[发明专利]参考接地的单端信令

说明书

技术领域

本发明总体上涉及在分立的集成电路装置之间发射信号，并且更具体地涉及单端信令技术。

背景技术

单端信令系统对于将要从一个集成电路装置（芯片）发射至另一个芯片的每个比特流采用单条信号导线。作为对比，差分信令系统明确要求两条信号导线，因此在片外引脚和信号导线的数目由封装约束所限制的情况下，通常认为单端信令具有优势。

然而，单端信令系统实际上要求每通道更多电子线路，而不仅仅是一条信号导线。从发射器流至接收器的电流必须返回到发射器以形成完整的电路，并且在单端信令系统中所返回的电流流过一组共享导线，典型的是电源端子。为了保持返回电流物理上靠近信号导线，共享返回端子通常是例如芯片封装或印刷电路板的封装中的物理层，以允许信号导线构造为带线或微带。因此，单端信令系统总是要求＞N个管脚和导线，来在芯片之间运载N个比特流，并且典型地这一开销大约为10-50%。

单端信令系统在接收器处要求为了让接收器在（典型地）表示“0”和“1”的两个信号电平之间进行区分的参考电压。相比之下，差分信令系统不要求参考电压：接收器只需要对差分信令系统的两条对称导线上的电压进行比较来区分数据值。有很多方式来为单端信令系统建立参考电压。然而，要确保发射器和接收器之间参考电压的值一致从根本上是困难的，并且需要一致来确保由发射器发送至接收器的信号的一致性解释。

与等价的差分信令系统相比，对于给定的信噪比，单端信令系统浪费更多功率。在电阻性端接（resistively terminated）传输线的情况下，单端系统必须驱动+V/R₀的电流以在接收器处建立高于参考电压的电压V用于所发射的“1”，并且驱动吸收电流（sink current）－V/R₀以在接收器处建立低于参考电压的电压V用于“0”，其中R₀是端接电阻。因此，系统消耗2V/R₀的电流来在接收器处建立所要求的信号。相比较之下，当使用差分信令时，因为信号导线的对称对，所以发射器只需要驱动±V/2R₀的电流来建立跨接收器端子的相同电压（V）。差分信令系统只需要从电源引出V/R₀的电流。因此，即使假设接收器处的参考电压与发射器完美地匹配，根本上单端信令系统也只有差分系统的一半节能。

最后，与差分系统相比较，单端系统更容易受外部耦合噪声源的影响。例如，如果噪声电磁地耦合至单端系统的信号导线，那么这一耦合所引起的电压作为不可消除的噪声到达接收器处。因此针对信令系统的噪声预算必须考虑所有这样的噪声源。不幸的是，这样的噪声耦合通常来自一束单端信号中的邻近电线，称为串扰，并且该噪声源与信号电压电平成比例，因此不能通过增加信号电平来克服。在差分信令中，两条对称的信号导线可在发射器和接收器之间物理地彼此靠近，使得噪声对称地耦合到两条导线。因此很多外部噪声源近似完全相同地影响两条线，并且可在具有比共模增益更高的差分增益的接收器处抵制该共模噪声。

因此，本领域所需要的是用于提供单端信令，同时减小建立参考电压的问题、减小信号返回路径的共享阻抗以及由信号返回路径所造成的串扰、并减小单端信令系统的功耗的技术。

图1A显示示范性的现有技术单端信令系统100，有时称为“伪漏极开路（pseudo-open-drain）”（PODL）系统，其示出参考电压问题。单端信令系统100包括发射装置101和接收装置102。发射装置101当发送“0”时通过从电源引出电流Is来操作，并且当发送“1”时不引出电流（允许端接电阻器R0和R1牵拉（pull）信号直到Vdd）。为了在接收装置102处形成量值为|V|的信号，信号摆幅必须是2V，因此当驱动“0”时电流Is=2V/（R0/2），否则为0。通过对相等数目的“1”和“0”进行平均，系统从电源消耗2V/R0。

在接收装置102的输入处的信号从Vdd（“1”）向下摆动至Vdd-2V（“0”）。为了区分所接收的数据，接收装置102需要参考电压Vref=Vdd-V。如图1A、1B和1C所示，有三种方式生成参考电压。