SE503568C2 - Signalmottagande och signalbehandlande enhet - Google Patents

Description

505 568 _ 2 _ den signalbehandlande kretsen anpassas till en intern signal- struktur, som är mera anpassad till de krav som ett signalut- byte kräver.

Sådana signalmottagande och signalbehandlande enheter är anslutna till en, informationsbärande digitala signaler i form av spänningspulser överförbar, ledare eller ledning, där nämnda ledare är ansluten till en, i en signalmottagande krets ingående, transistor, för att, under utnyttjande utav variationer i nämnda spänningspulser och ett pulsen uppvisan- de spänningsvärde, påverka en därav, genom transistorn flytande, pulsformad ström, som i en signalbehandlande krets tilldelas en informationsbärande form, som är bättre anpassad till en bestämd kretsintern informationsbärande signal än den mottagna.

Signalmottagande och signalbehandlande enheter, av inled- ningsvis angivet slag, har kommit till användning för att kunna utvärdera informationsinnehàllet i spänningspulser uppträdande med en pulshastighet av upp till 200 Mb/s-om- rådet.

IEKEIKENS_IIDlGBBE_SIÅND2!NKI Signalmottagande och signalbehandlande enheter, av inled- ningsvis angivet slag, har anpassats för att kunna avkänna och detektera pulsformade spänningsvariationer, uppträdande på en enda ledare eller ledning (Single-ended-signalering) eller för att kunna avkänna och detektera pulsformade spän- ningsvariationer, uppträdande på eller mellan två ledare eller ledning (Differentiell signalering). Även om uppfinningen anvisar signalmottagande och signalbe- handlande enheter, anpassade för bàda signaleringssystemen kommer den efterföljande beskrivningen i förenklande syfte att i första hand behandla enbart tillämpningen vid "Diffe- rentiell" signalering. 503 568 _ 3 _ För fackmannen är det uppenbart vilka åtgärder, att konstant- hålla potentialen för den ena ledaren, som krävs för att få en tillämpning vid "Single-ended"-signaleringen, vilket dock ävenledes kommer att omnämnas i det efterföljande.

Vidare är de tidigare känt att utnyttja olika tekniker för att framställa dessa signalmottagande och signalbehandlande enheter, för att därvid kunna erhålla olika driftsförutsätt- ningar för nämnda enheter.

Vid framställningen av signalmottagande och signalbehandlande enheter, av inledningsvis angivet slag, är det således tidi- gare känt att utnyttja CMOS-teknik eller bipolär teknik, och i förenklande syfte kommer den efterföljande beskrivningen i första hand att omfatta CMOS-tekniken.

De förändringar i funktionen som är att hänföra till utnytt- jandet utav bipolär teknik är av mindre betydelse och är för en fackman uppenbara.

För fackmannen är det vidare uppenbart de förändringar som skall till för att anpassa CMOS-tekniken och/eller bipolära tekniken till andra kända tekniker.

Vid framställningen av hithörande enheter är det bl.a. de nedan angivna kriterierna som är av avgörande betydelse.

A. "CM-området", dess storlek och spänningsvärden tillhörande den signalmottagande kretsen och den signalbehandlande kretsen.

(CM-området är det spänningsomráde inom vilket mottagna spänningspulser skall ligga i ett "diffe- rentiellt" överföringssystem för att kunna uppfat- tas av den signalmottagande kretsen).

B. "Gränsvärdet" för repetitionsfrekvensen, är den 503 568 _ 4 _ högsta frekvens av spänningsvariationer på ledarna som kan uppfattas och särskiljas av den signalmot- tagande kretsen och efterbehandlas av den signalbe- handlande kretsen.

C. Spänningsvariationen eller amplitudvariationen som krävs för att uppfatta signalerna, där förhållandet förenklat kan antagas vara att vid en låg bithas- tighet kan små amplituder accepteras men vid högre hastigheter krävs större amplituder.

Sålunda är det tidigare känt att koppla de informationsbäran- de signalerna, uppträdande på ledningarna, till var sin "Ga- te"-anslutning på utnyttjade PMOS-transistorer, varvid CM- området kan anses omfatta spänningsomràdet något över halva matningsspänningen (Vcc) ned till O-potential.

Utnyttjandet utav PMOS-transistorer och en efterkopplad strömspegel-koppling, en efterkopplad kaskod-koppling eller liknande ger ett nedåt utökat CM-område, något under O-poten- tial (Säg -O,7V).

Det är även känt att PMOS-transistorer ger ett lägre värde för gränsvärdet (upp till 200 Mb/s) för repetitionsfrekvensen än vad ett utnyttjande av NMOS-transistorer erbjuder.

Därutöver kan man konstatera att ett utbytande utav PMOS- transistorer till NMOS-transistorer skulle ge ett CM-område, från matningspänningen (Vcc) och nedåt något under halva matningspänningen, vilket är oaccepterbart, då CM-området vid en praktisk tillämpning måste i vart fall ligga inom det område, som erbjudes med PMOS-transistorer och en efterkopp- lad strömspegel-koppling, såsom en kaskod-koppling.

Vid konstruktioner av signalmottagande och signalbehandlande enheter, av inledningsvis angivet slag, är det tidigare känt att inom den signalbehandlande kretsen utnyttja och samordna 503 568 _ 5 _ två transistorer, så att en ström, passerande igenom en första transistor, speglas att vara lika eller proportionell genom en annan transistor, för att därigenom kunna skapa sådana förutsättningar att spänningen över den andra transis- torns "Drain/Source"-anslutningar kan tillåtas variera för- (strömgenerator med hög utimpedans), uppträdande mellan "Drain/Source"-anslutningarna, genom att för detta ändamål utnyttja en s.k. kaskod-koppling. Även andra strömspegel-kopplingar är kända, såsom ett utnytt- jande av tre transistorer och som går under beteckningen "Wilson Current Mirror".

"CMOS analog circuit design" av Allen, P.E. (ISBN 0-03- OO6587-9). Speciellt sid. 236-239. beskrivningen att med ett "N" alternativt ett "P", före hän- visningsbeteckningen för en transistor, indikera huruvida nämnda transistor är en NMOS-transistor eller en PMOS-tran- sistor.

Vidare skall med uttrycket "strömspegel-koppling" i den efterföljande beskrivningen och patentkraven menas varje strömspegel-koppling, oavsett om den nyttjar två, tre eller flera transistorer. willson-kretsen och kaskod-kretsen representerar strömspegel- 505 568 _ 5 _ kopplingar med bättre egenskaper när de är kopplade som strömgeneratorer.

När den efterföljande beskrivningen nämner enbart NMOS-tran- sistorer, skall med uttrycket innefattas jämväl bipolära NPN- transistorer och motsvarande transistorer inom andra tekni- ker.

När PMOS-transistorer nämnes skall med uttrycket innefattas jämväl bipolära PNP-transistorer och liknande.

Beaktas nu de med föreliggande uppfinning signifikativa egenskaperna bör också nämnas att det är i och för sig tidi- gare känt att ett valt strömvärde, genom en signalmottagande transistor, är inom ett bestämt område direkt proportionellt till förmågan att mottaga och detektera samt signalbehandla signaler med högre hastighet.

Den övre gränsen för strömvärdet sättes när strömtätheten i transistorn är så stor att transistorn lämnar eller går ur förstärkarmoden.

Föreliggande uppfinning kan vidare få anses utgöra en vida- reutveckling utav den signalmottagande och signalbehandlande enhet, som är närmare visad och beskriven i den svenska pa- tentansökningen 94 00593-1, ingiven den 21 februari 1994, och där innehållet i nämnda ansökan skall betraktas såsom en del av föreliggande ansökan.

H u U IEKElSKI_2BQBLEM Under beaktande av teknikens tidigare ståndpunkt, såsom den beskrivits ovan, och under beaktande utav den allmänna tren- den inom detta tekniska område, torde det stå klart att det föreligger ett tekniskt problem i att kunna anvisa en signal- mottagande enhet, där den eller de, den signalmottagande kretsen tillhöriga, transistorn eller transistorerna matas, 503 568 _ 7 _ via en speciell strömalstrande krets, där strömmens värde genom transistorn är reglerbart, för att därigenom kunna ändra den maximala hastigheten där den signalmottagande bildas via en aktivering av ett eller flera, i en strömalst- rande krets ingáende, delströmmar alstrande, don. tiverbart via en styrd transistor, vars spänningsvärde på Gate-anslutningen är bestämt av läget för två seriekopplade PMOS- och NMOS-transistorer, vars Gate-anslutningar är sam- Vidare torde det få anses vara ett tekniskt problem att kunna anvisa en strömalstrande krets, som därutöver skall kunna erbjuda ett analogt reglerande av nämnda strömvärde. inse de kopplingstekniska atgärder som skall krävas för att nämnda strömalstrande krets skall kunna vara in- och urkopp- 503 568 _ g _ lingsbar, via en spänningspuls uppträdande på en ledare eller ledning.

LQSHIHGEN För att kunna lösa ett eller flera av de ovan angivna teknis- ka problemen, samt ett eller flera av de i den inledningsvis nämnda svenska patentansökan angivna tekniska problemen, utgår nu föreliggande uppfinning ifrån en signalmottagande och signalbehandlande enhet, av inledningsvis angiven och i det efterföljande patentkravets 1 ingress närmare definierad beskaffenhet.

Vid en sådan enhet anvisar nu föreliggande uppfinning att den signalmottagande kretsen och en eller flera därtill hörande transistorer skall var och en vara samordnad i vart fall med en annan transistor, för att tillsammans bilda en strömspe- gel-koppling och att via en strömalstrande krets är den signalmottagande kretsens förmåga att mottaga och detektera samt signalbehandla signaler med hög hastighet styrbar i så motto att ett ökande strömvärde ger eller erbjuder en ökande maximal hastighet och vice versa.

Såsom föreslagna utföringsformer, fallande inom ramen för uppfinningstanken, anvisas att nämnda strömvärde är regler- bart i steg och bildat av en aktivering av ett eller flera, i den strömalstrande kretsen ingående, delströmmar alstrande, don.

Vidare anvisas att de nämnda delströmmarna alstrande donen är aktiverbara och deaktiverbara av en styrkrets, som i sin tur är aktiverbar av digitala signaler.

Resp. delström alstrande don är aktiverbart och deaktiverbart via en styrd transistor, vars spänningsvärde på Gate-anslut- ningen är bestämmande av läget för två seriekopplade PMOS- och NMOS-transistorer, vars Gate-anslutningar är sammankopp- lade och påverkade av en digital utsignal från nämnda styr- 503 568 krets.

Vidare erbjuder föreliggande uppfinning en möjlighet att få strömvärdet analogt reglerbart, för att på detta sätt kunna välja en godtycklig maximal hastighet för den signalmotta- gande kretsens förmåga att mottaga och detektera samt signal- behandla de informationsbärande signalerna.

Nämnda strömalstrande krets är in- och urkopplingsbar via en logisk signal, såsom en spänningspuls, uppträdande på en ledare eller ledning. u De fördelar som främst kan få anses vara signifikativa för en signalmottagande och signalbehandlande enhet, i enlighet med föreliggande uppfinning, är att härigenom har det erbjudits en möjlighet att med hjälp utav ett anpassat strömvärde påverka den signalmottagande kretsens förmåga att mottaga och detektera samt signalbehandla signaler och där strömmen är styrbar i så motto att ett ökande strömvärde ger en ökande maximal överföringshastighet där signalmottagning och signal- behandling kan ske med god separationsförmåga och vice versa.

Det som främst kan få anses vara signifikativt för en signal- mottagande och signalbehandlande enhet, i enlighet med före- liggande uppfinning, anges i det efterföljande patentkravets 1 kännetecknande del.

En för närvarande föreslagen signalmottagande och signalbe- handlande enhet, i enlighet med föreliggande uppfinning, skall nu närmare beskrivas med hänvisning till bifogad rit- ning, där; 503 568 _ 10 _ figur I visar ett generellt blockschema över en uppfinningsenlig enhet, figur 2 visar ett kopplingsschema över en signal- mottagande och en signalbehandlande enhet och figur 3 visar ett kopplingsschema över en ström- alstrande krets.

H n n Med hänvisning till figur 1 visas där i blockschemaform en enligt uppfinningen anvisad enhet, som består av en signal- mottagande enhet 1, samt en strömalstrande krets 10. Kretsen 10 är pàverkbar, för att alstra ett bland ett flertal till- gängliga strömvärde, av en styrkrets 100.

Kretsen 10 är även anpassad för att via styrkretsen 100 kunna alstra ett strömvärde, som är beroende av ett analogt spän- ningsvärde.

Till ett eller flera av de nämnda fasta strömvärdena kan adderas ett analogt valt strömvärde.

För en djupare förestàelse av den signalmottagande och sig- nalbehandlande enheten 1, enligt figur 1 och 2, hänvisas till beskrivningen i den ovan angivna svenska patentansökan och i förtydligande syfte har de i figur 6 i nämnda ansökan angivna hänvisningsbeteckningarna tillika med de i figur 5 angivna hänvisningsbeteckningarna utnyttjats även i figur 2.

Den signalmottagande och signalbehandlande enhet 1 är alltså ansluten till en eller flera, informationsbärande signaler i form av spänningspulser överförbar, ledare L1 resp. L2, där nämnda ledare Ll är ansluten till en, i en signalmottagande krets (2) ingående, transistor NT20. För ledaren L2 förefinns en transistor NT2l. _ 11 _ 503 568 Genom att utnyttja variationer i nämnda spänningspulser på ledarna Ll och L2 och beakta ett pulsen uppvisande spännings- värde, påverkas därav såväl en genom transistorn NT2O flytan- de pulsformade ström Il som en genom transistorn NT2l fly- tande pulsformad ström I2, som i en signalbehandlande krets 3 tilldelas en signalanpassad informationsbärande form på ledningen L3.

Uppfinningen bygger nu på att en, den signalmottagande kret- sen 2 tillhörig, transistor NT2l är samordnad i vart fall med en annan transistor NT23b, för att tillsammans bilda en strömspegel-koppling samt att via en strömalstrande krets 10, ansluten till ledaren lOa, kan den totala strömmen IT genom transistorn regleras så att den signalmottagande kretsens förmåga att mottaga och detektera samt signalbehandla signa- ler är styrbar i så motto att ett ökande strömvärde ger en förbättrad och ökande känslighet, där förbättringen innebär en tillförlitlig mottagning och signalbehandling vid en ökande (maximal) hastighet och vice versa.

Nämnda totala strömvärde IT är reglerbart i steg, där vart “och ett av nämnda steg bildas via en aktivering av ett eller flera, i den strömalstrande kretsen lO i figur 3 ingående, delströmmar alstrande don 11, 12 och 13.

De nämnda delströmmar alstrande donen ll, 12, och 13 är akti- verbara och deaktiverbara av, av en styrkrets 15, l5a akti- verbara, spänningspulser, uppträdande på en ledning l6a resp en ledning l7a.

En till styrkretsen 15 hörande ledare l6a står i förbindelse med den första och den tredje delströmmen alstrande donen ll, 13 medan en till styrkretsen l5a hörande ledare l7a står i förbindelse med den andra och den tredje delströmmen alstran- de donen 12, 13.

Vid en hög signal från styrkretsen 100 på ledningen 16 eller 503 566 _ 12 _ 17 alstras en låg signal på de utgående ledningarna l6a eller 17a.

En styrkrets 100 är anordnad att välja och aktivera uppträ- dande signaler på nämnda ledningar 16, 17 men även på led- ningen 21, för att därvid kunna välja ett strömvärde eller en kombination av strömvärden, svarande mot en önskad högsta bithastighet.

Styrkretsen 100 kan även alstra en analog signal på ledningen 20 för att aktivera eller deaktivera nämnda don 11, 12, 13 eller 14.

De i figur 3 visade delströmmar alstrande donen ll, 12 och 13 är principiellt lika, varför den efterföljande beskrivningen enbart omfattar donet ll.

Detta, en första delström alstrande, don 11 är aktiverbart för strömmatning och deaktiverbart via en styrd NMOS-transis- tor lla, vars spänningsvärde på Gate-anslutningen är bestäm- mande av läget för två seriekopplade, en PMOS och en NMOS transistorer, vars Gate-anslutningar är sammankopplade och påverkade av en utsignal från nämnda styrkrets 100 och en styrkretsen genomkopplad signal via ledningen 16a.

Vid en hög logisk nivå på ledningen 16 uppträder en låg logisk nivå på ledningen 16a och donet 11 enbart är aktiverat om samtidigt på ledningen 17 uppträder en låg logisk nivå.

Om på ledningen 16 uppträder en låg logisk nivå och på led- ningen 17 uppträder en hög logisk nivå aktiveras det andra donet 12.

Vid en hög nivå såväl på ledningen 16 som på ledningen 17 aktiveras inte bara de två donen 11 och 12 utan dessutom aktiveras det tredje donet 13. 503 568 _ 13 _ Strömvärdet, ett på förhand bestämt, genom donet 11 bestämmes av en transistors llb värde, strömvärdet genom donet 12 bestämmes av en transistors 12b värde, o.s.v.

Vid donens 11, 12 och 13 dimensionering kan således via kretsen 10 väljas ett bland ett flertal tillgängliga fasta strömvärden (0: Ill; I12; samt Ill + I12 + I13).

Därtill kan, för vart och ett av dessa en addition ske av ett ytterligare strömvärde 114, vilket är analogt och står i relation (proportionalitet) till spänningsvärdet för spän- ningen uppträdande pà ledaren 21.

Den senare möjligheten torde komma till användning för att öka strömmens värde utöver det fasta värde som erbjudes totalt av donen 11, 12 och/eller 13.

Via en hög eller en låg logisk nivå alstrad av styrkretsen 100 pá en ledning 20 kopplas samtliga don ll, 12, 13 och 14 ur eller in.

Vid en hög nivå eller spänning på ledningen 20 spärras ström- men "Iref" av transistorkopplingen T30 och via en transistor T31 sammankopplas ledningen 32 med referensspänningen (0- nivå) på ledningen 33, varvid donen 11, 12, 13 och 14 spär- ras .

Vidare anvisas att vid ett reglerbart spänningsvärde på en anslutning 21 kan, även med kretsarna 11, 12 och 13 urkoppla- de, strömvärdet till den signalmottagande kretsen varieras analogt genom att aktivera transistorn 14a (alltid aktiverad vid kaskod-referensspänning 32) inom kretsen 14 och låta transistorn 21a reglerar strömmens värde i beroende av aktu- ellt spänningsvärde på ledningen 21 Här skall noteras att strömvärdet för IT kan, genom en dimen- sionering av transistorn 11b, väljas mycket större än Iref. 503 568 _ 14 _ genom att utnyttja ett antal parallellkopplade transistorer.

Uppfinningen är givetvis inte begränsad till den ovan såsom exempel angivna utföringsformen utan kan genomgå modifikatio- ner inom ramen för uppfinningstanken illustrerad i efter- följande patentkrav.

Claims (6)

503 568 _ 15 _ BBIEHIKBB1

1. Signalmottagande och signalbehandlande enhet, ansluten till en eller flera, informationsbärande signaler i form av spänningspulser överförbar, ledare (Ll), där nämnda ledare (Ll) är ansluten till en, i en signalmottagande krets (2) ingående, transistor (NT20), för att, under utnyttjandet utav variationer i nämnda spänningspulser och ett pulsen uppvisan- de spänningsvärde, påverka en därav genom transistorn (NT20) flytande pulsformade ström (Il), som i en signalbehandlande krets (3) tilldelas en signalanpassad informationsbärande form (L3), k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda, den signalmottagande kretsen (2) tillhöriga, transistor (NT20) är samordnad i vart fall med en annan transistor (NT23b), för att tillsammans bilda en strömspegel-koppling och att via en strömalstrande krets (10) är den signalmottagande kretsens förmåga att mottaga och detektera samt signalbehandla signa- ler styrbar i så motto att ett ökande strömvärde (IT) ger en spänningspulsdetektering vid en ökande hastighet och vice VerSa .

2. Enhet enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda strömvärde är reglerbart i steg och bildat via en aktivering av ett eller flera, i en strömalstrande krets ingående, en delström alstrande, don.

3. Enhet enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k - n a d därav, att de nämnda delströmmar alstrande donen är aktiverbara och deaktiverbara av en styrkrets (l5,15a), akti- verbar av digitala signaler.

4. Enhet enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att resp. delström alstrande don är aktiverbart och deaktiverbart via en styrd transistor, vars spänningsvärde på Gate-anslutningen är bestämmande av läget för två seriekop- plade, PMOS OCH NMOS, transistorer, vars Gate-anslutningar är sammankopplade och påverkade av en utsignal från nämnda styr- 595 568 _16- krets (15).

5. Enhet enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda strömvärde är helt eller delvis analogt reglerbart.

6. Enhet enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda strömalstrande krets är in- och urkopp- lingsbar via en vald logisk nivå, uppträdande på en ledare (20).