MN5；反相器的输入端接数据信号输出端DP；第一开关管的第一端接第二开关管的第一端，第一开关管的第二端同时接第三开关管的第二端及所述第一输出端VP；第二开关管的第二端同时接第四开关管的第二端及所述第二输出端VN；第三开关管的第一端同时接第四开关管的第一端；第二开关管及第三开关管的控制端均接反相器的输出端，第一开关管及第四开关管的控制端均接反相器的输入端。所以，本发明提供的驱动电路能将基准电压VR1及VR2转换输出为低压差分信号，同时，第一运放、第二运放、电阻R1、R2、R3、第一调整管、及第二调整管的作用，使得生成的高低电压主要决定于电阻R1、R2、R3，由于电阻R1、R2、R3的比例关系可以精确设定，所以，本发明提供的驱动电路输出的低压差分信号LVDS可以不受工艺偏差影响，进而LVDS电压的共模电平及峰峰值可以精确设定，可以减少输出的低压差分信号的抖动，且驱动电路输出的低压差分信号的准确度较高。

本领域技术人员熟知负反馈工作时第一运放输出端控制的第一调整管、及负反馈时第二运放输出端控制的第二调整管的结构。在本发明的优选实施例中，第一调整管为P型场效应管，第二调整管为N型场效应管。而且，第一调整管的源极接电源，其漏极引出电压生成电路的第一输出端VP，且其漏极与第一运放的同相输入端之间电连接电阻R1，第一调整管的控制端连接第一运放的输出端；第二调整管的源极接地，其漏极引出电压生成电路的第二输出端VN，且其漏极与第二运放的同相输入端之间电连接电阻R3，第二调整管的控制端连接第二运放的输出端。这种结构的电压生成电路能快速准确的生成高低电压。具体的，电压生成电路主要是把输入参考电压(VR1、VR2)转换为低电压差分信号所要求的高低电压(VP、VN)，并提供驱动能力。 

在本发明的优选实施例中，第一开关管MN2、第二开关管MN3、第三开关管MN4、及第四开关管MN5为N型场效应管。第一开关管的源极接第二开关管的源极，第一开关管的漏极同时接第三开关管的漏极及所述第一输出端VP；第二开关管的漏极同时接第四开关管的漏极及所述第二输出端VN；第三开关管的源极同时接第四开关管的源极；第二开关管及第三开关管的控制端均接反相器的输出端，第一开关管及第四开关管的控制端均接反相器的输入端。当然，第一开关管MN2、第二开关管MN3、第三开关管MN4、及第四开关管MN5也可以为常见的开关管，例如三极管，则连接的电路中场效应管的栅极由三极管的基极代替，场效应管的源极由三极管的发射极代替，场效应管的漏极又三极管的集电极代替即可。

图2所示的优选实施例中驱动电路的工作原理如下：

上电后，VR1和VR2为一输入参考电压，这时由于第一运放、第二运放、第一调整管及第二调整管负反馈的调节，使得第一运放及第二运放的正负输入端的电压均相等（即VN1=VR1,VN2=VR2）。负反馈调节的具体过程为:上电后，若VN1电压比VR1小，由于第一运放OP1的增益很大，输出降低，增强型PMOS管MP1的栅压降低，其导通程度增强，电流增大,根据欧姆定律则VN1电压升高，直至VN1=VR1；若VN1的电压比VR1大，由于第一运放OP1的增益很大，输出电压增高，增强型PMOS管MP1的栅压增高，其导通程度减弱，电流减小,根据欧姆定律则VN1电压降低，直至VN1=VR1。所以，一直可以实现VN1=VR1。

上电后，若VN2电压比VR2小，由于运算放大器OP2的增益很大，输出降低，增强型NMOS管MN1的栅压降低，导通程度减弱，导通电阻增大，根据欧姆定律则VN2电压升高，直至VN2=VR2；若VN2的电压比VR2大，由于运算放大器OP2的增益很大，输出电压增高，增强型NMOS管MN1的栅压增高，导通程度增强，导通电阻减小,根据欧姆定律得VN2电压降低，直至VN2=VR2。所以，一直可以实现VN2=VR2。

最终得到VN1=VR1,VN2=VR2，此时根据欧姆定律可得：

VP=VN1+ （ (VN1-VN2)/R2 ）*R1=VR1+(VR1-VR2)*R1/R2

VN=VN2- （ (VN1-VN2)/R2 ）*R3=VR2-(VR1-VR2)*R3)/R2

VP-VN=(VR1-VR2)*(R1+R2+R3)/R2，由于R1、R2、R3比列关系可精确设定，且基本不受工艺偏差影响，故可以得到准确的满足要求的电压VP和VN。 电容C1起储能稳压作用，其可以减小时钟馈通和加快开关切换后给负载节点充放电的速度、提高响应速度。

在电平切换电路中，当数据信号DP为高电平时，经过反相器INV后,DN为低电平，第一开关管MN2及第四开关管MN5导通，第二开关管MN3及第三开关管MN4断开，使得VA=VP, VB=VN。VA和VB的共模电平VCM=(VA+VB)/2=(VR1+VR2)/2 ，所以VA和VB的共模电平为确定值，其可通过VR1、VR2准确设定。

当DP为低电平时，经过反相器INV后,DN为高电平，第一开关管MN2及第四开关管MN5断开，第二开关管MN3及第三开关管MN4导通，使得VA=VN, VB=VP；VA和VB的共模电平VCM=(VA+VB)/2=(VR1+VR2)/2 ，所以VA和VB的共模电平为确定值，其可通过VR1、VR2准确设定。

由此可知，本发明提供的驱动电路中得到的共模电平VCM=(VA+VB)/2=(VR1+VR2)/2可以通过设定VR1、VR2的值来准确的设置；且驱动电路输出的峰峰值|VA-VB|= VP-VN =(VR1-VR2)*(R1+R2+R3)/R2 ，所以驱动电路输出的峰峰值可以结合VR1、VR2，以及通过设置电阻R1、R2、R3的比值来精确设定。进一步优选地，电阻R1与电阻R3的阻值相等。当R1=R3时，能更方便准确的输出低压差分信号。优选地，第一开关管MN2、第二开关管MN3、第三开关管MN4、及第四开关管MN5的衬底均接地，这样可以减少上述各开关管的面积，进而可以进一步减少本发明提供的低压差分信号驱动电路的面积及体积、减少工艺要求、提高驱动电路提供的低压差分信号的准确度。

综上所述 ，本发明提供的低电压差分信号驱动电路利用运算放大电路负反馈，通过电阻比例运算，可以生成准确的LVDS高低电平，能够准确设定低压差分信号的共模电平及电压差，且可减少输出的低压差分信号的抖动，使驱动电路输出的低压差分信号的准确度较高。同时 ，其可以减小时钟馈通引起的电压毛刺和提高驱动电路的工作速度。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种低电压差分信号驱动电路，其特征在于，包括：用于生成高低电压的电压生成电路及将所述电压生成电路产生的高低电压转换为极性电压的电平切换电路；

电压生成电路包括：第一运放、第二运放、电阻R1、R2、R3、负反馈工作时第一运放的输出端控制的第一调整管、及负反馈时第二运放的输出端控制的第二调整管；第一运放及第二运放的反相输入端分别连接基准电压输出端VR1及VR2，第一运放的同相输入端通过电阻R2电连接第二运放的同相输入端；第一调整管的第一端接电源，其第二端引出电压生成电路的第一输出端VP，且其第二端与第一运放的同相输入端之间电连接电阻R1，第一调整管的控制端连接第一运放的输出端；第二调整管的第一端接地，其第二端引出电压生成电路的第二输出端VN，且其第二端与第二运放的同相输入端之间电连接电阻R3，第二调整管的控制端连接第二运放的输出端。

2.如权利要求1所述的低电压差分信号驱动电路，其特征在于，电平切换电路包括：反相器、第一开关管MN2、第二开关管MN3、第三开关管MN4、及第四开关管MN5；反相器的输入端接数据信号输出端DP；第一开关管的第一端接第二开关管的第一端，第一开关管的第二端同时接第三开关管的第二端及所述第一输出端VP；第二开关管的第二端同时接第四开关管的第二端及所述第二输出端VN；第三开关管的第一端同时接第四开关管的第一端；第二开关管及第三开关管的控制端均接反相器的输出端，第一开关管及第四开关管的控制端均接反相器的输入端。

3.如权利要求1所述的低电压差分信号驱动电路，其特征在于，所述第一调整管为P型场效应管，所述第二调整管为N型场效应管。

4.如权利要求3所述的低电压差分信号驱动电路，其特征在于，所述第一调整管的源极接电源，其漏极引出电压生成电路的第一输出端VP，且其漏极与第一运放的同相输入端之间电连接电阻R1，第一调整管的控制端连接第一运放的输出端；第二调整管的源极接地，其漏极引出电压生成电路的第二输出端VN，且其漏极与第二运放的同相输入端之间电连接电阻R3，第二调整管的控制端连接第二运放的输出端。

5.如权利要求2所述的低电压差分信号驱动电路，其特征在于，所述第一开关管MN2、第二开关管MN3、第三开关管MN4、及第四开关管MN5为N型场效应管。

6.如权利要求5所述的低电压差分信号驱动电路，其特征在于，第一开关管的源极接第二开关管的源极，第一开关管的漏极同时接第三开关管的漏极及所述第一输出端VP；第二开关管的漏极同时接第四开关管的漏极及所述第二输出端VN；第三开关管的源极同时接第四开关管的源极；第二开关管及第三开关管的控制端均接反相器的输出端，第一开关管及第四开关管的控制端均接反相器的输入端。

7.如权利要求1至6中任一项所述的低电压差分信号驱动电路，其特征在于，所述第一开关管MN2、第二开关管MN3、第三开关管MN4、及第四开关管MN5的衬底均接地。

8.如权利要求1至6中任一项所述的低电压差分信号驱动电路，其特征在于，还包括用于滤波稳压的电容C1，所述电容C1连接于所述第一输出端VP与第二输出端VN之间。

9.如权利要求1至6中任一项所述的低电压差分信号驱动电路，其特征在于，所述电阻R1与电阻R3的阻值相等。