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TWI672915B - 雙路徑類比前端電路與雙路徑訊號接收器 - Google Patents

雙路徑類比前端電路與雙路徑訊號接收器 Download PDF

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TWI672915B
TWI672915B TW107128844A TW107128844A TWI672915B TW I672915 B TWI672915 B TW I672915B TW 107128844 A TW107128844 A TW 107128844A TW 107128844 A TW107128844 A TW 107128844A TW I672915 B TWI672915 B TW I672915B
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吳健銘
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瑞昱半導體股份有限公司
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Abstract

本發明揭露了一種雙路徑類比前端電路與一種雙路徑訊號接收器，具有高線性度。該雙路徑類比前端電路的一實施例包含一第一接收電路、一第二接收電路與一多工器。該第一接收電路用來於一第一模式下依據一接收訊號產生一第一類比輸入訊號，並於一第二模式下經由一第一開關電路耦接至一第一定電壓端。該第二接收電路用來於該第二模式下依據該接收訊號產生一第二類比輸入訊號，並於該第一模式下經由一第二開關電路耦接至一第二定電壓端。該多工器用來於該第一模式下輸出該第一類比輸入訊號，並於該第二模式下輸出該第二類比輸入訊號。

Description

雙路徑類比前端電路與雙路徑訊號接收器
本發明是關於類比前端電路與訊號接收器，尤其是關於雙路徑類比前端電路與雙路徑訊號接收器。
通常而言，在沒有訊號中繼處理的情形下，訊號傳輸距離愈長，接收訊號的品質就愈差。以全雙工（full-duplex）百億位元（10 Gigabit）乙太網路之傳輸為例，其訊號傳輸距離可達一百公尺，對這樣長距離的訊號傳輸而言，接收訊號的品質通常較差，因此接收器須使用大功耗的電路來處理接收訊號；然而，多數情形下，訊號傳輸距離是小於三十公尺，對這樣短距離的訊號傳輸而言，接收訊號的品質通常較佳，因此接收器可採小功耗的電路來處理接收訊號。為了因應不同的訊號傳輸距離使用不同的訊號處理方式，一種目前技術的接收器採用並聯的一長距離傳輸模式電路與一短距離傳輸模式電路，當長距離傳輸模式電路處理長距離傳輸之接收訊號時，短距離傳輸模式電路的開關被斷開而使得短距離傳輸模式電路不導通；當短距離傳輸模式電路處理短距離傳輸之接收訊號時，長距離傳輸模式電路的開關被斷開而使得長距離傳輸模式電路不導通。上述接收器雖可因應不同的訊號傳輸距離採用不同的訊號處理方式，但由於長距離傳輸模式電路的開關（例如：電晶體）是設置於接收訊號的傳輸路徑上（更精確地說，接收訊號須經由該開關以被輸入至一放大器）且短距離傳輸模式電路的開關（例如：電晶體）也是設置於接收訊號的傳輸路徑上（更精確地說，接收訊號須經由該開關以被輸入至另一放大器），這樣的開關設置會影響該接收器的線性度。
本發明之一目的在於提供一種雙路徑類比前端電路與一種雙路徑訊號接收器，以避免先前技術的問題。
本發明揭露了一種雙路徑類比前端電路，其一實施例包含一第一接收電路、一第二接收電路以及一多工器。該第一接收電路包含：一第一被動元件電路，用來於一第一模式下依據一接收訊號產生一第一訊號；一第一開關電路，用來於該第一模式下斷開該第一被動元件電路與一第一電壓端，並於一第二模式下耦接該第一被動元件電路與該第一電壓端；以及一第一放大電路，用來於該第一模式下依據該第一訊號產生一第一類比輸入訊號。該第二接收電路包含：一第二被動元件電路，用來於該第二模式下依據該接收訊號產生一第二訊號；一第二開關電路，用來於該第二模式下斷開該第二被動元件電路與一第二電壓端，並於該第一模式下耦接該第二被動元件電路與該第二電壓端；以及一第二放大電路，用來於該第二模式下依據該第二訊號產生一第二類比輸入訊號。該多工器耦接該第一接收電路與該第二接收電路，用來於該第一模式下輸出該第一類比輸入訊號，並於該第二模式下輸出該第二類比輸入訊號。依據本實施例之一實施樣態，該第一放大電路於該第一模式下之功耗大於該第二放大電路於該第二模式下之功耗。
前述雙路徑類比前端電路的另一實施例包含一第一接收電路、一第二接收電路以及一多工器。該第一接收電路用來於一第一模式下依據一接收訊號產生一第一類比輸入訊號，並於一第二模式下經由一第一開關電路耦接至一第一定電壓端。該第二接收電路用來於該第二模式下依據該接收訊號產生一第二類比輸入訊號，並於該第一模式下經由一第二開關電路耦接至一第二定電壓端。該多工器用來於該第一模式下輸出該第一類比輸入訊號，並於該第二模式下輸出該第二類比輸入訊號。依據本實施例之一實施樣態，該第一接收電路於該第一模式下之功耗大於該第二接收電路於該第二模式下之功耗。
本發明另揭露一種雙路徑訊號接收器，其一實施例包含一第一接收電路、一第二接收電路、一多工器以及一類比至數位轉換器。該第一接收電路用來於一第一模式下依據一接收訊號產生一第一類比輸入訊號，並於一第二模式下經由一第一開關電路耦接至一第一電壓端。該第二接收電路用來於該第二模式下依據該接收訊號產生一第二類比輸入訊號，並於該第一模式下經由一第二開關電路耦接至一第二電壓端。該多工器耦接該第一接收電路與該第二接收電路，用來於該第一模式下輸出該第一類比輸入訊號，並於該第二模式下輸出該第二類比輸入訊號。該類比至數位轉換電路用來於該第一模式下依據該第一類比輸入訊號產生一第一數位訊號，並於該第二模式下依據該第二類比輸入訊號產生一第二數位訊號。依據本實施例之一實施樣態，該接收訊號是一有線傳輸訊號，該第一模式是一長距離傳輸模式，以及該第二模式是一短距離傳輸模式。
有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖式作較佳實施例詳細說明如下。
本揭露包含雙路徑類比前端電路與雙路徑訊號接收器，能夠避免將開關設置於訊號傳輸路徑上，從而避免該些開關造成線性度的減損。本揭露之雙路徑類比前端電路與雙路徑訊號接收器能夠應用於一乙太網路接收器（例如：一百億位元（10 Gigabit）乙太網路接收器），或其它有線傳輸之接收器，然此並非本發明之應用的限制。
圖1顯示本揭露之雙路徑類比前端電路的一實施例。圖1之雙路徑類比前端電路100包含一第一接收電路110、一第二接收電路120以及一多工器130，其中第一接收電路110與第二接收電路120並聯。第一接收電路110用來於一第一模式下依據一接收訊號S IN產生一第一類比輸入訊號S AIN1，並於一第二模式下經由一第一開關電路（例如：圖2之第一開關電路112）耦接至一第一電壓端V 1，其中該第一電壓端V 1之一範例是一定電壓端，該定電壓端用來接收一第一定電壓（例如：一高電源電壓V DD、一低電源電壓V SS或一接地電壓GND）。第二接收電路120用來於該第二模式下依據該接收訊號S IN產生一第二類比輸入訊號S AIN2，並於該第一模式下經由一第二開關電路（例如：圖2之第二開關電路122）耦接至一第二電壓端V 2，其中該第二電壓端V 2之一範例是一定電壓端，該定電壓端用來接收一第二定電壓（例如：一高電源電壓V DD、一低電源電壓V SS或一接地電壓GND），該第二定電壓可同於或異於前述第一定電壓。多工器130用來於該第一模式下輸出該第一類比輸入訊號S AIN1，並於該第二模式下輸出該第二類比輸入訊號S AIN2。
承上所述，本實施例中，第一開關電路與第二開關電路均未設於該接收訊號S IN的傳輸路徑上，因此它們不會對雙路徑類比前端電路100的線性度造成實質影響；另外，依據本實施例之一實施樣態，該第一模式是一長距離傳輸模式，該第二模式是一短距離傳輸模式，第一接收電路110用來於該第一模式下處理一長距離傳輸訊號，第二接收電路120用來於該第二模式下處理一短距離傳輸訊號，因此，第一接收電路110於該第一模式下的功率消耗會大於第二接收電路120於該第二模式下的功率消耗。值得注意的是，實施本發明者可採用已知或自行開發的技術來偵測線長、訊號品質或通訊環境，以產生至少一控制訊號控制第一開關電路、第二開關電路以及多工器130，從而決定雙路徑類比前端電路100運作於該第一模式下或該第二模式下；或者雙路徑類比前端電路100可按照一使用者設定運作於該第一模式下或該第二模式下。
圖2顯示圖1之第一接收電路110與第二接收電路120的一實施例。如圖2所示，第一接收電路110包含一第一被動元件電路114、前述第一開關電路112（例如：一MOS電晶體）以及一第一放大電路116（例如：一N階放大器，其中N為大於1的整數）；第二接收電路120包含一第二被動元件電路124、前述第二開關電路122（例如：一MOS電晶體）以及一第二放大電路126（例如：一M階放大器，其中M為正整數且不大於前述N階放大器的N）。第一被動元件電路114用來於該第一模式下經由一接收端210接收該接收訊號S IN，並據以產生一第一訊號S 1；第一開關電路112用來於該第一模式下斷開第一被動元件電路114與前述第一電壓端V 1，並於該第二模式下耦接第一被動元件電路114與該第一電壓端V 1；第一放大電路116用來於該第一模式下依據該第一訊號S 1產生前述第一類比輸入訊號S AIN1。第二被動元件電路124用來於該第二模式下經由接收端210接收該接收訊號S IN，並據以產生一第二訊號S 2；第二開關電路122用來於該第二模式下斷開該第二被動元件電路124與前述第二電壓端V 2，並於該第一模式下耦接該第二被動元件電路124與該第二電壓端V 2；第二放大電路126用來於該第二模式下依據該第二訊號S 2產生前述第二類比輸入訊號S AIN2。依據本實施例之一實施樣態，第一放大電路116於該第一模式下之功耗大於該第二放大電路於該第二模式下之功耗；換言之，第一放大電路116可用於處理品質較差的訊號，第二放大電路126可用於處理品質較佳的訊號。
圖3顯示圖2之第一被動元件電路114與第二被動元件電路124的一實施例。如圖3所示，第一被動元件電路114包含一電阻R 1與一電容C 1以串聯方式連接；第二被動元件電路124包含一電阻R 2與一電容C 2以串聯方式連接。前述第一開關電路112之一端耦接於電阻R 1與電容C 1之間，另一端耦接前述第一電壓端V 1；前述第二開關電路122之一端耦接於電阻R 2與電容C 2之間，另一端耦接前述第一電壓端V 2。值得注意的是，於該第一模式下，第一開關電路112不導通且第二開關電路122導通，此時前述接收端210所耦接的一傳輸線端等效阻抗R m（未顯示於圖）、第一接收電路110之等效阻抗( )以及第二接收電路120之等效阻抗R 2並聯所形成之阻抗(R m//R 2//( ))可適當地被設計以匹配一傳輸線特性阻抗；類似地，於該第二模式下，第二開關電路122不導通且第一開關電路112導通，此時前述接收端210所耦接的該傳輸線端等效阻抗R m、第二接收電路120之等效阻抗( )以及第一接收電路110之等效阻抗R 1並聯所形成之阻抗(R m//R1//( ))可適當地被設計以匹配該傳輸線特性阻抗。上述傳輸線端等效阻抗R m之值與樣態可由實施本發明者依其需求決定。
圖4顯示圖2之第一放大電路116與第二放大電路126的一實施例。如圖4所示，第一放大電路116包含一第一放大器410以及一第一增益控制電路420；第二放大電路126包含一第二放大器430以及一第二增益控制電路440。第一放大器410包含一第一輸入端用來接收前述第一訊號S 1、一第一參考訊號端用來接收一第一參考訊號V REF1（例如：接地電壓或一固定電壓）以及一第一輸出端用來輸出前述第一類比輸入訊號S AIN1，且第一放大器410用來依據該第一訊號S 1與該第一參考訊號V REF1產生該第一類比輸入訊號S AIN1。第一增益控制電路420包含至少一可調式被動元件（例如：一可調式電阻耦接於該第一輸入端與該第一輸出端之間；或並聯之一電阻與一電容分別耦接於該第一輸入端與該第一輸出端之間，該電阻與該電容的至少其中之一是可調的），用來控制該第一放大電路116之增益。第二放大器430包含一第二輸入端用來接收前述第二訊號S 2、一第二參考訊號端用來接收一第二參考訊號V REF2（例如：接地電壓或一固定電壓）以及一第二輸出端用來輸出前述第二類比輸入訊號S AIN2，且第二放大器430用來依據該第二訊號S 2與該第二參考訊號V REF2產生該第二類比輸入訊號S AIN2。第二增益控制電路440包含至少一可調式被動元件（例如：一可調式電阻耦接於該第二輸入端與該第二輸出端之間；或並聯之一電阻與一電容分別耦接於該第二輸入端與該第二輸出端之間，該電阻與該電容的至少其中之一是可調的），用來控制該第二放大電路126之增益。
圖5顯示本揭露之雙路徑訊號接收器的一實施例。圖5之雙路徑訊號接收器500除包含圖1之雙路徑類比前端電路100的電路外，進一步包含一類比至數位轉換電路510，類比至數位轉換電路510用來於前述第一模式下依據前述第一類比輸入訊號S AIN1產生一第一數位訊號S D1，並於前述第二模式下依據前述第二類比輸入訊號S AIN2產生一第二數位訊號S D2。依據本實施例之一實施樣態，類比至數位轉換電路510於該第一模式下提供較高解析度的類比至數位轉換操作，因此該第一數位訊號S D1之位元數多於該第二數位訊號S D2之位元數；然而，這並非本發明之實施限制。本領域具有通常知識者可採用已知技術（例如後述引證案之Figure 26.3.1所示：Jan Mulder, Davide Vecchi, Yi Ke, Stefano Bozzola, Mark Core, Nitz Saputra, Qiongna Zhang, Jeff Riley, Han Yan, Mattia Introini, Sijia Wang, Christopher M. Ward, Jan Westra, Jiansong Wan, Klaas Bult, “An 800MS/s 10b/13b Receiver for 10GBASE-T Ethernet in 28nm CMOS”, ISSCC 2015/SESSION 26/NYQUIST-RATE CONVERTERS/26.3）或自行開發的技術來實現類比至數位轉換電路510。
由於本領域具有通常知識者能夠參酌圖1至圖4之實施例的揭露來瞭解圖5之實施例的實施細節與變化，亦即圖1至圖4之實施例的技術特徵均可合理應用於圖5之實施例中，因此，在不影響圖5之實施例的揭露要求與可實施性的前提下，重複及冗餘的說明在此節略。
請注意，在實施為可能的前提下，本技術領域具有通常知識者可選擇性地實施前述任一實施例中部分或全部技術特徵，或選擇性地實施前述複數個實施例中部分或全部技術特徵的組合，藉此增加本發明實施時的彈性。
綜上所述，本揭露的雙路徑類比前端電路與雙路徑訊號接收器，能夠藉由開關選擇適當的訊號接收路徑以節省功耗，並能避免將該些開關設置於訊號傳輸路徑上，以防止該些開關造成線性度的損失。
雖然本發明之實施例如上所述，然而該些實施例並非用來限定本發明，本技術領域具有通常知識者可依據本發明之明示或隱含之內容對本發明之技術特徵施以變化，凡此種種變化均可能屬於本發明所尋求之專利保護範疇，換言之，本發明之專利保護範圍須視本說明書之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧雙路徑類比前端電路
110‧‧‧第一接收電路
120‧‧‧第二接收電路
130‧‧‧多工器
SIN‧‧‧接收訊號
SAIN1‧‧‧第一類比輸入訊號
SAIN2‧‧‧第二類比輸入訊號
V1‧‧‧第一電壓端
V2‧‧‧第二電壓端
112‧‧‧第一開關電路
114‧‧‧第一被動元件電路
116‧‧‧第一放大電路
122‧‧‧第二開關電路
124‧‧‧第二被動元件電路
126‧‧‧第二放大電路
210‧‧‧接收端
S1‧‧‧第一訊號
S2‧‧‧第二訊號
R1‧‧‧電阻
C1‧‧‧電容
R2‧‧‧電阻
C2‧‧‧電容
410‧‧‧第一放大器
420‧‧‧第一增益控制電路
430‧‧‧第二放大器
440‧‧‧第二增益控制電路
VREF1‧‧‧第一參考訊號
VREF2‧‧‧第二參考訊號
500‧‧‧雙路徑訊號接收器
510‧‧‧類比至數位轉換電路
SD1‧‧‧第一數位訊號
SD2‧‧‧第二數位訊號
［圖1］顯示本揭露之雙路徑類比前端電路的一實施例； ［圖2］顯示圖1之第一與第二接收電路的一實施例； ［圖3］顯示圖2之第一與第二被動元件電路的一實施例； ［圖4］顯示圖2之第一與第二放大電路的一實施例；以及 ［圖5］顯示本揭露之雙路徑訊號接收器的一實施例。

Claims (10)

  1. 一種雙路徑類比前端電路，包含： 一第一接收電路，包含： 一第一被動元件電路，用來於一第一模式下依據一接收訊號產生一第一訊號； 一第一開關電路，用來於該第一模式下斷開該第一被動元件電路與一第一電壓端，並於一第二模式下耦接該第一被動元件電路與該第一電壓端；以及 一第一放大電路，用來於該第一模式下依據該第一訊號產生一第一類比輸入訊號； 一第二接收電路，包含： 一第二被動元件電路，用來於該第二模式下依據該接收訊號產生一第二訊號； 一第二開關電路，用來於該第二模式下斷開該第二被動元件電路與一第二電壓端，並於該第一模式下耦接該第二被動元件電路與該第二電壓端；以及 一第二放大電路，用來於該第二模式下依據該第二訊號產生一第二類比輸入訊號；以及 一多工器，耦接該第一接收電路與該第二接收電路，用來於該第一模式下輸出該第一類比輸入訊號，並於該第二模式下輸出該第二類比輸入訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之雙路徑類比前端電路，其中該第一放大電路於該第一模式下之功耗大於該第二放大電路於該第二模式下之功耗。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之雙路徑類比前端電路，其中該第一被動元件電路包含一第一電阻與一第一電容以串聯方式連接，該第二被動元件電路包含一第二電阻與一第二電容以串聯方式連接。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之雙路徑類比前端電路，其中該第一放大電路包含： 一第一輸入端，用來接收該第一訊號； 一第一輸出端，用來輸出該第一類比輸入訊號； 一第一放大器，耦接於該第一輸入端與該第一輸出端之間，用來依據該第一訊號與一第一參考訊號產生該第一類比輸入訊號；以及 一第一增益控制電路，耦接於該第一輸入端與該第一輸出端之間； 以及該第二放大電路包含： 一第二輸入端，用來接收該第二訊號； 一第二輸出端，用來輸出該第二類比輸入訊號； 一第二放大器，耦接於該第二輸入端與該第二輸出端之間，用來依據該第二訊號與一第二參考訊號產生該第二類比輸入訊號；以及 一第二增益控制電路，耦接於該第二輸入端與該第二輸出端之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之雙路徑類比前端電路，其中該第一電壓端之電壓為一第一定電壓，該第二電壓端之電壓為一第二定電壓。
  6. 一種雙路徑類比前端電路，包含： 一第一接收電路，用來於一第一模式下依據一接收訊號產生一第一類比輸入訊號，並於一第二模式下經由一第一開關電路耦接至一第一定電壓端； 一第二接收電路，用來於該第二模式下依據該接收訊號產生一第二類比輸入訊號，並於該第一模式下經由一第二開關電路耦接至一第二定電壓端；以及 一多工器，用來於該第一模式下輸出該第一類比輸入訊號，並於該第二模式下輸出該第二類比輸入訊號。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之雙路徑類比前端電路，其中該第一接收電路於該第一模式下之功耗大於該第二接收電路於該第二模式下之功耗。
  8. 一種雙路徑訊號接收器，包含： 一第一接收電路，用來於一第一模式下依據一接收訊號產生一第一類比輸入訊號，並於一第二模式下經由一第一開關電路耦接至一第一電壓端； 一第二接收電路，用來於該第二模式下依據該接收訊號產生一第二類比輸入訊號，並於該第一模式下經由一第二開關電路耦接至一第二電壓端； 一多工器，耦接該第一接收電路與該第二接收電路，用來於該第一模式下輸出該第一類比輸入訊號，並於該第二模式下輸出該第二類比輸入訊號；以及 一類比至數位轉換電路，用來於該第一模式下依據該第一類比輸入訊號產生一第一數位訊號，並於該第二模式下依據該第二類比輸入訊號產生一第二數位訊號。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之雙路徑訊號接收器，其中該第一接收電路於該第一模式下之功耗大於該第二接收電路於該第二模式下之功耗。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之雙路徑訊號接收器，其中該第一電壓端之電壓為一第一定電壓，該第二電壓端之電壓為一第二定電壓。
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