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WO2019034379A1 - Electrical circuit for a common-mode feedback system - Google Patents

Electrical circuit for a common-mode feedback system Download PDF

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WO2019034379A1
WO2019034379A1 PCT/EP2018/070044 EP2018070044W WO2019034379A1 WO 2019034379 A1 WO2019034379 A1 WO 2019034379A1 EP 2018070044 W EP2018070044 W EP 2018070044W WO 2019034379 A1 WO2019034379 A1 WO 2019034379A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrical circuit
common
current
output
common mode
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/070044
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Alexander Richter
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2019034379A1 publication Critical patent/WO2019034379A1/en

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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/003Modifications for increasing the reliability for protection
    • H03K19/00346Modifications for eliminating interference or parasitic voltages or currents
    • H03K19/00361Modifications for eliminating interference or parasitic voltages or currents in field effect transistor circuits
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/0175Coupling arrangements; Interface arrangements
    • H03K19/0185Coupling arrangements; Interface arrangements using field effect transistors only
    • H03K19/018507Interface arrangements
    • H03K19/018521Interface arrangements of complementary type, e.g. CMOS
    • H03K19/018528Interface arrangements of complementary type, e.g. CMOS with at least one differential stage
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00Baseband systems
    • H04L25/02Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/0264Arrangements for coupling to transmission lines

Definitions

  • the present invention relates to an electrical circuit for a common mode feedback system for reducing the influence of common-mode interference, comprising a line driver having at least two current sources, two measuring resistors and an error amplifier.
  • LVDS Low Voltage Differential Signaling
  • Such systems include according to the prior art, a line driver with two current sources and four transistors and are further constructed of two measuring resistors and an error amplifier.
  • a line driver is understood to be an amplifier which feeds signals with an amplified signal level into transmission lines.
  • the gain of the gain enhances the signal-to-noise ratio and transmission quality on the transmission line.
  • the losses are compensated, especially on longer transmission lines due to the increase in level and thus provided on the receiving side for a higher reception level.
  • the purpose of a conventional common mode feedback system is to adjust the current applied to a first current source to correspond to the current applied to a second current source, and thereby achieving a defined output of a common mode voltage corresponding to a reference voltage applied to the error amplifier.
  • every pin has to be an electrical
  • DPI Direct Power Injection
  • a feedback system for reducing the influence of common-mode interference comprising a line driver having at least two current sources, two measuring resistors and one
  • the electrical circuit is characterized in that the line driver further comprises at least four further current sources.
  • the line driver further comprises at least four further current sources.
  • the error amplifier increases the amount of current to be output from the corresponding power sources, so that an equal amount of power from the drivers of the non-inverting and the
  • Inverting output is dissipated to compensate in this way the positive common mode deviation.
  • the common mode output can therefore be adjusted independently of the signal current, resulting in a higher robustness in existing common mode interference results
  • Power sources of the line driver are adjustable. As a result, it is possible to adapt the current intensities respectively to be output by the current sources adaptively to the measurement result obtained by means of the measuring resistors. In a further embodiment of the invention it is provided that the
  • Error amplifier is designed such that the current intensity is increased at the power sources by the error amplifier when one of the
  • Measuring reference voltage detected output common mode voltage is lower than a reference voltage. Thereby, an existing common-mode interference can be compensated.
  • the error amplifier is designed such that the current intensity through the error amplifier to the
  • Output common mode voltage is higher than a reference voltage. This allows the compensation of a common-mode interference with reverse polarity.
  • the electrical circuit further comprises a class AB output stage.
  • Such output stages offer the advantage that in the event that there is no common-mode interference, currents are almost zero and thus energy savings are possible.
  • the error amplifier has two in-phase outputs through which the class AB output stage can be controlled.
  • the class AB final stage has a series connection of a first transistor, a Wderstandes and a second transistor. As a result, a bias voltage for the class AB output stage can be generated.
  • the class AB output stage comprises four transistors.
  • the transistors of the class AB output stage PMOS transistors and NMOS transistors.
  • the transistors are provided as protective devices against electrostatic discharge ("ESD") .
  • ESD electrostatic discharge
  • the class AB output stage has a control loop which is miller-compensated by means of capacitors. This results in a good control of the output common mode voltage even under the influence of high frequency noise.
  • a capacitor is also connected in parallel to each of the measuring resistors. This results in an increase of the phase edge and thus a higher stability of the control circuit of the electrical circuit.
  • FIG. 1 shows a line driver known from the prior art with a conventional common mode feedback system
  • FIG. 2 shows a prior art line driver connected to a 100 ohm resistor
  • FIG. 3 shows an eye diagram for a line driver transmitting at a data rate of 100 Mb / s with a conventional common mode feedback system without common-mode interference;
  • FIG. 4 shows an eye diagram for a line driver transmitting at a data rate of 100 Mb / s with a conventional common mode feedback system with common-mode interference.
  • FIG. 5 shows an inventive common mode feedback system
  • Line Driver 6 shows an eye diagram for a line driver transmitting at a data rate of 100 Mb / s with a common-mode feedback system according to the invention with common-mode interference
  • FIG. 7 shows a circuit of the inventive common mode feedback
  • FIG. 1 shows a line driver known from the prior art with a conventional common-mode feedback system.
  • Line driver is thereby from the two power sources, l 2 and the
  • the common mode feedback system is formed by the measuring resistors Ri, R 2 and the error amplifier Ai, which controls the current source of the line driver controlled by the voltage VDD.
  • the purpose of the conventional common mode feedback system is to tune the current to the current delivered by the ideal current source I 2 such that a defined output common mode voltage is obtained at the output LVDSout, which corresponds to the reference voltage Vb g .
  • the common mode feedback system would increase the current until the output common-mode voltage again corresponds to Vb g . However, the current is then significantly greater than the setpoint of 3.5 mA, resulting in a larger signal current. Assuming that the common mode voltage at the differential output LVDSout is pulled up, the common mode feedback system would reduce the current until the output common mode voltage is again Vbg. In this case, however, the current is much smaller than the nominal value of 3.5 mA, which leads to a smaller amplitude of the signal current and thus to a lower signal-to-noise ratio, ie to a poorer signal quality, and to a higher bit error rate.
  • the conventional common mode feedback systems are only able to provide common mode interference
  • FIG. 2 shows how a differential line terminated with a 100 ohm resistor is connected to the differential LVDS output LVDS 0U t, for example in a target application. Data is transferred with the current being switched either non-inverted or inverted to the line connecting the 100 ohm resistor which is connected to the LVDSout outputs.
  • a voltage Vout of 350 mV (corresponding to a logical "1") or of -350 mV is achieved
  • the 100 Ohm resistor is part of a receiver, and a so-called eye diagram can be generated from the received signal voltage V ou t on the 100 Ohm resistor, the opening of the so-called eye being a measure of
  • a receiver can easily detect the received data and decide whether a logical "1" or a logical "0" has been received.
  • the eye is closed, the receiver can no longer distinguish between a logical one "0" and a logical "1" differ.
  • FIG. 3 shows the eye diagram of a line driver transmitting at a data rate of 100 Mb / s with a conventional common mode feedback system and without any common-mode interference.
  • the eye opening in the present case is 700 mV (2 * 350 mV), so that the detection of a logical "1" at 350 mV and a logical "0" at -350 mV is easily feasible.
  • FIG. 4 shows the eye diagram of a line driver transmitting at a data rate of 100 Mb / s with a conventional common mode feedback system, which, however, is subject to common mode interference 110 MHz and a power level of 10 dBm is disturbed. This corresponds to an interference power of 10 mW, which is therefore ten times greater than the signal power of 1 mW itself. It can be seen that the eye shown in the eye diagram of Figure 4 is closed to about 80 mV. Compared to the eye diagram without interference shown in FIG. 3, the opening of the
  • FIG. 5 shows a common-mode feedback system according to the invention, in which the output common-mode voltage is not only controlled by the current source, but four further current sources are used until this point for this purpose. All power sources are classified in Class AB
  • the error amplifier A1 increases the amount of current output from the current sources I5 and ⁇ e until the common mode voltage at the driver output LVDSout again corresponds to the setpoint value V Dg .
  • the current sources and U remain at zero due to the class AB operating mode.
  • FIG. 6 shows an eye diagram for a line driver transmitting at a data rate of 100 Mb / s with a common mode according to the invention Feedback system shown in which - according to Figure 4 - a
  • Common-mode interference is present at 1 10 MHz at a power level of 10 dBm.
  • an eye opening of approximately 640 mV can be achieved.
  • Figure 7 shows a circuit of the common mode feedback system according to the invention, in which the line driver is not shown.
  • the resistors Ri and R2 detect the common mode output voltage of the LVDS driver.
  • the capacitor C1, which is connected in parallel with the resistor R1, and the capacitor C2, which is connected in parallel with the resistor R2, form a zero point in the transfer function, resulting in an increase of the phase margin and thus a higher stability of the control loop.
  • the transistors Mi, M2, M3, M4, M5, ⁇ , M 7, Ms, Mg, M10 and Mn form a differential error amplifier A1, which is the difference between the common mode voltage and the reference voltage Vb g detected and amplified.
  • the error amplifier A1 has two in-phase outputs, of which one is arranged between the transistors M5 and M10, and the other between the transistors M 4 and Mg.
  • the two-phase outputs a control formed by the transistors M12 to 7 Mi class AB output stage.
  • This class AB power amplifier feeds a current back into the output of the LVDS driver to control its output common mode voltage.
  • the control loop is miller-compensated by the capacitors C3 to G5. The dominant pole of the control loop is therefore located at the output of the
  • the series connection of M14, R3 and Mi 7 serves to generate the class AB bias voltage for the output stage formed by the transistors M12 (U), M13 (I3), M15 (I5) and M16 ( ⁇ ).
  • the bias voltage at the gate of the PMOS transistors M12 and M13 is applied across R, while the bias is applied to the gate of NMOS transistors M15 and M16 via R5.
  • the transistors M16 and M15 thus take a large
  • Amplifier outputs into it results.
  • the additional current received by the transistor M10 flows through the resistor R and the transistor Mi and generates a high gate-to-source voltage across the transistors M12 and M13.
  • Transistors M12 and M13 thus provide a large common mode Interference and thus prevent drifting of the output common mode voltage in the negative direction.
  • the inventive common mode feedback system consumes only a small power due to the presented class AB bias scheme.
  • the cross currents at the operating point in the final stage are at most about 100 ⁇ A.
  • the typical power consumption of a LVDS line driver is 5 mA.
  • the AB output stage provides a large compensation current only when there is common mode interference.
  • Transistors M12, M13, M15 and M16 of the power amplifier can also be used as
  • Electrostatic discharge protection devices also known as electrostatic discharge (ESD) devices, are used because they are connected directly to the pads, so they must be designed to ESD specifications anyway, so there are no additional space-consuming ESD protection devices Furthermore, the circuit according to the invention is simply designed and consists of only a few components in comparison to those known from the prior art

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Abstract

An electrical circuit for a common-mode feedback system for reducing the influence of common-mode interference is proposed, which circuit comprises a power driver having at least two current sources (I1, l2), two measurement resistors (R1, R2) and an error amplifier (A1) and is characterized in that the power driver furthermore comprises at least four further current sources (I3, I4, I5, I6).

Description

Beschreibung Titel  Description title
Elektrische Schaltung für ein Common Mode Feedback System  Electrical circuit for a common mode feedback system
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung für ein Common Mode Feedback System zur Verringerung des Einflusses von Gleichtakt- Interferenzen, umfassend einen wenigstens zwei Stromquellen aufweisenden Leitungstreiber, zwei Messwiderstände und einen Fehlerverstärker. The present invention relates to an electrical circuit for a common mode feedback system for reducing the influence of common-mode interference, comprising a line driver having at least two current sources, two measuring resistors and an error amplifier.
Stand der Technik State of the art
Sogenannte Common Mode Feedback Systeme kommen als Teil einer So-called common mode feedback systems come as part of a
Datenübertragung mittels sogenannter differentieller Signale niederer Spannung, auch als LVDS (Low Voltage Differential Signaling) bezeichnet, beispielsweise im Bereich Automotive zum Einsatz. Derartige Systeme umfassen gemäß dem Stand der Technik einen Leitungstreiber mit zwei Stromquellen sowie vier Transistoren und sind des Weiteren aus zwei Messwiderständen sowie einem Fehlerverstärker aufgebaut. Data transmission by means of so-called differential signals of low voltage, also known as LVDS (Low Voltage Differential Signaling), for example in the field of automotive used. Such systems include according to the prior art, a line driver with two current sources and four transistors and are further constructed of two measuring resistors and an error amplifier.
Unter einem Leitungstreiber (Line Driver) wird dabei ein Verstärker verstanden, welcher Signale mit verstärktem Signalpegel in Übertragungsleitungen einspeist. Durch die durch die Verstärkung erhaltene Pegelanhebung werden das Signal- Rausch-Verhältnis und die Übertragungsqualität auf der Übertragungsleitung verbessert. Mit Leitungsverstärkern werden aufgrund der Pegelanhebung die Verluste vor allem auf längeren Übertragungsleitungen ausgeglichen und so empfangsseitig für einen höheren Empfangspegel gesorgt. A line driver is understood to be an amplifier which feeds signals with an amplified signal level into transmission lines. The gain of the gain enhances the signal-to-noise ratio and transmission quality on the transmission line. With line amplifiers, the losses are compensated, especially on longer transmission lines due to the increase in level and thus provided on the receiving side for a higher reception level.
Der Zweck eines herkömmlichen Common Mode Feedback Systems besteht darin, den an einer ersten Stromquelle angelegten Strom derart einzustellen, dass dieser dem an einer zweiten Stromquelle anliegenden Strom entspricht und dadurch eine definierte Ausgabe einer Gleichtaktspannung erreicht wird, welche einer am Fehlerverstärker angelegten Referenzspannung entspricht. The purpose of a conventional common mode feedback system is to adjust the current applied to a first current source to correspond to the current applied to a second current source, and thereby achieving a defined output of a common mode voltage corresponding to a reference voltage applied to the error amplifier.
Im normalen Betriebsmodus wird zur Erzeugung einer logischen„1 " für die Ausgabe eines differentiellen LVDS das eine Transistorpaar geschaltet, während zur Erzeugung einer logischen„0" entsprechend das andere Transistorpaar geschaltet wird. Problematisch hierbei ist, dass die beiden Stromquellen nicht nur die ausgegebene Gleichtaktspannung definieren, sondern auch einen In the normal mode of operation, to generate a logical "1" for the output of a differential LVDS, one transistor pair is switched while the other transistor pair is switched to produce a logical "0". The problem here is that the two current sources define not only the output common-mode voltage, but also a
Signalstrom erzeugen. Aus diesem Grund ist es nicht möglich, die Ausgabe der Gleichtaktspannung unabhängig von einem Signalhub durchzuführen. Generate signal stream. For this reason, it is not possible to perform the output of the common-mode voltage independently of a signal swing.
Bei einer zu gering ausgegebenen Gleichtaktspannung wird bei einem aus dem Stand der Technik bekannten Common Mode Feedback System die aus einer pull-up-Stromquelle abgegebene Stromstärke solange erhöht, bis die In the case of a common-mode feedback system that is given out too low, in the case of a common-mode feedback system known from the prior art, the current output from a pull-up current source is increased until the
ausgegebene Gleichtaktspannung den Wert der Referenzspannung erreicht hat. Aus einer derartigen Erhöhung der Stromstärke resultiert jedoch auch ein höherer Signalstrom. Im umgekehrten Fall wird bei einer zu hoch ausgegebenen Gleichtaktspannung bei einem aus dem Stand der Technik bekannten Common Mode Feedback System die aus einer pull-up-Stromquelle abgegebene output common-mode voltage has reached the value of the reference voltage. However, such an increase in the current strength also results in a higher signal current. In the opposite case, if the common-mode voltage is too high, the common-mode feedback system known from the prior art will deliver the output from a pull-up current source
Stromstärke solange verringert, bis die ausgegebene Gleichtaktspannung den Wert der Referenzspannung erreicht hat. Aus einer derartigen Verringerung der Stromstärke resultiert jedoch auch eine geringere Amplitude des Signalstroms. Current reduced until the output common-mode voltage has reached the value of the reference voltage. However, such a reduction in the current also results in a lower amplitude of the signal current.
Bekannte Common Mode Feedback Systeme sind lediglich robust gegenüber Gleichtakt-Interferenzen, welche deutlich kleiner sind als der Signalstrom des Leitungstreibers. Dies ist dadurch begründet, dass der Empfänger von mittels LVDS übertragenen Informationen in der Lage sein muss, für die empfangenen Informationen eindeutig zwischen einer logischen„1" und einer logischen„0" zu unterscheiden. Sofern Gleichtakt-Interferenzen auftreten, deren Stärke der Stärke des Pegels des Signalstroms nahekommt, ist es dem Empfänger aufgrund der daraus resultierenden schlechten Signalqualität nicht mehr möglich, eine solche Unterscheidung durchzuführen, was beispielsweise in einem sogenannten Augendiagramm anhand einer geringen Öffnung des Auges erkennbar ist. Daher kann das Vorliegen von Gleichtakt-Interferenzen eine Signalübertragung mittels LVDS deutlich beeinträchtigen, wobei diese Problemstellung bei allen Common Mode Feedback Systemen gegeben ist, in denen die Gleichtakt- Ausgangsspannung von der gleichen Stromquelle abhängig ist, die auch den Signalstrom definiert. Hierzu wird auf die chinesische Patentanmeldung CNKnown common mode feedback systems are only robust compared to common-mode interference, which are significantly smaller than the signal current of the line driver. This is due to the fact that the receiver of information transmitted by means of LVDS must be able to clearly distinguish between a logical "1" and a logical "0" for the received information. If common-mode interferences occur whose strength comes close to the strength of the level of the signal current, the receiver is no longer able to perform such a distinction due to the resulting poor signal quality, which is recognizable, for example, in a so-called eye diagram based on a small opening of the eye. Therefore, the presence of common mode interference can significantly affect signal transmission via LVDS, and this problem is common to all common mode feedback systems where the common mode output voltage depends on the same current source that also defines the signal current. For this purpose, the Chinese patent application CN
200510001736 verwiesen. Referenced 200510001736.
Insbesondere in der Automobilindustrie muss jeder Pin einer elektrischen Especially in the automotive industry, every pin has to be an electrical
Schaltung elektromagnetische Interferenztests bestehen. Bei einem dieser Tests, dem sogenannten„Direct Power lnjection"-Test (DPI-Test), wird ein Circuit electromagnetic interference tests exist. One of these tests, the so-called "Direct Power Injection" (DPI) test, becomes a
Leistungspegel von wenigstens 10 dBm gleichmäßig an die beiden differentiellen Treiberausgangs-Pins angelegt. Aus dem Stand der Technik bekannte Common Mode Feedback Systeme sind aufgrund des eingangs beschriebenen Aufbaus nicht in der Lage, die Gleichtakt-Interferenzen, welche im Rahmen derartiger elektromagnetischer Interferenztests auftreten, zu kompensieren.  Power level of at least 10 dBm evenly applied to the two differential driver output pins. Common-mode feedback systems known from the prior art are not able to compensate for the common-mode interferences that occur in the context of such electromagnetic interference tests due to the structure described at the outset.
In der Veröffentlichung„An Integrated LVDS Transmitter in 0.18-um CMOS Technology With High Immunity to EMI (IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility)" wurde versucht, dieses Problem zu lösen, indem ein gegenüber elektromagnetischen Interferenzen robuster LVDS-Treiber hergestellt wurde, welcher jedoch eine herkömmliche Schaltung verwendet, die nicht geeignet ist, die Gleichtaktspannung einzustellen. Die Nachteile der bekannten Architektur sollten gemäß der Veröffentlichung durch eine Vielzahl von zusätzlichen In the publication "An Integrated LVDS Transmitters in 0.18-μm CMOS Technology With High Immunity to EMI (IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility)", an attempt was made to solve this problem by producing a LVDS driver that is more robust than electromagnetic interference, but which has a The drawbacks of the known architecture should, according to the publication, be provided by a plurality of additional circuits
Verstärkern und Vorspannungsschaltkreisen kompensiert werden, die Amplifiers and bias circuits are compensated, the
zusätzliche Energie und Chip-Fläche verbrauchen und die zudem fehleranfällig sind. consume extra energy and chip area and are also error prone.
Offenbarung der Erfindung Erfindungsgemäß wird eine elektrische Schaltung für ein Common Mode DISCLOSURE OF THE INVENTION According to the invention, an electrical circuit for a common mode
Feedback System zur Verringerung des Einflusses von Gleichtakt-Interferenzen zur Verfügung gestellt, umfassend einen wenigstens zwei Stromquellen aufweisenden Leitungstreiber, zwei Messwiderstände und einen  A feedback system for reducing the influence of common-mode interference, comprising a line driver having at least two current sources, two measuring resistors and one
Fehlerverstärker. Die elektrische Schaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungstreiber ferner wenigstens vier weitere Stromquellen umfasst. Dadurch kann erfindungsgemäß erreicht werden, dass eine Ausgangs- Gleichtaktspannung nicht nur entsprechend dem Stand der Technik über eine einzige Stromquelle gesteuert wird, sondern dass vier weitere Stromquellen zu diesem Zweck eingesetzt werden, wobei alle Stromquellen dabei vorzugsweise im Klasse AB-Betriebsmodus betrieben werden. Daraus resultieren Ströme nahezu null, sofern keine Gleichtakt-Interferenz auftritt, wodurch Error amplifier. The electrical circuit is characterized in that the line driver further comprises at least four further current sources. As a result, it can be achieved according to the invention that an output common-mode voltage is controlled not only according to the prior art via a single current source, but four further current sources are used for this purpose, whereby all current sources are preferably operated in the class AB operating mode. This results in currents close to zero unless common mode interference occurs, thereby
erfindungsgemäß Energie eingespart werden kann. Energy can be saved according to the invention.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Wenn eine von den Messwiderständen erfasste Ausgangs-Gleichtaktspannung, beispielsweise verursacht durch eine Gleichtakt-Interferenz, in Bezug auf eine Referenzspannung zu niedrig ist, wird durch den in der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung vorgesehenen Fehlerverstärker die Stromstärke an den entsprechenden Stromquellen erhöht, sodass den Treibern der nicht- invertierenden und der invertierenden Ausgänge die gleiche Strommenge zugeführt wird, um die negative Gleichtakt-Abweichung zu kompensieren. If an output common-mode voltage detected by the measurement resistors, for example caused by a common-mode interference, is too low with respect to a reference voltage, the current amplifier at the corresponding current sources is increased by the error amplifier provided in the inventive electrical circuit, so that the drivers do not - Inverting and inverting outputs the same amount of current is supplied to compensate for the negative common mode deviation.
Ist jedoch die erfasste Ausgangs-Gleichtaktspannung in Bezug auf eine However, if the detected output common mode voltage is relative to one
Referenzspannung zu hoch, erhöht der Fehlerverstärker die Menge des von den entsprechenden Stromquellen auszugebenden Stroms, sodass eine gleiche Menge an Strom von den Treibern des nicht-invertierenden und des Reference voltage too high, the error amplifier increases the amount of current to be output from the corresponding power sources, so that an equal amount of power from the drivers of the non-inverting and the
invertierenden Ausgangs abgeführt wird, um auf diese Weise die positive Gleichtakt-Abweichung zu kompensieren. Inverting output is dissipated to compensate in this way the positive common mode deviation.
Durch die erfindungsgemäße Schaltung für ein Common Mode Feedback System kann der Gleichtaktausgang daher unabhängig vom Signalstrom eingestellt werden, woraus sich eine höhere Robustheit bei vorhandenen Gleichtakt-Interferenzen ergibt The inventive circuit for a common mode feedback system, the common mode output can therefore be adjusted independently of the signal current, resulting in a higher robustness in existing common mode interference results
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die wenigstens vier weiteren According to the invention it is provided that the at least four further
Stromquellen des Leitungstreibers regelbar sind. Dadurch wird es ermöglicht, die jeweils von den Stromquellen abzugebenden Stromstärken adaptiv an das mittels der Messwiderstände erhaltene Messergebnis anzupassen. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Power sources of the line driver are adjustable. As a result, it is possible to adapt the current intensities respectively to be output by the current sources adaptively to the measurement result obtained by means of the measuring resistors. In a further embodiment of the invention it is provided that the
Fehlerverstärker derart ausgebildet ist, dass durch den Fehlerverstärker die Stromstärke an den Stromquellen erhöht wird, wenn eine von den Error amplifier is designed such that the current intensity is increased at the power sources by the error amplifier when one of the
Messwiderständen erfasste Ausgangs-Gleichtaktspannung niedriger als eine Referenzspannung ist. Dadurch kann eine vorhandene Gleichtakt-Interferenz kompensiert werden. Measuring reference voltage detected output common mode voltage is lower than a reference voltage. Thereby, an existing common-mode interference can be compensated.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung ist der Fehlerverstärker derart ausgebildet, dass durch den Fehlerverstärker die Stromstärke an den In another preferred embodiment, the error amplifier is designed such that the current intensity through the error amplifier to the
Stromquellen erhöht wird, wenn eine von den Messwiderständen erfasstePower sources is increased when one of the measuring resistors detected
Ausgangs-Gleichtaktspannung höher als eine Referenzspannung ist. Dies ermöglicht die Kompensation einer Gleichtakt-Interferenz mit umgekehrter Polarität. Weiter ist bevorzugter Weise vorgesehen, dass die elektrische Schaltung ferner eine Klasse AB-Endstufe umfasst. Derartige Endstufen bieten den Vorteil, dass für den Fall, dass keine Gleichtakt-Interferenz gegeben ist, Ströme nahezu null vorhanden sind und somit eine Energieeinsparung möglich ist. Vorzugsweise weist der Fehlerverstärker dabei zwei gleichphasige Ausgänge auf, durch welche die Klasse AB-Endstufe steuerbar ist. Output common mode voltage is higher than a reference voltage. This allows the compensation of a common-mode interference with reverse polarity. Furthermore, it is preferably provided that the electrical circuit further comprises a class AB output stage. Such output stages offer the advantage that in the event that there is no common-mode interference, currents are almost zero and thus energy savings are possible. Preferably, the error amplifier has two in-phase outputs through which the class AB output stage can be controlled.
Erfindungsgemäß kann weiter vorgesehen sein, dass die Klasse AB-Endstufe eine Reihenschaltung eines ersten Transistors, eines Wderstandes und eines zweiten Transistors aufweist. Dadurch kann eine Vorspannung für die Klasse- AB-Endstufe erzeugt werden. According to the invention, it can further be provided that the class AB final stage has a series connection of a first transistor, a Wderstandes and a second transistor. As a result, a bias voltage for the class AB output stage can be generated.
Vorteilhafterweise umfasst die Klasse AB-Endstufe vier Transistoren. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind dabei jeweils zwei der Transistoren der Klasse AB-Endstufe PMOS-Transistoren und NMOS-Transistoren. Advantageously, the class AB output stage comprises four transistors. According to a preferred embodiment, in each case two of the transistors of the class AB output stage PMOS transistors and NMOS transistors.
In einer bevorzugten Variante der elektrischen Schaltung sind die Transistoren als Schutzeinrichtungen vor elektrostatischer Entladung („electrostatic discharge"; ESD) vorgesehen. Dadurch wird erreicht, dass kein zusätzlicher Platz für ESD-Schutzvorrichtungen erforderlich ist und daraus ein geringer Platzbedarf für die elektrische Schaltung resultiert. Weiter bevorzugt ist vorgesehen, dass die Klasse AB-Endstufe einen Regelkreis aufweist, welcher mittels Kondensatoren millerkompensiert ist. Dadurch ergibt sich eine gute Steuerung der Ausgangs-Gleichtaktspannung auch unter dem Einfluss von Hochfrequenzstörungen. In a preferred variant of the electrical circuit, the transistors are provided as protective devices against electrostatic discharge ("ESD") .This ensures that no additional space for ESD protection devices is required, resulting in a small space requirement for the electrical circuit. More preferably, it is provided that the class AB output stage has a control loop which is miller-compensated by means of capacitors. This results in a good control of the output common mode voltage even under the influence of high frequency noise.
Vorzugsweise ist ferner parallel zu jedem der Messwiderstände ein Kondensator geschaltet. Daraus resultieren eine Erhöhung des Phasenrandes und damit eine höhere Stabilität des Regelkreises der elektrischen Schaltung. Preferably, a capacitor is also connected in parallel to each of the measuring resistors. This results in an increase of the phase edge and thus a higher stability of the control circuit of the electrical circuit.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims and described in the description.
Zeichnungen drawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings and the description below. Show it:
Figur 1 einen aus dem Stand der Technik bekannten Leitungstreiber mit einem konventionellen Common Mode Feedback System, FIG. 1 shows a line driver known from the prior art with a conventional common mode feedback system,
Figur 2 einen an einen 100 Ohm-Widerstand angeschlossenen Leitungstreiber gemäß dem Stand der Technik, FIG. 2 shows a prior art line driver connected to a 100 ohm resistor;
Figur 3 ein Augendiagramm für einen mit einer Datenrate von 100 Mb/s übertragenden Leitungstreiber mit einem herkömmlichen Common Mode Feedback System ohne Gleichtakt-Interferenz, FIG. 3 shows an eye diagram for a line driver transmitting at a data rate of 100 Mb / s with a conventional common mode feedback system without common-mode interference;
Figur 4 ein Augendiagramm für einen mit einer Datenrate von 100 Mb/s übertragenden Leitungstreiber mit einem herkömmlichen Common Mode Feedback System mit Gleichtakt-Interferenz, FIG. 4 shows an eye diagram for a line driver transmitting at a data rate of 100 Mb / s with a conventional common mode feedback system with common-mode interference.
Figur 5 ein erfindungsgemäßes Common Mode Feedback System mit Figure 5 shows an inventive common mode feedback system with
Leitungstreiber, Figur 6 ein Augendiagramm für einen mit einer Datenrate von 100 Mb/s übertragenden Leitungstreiber mit einem erfindungsgemäßen Common Mode Feedback System mit Gleichtakt-Interferenz, und Figur 7 eine Schaltung des erfindungsgemäßen Common Mode FeedbackLine Driver, 6 shows an eye diagram for a line driver transmitting at a data rate of 100 Mb / s with a common-mode feedback system according to the invention with common-mode interference, and FIG. 7 shows a circuit of the inventive common mode feedback
Systems ohne Leitungstreiber. Systems without line driver.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
In Figur 1 ist ein aus dem Stand der Technik bekannter Leitungstreiber mit einem konventionellen Common Mode Feedback System dargestellt. Der FIG. 1 shows a line driver known from the prior art with a conventional common-mode feedback system. The
Leitungstreiber wird dabei von den beiden Stromquellen , l2 sowie den Line driver is thereby from the two power sources, l 2 and the
Transistoren Mi bis M gebildet. Das Common Mode Feedback System wird durch die Messwiderstände Ri , R2 und den Fehlerverstärker Ai gebildet, der die mittels der Spannung VDD gesteuerte Stromquelle des Leitungstreibers steuert. Der Zweck des herkömmlichen Common Mode Feedback Systems besteht darin, den Strom auf den von der idealen Stromquelle l2 abgegebenen Strom derart abzustimmen, dass eine definierte Ausgangs-Gleichtaktspannung am Ausgang LVDSout erzielt wird, welche der Referenzspannung Vbg entspricht. Der Transistors Mi to M formed. The common mode feedback system is formed by the measuring resistors Ri, R 2 and the error amplifier Ai, which controls the current source of the line driver controlled by the voltage VDD. The purpose of the conventional common mode feedback system is to tune the current to the current delivered by the ideal current source I 2 such that a defined output common mode voltage is obtained at the output LVDSout, which corresponds to the reference voltage Vb g . The
Leitungstreiber befindet sich im Normalbetrieb, wenn h = l2 = 3,5 mA ist und die Ausgangs-Gleichtaktspannung 1 ,2 V entspricht. Dann wird der Signalstrom von 3,5 mA über die Transistoren M2 und M3 auf den differentiellen LVDS-Ausgang umgeschaltet, um eine logische„1" zu erzeugen. Um eine logische„0" zu erzeugen, wird der Strom über die Transistoren Mi und M mit umgekehrter Polarität zum LVDS-Ausgang geschaltet. Line driver is in normal operation when h = l 2 = 3.5 mA and the output common-mode voltage is 1, 2V. Then, the signal current of 3.5 mA is switched to the differential LVDS output via the transistors M 2 and M3 to produce a logic "1." To produce a logic "0", the current is passed through the transistors Mi and M reversed to the LVDS output.
Das Problem bei dieser aus dem Stand der Technik bekannten Lösung besteht darin, dass die Stromquellen und l2 nicht nur die Ausgangs- Gleichtaktspannung, sondern auch den Signalstrom definieren. So kann die Ausgangs-Gleichtaktspannung nicht unabhängig vom Signalhub eingestellt werden. Unter der Annahme, dass die Gleichtaktspannung am The problem with this prior art approach is that the current sources and I 2 define not only the output common mode voltage but also the signal current. Thus, the output common-mode voltage can not be adjusted independently of the signal swing. Assuming that the common mode voltage at
Differentialausgang LVDS0Ut nach unten gezogen wird, würde das Common Mode Feedback System den Strom solange erhöhen, bis die Ausgangs- Gleichtaktspannung wieder Vbg entspricht. Der Strom ist danach jedoch deutlich größer als der Sollwert von 3,5 mA, was zu einem größeren Signalstrom führt. Unter der Annahme, dass die Gleichtaktspannung am Differentialausgang LVDSout nach oben gezogen wird, würde das Common Mode Feedback System den Strom solange verringern, bis die Ausgangs-Gleichtaktspannung wieder Vbg ist. In diesem Fall ist der Strom jedoch viel kleiner als der Sollwert von 3,5 mA, was zu einer kleineren Amplitude des Signalstroms und damit zu einem geringeren Signal-Rausch-Verhältnis, also zu einer schlechteren Signalqualität, und zu einer höheren Bitfehlerrate führt. Die herkömmlichen Common Mode Feedback Systeme sind nur in der Lage, Gleichtakt-Interferenzen zu Differential output LVDS 0U t pulled down, the common mode feedback system would increase the current until the output common-mode voltage again corresponds to Vb g . However, the current is then significantly greater than the setpoint of 3.5 mA, resulting in a larger signal current. Assuming that the common mode voltage at the differential output LVDSout is pulled up, the common mode feedback system would reduce the current until the output common mode voltage is again Vbg. In this case, however, the current is much smaller than the nominal value of 3.5 mA, which leads to a smaller amplitude of the signal current and thus to a lower signal-to-noise ratio, ie to a poorer signal quality, and to a higher bit error rate. The conventional common mode feedback systems are only able to provide common mode interference
kompensieren, welche erheblich kleiner sind als der Signalstrom l2 des compensate, which are significantly smaller than the signal current l 2 of the
Leitungstreibers. Line driver.
In Figur 2 ist dargestellt, wie eine mit einem 100 Ohm-Widerstand terminierte Differentialleitung mit dem differentiellen LVDS-Ausgang LVDS0Ut verbunden ist, beispielsweise in einer Zielanwendung. Es werden Daten übertragen, wobei der Strom entweder nicht-invertiert oder invertiert auf die den 100 Ohm-Widerstand verbindende Leitung geschaltet wird, welche an den Ausgängen LVDSout angeschlossen ist. Dabei wird am 100 Ohm-Abschlusswiderstand eine Spannung Vout von 350 mV (entsprechend einer logischen„1 ") oder von -350 mV FIG. 2 shows how a differential line terminated with a 100 ohm resistor is connected to the differential LVDS output LVDS 0U t, for example in a target application. Data is transferred with the current being switched either non-inverted or inverted to the line connecting the 100 ohm resistor which is connected to the LVDSout outputs. At the 100 ohm termination resistor, a voltage Vout of 350 mV (corresponding to a logical "1") or of -350 mV is achieved
(entsprechend einer logischen„0") erzeugt. Der 100 Ohm-Widerstand ist dabei Teil eines Empfängers. Aus der empfangenen Signalspannung Vout am 100 Ohm- Widerstand kann ein sogenanntes Augendiagramm generiert werden. Die Öffnung des sogenannten Auges ist dabei ein Maß für die Signalqualität. Wenn das Auge klar geöffnet ist, kann ein Empfänger die erhaltenen Daten leicht detektieren und entscheiden, ob eine logische„1 " oder eine logische„0" empfangen wurde. Wenn das Auge geschlossen ist, kann der Empfänger nicht mehr zwischen einer logischen„0" und einer logischen„1 " unterscheiden. The 100 Ohm resistor is part of a receiver, and a so-called eye diagram can be generated from the received signal voltage V ou t on the 100 Ohm resistor, the opening of the so-called eye being a measure of When the eye is clearly open, a receiver can easily detect the received data and decide whether a logical "1" or a logical "0" has been received. When the eye is closed, the receiver can no longer distinguish between a logical one "0" and a logical "1" differ.
In Figur 3 ist das Augendiagramm eines mit einer Datenrate von 100 Mb/s übertragenden Leitungstreibers mit einem herkömmlichen Common Mode Feedback System und ohne jegliche Gleichtakt-Interferenz dargestellt. Die Augenöffnung beträgt vorliegend 700 mV (2 * 350 mV), sodass die Detektion einer logischen„1 " bei 350 mV und einer logischen„0" bei -350 mV problemlos durchführbar ist. FIG. 3 shows the eye diagram of a line driver transmitting at a data rate of 100 Mb / s with a conventional common mode feedback system and without any common-mode interference. The eye opening in the present case is 700 mV (2 * 350 mV), so that the detection of a logical "1" at 350 mV and a logical "0" at -350 mV is easily feasible.
In Figur 4 ist das Augendiagramm eines mit einer Datenrate von 100 Mb/s übertragenden Leitungstreibers mit einem herkömmlichen Common Mode Feedback System dargestellt, welcher jedoch von einer Gleichtakt-Interferenz mit 110 MHz und einem Leistungspegel von 10 dBm gestört wird. Das entspricht einer Störleistung von 10 mW, welche demnach zehn Mal größer ist als die Signalleistung von 1 mW selbst. Es ist zu sehen, dass das im Augendiagramm der Figur 4 dargestellte Auge bis ca. 80 mV geschlossen ist. Im Vergleich zu dem in Figur 3 dargestellten Augendiagramm ohne Interferenz ist die Öffnung desFIG. 4 shows the eye diagram of a line driver transmitting at a data rate of 100 Mb / s with a conventional common mode feedback system, which, however, is subject to common mode interference 110 MHz and a power level of 10 dBm is disturbed. This corresponds to an interference power of 10 mW, which is therefore ten times greater than the signal power of 1 mW itself. It can be seen that the eye shown in the eye diagram of Figure 4 is closed to about 80 mV. Compared to the eye diagram without interference shown in FIG. 3, the opening of the
Auges nahezu um den Faktor zehn kleiner. Die Signalqualität wird durch die Gleichtakt-Interferenz demnach deutlich reduziert. Dieses Problem ist bei allen Common Mode Feedback Systemen gegeben, bei denen die Ausgangs- Gleichtaktspannung durch dieselbe Stromquelle ( in Figur 2) eingestellt wird, welche auch den Signalstrom definiert. Eye almost a factor of ten smaller. The signal quality is thus significantly reduced by the common mode interference. This problem is common to all common mode feedback systems where the output common mode voltage is set by the same current source (in Figure 2) which also defines the signal current.
In Figur 5 ist ein erfindungsgemäßes Common Mode Feedback System dargestellt, bei welchem die Ausgangs-Gleichtaktspannung nicht nur über die Stromquelle gesteuert wird, sondern vier weitere Stromquellen bis \e zu diesem Zweck eingesetzt werden. Alle Stromquellen werden dabei im Klasse AB-FIG. 5 shows a common-mode feedback system according to the invention, in which the output common-mode voltage is not only controlled by the current source, but four further current sources are used until this point for this purpose. All power sources are classified in Class AB
Betriebsmodus betrieben. Daraus resultieren Ströme nahezu null, sofern keine Gleichtakt-Interferenz auftritt, wodurch erfindungsgemäß Energie eingespart wird. Wenn die von den Widerständen Ri und R2 erfasste Ausgangs- Gleichtaktspannung bedingt durch eine Gleichtakt-Interferenz zu niedrig ist, wird durch den Fehlerverstärker A1 die Stromstärke an den Stromquellen und U solange erhöht, bis die Gleichtaktspannung am Treiberausgang LVDSout wieder dem Sollwert Vbg entspricht., wobei die Stromquellen I5 und \e aufgrund des Klasse AB-Betriebsmodus bei null verbleiben. Im umgekehrten Fall, in welchem die von den Wderständen R1 und R2 erfassteOperating mode operated. This results in currents close to zero, if no common-mode interference occurs, whereby energy is saved according to the invention. If the output common-mode voltage detected by the resistors Ri and R2 is too low due to common-mode interference, the error amplifier A1 increases the current at the current sources and U until the common-mode voltage at the driver output LVDSout returns to the target value Vbg. the current sources I5 and \ e remain at zero due to the class AB mode of operation. In the opposite case, in which the detected by the resistance R1 and R2
Ausgangs-Gleichtaktspannung zu hoch ist, erhöht der Fehlerverstärker A1 die Menge des von den Stromquellen I5 und \e ausgegebenen Stroms so lange, bis die Gleichtaktspannung am Treiberausgang LVDSout wieder dem Sollwert VDg entspricht. Dabei verbleiben die Stromquellen und U aufgrund des Klasse AB- Betriebsmodus bei null. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Output common-mode voltage is too high, the error amplifier A1 increases the amount of current output from the current sources I5 and \ e until the common mode voltage at the driver output LVDSout again corresponds to the setpoint value V Dg . The current sources and U remain at zero due to the class AB operating mode. By the use of the invention
Common Mode Feedback Systems kann der Gleichtaktausgang somit unabhängig vom Signalstrom eingestellt werden, woraus sich eine höhere Robustheit bei gegebenen Gleichtakt-Interferenzen ergibt. In Figur 6 ist ein Augendiagramm für einen mit einer Datenrate von 100 Mb/s übertragenden Leitungstreiber mit einem erfindungsgemäßen Common Mode Feedback System dargestellt, in welchem - entsprechend Figur 4 - eine Common Mode Feedback Systems, the common mode output can thus be set independently of the signal current, resulting in a higher robustness given common mode interference. FIG. 6 shows an eye diagram for a line driver transmitting at a data rate of 100 Mb / s with a common mode according to the invention Feedback system shown in which - according to Figure 4 - a
Gleichtakt-Interferenz mit 1 10 MHz bei einem Leistungspegel von 10 dBm vorhanden ist. Durch das erfindungsgemäße Common Mode Feedback System kann eine Augenöffnung von etwa 640 mV erreicht werden. Common-mode interference is present at 1 10 MHz at a power level of 10 dBm. By means of the common mode feedback system according to the invention, an eye opening of approximately 640 mV can be achieved.
Figur 7 zeigt eine Schaltung des erfindungsgemäßen Common Mode Feedback Systems, in welcher der Leitungstreiber nicht dargestellt ist. Die Widerstände Ri und R2 erfassen die Gleichtakt-Ausgangsspannung des LVDS-Treibers. Der parallel zum Widerstand R1 geschaltete Kondensator C1 und der parallel zum Widerstand R2 geschaltete Kondensator C2 bilden in der Übertragungsfunktion eine Nullstelle, woraus eine Erhöhung des Phasenrandes und damit eine höhere Stabilität des Regelkreises resultieren. Die Transistoren Mi , M2, M3, M4, M5, Με, M7, Ms, Mg, M10 und Mn bilden einen differentiellen Fehlerverstärker A1 , welcher die Differenz zwischen der Gleichtaktspannung und der Referenzspannung Vbg erfasst und verstärkt. Der Fehlerverstärker A1 hat zwei gleichphasige Ausgänge, von denen der eine zwischen den Transistoren M5 und M10 und der andere zwischen den Transistoren M4 und Mg angeordnet ist. Die beiden gleichphasigen Ausgänge steuern eine aus den Transistoren M12 bis Mi7 gebildete Klasse AB- Endstufe. Diese Klasse AB-Endstufe führt einen Strom in den Ausgang des LVDS-Treibers zurück, um dessen Ausgangs-Gleichtaktspannung zu regeln. Der Regelkreis wird durch die Kondensatoren C3 bis G5 millerkompensiert. Der dominante Pol des Regelkreises befindet sich daher am Ausgang des Figure 7 shows a circuit of the common mode feedback system according to the invention, in which the line driver is not shown. The resistors Ri and R2 detect the common mode output voltage of the LVDS driver. The capacitor C1, which is connected in parallel with the resistor R1, and the capacitor C2, which is connected in parallel with the resistor R2, form a zero point in the transfer function, resulting in an increase of the phase margin and thus a higher stability of the control loop. The transistors Mi, M2, M3, M4, M5, Με, M 7, Ms, Mg, M10 and Mn form a differential error amplifier A1, which is the difference between the common mode voltage and the reference voltage Vb g detected and amplified. The error amplifier A1 has two in-phase outputs, of which one is arranged between the transistors M5 and M10, and the other between the transistors M 4 and Mg. The two-phase outputs a control formed by the transistors M12 to 7 Mi class AB output stage. This class AB power amplifier feeds a current back into the output of the LVDS driver to control its output common mode voltage. The control loop is miller-compensated by the capacitors C3 to G5. The dominant pole of the control loop is therefore located at the output of the
Fehlerverstärkers. Bei hohen Frequenzen schließen die Rückkopplungskondensatoren C3, C4 undError amplifier. At high frequencies, the feedback capacitors C3, C 4 and close
C5, C6 jeweils den Drain und das Gate von M12, M13, M15 und M16 kurz. Somit bleibt der Gleichtakt-Ausgangswiderstand der Endstufe auch bei hohen C5, C6 respectively short the drain and the gate of M12, M13, M15 and M16. Thus, the common mode output resistance of the power amplifier remains at high levels
Frequenzen niederohmig. Für den Gleichtakt-Ausgangswiderstand bei hohen Frequenzen ergibt sich in Näherung 1 /(gmi2+gmi3+gmi5+gmi6), wobei gm die Transkonduktanz des jeweiligen Transistors M12, M13, M15 und M16 darstellt. Frequencies low impedance. For the common-mode output resistance at high frequencies approximate 1 / (gmi2 + gmi3 + gmi5 + gmi6), where gm represents the transconductance of the respective transistor M12, M13, M15 and M16.
Daraus ergibt sich eine gute Steuerung der Ausgangs-Gleichtaktspannung LVDS0ut+, LVDSout- auch unter Einfluss von Hochfrequenzstörungen. This results in a good control of the output common-mode voltage LVDS 0 ut +, LVDSout- also under the influence of high frequency noise.
Zur Erzeugung der Klasse-AB-Vorspannung für die aus den Transistoren M12 (U), M13 (I3), M15 (I5) und M16 (ΙΘ) gebildete Endstufe dient die Reihenschaltung von M14, R3 und Mi7. Die Vorspannung am Gate der PMOS-Transistoren M12 und M13 wird über R angelegt, wogegen die Vorspannung am Gate der NMOS- Transistoren M15 und M16 über R5 angelegt wird. The series connection of M14, R3 and Mi 7 serves to generate the class AB bias voltage for the output stage formed by the transistors M12 (U), M13 (I3), M15 (I5) and M16 (ΙΘ). The bias voltage at the gate of the PMOS transistors M12 and M13 is applied across R, while the bias is applied to the gate of NMOS transistors M15 and M16 via R5.
Im stationären Zustand wird, wenn die Differenz zwischen der ausgegebenen LVDS-Gleichtaktspannung und der Referenzspannung Vbg gleich null ist, wird derIn the steady state, when the difference between the output LVDS common-mode voltage and the reference voltage Vb g is zero, the
Strom von Mn gleichmäßig zwischen Mi und M2 aufgeteilt. Daraus resultiert, dass der Strom im Transistor M dem Strom im Transistor Mg und der Strom im Transistor M5 dem Strom im Transistor M10 entspricht. In die Ausgänge des Fehlerverstärkers fließt daher weder Strom hinein noch aus diesen heraus, was einen Spannungsabfall von null über den Widerständen R und R5 ergibt. Daher entsprechen die von M13 O3) nach M15 (I5) und von M12 (U) nach M16 (ΙΘ) fließenden Querströme im Arbeitspunkt dem durch den Wderstand R3 fließenden Strom. Wenn die Ausgangs-Gleichtaktspannung bedingt durch eine Current of Mn equally divided between Mi and M2. As a result, the current in the transistor M corresponds to the current in the transistor Mg and the current in the transistor M5 to the current in the transistor M10. Therefore, neither current flows in nor out of the outputs of the error amplifier, resulting in a zero voltage drop across resistors R and R5. Therefore, the cross currents at the operating point flowing from M13 O3) to M15 (I5) and from M12 (U) to M16 (ΙΘ) correspond to the current flowing through the resistance R3. If the output common mode voltage is due to a
Gleichtaktinterferenz höher als Vbg ist, sind die Drainströme von M und M5 größer als Drainströme von Mg und M10, woraus ein aus beiden Common mode interference is higher than Vb g , the drain currents of M and M5 are larger than drain currents of Mg and M10, of which one out of both
Verstärkerausgängen herausfließender Strom resultiert. Der zusätzliche von dem Transistor M ausgehende Strom fließt durch den Wderstand R5 zum Transistor M17 und erzeugt dadurch eine hohe Gate-Source-Spannung für die TransistorenOutgoing current results from amplifier outputs. The additional current emanating from the transistor M flows through the resistor R5 to the transistor M17 and thereby generates a high gate-source voltage for the transistors
M15 und M16. Die Transistoren M16 und M15 nehmen somit einen großen M15 and M16. The transistors M16 and M15 thus take a large
Gleichtakt-Interferenzstrom auf und verhindern somit ein Abdriften der Ausgangs- Gleichtaktspannung in positiver Richtung. Der zusätzliche von dem Transistor M5 ausgehende Strom fließt durch den Widerstand R zum Transistor M17 und verringert dadurch die Gate-Source-Spannung für die Transistoren M12 und M13 auf null, sodass der Klasse-AB-Arbeitspunktstrom, welcher durch M12 und M13 dem Gleichtaktausgang bereitgestellt wird, komplett abgeschaltet wird. Dadurch werden Querströme vermieden. Wenn die Ausgangs-Gleichtaktspannung bedingt durch eine Gleichtakt-Common mode interference current and thus prevent drifting of the output common mode voltage in the positive direction. The additional current emanating from transistor M5 flows through resistor R to transistor M17, thereby reducing the gate-to-source voltage for transistors M12 and M13 to zero, thus providing the class AB operating point current which is provided by M12 and M13 to the common mode output will be completely shut off. As a result, cross currents are avoided. If the output common mode voltage is due to a common mode
Interferenz niedriger als Vbg ist, dann sind die Drainströme von M und M5 kleiner als die Drainströme von Mg und M10, woraus ein Stromfluss in beide Interference is lower than Vb g , then the drain currents of M and M5 are smaller than the drain currents of Mg and M10, resulting in a current flow in both
Verstärkerausgänge hinein resultiert. Der zusätzliche von dem Transistor M10 aufgenommene Strom fließt durch den Widerstand R und den Transistor Mi und erzeugt eine hohe Gate-Source-Spannung an den Transistoren M12 und M13.Amplifier outputs into it results. The additional current received by the transistor M10 flows through the resistor R and the transistor Mi and generates a high gate-to-source voltage across the transistors M12 and M13.
Die Transistoren M12 und M13 geben somit einen großen Gleichtakt- Interferenzstrom ab und verhindern somit ein Abdriften der Ausgangs- Gleichtaktspannung in negativer Richtung. Der zusätzliche von Mg Transistors M12 and M13 thus provide a large common mode Interference and thus prevent drifting of the output common mode voltage in the negative direction. The additional of Mg
aufgenommene Strom fließt durch den Widerstand R5 und verringert dadurch die Gate-Source-Spannung von den Transistoren M15 und M16 auf null, sodass der Klasse-AB-Arbeitspunktstrom, welcher durch die Transistoren M15 und M16 dem Gleichtaktausgang zugeführt wird, vollständig abgeschaltet wird. absorbed current flows through the resistor R5 and thereby reduces the gate-source voltage from the transistors M15 and M16 to zero, so that the class AB operating point current, which is supplied through the transistors M15 and M16 to the common mode output, is completely turned off.
Neben der Möglichkeit, mit der erfindungsgemäßen Schaltung große Gleichtakt- Interferenzen zu kompensieren, bietet die vorgeschlagene Lösung weitere Vorteile. So verbraucht das erfindungsgemäße Common Mode Feedback System aufgrund des vorgestellten Klasse AB-Vorspannungsschemas nur eine geringe Leistung. Bei korrektem Schaltungsentwurf sind die Querströme im Arbeitspunkt in der Endstufe maximal etwa 100 uA groß. Im Vergleich dazu liegt der typische Stromverbrauch eines LVDS-Leitungstreibers bei 5 mA. Die Klasse AB-Endstufe liefert nur dann einen großen Kompensationsstrom, wenn es eine Gleichtakt-Interferenz gibt. Zudem wird bei dem erfindungsgemäß In addition to the possibility of compensating for large common-mode interferences with the circuit according to the invention, the proposed solution offers further advantages. Thus, the inventive common mode feedback system consumes only a small power due to the presented class AB bias scheme. With correct circuit design, the cross currents at the operating point in the final stage are at most about 100 μA. In comparison, the typical power consumption of a LVDS line driver is 5 mA. The AB output stage provides a large compensation current only when there is common mode interference. In addition, in the invention
vorgeschlagenen Ansatz lediglich eine kleine Chipfläche verbraucht. Die proposed approach consumes only a small chip area. The
Transistoren M12, M13, M15 und M16 der Endstufe können zusätzlich als Transistors M12, M13, M15 and M16 of the power amplifier can also be used as
Schutzeinrichtungen vor elektrostatischer Entladung, auch als sogenannte „electrostatic discharge (ESD)"-Schutzeinrichtungen bezeichnet, verwendet werden. Da sie direkt mit den Pads verbunden sind, müssen sie ohnehin nach ESD-Vorgaben konstruiert werden. Daher sind keine zusätzlichen Platz verbrauchende ESD-Schutzvorrichtungen erforderlich. Des Weiteren ist die erfindungsgemäße Schaltung einfach konzipiert und besteht aus nur wenigen Komponenten im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Electrostatic discharge protection devices, also known as electrostatic discharge (ESD) devices, are used because they are connected directly to the pads, so they must be designed to ESD specifications anyway, so there are no additional space-consuming ESD protection devices Furthermore, the circuit according to the invention is simply designed and consists of only a few components in comparison to those known from the prior art
Vorschlägen. Aus diesem Grund weist die Schaltung eine höhere Robustheit auf. Proposals. For this reason, the circuit has a higher robustness.

Claims

Ansprüche claims
Elektrische Schaltung für ein Common Mode Feedback System zur Electrical circuit for a common mode feedback system for
Verringerung des Einflusses von Gleichtakt-Interferenzen, umfassend einen wenigstens zwei Stromquellen ( , ) aufweisenden Leitungstreiber, zwei Messwiderstände (R1 , R2) und einen Fehlerverstärker (Ai), dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungstreiber ferner wenigstens vier weitere Stromquellen ( , U, I5, \e) umfasst.  Reducing the influence of common-mode interference, comprising a line driver having at least two current sources (12, 14), two measuring resistors (R1, R2) and an error amplifier (Ai), characterized in that the line driver further comprises at least four further current sources (11, 15, 15). \ e).
Elektrische Schaltung nach Anspruch 1 , wobei die wenigstens vier weiteren Stromquellen ( , U, I5, \e) des Leitungstreibers regelbar sind. Electrical circuit according to claim 1, wherein the at least four further current sources (, U, I5, \ e) of the line driver are controllable.
Elektrische Schaltung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der An electrical circuit according to claim 1 or claim 2, wherein the
Fehlerverstärker (Ai) derart ausgebildet ist, dass durch den Fehlerverstärker (Ai) die Stromstärke an den Stromquellen ( , U) erhöht wird, wenn eine von den Widerständen R1 und R2 erfasste Ausgangs-Gleichtaktspannung niedriger als eine Referenzspannung (Vbg) ist. Error amplifier (Ai) is designed such that by the error amplifier (Ai), the current at the current sources (, U) is increased when an output common mode voltage detected by the resistors R1 and R2 is lower than a reference voltage (Vb g ).
Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Electrical circuit according to one of claims 1 to 3, wherein the
Fehlerverstärker (Ai) derart ausgebildet ist, dass durch den Fehlerverstärker (Ai) die Stromstärke an den Stromquellen (I5, ΙΘ) erhöht wird, wenn eine von den Widerständen R1 und R2 erfasste Ausgangs-Gleichtaktspannung höher als eine Referenzspannung (Vbg) ist. Error amplifier (Ai) is designed such that by the error amplifier (Ai), the current at the current sources (I5, ΙΘ) is increased when a detected by the resistors R1 and R2 output common mode voltage is higher than a reference voltage (Vb g ).
Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die elektrische Schaltung ferner eine Klasse AB-Endstufe umfasst. The electrical circuit of any one of claims 1 to 4, wherein the electrical circuit further comprises a class AB power amplifier.
6. Elektrische Schaltung nach Anspruch 5, wobei der Fehlerverstärker (Ai) zwei gleichphasige Ausgänge aufweist, durch welche die Klasse AB-Endstufe steuerbar ist. 6. An electrical circuit according to claim 5, wherein the error amplifier (Ai) has two in-phase outputs, through which the class AB output stage is controllable.
7. Elektrische Schaltung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, wobei die Klasse AB-Endstufe eine Reihenschaltung eines ersten Transistors (Mi ), eines Widerstandes (R3) und eines zweiten Transistors (M17) aufweist. 7. An electrical circuit according to claim 5 or claim 6, wherein the class AB output stage comprises a series circuit of a first transistor (Mi), a resistor (R3) and a second transistor (M17).
8. Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Klasse AB-Endstufe vier Transistoren (M12, M13, M15, Μιε) umfasst. 8. Electrical circuit according to one of claims 5 to 7, wherein the class AB output stage comprises four transistors (M12, M13, M15, Μιε).
9. Elektrische Schaltung nach Anspruch 8, wobei jeweils zwei der Transistoren (M12, M13, M15, Mi6) der Klasse AB-Endstufe PMOS-Transistoren (M12, M13) und NMOS-Transistoren (M15, Mi6) sind. 9. An electrical circuit according to claim 8, wherein each two of the transistors (M12, M13, M15, Mi 6 ) of the class AB output stage PMOS transistors (M12, M13) and NMOS transistors (M15, Mi 6 ) are.
10. Elektrische Schaltung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei die 10. An electrical circuit according to claim 8 or claim 9, wherein the
Transistoren (M12, M13, M15, Μιε) als Schutzeinrichtungen vor  Transistors (M12, M13, M15, Μιε) as protective devices before
elektrostatischer Entladung vorgesehen sind.  Electrostatic discharge are provided.
1 1. Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche Anspruch 5 bis 9, wobei die Klasse AB-Endstufe einen Regelkreis aufweist, welcher mittels 1 1. An electrical circuit according to any one of claims claim 5 to 9, wherein the class AB output stage comprises a control loop, which by means of
Kondensatoren (C3, C , C5, Ce) millerkompensiert ist.  Capacitors (C3, C, C5, Ce) is miller-compensated.
12. Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei parallel zu jedem der Messwiderstände (R1 , R2) ein Kondensator (C1 , C2) geschaltet ist. 12. Electrical circuit according to one of claims 1 to 10, wherein a capacitor (C1, C2) is connected in parallel to each of the measuring resistors (R1, R2).
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