阅读说明：本技术 双向数据链路 (Bidirectional data link ) 是由 A·马尼安 A·莱恩 于 2019-03-11 设计创作，主要内容包括：双向数据链路包括前向信道发射器电路(102)和前向信道接收机电路(104)。前向信道发射器电路(102)包括前向信道驱动器电路(106)和反向信道接收机电路(108)。反向信道接收机电路(108)耦合到前向信道驱动器电路(106)。反向信道接收机电路(108)包括求和电路和有源滤波器电路。求和电路耦合到前向信道驱动器电路(106)。有源滤波器电路耦合到求和电路。前向信道接收机电路(104)包括前向信道接收机(110)和反向信道驱动器电路(112)。反向信道驱器电路(112)耦合到前向信道接收机(110)。(The bidirectional data link includes forward channel transmitter circuitry (102) and forward channel receiver circuitry (104). The forward channel transmitter circuit (102) includes a forward channel driver circuit (106) and a reverse channel receiver circuit (108). A backchannel receiver circuit (108) is coupled to the forward channel driver circuit (106). The back channel receiver circuit (108) includes a summing circuit and an active filter circuit. The summing circuit is coupled to a forward channel driver circuit (106). An active filter circuit is coupled to the summing circuit. The forward channel receiver circuit (104) includes a forward channel receiver (110) and a reverse channel driver circuit (112). A reverse channel driver circuit (112) is coupled to the forward channel receiver (110).)

双向数据链路

背景技术

通信链路在现代电子系统中很常见。一些通信链路是单向的(即，数据只在一个方向上流动)，而其他通信链路是双向的(即，数据在两个方向上流动)。共享通信介质的双向通信链路必须将在一个方向上传播的数据与在相反方向上传播的数据区分开来。

发明内容

本文公开了一种经由单端同轴电缆进行同时双向通信的数据链路。在一个示例中，双向数据链路包括前向信道发射器电路和前向信道接收机电路。前向信道发射器电路包括前向信道驱动器电路和反向信道接收机电路。反向信道接收机电路耦合到前向信道驱动器电路。反向信道接收机电路包括求和电路和有源滤波器电路。求和电路耦合到前向信道驱动器电路。有源滤波器电路耦合到求和电路。前向信道接收机电路包括前向信道接收机和反向信道驱动器电路。反向信道驱动器电路耦合到前向信道接收机。

在另一个示例中，收发器电路包括前向信道驱动器电路和反向信道接收机电路。前向信道驱动器电路包括差分输出。反向信道接收机电路耦合到差分输出。反向信道接收机电路包括求和电路和有源滤波器电路。有源滤波器电路耦合到求和电路。

还有一个示例，收发器电路包括前向信道接收机电路和反向信道驱动器电路。前向信道接收机电路包括输入端子。反向信道驱动器电路耦合到前向信道接收机电路。反向信道驱动器电路包括输出端子和差分电流模式驱动电路。输出端子耦合到前向信道接收机电路的输入端子。差分电流模式驱动电路耦合到输出端子。差分电流模式驱动电路包括多个驱动晶体管和多个退化电阻器。每个驱动晶体管包括第一端子。每个退化电阻器包括耦合到驱动晶体管中的一个的第一端子的第一端子，以及接地的第二端子。

在又一示例中，反向信道通信系统包括反向信道驱动器电路和反向信道接收机电路。反向信道驱动器电路包括多个驱动晶体管和多个退化电阻器。每个驱动晶体管包括第一端子。每个退化电阻器包括耦合到驱动晶体管之一的第一端子的第一端子，以及接地的第二端子。反向信道接收机包括求和电路和有源滤波器电路。有源滤波器电路耦合到求和电路。

附图说明

图1示出了根据本说明书的双向数据链路的框图。

图2示出了根据本说明书的说明双向数据链路的运行的信号的示例。

图3示出了根据本说明书的适于在双向数据链路中使用的反向信道驱动器的示意图。

图4示出了根据本说明书的适于在双向数据链路中使用的反向信道接收机的示意图。

图5示出了根据本说明书的适于在双向数据链路中使用的反向信道接收机的示意图，该双向数据链路包括驱动器副本电路。

图6示出了根据本说明书的适合在前向信道发射器中使用的电压模式驱动器电路的示例。

具体实施方式

在本说明书中，术语“耦合”是指间接或直接的有线或无线连接。因此，如果第一设备耦合到第二设备，则该连接可以是直接连接或经由其他设备和连接的间接连接。同样，在本说明书中，叙述“基于”指的是“至少部分基于”。因此，如果X是基于Y，那么X可以是Y和任何数个其他因素的函数。

系统采用多种方法来进行双向信令。时分多路复用保留了在任何给定时间只在一个方向上传输的通信介质。例如，95％的时间可以保留通信介质以供前向信道使用，而5％的时间可以保留通信介质以供反向信道使用。时分复用可能需要交替以协调在前向信道和反向信道之间的切换而不丢失数据。频分复用使用不同的载波频率同时传输前向信道数据和反向信道数据。然而，使用频分复用可能难以实现高带宽。主动取消使用链路每端处的副本发射器，以从接收的数据中减去传输的数据。虽然主动取消允许与前向信道和反向信道同时进行双向通信，但是副本和取消电路需要额外的功率和电路面积，并且可能难以在单端系统中或在高数据速率(例如，>10gb/s)下实现。

本文公开的双向链路电路在单端介质(例如同轴电缆)上提供同时双向信令，而不使用副本电路。双向链路电路包括前向信道发射器和前向信道接收机。前向信道发射器包括以相对高速率(例如，>3千兆位/秒(Gb/s))传输前向信道数据的驱动器和反向信道接收机。反向信道数据速率可以大大低于前向信道数据速率(例如，大约300兆位/秒(Mb/s))。反向信道接收机通过将在前向信道上传输的信号与单端介质上的信号的倒数相加，从单端介质中提取反向信道数据，并对信号的和进行低通滤波以去除前向信道生成的高频噪声。前向信道接收机包括接收前向信道数据的接收机电路和用于传输反向信道数据的电流模式反向信道驱动器。反向信道驱动器包括退化以减少在前向信道中引起的噪声。

图1示出了根据本说明书的双向数据链路100的框图。双向数据链路100包括前向信道发射器电路102和前向信道接收机电路104。在前向信道发射器电路102和前向信道发射器电路102之间的通信是通过同轴电缆114或其他合适的导体的单端式的。前向信道发射器电路102包括前向信道驱动器电路106和反向信道接收机电路108。前向信道驱动器电路106是电压模式驱动或电流模式驱动器，其接收要传输的数据，并将数据驱动到同轴电缆114上。前向信道驱动器电路106是差分驱动器。前向信道驱动器电路106的非反向输出120耦合到同轴电缆114并驱动同轴电缆114，并且前向信道驱动器电路106的反向输出122耦合到终端网络116。

反向信道接收机电路108耦合到前向信道驱动器电路106，并接收经由同轴电缆114传输的反向信道数据。更具体来说，反向信道接收机电路108包括耦合到反向输出122的第一输入端子124和耦合到非反向输出120的第二输入端子126。反向信道接收机电路108将在同轴电缆114上接收到的信号(即，存在于非反相输出120上的信号)与存在于反向输出122上的信号相加，以移除来自经由输入端子126接收的信号的前向信道数据。反向信道接收机电路108对经求和的信号进行滤波，以衰减由前向信道传输生成的噪声。由反向信道接收机电路108输出的反向信道数据可以被提供给反向信道时钟和数据恢复(CDR)电路或用于处理反向信道数据的其它电路。

前向信道接收机电路104包括用于接收单端的(不平衡的)前向信道数据的输入端子152、前向信道接收机110和反向信道驱动器电路112。反向信道驱动器电路112包括差分电流模式驱动电路，该差分电流模式驱动电路接收要传输的反向信道数据，并将数据驱动到同轴电缆114上。反向信道驱动器电路112在输出端子132和输出端子134处提供相同的信号。输出端子132耦合到输入端子152和同轴电缆114，以将反向信道数据驱动到前向信道发射器电路102。输出端子134耦合到前向信道接收机110的反向输入130和终端网络118。

前向信道接收机110从在非反向输入128处接收到的同轴电缆114上的信号(即，组合的前向信道数据和反向信道数据)中减去在反向输入130上接收的反向信道数据，以去除来自经由非反向输入128接收到的信号的反向信道数据。可以将由前向信道接收机110输出的前向信道数据提供给前向信道时钟和数据恢复(CDR)电路或用于处理前向信道数据的其他电路。

图2示出了根据本说明书的说明双向数据链路的运行的信号示例。为简单起见，图示图2的信号没有电路或电缆延迟。前向信道驱动器电路106在同轴电缆114上驱动要传输的前向信道数据136，并且由反向信道驱动器电路112将要传输的反向信道数据138驱动到同轴电缆114上。要传输的反向信道数据138可以被编码(例如，曼彻斯特编码)，以减少传输带宽并促进时钟恢复和数据恢复。编码减小了反向信道数据的带宽，从而减少了前向信道数据和反向信道数据之间的交互。信号在同轴电缆114上求和，以形成前向信道驱动器电路106的非反相输出120处的信号140和前向信道接收机110的非反相输入128处的信号144。反向信道接收机电路108将信号140和反向的前向信道数据142相加，以重新创建作为反向信道接收机电路108的输出信号148的传输的反向信道数据。前向信道接收机110从在非反向输入128处接收的信号144减去在130上接收到的反向信道数据信号146，以重新创建作为前向信道接收机110的输出信号150的将要传输的前向信道数据136。

图3示出了适于在双向数据链路100中使用的反向信道驱动器电路300的示意图。反向信道驱动器电路300是反向信道驱动器电路112的一个实施方式。反向信道驱动器电路300包括形成差分电流模式驱动电路352的多个驱动晶体管，如图3中所示的晶体管302、晶体管304、晶体管306和晶体管308。晶体管302和晶体管304是有源侧晶体管，其分别将共模信号驱动到输出端子132和输出端子134上。晶体管306和晶体管308是虚拟侧晶体管，其提供由晶体管302-晶体管308形成的差分驱动器的虚拟侧。晶体管302包括耦合到输出端子132的端子302C(例如，集电极端子)。晶体管304包括耦合到输出端子134的端子304C(例如，集电极端子)。晶体管306包括耦合到晶体管308的端子308C(例如，集电极端子)的端子306C(例如，集电极端子)。

反向信道驱动器电路300包括电压调节器电路332，该电压调节器电路332设置反向信道驱动器电路300的输出共模电压。例如，电压调节器电路332可将反向信道驱动器电路300的输出共模电压设置为约2.1伏。电压调节器电路332包括放大器334、电容器336、电阻器338和电阻器340。放大器334将输出共模电压驱动到节点342上。电阻器338和电阻器340设置放大器334的增益。电容器336过滤电压纹波以减少节点342上的噪声。

晶体管302经由上拉电阻器326耦合到322。晶体管304经由上拉电阻器328耦合到节点342。在反向信道驱动器电路300的一些实施方式中，上拉电阻器326和上拉电阻器328各自可以具有约75欧姆的电阻。晶体管306和晶体管308经由上拉电阻器330耦合到节点342。在一些实施方式中，上拉电阻器330的电阻约为上拉电阻器326的电阻的一半。

终端电路321耦合到晶体管306和晶体管308以减少差分驱动器中的AC电流不平衡。终端电路321包括电容器320和电阻器322。电容器320足够大以传送反向信道数据，并且小到足以与反向信道驱动器电路300集成在一个管芯上。例如，电容器320可具有约100皮法(pF)的电容，以传送156Mb/s(312Mb/s曼彻斯特编码的)传输的反向信道数据。电容器320包括耦合到晶体管306和晶体管308的端子344(即端子306C和端子308C)，以及耦合到电阻器322的端子348的端子346。电阻器322的端子350接地。

晶体管302、晶体管304、晶体管306和晶体管308每个都耦合到电流源318并通过退化电阻器接地。退化电阻器310-316降低反向信道驱动器电路300中的噪声增益，同时保持输出端子132处的信号摆动，以大幅降低前向信道接收机110的输出处的前向数据中的边缘抖动。例如，在没有退化电阻器的情况下，反向信道驱动器电路300可在前向信道接收机110的输出处引起约625飞秒的边缘抖动均方根(RMS)。利用退化电阻器，前向信道接收机110的输出处的边缘抖动可以是大约300飞秒RMS。

晶体管302通过退化电阻器310耦合到电流源318。晶体管304通过退化电阻器312耦合到电流源318。晶体管306通过退化电阻器314耦合到电流源318。晶体管308通过退化电阻器316耦合到电流源318。退化电阻器310的端子310A耦合到晶体管302的端子302E(即发射极端子)，退化电阻器310的端子310B经由电流源318接地。退化电阻器312的端子312A耦合到晶体管304的端子304E(即发射极端子)，退化电阻器312的端子312B经由电流源318接地。退化电阻器314的端子314A耦合到晶体管306的端子306E(即发射极端子)，以及退化电阻器314的端子314B经由电流源318接地。退化电阻器316的端子316A耦合到晶体管308的端子308E(即发射极端子)，以及退化电阻器316的端子316B经由电流源318接地。

图4示出了适于在双向数据链路100中使用的反向信道接收机400的示意图。反向信道接收机400是反向信道接收机电路108的一个实施方式。反向信道接收机400包括求和电路402、有源滤波器电路404和参考电压电路430。求和电路402对在输入端子124和输入端子126处接收到的信号求平均。在双向数据链路100中，输入端子124连接到前向信道驱动器电路106的反向输出122，并且输入端子126连接到前向信道驱动器电路106的非反向输出120(其连接到同轴电缆114)。在双向数据链路100中，非反相输出120处的信号和反相输出122处的信号的总和基本上从求和电路402的输出信号中移除前向信道数据136(留下反向信道数据138)。求和电路402包括电阻器406、电阻器408。电阻器406包括耦合到输入端子126的端子406A。电阻器408包括耦合到输入端子124的端子408A。电阻器406的端子406B和电阻器408的端子408B耦合到电容器410的端子410A。电容器410将求和电路402耦合到有源滤波器电路404。参考电压电路430经由电阻器432耦合到电容器410的端子410B和晶体管412的端子(即栅极端子412G)。在一些实施方式中，电容器410的值可为约2pf，电阻器406和电阻器408各自可具有约5千欧姆的值。

有源滤波器电路404衰减从求和电路402接收的信号中的频率，这些频率在反向信道数据的带宽之外。例如，对于以156Mb/s(312Mb/s曼彻斯特编码的)传输的反向信道数据，有源滤波器电路404衰减高于曼彻斯特编码的反向信道数据的数据速率的频率，该曼彻斯特编码的反向信道数据包括由前向信道驱动器电路106传输的前向信道数据。有源滤波器电路404包括晶体管412、晶体管414、晶体管418和晶体管420。晶体管412和晶体管414被布置以形成差分放大器442。晶体管412耦合到求和电路402并由求和电路402产生的信号控制。晶体管414耦合到参考电压电路430。电容器422连接在由晶体管412和晶体管414形成的差分放大器442的输出两端。电容器422的端子422A连接到差分放大器442的输出438，电容器422的端子422B连接到差分放大器442的输出440。在一些实施方式中，电容器422的值可为约65飞法(fF)。

晶体管418与晶体管420经交叉耦合以形成交叉耦合对416。交叉耦合对416耦合到晶体管412和晶体管414。电容器424耦合到交叉耦合对416的输出端子。电容器424的端子424A连接到交叉耦合对416的输出416A，电容器424的端子424B连接到交叉耦合对416的输出416B。在一些实施方式中，电容器424的值可为约130fF。输出端子434和输出端子436将交叉耦合对416的输出提供给反向信道接收机400外部的电路。在包括130fF电容器424、65fF电容器422和2pf电容器410的反向信道接收机400的实施方式，反向信道接收机400的拐角频率可以是大约290兆赫兹(MHz)，其传送312Mb/s曼彻斯特编码的反向信道数据。

图5示出了适于在双向数据链路100中使用的反向信道接收机500的示意图。反向信道接收机500是反向信道接收机电路108的一个实施方式。反向信道接收机500可以提供相对于反向信道接收机电路108的一些实施方式的改进的电源抑制比(PSRR)，其中从电源到Vref(节点526)的传递函数不同于从电源到Vin(节点524)的传递函数。反向信道接收机500包括如关于反向信道接收机400所描述的求和电路402和有源滤波器电路404、参考电压电路530和副本驱动器电路502。参考电压电路530通过电阻器432和电阻器528耦合到有源滤波器电路404。

副本驱动器电路502耦合到节点526以改进从电源到节点526的传递函数和从电源到节点524的传递函数的匹配。副本驱动器电路502是前向信道驱动器电路106的一部分的缩放副本。图6示出了可用于实现前向信道驱动器电路106的驱动器电路600的示例的示意图。为了节省功率，副本驱动器电路502可以缩小(例如，按22x缩小)600的一个分支的副本。副本驱动器电路502包括晶体管504、晶体管506、电阻器508、电阻器510、电阻器514和电流源512。晶体管504是二极管连接的，其具有连接到电源轨的端子504C(例如，集电极端子)和端子504B(例如，基极端子)。晶体管504的端子504E(例如，发射极端子)连接到晶体管506的端子506G(例如栅极端子)，并且经由电阻器508和电阻器510耦合到晶体管506的端子506D(例如，漏极端子)。晶体管506的端子506S(例如，源极端子)经由电流源512接地。电阻器514连接在接地和节点516之间，节点516连接电阻器508和电阻器510。

副本驱动器电路502(即，节点516)通过电阻器522和电容器520耦合到节点526。电阻器522的值可以是5千欧姆，电容器520的值可以是2pf，以匹配求和电路402的电阻器406和电容器410的值。相对于反向信道接收机电路108的一些实施方式，反向信道接收机500可以提供超过20dB的PSRR改进。

在权利要求书的范围内，所描述的实施例可以进行修改，其他实施例也是可以修改的。