[发明专利]放大器电路和方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及放大器电路，并且具体地涉及高速接收器电路。具体地，本发明涉及高速低压差分信号接收器电路，具有宽的共模范围并适合双电源电压集成电路。

背景技术

差分信号传送作为数据传输方法已经用了多年。差分驱动器和接收器用在多种输入/输出(I/O)应用中，如用在通信电路、视频电路和要求高数据传输速率的其它集成电路。差分驱动器和接收器例如用在用于电路之间的片上通信、芯片到板、片外通信等的集成电路(IC)。

差分接收器转换并将差分输入信号放大成差分输出信号或单端输出信号，其随后被提供至半导体芯。这些接收器提供高的数据传输速度、低的噪声耦合和低的EMI(电磁干扰)。

在常规I/O设计中，大量高速数据采用高的并行度来实现。这些并行I/O结构在IC和电路板上占据越来越多的空间。这使得电路设计复杂，因为在芯片上存在很少的可用空间，并且由于管芯尺寸增加而增加了这种IC的成本。

低压差分信号(LVDS)接口降低了电压摆动，并且可以在功耗降低的情况下以非常高的速度运行。依靠高速运行能力，可以将大数据量作为串行数据进行传输，从而降低了并行度并因此减小了IC尺寸和复杂性。

高速差分接收器电路要求大的共模范围来适应共模噪声和从传输IC到接收IC的地电位漂移。接收器的共模范围取决于应用。例如，对于发送器和接收器放置在不同PCB上时的电缆接口技术，推荐的是具有容许干线间共模电压电平的能力，以适应两个板之间的大的地电位漂移。在多种应用中，其中传输和接收电路位于同一个板上，干线间共模范围不是必要的，但仍然要求宽的共模范围，以适应任何地电位漂移和共模噪声。

在用于LVDS标准的IEEE Std 1596.3-1996中详细说明了这种用于减小范围链接的技术要求。这限定了从825mV到1575mV的电压范围。存在被定义为如HDMI、DisplayPort、HSTL、SSTL等多种其它差分信号传送标准。基于所需的共模范围，可以将类似的接收器设计用于任何差分信号传送标准。如果所支持的共模范围高，则接收器架构可以用来支持多种标准，这可以节省设计工作并增加可重用性。

为了支持宽的共模范围，并且为了增强与现有发送器IC的兼容性，接收器的电源电压需要保持为高(例如2.5V或3.3V)而满足高速、高密度和较低管芯尺寸的成本效率，在低电源电压(例如，对于65nm技术，核心电压保持为约1.0V)下实现核心电路。这种双电压IC形成了可以以非常高的速度运行并支持宽的共模输入范围的接收器电路的要求，以及在失真最小的情况下以核心电压给出输出信号。

图1示出了在US6930530中描述的现有接收器电路。该接收器电路用于双电源电压IC。

该电路具有以I/O电源电压vddio(简称为″I/O电压V_DD″)工作的差分放大器形式的第一级10。

放大器包括具有PMOS输入晶体管的两条支路，PMOS输入晶体管从电流源IS2灌入(sink)电流。差分放大器10的电流源IS2由偏压电路12采用较低的核心电源电压vddc控制。

以第一级放大器的输出共模电压为vddc/2的方式控制电流。第一级的输出被进一步放大(通过AMP2)，以获得从0V到vddc的目标输出摆动。

该接收器电路具有两个主要缺点。该接收器电路的输入共模电压受限并且同样接收器电路不能支持接近较高电源电压vddio的共模范围。

共模电压的最高值由实现电流源IS2的PMOS晶体管限制。

可以表明，最高共模电压由下述等式给出：

V_CM(max)＝vddio-(Vtp(MP1)+V_OD(IS2)+V_OD(MP1))    (1)

这是从下述三个等式获得的：

VCR1＝vddio-Vtp(IS2)-V_OD(IS2)，其限定了电流源灌入所需电流的条件；

V_N1(max)＝VCR1+Vtp(IS2)，其限定了实现IS2的晶体管的饱和度；以及

V_CM(max)＝V_N1-Vtp(MP1)-V_OD(MP1)，其限定了晶体管MP1处于饱和的条件。