信号传输电路、接收电路以及信号传输系统的制作方法

1.本发明涉及集成电路技术领域，特别是涉及信号传输电路、接收电路以及信号传输系统。


背景技术：

2.在传统技术中，在半导体芯片内部的模块间信号的传输通常采用一对差分传输线传输一差分电压形式的信号以及使一接受单元接受电压形式的信号。
3.然而，这类使用电压差信号传输方法可能被在半导体芯片内部的模块间的传输线长度所影响，尤其是考虑到近来技术趋势中，由于电源轨、控制信号等影响版图布局的因素导致两个模块之间的距离逐渐增长，而该传输线具有较大寄生电阻和寄生电容，传输线的长度增长会导致带宽降低，信号传输质量下降等问题。


技术实现要素：

4.基于此，有必要提供一种信号传输电路、接收电路以及信号传输系统，降低由于传输线长度增长对信号传输带来的影响，提高信号传输质量。
5.第一方面，本发明提供了一种信号传输电路，包括：正输入端，用于接入差分电压信号的正端电压信号；负输入端，用于接入差分电压信号的负端电压信号；放大单元，与正输入端和负输入端连接，用于接收差分电压信号并转换为差分电流信号输出；放大单元包括：电流源，被配置以独立产生并提供电流；第一支路，与电流源连接，并获取正端电压信号，将正端电压信号转换为正电流信号传输至第一传输线；第二支路，与电流源连接，并获取负端电压信号，将负端电压信号转换为负电流信号传输至第二传输线。
6.在其中一个实施例中，第一支路包括第一电阻和第一开关管，第一电阻的一端与电流源连接，第一电阻的另一端与第一开关管的第一端连接，第一开关管的第二端接入正端电压信号，第一开关管的第三端输出正电流信号；第二支路包括第二电阻和第二开关管，第二电阻的一端与电流源连接，第二电阻的另一端与第二开关管的第一端连接，第二开关管的第二端接入负端电压信号，第二开关管的第三端输出负电流信号。
7.在其中一个实施例中，第一电阻和第二电阻的阻值相等。
8.在其中一个实施例中，差分电压信号为模拟信号。
9.在其中一个实施例中，第一开关管和第二开关管为三极管或mosfet。
10.第二方面，本发明提供了一种信号接收电路，用于接收来自传输线的差分电流信号的正电流信号和负电流信号，并恢复为差分电压信号，包括：第三支路，与第一传输线连接，响应正电流信号输出第一电压信号；第四支路，与第二传输线连接，响应负电流信号输出第二电压信号。
11.在其中一个实施例中，第三支路包括第三电阻和第三三极管，第三电阻的一端连接第一电源电压，第三电阻的另一端与第三三极管连接；第三三极管的第一端与第一传输线连接，第三三极管的第二端连接第二电源电压，第三三极管的第三端与第三电阻连接，且
第三三极管的第三端输出第一电压信号；第四支路包括第四电阻和第四三极管，第四电阻的一端连接第一电源电压，第四电阻的另一端与第四三极管连接；第四三极管的第一端与第二传输线连接，第四三极管的第二端连接第二电源电压，第四三极管的第三端与第四电阻连接，且第四三极管的第三端输出第二电压信号。
12.在其中一个实施例中，第三支路还包括第一电压调节器，连接在第二电源电压和第三三极管之间，用以调节提供给第三三极管的电压；
13.第四支路还包括第二电压调节器，连接在第二电源电压和第四三极管之间，用以调节提供给第四三极管的电压。
14.在其中一个实施例中，第三电阻和第四电阻的阻值相等。
15.第三方面，本发明提供了一种信号传送系统，包括：信号传输电路，用于接收差分电压信号的正端电压信号和负端电压信号并转换为差分电流信号输出至第一传输线和第二传输线；信号接收电路，与第一传输线和第二传输线连接，用于接收差分电流信号，并恢复为差分电压信号；信号传输电路包括：电流源，被配置以独立产生并提供电流；第一支路，与电流源连接，并获取正端电压信号，将正端电压信号转换为正电流信号传输至第一传输线；第二支路，与电流源连接，并获取负端电压信号，将负端电压信号转换为负电流信号传输至第二传输线。
16.上述信号传输电路，采用电流传输模式，解决了后续长线传输中信号带宽不足的问题，降低了由于传输线长度增长对信号传输带来的影响，提高了信号传输质量。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为一实施例的信号传输电路的总框图；
19.图2为一实施例中信号传输电路的示意图；
20.图3为图2所示实施例中信号传输电路的电路元件图；
21.图4为一实施例中信号接收电路的总框图；
22.图5为一实施例中信号接收电路的示意图；
23.图6为一实施例中信号接收电路的电路元件图；
24.图7为另一实施例中信号接收电路的电路元件图；
25.图8为一实施例中信号传输系统的总框图；
26.图9为一实施例中信号传输系统的示意图。
具体实施方式
27.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
28.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的
技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
29.可以理解，本技术所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本技术的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。
30.可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
31.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。
32.参阅图1，图1示出了一实施例的信号传输电路的总框图，本发明一实施例提供了的信号传输电路100，包括正输入端110、负输入端120以及放大单元130。
33.正输入端110和负输入端120用于接入差分电压的正端电压信号viap和负端电压信号vian。
34.放大单元130与上述正输入端110和负输入端120连接，用于接收差分电压信号并转换为差分电流信号输出。其中，放大单元130包括：电流源131、第一支路132和第二支路133。
35.电流源131被配置以独立产生并提供电流，其将电流供给到传输线对200，传输线对200包括第一传输线210和第二传输线220。电流源131具有与对地gnd连接的一端以及与第一支路132和第二支路133的第一端连接的一端，并将预定量的电流i0供应至第一端。第一支路132第二端连接第一传输线210，第二支路133第二端连接第二传输线220。
36.第一支路132的第一端与电流源131连接，第一支路132的第二端连接第一传输线210，第一支路132的第三端与正输入端110连接，以获取正电压信号viap，并将正端电压信号viap转换为正电流信号iiap传输至第一传输线210。第二支路133的第一端与电流源131连接，第二支路133的第二端连接第二传输线120，第二支路133第三端与负输入端120连接，以获取负端电压信号vian，并将负端电压信号vian转换为负电流信号iian传输至第二传输线220。
37.这样，信号传输电路100将模块内部的电压信号转换为电流信号输出，通过传输线对传输至另一个模块。采用电流传输模式能够解决后续长线传输中信号带宽不足的问题，降低由于传输线长度增长对信号传输带来的影响，提高信号传输质量。可以理解的是，正端电压信号viap和负端电压信号vian是差分电压信号的正端信号和负端信号，并不代表电压数值的正负。
38.结合图2所示，图2示出了本发明一实施例中信号传输电路示意图。在一些实施例中，第一支路132包括第一电阻r1和第一开关管q1，第二支路133包括第二电阻r2和第二开关管q2。具体而言，第一电阻r1一端通过电流源131后接地，第一电阻r1的另一端与第一开关管q1的第一端连接，第一开关管q1的第二端与正输入端110连接，以接入正端电压信号viap，第一开关管q1的第三端作为第一输出端140，与第一传输线210连接，用于输出正电流
信号iiap。同样地，第二电阻r2一端通过电流源131后接地，第二电阻r2另一端与第二开关管q2的另一端连接，第二开关管q2的第二端与负输入端120连接，以接入负端电压信号vian，第二开关管q2的第三端作为第二输出端150，与第二传输线220连接，用于输出负电流信号iian。
39.可选的，第一开关管q1为三极管或mosfet。以三级管为例，如图3所示，图3示出了本发明一实施例中信号传输电路的电路元件图。其中，电流源131为第一三级管q1提供直流偏置电流i0，正输入端110提供正端电压信号viap至第一三级管q1，而负输入端120提供负端电压信号vian至第二三级管q2。具体而言，第一三极管q1的基极接入正端电压信号viap，第一三极管q1的发射极通过第一电阻r1与电流源131连接，第一三极管q1的集电极作为第一输出端140，用于输出正电流信号iiap。因此，第一三极管q1发射极接入电流源131提供的直流偏置电流后，工作在放大区，则第一三极管q1集电极根据基极接入的正端电压信号viap产生正电流信号iiap。而第二三极管q2的基极接入负端电压信号vian，第二三极管q2的发射极通过第二电阻r2与电流源连接，第二三极管q2的集电极作为第二输出端150，用于输出负电流信号iian。因此，第二三极管q2发射极接入电流源131提供的直流偏置电流后，工作在放大区，则第二三极管q2集电极根据基极接入的负端电压信号vian产生负电流信号iian。
40.图4为另一实施例中信号接收电路的总框图。本发明一实施例提供了的信号接收电路300，包括第三支路310和第四支路320。信号接收电路300用于接收来自传输线对200的差分电流信号的正电流信号和负电流信号，并恢复为差分电压信号。
41.第三支路310，与第一传输线210连接，响应正电流信号iiap输出第一电压信号vobp。具体的，第三支路310的第一端与第二电源电压vb1连接，第三支路310的第二端与第一电源电压vcc连接，第三支路310的第三端与第一传输线210连接，以接入正电流信号iiap，第三支路310的第四端输出第一电压信号vobp。
42.第四支路320，与第二传输线220连接，响应负电流信号iian输出第二电压信号vobn。具体的，第四支路320的第一端与第二电源电压vb1连接，第四支路320的第二端与第一电源电压vcc连接，第四支路320的第三端与第二传输线220连接，以接入负电流信号iian，第四支路320的第四端输出第二电压信号vobn。
43.结合图5所示，图5示出了本发明一实施例中信号接收电路的示意图。在一些实施例中，第三支路310进一步包括第三电阻r3和第三开关管q3。其中，第三电阻r3的一端连接第一电源电压vcc，第三电阻r3的另一端与第三开关管q3连接。第三开关管q3的第一端与第一传输线210连接，第三开关管q3的第二端连接第二电源电压vb1，第三开关管q3的第三端与第三电阻r3连接，且第三开关管的第三端输出第一电压信号vobp。具体而言，第三开关管q3的发射极与第一传输线连连接，接入正电流信号iiap，第三开关管q3的基极连接第二电源电压vb1，第三开关管q3的集电极通过第三电阻r3接入第一电源电压vcc。因此，通过提供第二电源电压vb1，使得第三开关管q3工作在放大区，从而响应第三开关管q3发射极接入的正电流信号iiap输出第一电压信号vobp。
44.第四支路320包括第四电阻r4和第四开关管q4。其中，第四电阻r4的一端连接第一电源电压vcc，第四电阻r4的另一端与第四开关管q4连接。第四开关管q4的第一端与第二传输线220连接，第四开关管q4的第二端连接第二电源电压vb1，第四开关管q4的第三端与第
四电阻r4连接，且第四开关管q4的第三端输出第二电压信号vobn。具体而言，第四开关管q4的发射极与第二传输线连连接，接入负电流信号iian，第四开关管q4的基极连接第二电源电压vb1，第四开关管q4的集电极通过第四电阻r4接入第一电源电压vcc。因此，通过提供第二电源电压vb1，使得第四开关管q4工作在放大区，从而响应第四开关管q4发射极接入的负电流信号iian输出第二电压信号vobn。
45.图6示出了本发明一实施例中信号接收电路的电路元件图。具体的，第三支路310进一步包括第三电阻r3和第三三极管q3。其中，第三电阻r3的一端连接第一电源电压vcc，第三电阻r3的另一端与第三三极管q3连接。第三三极管q3的第一端与第一传输线210连接，第三三极管q3的第二端连接第二电源电压vb1，第三三极管q3的第三端与第三电阻r3连接，且第三三极管的第三端输出第一电压信号vobp。具体而言，第三三极管q3的发射极与第一传输线连连接，接入正电流信号iiap，第三三极管q3的基极连接第二电源电压vb1，第三三极管q3的集电极通过第三电阻r3接入第一电源电压vcc。因此，通过提供第二电源电压vb1，使得第三三极管q3工作在放大区，从而响应第三三极管q3发射极接入的正电流信号iiap输出第一电压信号vobp。
46.第四支路320包括第四电阻r4和第四三极管q4。其中，第四电阻r4的一端连接第一电源电压vcc，第四电阻r4的另一端与第四三极管q4连接。第四三极管q4的第一端与第二传输线220连接，第四三极管q4的第二端连接第二电源电压vb1，第四三极管q4的第三端与第四电阻r4连接，且第四三极管q4的第三端输出第二电压信号vobn。具体而言，第四三极管q4的发射极与第二传输线连连接，接入负电流信号iian，第四三极管q4的基极连接第二电源电压vb1，第四三极管q4的集电极通过第四电阻r4接入第一电源电压vcc。因此，通过提供第二电源电压vb1，使得第四三极管q4工作在放大区，从而响应第四三极管q4发射极接入的负电流信号iian输出第二电压信号vobn。
47.其中，第三电阻r3和第四电阻r4的阻值相等。这样，信号接收电路300又将传输线对200的电流信号恢复为电压信号，以方便进一步的信号处理。可以理解的是，第三三极管q3和第四三极管q4可分别由mosfet代替，在此并没有限制。
48.结合图7所示，图7示出了本发明另一实施例中信号接收电路的电路元件图。在另一些实施例中，信号接收电路400包括第三支路410和第四支路420。其中，第三支路410包括第三电阻r3a、第三三极管q3a和第一电压调节器op1。第一电压调节器op1连接在第二电源电压vb1和第三三极管q3a之间，用以调节提供给第三三极管q3a的电压。通常，第二电源电压vb1施加于第一电压调节器op1的第一端子，正电流信号iiap施加于第一电压调节器op1的第二端子，因此，第一电压调节器op1的第二端子与第一传输线210连接，同时还与第三三极管q3a的发射极连接。此外，第一电压调节器op1的第三端子与第三三极管q3a的基极连接。第三电阻r3a的一端连接第一电源电压vcc，第三电阻r3a的另一端与第三三极管q3a的集电极连接。而第四支路420包括第四电阻r4a、第四三极管q4a和第二电压调节器op2。上述第二电压调节器op2连接在第二电源电压vb1和第四三极管q4a之间，用以调节提供给第四三极管q4a的电压。通常，第二电源电压vb1施加于第二电压调节器op2的第一端子，负电流信号iian施加于第二电压调节器op2的第二端子，因此，第二电压调节器op2的第二端子与第二传输线220连接，同时还与第四三极管q4a的发射极连接。此外，第二电压调节器op2的第三端子与第四三极管q4a的基极连接。第四电阻r4a的一端连接第一电源电压vcc，第四电
阻r4a的另一端与第四三极管q4a的集电极连接。示例性地，采用运放放大器作为第一电压调节器op1和第二电压调节器op2。则第二电源电压vb1施加于第一电压调节器op1的正输入端子，正电流信号iiap施加于第一电压调节器op1的负输入端子。第二电源电压vb1同样施加于第二电压调节器op2的正输入端子，而负电流信号iian施加于第二电压调节器op2的负输入端子。这里，电压调节器具体可以为运算放大器。
49.由于三极管的发射极具有发射极电阻re，即三极管的寄生效应影响，使得信号接收电路所在的模块的输入电阻与传输线对的长线电阻比较接近，甚至在一些情况下，信号接收电路所在的模块的输入电阻大于长线电阻的阻抗，这时电流传输模式的优势没有发挥出来。因此，在电路中增加电压调节器，使得第一电压调节器op1与第三三极管q3a构成一个电压跟随器，由于虚短原理，第一电压调节器op1的负输入端子的电压等于第一电压调节器op1的正输入端子的电压vb1，因此施加于第三三极管q3a发射极的电压为第二电源电压vb1，即第三三极管q3a发射极的输入阻抗为0。同理，第二电压调节器op2与第四三极管q4a构成一个电压跟随器，由于虚短原理，第二电压调节器op2的负输入端子的电压等于第二电压调节器op2的正输入端子的电压vb1，因此施加于第四三极管q4a发射极的电压为第二电源电压vb1，即第四三极管q4a发射极的输入阻抗为0。这样，可以发挥电流传输模式的优势，提升信号传输的带宽。
50.然后，一信号传输系统将在本发明的另一实施例中被描述。参考图8和图9，图8和图9为本发明另一实施例的信号传输系统500，该信号传输系统包含信号传输电路510，传输线对520以及信号接收电路530。
51.传输线对520，用于通过差分方案传输信号，其包括第一传输线521和第二传输线522。
52.该信号传输电路510被配置以接收差分电压信号的正端电压信号viap和负端电压信号vian并转换为差分电流信号输出至第一传输线521和第二传输线522。
53.示例性地，信号传输电路510还包括：电流源5131，第一支路5132和第二支路5133。电流源5131被配置以独立产生并提供电流，其将电流供给到传输线对520。电流源5131具有与对地gnd连接的一端以及与第一支路5132和第二支路5133的第一端连接的一端，并将一预定量的电流供应至第一端。第一支路5132另一端连接第一传输线521，第二支路5133另一端连接第二传输线522。
54.第一支路5132的第一端与电流源5131连接，第一支路5132的第二端连接第一传输线521，第一支路5132的第三端与正输入端511连接，以获取正端电压信号viap，并将正端电压信号viap转换为正电流信号iiap传输至第一传输线521。第二支路5133的第一端与电流源5131连接，第二支路5133的第二端连接第二传输线522，第二支路5133第三端与负输入端512连接，以获取负端电压信号vian，并将负端电压信号vian转换为负电流信号iian传输至第二传输线522。
55.信号接收电路530，与第一传输线521和第二传输线522连接，用于接收上述差分电流信号，并恢复为差分电压信号。
56.示例性地，信号接收电路还包括：第三支路531和第四支路532。第三支路531，与第一传输线521连接，响应正电流信号iiap输出第一电压信号vobp。具体的，第三支路531的第一端与第二电源电压vb1连接，第三支路531的第二端与第一电源电压vcc连接，第三支路
531的第三端与第一传输线521连接，以接入正电流信号iiap，第三支路531的第四端输出第一电压信号vobp。
57.第四支路532，与第二传输线522连接，响应负电流信号iian输出第二电压信号vobn。具体的，第四支路532的第一端与第二电源电压vb1连接，第四支路532的第二端与第一电源电压vcc连接，第四支路532的第三端与第二传输线522连接，以接入负电流信号iian，第四支路532的第四端输出第二电压信号vobn。
58.由于信号传输电路与信号接收电路与其他实施例中所描述的信号传输电路与信号接收电路相同，所以在此就省略对其电路形态的具体描述。
59.因此该信号传输系统采用电流传输模式在模块间传输信号，能够解决后续长线传输中信号带宽不足的问题，降低由于传输线长度增长对信号传输带来的影响，提高信号传输质量。可以理解的是，第一模块和第二模块可以为同一芯片中的不同模块，例如第一模块和第二模块分别为afe(analog-front-end)模拟前端芯片中的开关模块和采样保持模块，当然第一模块和第二模块也可以处于不同的芯片中。可以理解的是，在一些实施例中，第二模块也可以直接使用差分电流信号进行处理，无需将信号接收电路接收的差分电流信号恢复为差分电压信号。
60.下面对信号传输系统的增益进行分析，参考图8所示的信号传输系统，其中，信号传输电路属于差分电压输入，差分电流输出的跨导放大器，以图3所示为例，跨导放大器由第一三极管q1和第二三极管q2的输入对管组成，第一电阻r1和第二电阻r2为射极电阻，电流源131作为尾电流源。因此，输出电流δio为：
[0061][0062]
其中，i
op
为正电流信号iiap的电流，i
on
为负电流信号iian的电流。则信号传输电路的跨导gm为：
[0063][0064]
而信号接收电路属于差分电流输入，差分电压输出的跨阻放大器，以图6所示为例，跨阻放大器由第三三极管q3和第四三极管q4组成共基极放大器，输入电流通过第三三极管q3和第四三极管q4传输到负载电阻第三电阻r3和第四电阻r4上，第三电阻r3和第四电阻r4将电流转换为电压输出，实现电流到电压的转换。最终输出差分电压δvo为：
[0065]
δvo＝δii·
(r3+r4)
[0066]
其中，δii为信号接收电路的输入电流，即信号传输电路的输出电流δio。因此信号接收电路的跨阻rm为：
[0067]rm
＝r3+r4[0068]
其中，r1＝r2,r3＝r4，则信号传输系统的增益g为：
[0069][0070]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存
在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0071]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。