CN1089505C - 信号接收和信号处理装置 - Google Patents
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Abstract
一种信号接收和信号处理装置，连接一或多个导体，用于以电压脉冲的形式发送信息信号。上述导体与信号接收电路中的晶体管连接，利用电压脉冲和脉冲电压值的变化对电流产生作用，这个电流以脉冲形式流过上述晶体管。即该电流是由电压脉冲变化和电压电平所产生，并且通过信号处理电路得到适于携带信息的信号形式。上述晶体管与至少一个其它的晶体管共同构成一电流镜像电路。
Description
技术领域
本发明涉及一种信号接收和信号处理装置。本发明尤其涉及这样的信号接收电路和信号处理电路，其中信号的特征是脉冲形式的具有选择的高重复频率的电压变量，重复频率例如为每秒兆位(Mb/s)到每秒千兆位(Gb/s)的范围，大于1Mb/s，最好大于100Mb/s。
电压变化可视为一数字式信息信号，它由一发送电路以一内部信号结构控制。这个数字信号可由于信号传输导体等一些因素而失真，接收电路应能检测和接收已失真的数字信号。
这种装置用于将已接收的(失真的)信号改成具有内部信号结构的发送信号。所接收的信号具有某些错误的电压电平和/或不适应一定的共模(CM)区域，本发明使接收信号经过信号处理装置变成更适于满足信号交换要求的内部信号结构。
这种信号接收和信号处理装置连接到一个适于以电压脉冲形式传输载有信息的信号的导体上。这个导体与一信号接收电路中的晶体管连接，利用电压脉冲的变化和脉冲电压值产生一电流。这个脉冲电流流过该晶体管，并且这个电流由于电压脉冲变化和电压电平而产生。在信号处理电路中，该电流是载有信息的形式，比接收的信号更适合于内部电路结构。
这种信号接收和信号处理装置适用于判断电压脉冲中含有的信息内容，这里的脉冲频率最高为200兆位/秒。
现有技术的描述
这种信号接收和信号处理装置已经用于检测出现在一信号导体(单端信号系统)上的脉冲式电压变量，或检测出现在两个导体(差分信号系统)上或其之间的脉冲式电压变量。
为简化起见，下面的描述只涉及差分信号系统，不过应说明，本发明提供的信号接收和信号处理装置适用于两种信号系统。
所属领域的技术人员将采取所需的测量，以保持一个导体的电压为常数，这正是单端信号系统所要求的。这在下面还要说明。
目前人们已采用多种技术制造这种信号接收和信号处理装置，使其能满足多种工作条件。
已经采用CMOS技术和双极型技术制造上述类型的信号接收装置和信号处理装置。以下主要说明CMOS技术，至于采用双极型技术获得的差异是很小的，而且对于本领域的技术人员来说是显而易见的。此外，将CMOS技术和/或双极型技术改成其它公知的技术所需的变化，对于所属领域的技术人员也是显而易见的。
关于这种装置的制造，除其它因素外，有以下重要的标准判据：
A.关于信号接收电路和信号处理电路的CM区的间距和电压值。(在差分发送系统中，CM区是指电压范围，在这个范围内，所接收的电压脉冲必须由信号接收电路检测。)
B.导体上各电压变化的重复频率的极限值，即电压变化的最高频率，该值由信号接收电路检测和识别出来，之后由信号处理电路进行处理。
C.为了检测信号，需要电压变量和幅度变量，其中在低速率，小的幅度是可接受的，但在更高速率，需要更大的幅度。
众所周知，将在导体上出现的信息信号连接至PMOS晶体管的栅极端子，则CM区的电压范围从大约电源电压(Vcc)的一半以上减至零电位。
采用PMOS晶体管和后连接电流镜像电路，或后连接的栅-阴放大电路等，使CM区的电压进一步下降到零电位以下(大约-0.7伏)。
人们知道，PMOS晶体管的重复频率(高达200兆位/秒)比NMOS晶体管的重复频率极限值低。
采用NMOS晶体管代替PMOS晶体管，将使CM区的电位从电源电压降到低于该电压的一半。在实际应用中这是不可取的，因为这个CM区必须至少位于由PMOS晶体管和后连接电流镜像电路或一栅-阴放大电路连接构成的区域之内。
在制造这种信号接收和信号处理装置时，一般在信号处理电路中组合使用两个晶体管，使流过第一晶体管的电流的镜像与流过第二晶体管的电流相同，并且允许第二晶体管的漏源电压相对于流过第一晶体管的变化的电流产生较大的变化。
还已经知道，借助于栅-阴放大电路连接，流过第二晶体管的电流可以不受漏源电压的影响(一高阻抗电流发生器)。还知道其它电流镜像连接，如具有三个晶体管的被称为“威尔森(Wilsow)电流镜像电路”的连接。
参考出版物“CMOS模拟电路设计”(由P.E.Allen编写，出版号ISBN0-03-006587-9)，可以进一步更详细地理解现有技术。
CMOS技术使用PMOS和NMOS晶体管，在下面的描述中，无论选择哪种晶体管，将在有关的符号前分别用“N”或“P”代表NMOS或PMOS晶体管。
在下面的说明书和权利要求书中所称的“电流镜像电路”泛指任一种电流镜像电路，而不管采用的是两个、三个或更多的晶体管。威尔森电流镜像电路和栅-阴放大电路是一种连接为电流发生器时能发挥更有效作用的电流镜像电路。
虽然以下描述使用了术语“NMOS晶体管”，但是这一术语可认为包括其它技术的双极型NPN晶体管和等效的晶体管。双极型PNP晶体管等也包括在术语“PMOS晶体管”中。
还知道，所选择的流过信号接收晶体管的电流值在一定范围内与接收、检测和处理更高速率的信号的能力直接成正比。
电流值的上限定在晶体管由于其中的电流密度而脱离放大模式的地方。
本发明可认为是对瑞典专利申请第9400593-1号中更详细地描述的信号接收和信号处理装置的进一步的改进，该申请是1994年2月21日递交的，在此作为对比文件。
本发明技术问题的公开
考虑到上述现有技术，并且结合本技术领域的发展趋势，一个技术问题是要能够提供一种信号接收装置，其中信号接收电路的晶体管是通过一个特定的电流产生电路供电的，在该电流产生电路中，为了能够改变最大速率，通过晶体管的电流值是可调节的，因此信号接收电路具有在较高的传输速率下接收、检测和处理的能力。
还必须考虑的一个技术问题是能够创造这样的条件，在这样的条件下所选择的电流值是分几个等级可选择的，因此可以与几个可得到的最大传输速率中的一个一起，选择几个固定的电流值中的一个。
还有一个技术问题是，当电流值是可分级调节时，将通过驱动属于电流产生电路的一个或几个部件形成这些等级中的每一个，每个部件产生一部分电流。
能够指出这种结构的细节是个技术问题，为了产生数字和/或模拟信号，借助于控制电路能够驱动部分电流产生装置和不驱动该装置。
还存在一个技术问题就是能够指示相关的部分电流产生装置借助于受控晶体管驱动和不驱动，该受控晶体管的栅极端的电压值由两个串联的晶体管的状态决定，两个串联的晶体管中的一个是PMOS晶体管，另一个是NMOS晶体管，它们的栅极端相互连在一起，并受控制电路的输出信号影响。
还应考虑的一个技术问题是能够指示电流产生电路除此之外能够通过对电流值的模拟调节。
再一个技术问题是能够实现所需的技术连接措施，以便电流产生电路能够通过出现在一个导体上的电压脉冲连接和切断。
解决方案
本发明的目的是解决一个或多个这些技术问题，以及在所述瑞典专利申请中叙述的一个或多个技术问题，本发明基于一种如此的与适合于传输电压脉冲形式的信息信号的至少一个导体相连的信号接收和信号处理装置，该装置包括一个信号接收电路，该电路包括与该导体相连的一个晶体管，通过利用电压脉冲的变化和脉冲的电压值影响电流，其中流经晶体管的电流是脉冲形式，并且该电流是由电压脉冲的变化和电压幅度产生的，该装置还包括一个使电流成为适合于携带信息的信号处理电路，晶体管至少与另一晶体管相连，形成一个电流镜像电路，
根据本发明，属于一个信号接收电路的一个或几个晶体管中的每一个与至少另一个晶体管配合，相互形成电流镜像电路。信号接收电路接收、检测和处理信号的能力通过电流产生电路控制，因此电流值增加使得最大速率也增加，反之亦然。
在一个实施例中，电流值是分级调节的，这是通过驱动电流产生电路的一个或几个部件实现的，其中每个部件产生一部分电流。
通过由数字信号驱动的控制电路，驱动部分电流产生电路，以及使不驱动该电路。
通过受控晶体管驱动部分电流产生电路和不驱动该电路。该控制晶体管的栅极端的电压值由两个串联的晶体管的状态决定，两个串联的晶体管中的一个是PMOS晶体管，另一个是NMOS晶体管，它们的栅极端相互连在一起，并受控制电路的输出信号影响。
根据本发明，可以以模拟方式调节电流，以便从信号的连续速率等级中选择一个最大速率，对信息信号进行检测和处理。通过一个出现在导体上的逻辑信号，如电压脉冲，可以将电流产生电路连接或不连接。
优点
本发明的信号接收和信号处理装置的主要优点在于借助于适合的电流值可以控制信号接收电路接收、检测和处理信号的能力。调节电流，于是增大的电流值可以提供增大的最大传输率，以高隔离能力实现信号接收和信号处理，反之亦然。
本发明的信号接收和信号处理装置的基本特征体现在权利要求1的特征项目中。
附图的简要说明
下面参照附图详细说明本发明的信号接收和信号处理装置的几个优选实施，附图中：
图1表示本发明的装置的总框图；
图2表示信号接收和信号处理装置的接线图；以及
图3表示电流产生电路的接线图。
优选实施例的描述
根据本发明的装置用图1中的框图表示，它表示信号接收和信号处理装置1和电流产生电路10。为了产生几个可得到的固定电流值中的一个，可以通过控制电路100控制电流产生电路10。
电路10也能根据一个模拟电压通过控制电路100产生电流值。
已经由模拟方式选择的电流值可以加到一个或几个固定电流值上。
参照上面引用的瑞典专利的说明，以便更深刻地理解根据图1和2的信号接收和信号处理装置1。为了使本发明更清楚，上述瑞典专利的图5和6中细节部分的参考号与本发明的图2中的细节部分的参考号相同。
信号接收和信号处理装置1分别与适合于传输电压脉冲形式的信息信号的一个或几个导体L1、L2相连。导体L1与属于信号接收电路2的晶体管NT20相连。晶体管NT21提供导体L2。
导体L1、L2上的电压脉冲的变化和脉冲的电压值影响流经晶体管NT20的脉冲形电流I1和流经晶体管NT21的脉冲形电流I2。信号处理电路3使电流信号成为适合于导体L3上的携带信息的形式。
属于信号接收电路2的晶体管NT21至少与另一个晶体管NT23b相互配合，形成一个电流镜像电路。通过与导体10a相连的电流产生电路10，可以调节流经每个晶体管的总电流IT。因此可以控制信号接收电路接收、检测和处理信号的能力，于是电流值增大可以改善和提高灵敏度，改善接收的可靠性和提高处理速率，反之亦然。
总电流值IT可以按级调节，其中每个等级是由驱动属于图3的电流产生电路10的一个或几个部件11、12、13形成的。每个部件11、12、13产生一部分电流。
通过出现在导体16a、17b上的电压脉冲，分别驱动部分电流产生部件11、12、13，以及不驱动它们。电压脉冲由控制电路15、15a驱动。
属于控制电路15的导体16a与第一和第三部分电流产生部件11、13相连，而属于控制电路15a的导体17a与第二和第三部分电流产生部件12、13相连。
响应于导体16或17上的来自控制电路100的高电位信号，在引出导体16a或17a上产生低电位信号。
控制电路100选择和驱动出现在导体16、17、21上的信号，以便选择对应于所需的最高位率的一个电流值或电流值的组合。
控制电路100还可以产生导体20上的模拟信号，以便驱动部件11、12、13或14，或者不驱动它们。
由于图3中所示的部分电流产生部件11、12、13基本相同，所以下面只描述部件11。借助于控制NMOS晶体管11a，可以驱动第一部分电流产生部件11以提供电流以及不驱动它。受控晶体管的栅极端的电压值由两个串联的晶体管的状态确定，这两个晶体管一个是PMOS晶体管，另一个是NMOS晶体管。串联的晶体管的栅极端相互连接，并受控制电路100的输出信号和通过导体16a上的控制电路连接的信号控制。
如果在导体16上是高逻辑电位，那么导体16a上出现低逻辑电位，只有在导体17上同时出现低逻辑值时，部件11才被驱动。
如果低逻辑值出现在导体16上，高逻辑值出现在导体17上，第二部件17被驱动。
在导体16和导体17上为高逻辑电位时，不仅两个部件11和12被驱动，而且第三部件13也被驱动。
先确定的流经部件11的电流值由晶体管11b的值确定；流经部件12的电流值由晶体管12b的值确定；等等。
在确定部件11、12、13的情况下，可以通过电路10选择几个可得到的固定电流值(0；I11；I12；和I11+I12+I13)中的一个。
可以对这些电流值中的每个增加另一个模拟电流值I14，I14正比于出现在导体21上的电压值。这对将电流值提高到由部件11、12和/或13提供的固定值以上是有用的。
通过导体20上的由控制电路100产生的高或低逻辑值，可以使所有部件11、12、13连接或不连接。
电流“Iref”由晶体管连接T30切断，并且导体32通过晶体管T31与导体33上的基准电压(零电位)相连。在导体20上是高电位或电压的情况下，部件11、12、13、14被阻断。
即使当部件11、12、13不连接时，通过驱动电路14中的晶体管14a(由栅—阴放大电路驱动)和允许晶体管21a根据导体21上的当前电压值调节电流值，信号接收电路的电流值可以利用导体21上的可调整电压值以模拟方式进行调节。
通过采用一些并联的晶体管来确定晶体管11b，电流值IT可选得比“Iref”大许多。
应该理解，本发明不限于所示的实施例，可在以下权利要求书的范围内进行修改。
Claims (6)
1.与适合于传输电压脉冲形式的信息信号的至少一个导体相连的信号接收和信号处理装置，该装置包括一个信号接收电路，该电路包括与该导体相连的一个晶体管，通过利用电压脉冲的变化和脉冲的电压值影响电流，其中流经晶体管的电流是脉冲形式，并且该电流是由电压脉冲的变化和电压幅度产生的，该装置还包括一个使电流成为适合于携带信息的信号处理电路，晶体管至少与另一晶体管相连，形成一个电流镜像电路，其特征在于信号接收电路接收、检测和处理信号的能力可以以这样一种方式通过电流产生电路来控制，即电流值增加使得能够在增大的速率下检测电压值，反之亦然。
2.根据权利要求1的装置，其特征在于电流值是分级可调节的，该等级是通过驱动属于电流产生电路的一个或几个部件来选择的，其中每个部件产生一部分电流。
3.根据权利要求1或2的装置，其特征在于通过由数字信号驱动的控制电路，驱动这些部件，以及不驱动这些部件。
4.根据权利要求2的装置，其特征在于属于电流产生电路的每个部件由受控晶体管驱动和不驱动，受控晶体管的栅极端的电压值由两个串联的晶体管的状态确定，这两个晶体管一个是PMOS晶体管，另一个是NMOS晶体管，串联的晶体管的栅极端相互连接，并受控制电路的输出信号控制。
5.根据权利要求1的装置，其特征在于电流值至少是以模拟方式部分可调节的。
6.根据权利要求1的装置，其特征在于根据出现在一个导体上的所选的逻辑电平，使电流产生电路连接和不连接。
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