宽带信号传输电路的自适应阻抗匹配电路的制作方法

1.本技术涉及信号传输技术领域，具体涉及一种宽带信号传输电路的自适应阻抗匹配电路。


背景技术：

2.在高速宽带信号传输时，信号传输线的阻抗匹配直接影响到信号传输的质量和效率，匹配不佳的传输线会使高速信号在传输线的两端引起多次的反射，反射信号叠加至信号本身将会使信号的质量变差，眼图抖动加大，噪点增多，导致误码率上升，严重影响到通讯的质量。在芯片、pcb板、收发模块的批量化生产过程中，阻抗匹配的问题会更加严重，导致模块的整体良率降低。
3.以cml(currentmodelogic，电流模式逻辑)电路作为信号源为例，cml电路用于驱动远端的接收设备(如远端的cml输入接口)或者光学负载，传输线的阻抗一般设计成差分100ω或者差分50ω。当远端负载与传输线的阻抗不匹配时，如远端负载为dfb激光器(distributedfeedbacklaser，分布式反馈激光器)，其内阻一般为5～12ω，信号到达传输线与远端负载的连结点时的反射现象无法避免，信号经过传输线到达远端，由于远端的阻抗不匹配，有部分信号反射回来，相位相反，反射信号返回到近端驱动。而如果近端驱动的阻抗与传输线的阻抗也不匹配，则在近端驱动与传输线的连结点处会再次发生反射，相位相反，如此往复，近端和远端的信号会一直有反射信号叠加，最终影响远端负载信号的质量。


技术实现要素：

4.鉴于此，本技术提供一种宽带信号传输电路的自适应阻抗匹配电路，以解决现有的宽带信号传输电路近端阻抗不匹配的问题。
5.本技术的第一方面，提供一种宽带信号传输电路的自适应阻抗匹配电路，宽带信号传输电路包括内阻可控的近端驱动，所述自适应阻抗匹配电路包括：
6.峰值检测电路，用于检测近端驱动的输出信号的峰值电压；
7.差分幅值检测电路，用于检测近端驱动的输出信号的平均幅值；
8.共模值检测电路，用于检测近端驱动的输出信号的共模电压；
9.运算电路，分别与所述峰值检测电路、差分幅值检测电路、共模值检测电路连接，用于根据所述峰值电压、平均幅值及共模电压计算近端输出信号的实际最大摆幅；
10.误差放大器，所述误差放大器的第一输入端与所述运算电路连接，第二输入端用于接入预设的目标最大摆幅，所述误差放大器的输出端用于输出控制电压以调整所述近端驱动的内阻。
11.可选的，所述运算电路包括：
12.第一减法器，输入端分别与所述峰值检测电路及共模值检测电路的输出端连接，用于计算所述峰值电压与所述共模电压的第一差值；
13.第二减法器，输入端分别与所述差分幅值检测电路及共模值检测电路的输出端连接，用于计算所述平均幅值与所述共模电压的第二差值；
14.加法器，输入端分别与所述第一减法器及第二减法器的输出端连接，用于将所述第一差值和第二差值相加，得到所述实际最大摆幅。
15.可选的，所述峰值检测电路包括第一跟随器、第二跟随器、第一二极管、第二二极管及第一电容；
16.所述第一跟随器的同相输入端作为所述峰值检测电路的输入端以接入所述峰值电压；所述第一二极管的阳极与所述第一跟随器的输出端连接；所述第二二极管的阳极与所述第一二极管的阴极连接；所述第二跟随器的同相输入端与所述第二二极管的阴极连接，第二跟随器的反相输入端与第二跟随器的输出端连接，第二跟随器的输出端连接至所述第一二极管的阴极及第二二极管的阳极之间，第二跟随器的输出作为峰值检测电路的输出端；第一跟随器的反相输入端连接至所述第二二极管的阴极及第二跟随器的同相输入端之间，第一跟随器的反相输入端与第一电容连接，通过所述第一电容接地。
17.可选的，所述峰值检测电路还包括第一电阻，所述第一跟随器的输出端通过所述第一电阻连接所述第一二极管。
18.可选的，所述差分幅值检测电路包括第一三极管、第二三极管、第三三极管、第二电阻、第三电阻、第二电容、第三跟随器；
19.所述第一三极管、第二三极管的集电极分别作为所述差分幅值检测电路的输入端，所述第一三极管的基极与所述第一三极管的集电极连接，所述第二三极管的基极与所述第二三极管的集电极连接，所述第一三极管、第二三极管的发射极通过第二电阻接地；所述第三电阻的第一端与所述第一三极管、第二三极管的发射极连接，第三电阻的第二端与所述第三跟随器的同相输入端连接；所述第二电容的第一端连接至所述第三电阻的第二端与所述第三跟随器的同相输入端之间，第二电容的第二端接地；所述第三跟随器的反相输入端与第三跟随器的输出端连接并接地；所述第三三极管的发射极与所述第三跟随器的输出端连接，第三三极管的基极与集电极连接，第三三极管的集电极作为差分幅值检测电路的输出端。
20.可选的，所述差分幅值检测电路还包括pmos管，所述pmos管的漏极与第三三极管的集电极连接，pmos管的栅极用于接入偏置电压，pmos管的源极连接电源。
21.可选的，所述自适应阻抗匹配电路还包括目标最大摆幅产生电路，所述目标最大摆幅产生电路包括镜像电流源及阻值可变的第四电阻，所述第四电阻的第一端接地，第二端连接所述镜像电流源，所述第四电阻的第二端作为所述目标最大摆幅产生电路的输出端与所述误差放大器的第二输入端连接；
22.所述误差放大器的输出端还用于输出控制电压至所述第四电阻。
23.可选的，所述差分幅值检测电路还包括第三电容、第四电容、第七电阻及第八电阻，所述第三电容的第一端作为所述差分幅值检测电路的第一个输入端,所述第三电容的第二端与所述第一三极管的集电极连接，所述第七电阻的第一端与所述第一三极管的集电极连接，所述第七电阻的第二端接入所述共模电压；所述第四电容的第一端作为所述差分幅值检测电路的第二个输入端,所述第四电容的第二端与所述第二三极管的集电极连接，所述第八电阻的第一端与所述第二三极管的集电极连接，所述第八电阻的第二端接入所述
共模电压。
24.第二方面，提供一种宽带信号传输电路，包括信号源、近端驱动、传输线、远端负载，以及如上述任一项所述的自适应阻抗匹配电路，所述近端驱动的内阻可控，所述信号源与所述近端驱动连接，所述近端驱动通过所述传输线与所述远端负载连接，所述自适应阻抗匹配电路的输入端与所述近端驱动的输出端连接，所述误差放大器的输出端作为所述自适应阻抗匹配电路的输出端与所述近端驱动连接，所述自适应阻抗匹配电路用于输出控制电压调整所述近端驱动的内阻。
25.可选的，所述自适应阻抗匹配电路包括两个输入端，用于接入所述近端驱动的输出信号的两个差分电压。
26.本技术上述宽带信号传输电路的自适应阻抗匹配电路，通过检测近端驱动的输出信号的峰值电压、平均幅值及共模电压，计算近端驱动的输出信号的实际最大摆幅，与目标最大摆幅进行比较，并对两者的偏差进行放大，输出控制电压调整近端驱动的内阻，实现近端驱动的内阻的自适应调整，使近端驱动与传输线的阻抗相匹配，从而使远端负载的反射信号在近端驱动处被吸收，不再引起二次及以上的反射，有效提高了远端负载信号的质量。
附图说明
27.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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。
28.图1为本技术实施例提供的自适应阻抗匹配电路的结构示意图；
29.图2为本技术实施例提供的峰值检测电路的结构示意图；
30.图3为本技术实施例提供的差分幅值检测电路的结构示意图；
31.图4为本技术另一实施例提供的差分幅值检测电路的结构示意图；
32.图5为本技术实施例提供的目标最大摆幅产生电路的结构示意图；
33.图6为本技术实施例提供的宽带信号传输电路的结构示意图。
具体实施方式
34.下面结合附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而非全部实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。
35.本技术实施例提供一种宽带信号传输电路的自适应阻抗匹配电路，如图1所示，本技术实施例将近端驱动的内阻记为zs，传输线的阻抗记为zo，电流源记为im，宽带信号传输电路包括内阻可控的近端驱动，所述自适应阻抗匹配电路包括：
36.峰值检测电路11，用于检测近端驱动的输出信号的峰值电压vpeak，峰值检测电路11的输入端接入近端驱动的任一差分电压，图示以接入vop为例。
37.差分幅值检测电路12，用于检测近端驱动的输出信号的平均幅值vd。
38.共模值检测电路13，用于检测近端驱动的输出信号的共模电压vcm。
39.运算电路14，分别与所述峰值检测电路11、差分幅值检测电路12、共模值检测电路13的输出端连接，用于根据所述峰值电压vpeak、平均幅值vd及共模电压vcm计算近端输出信号的实际最大摆幅vreal。
40.误差放大器15，所述误差放大器15的第一输入端与所述运算电路14的输出端连接，误差放大器15的第二输入端用于接入预设的目标最大摆幅videal，所述误差放大器15的输出端用于输出控制电压vtrol以调整所述近端驱动的内阻zs。
41.具体实现时，宽带信号传输电路包括两个差分的近端驱动，这两个近端驱动输出信号的差分电压分别记为von和vop，如图1所示，差分幅值检测电路12的两个输入端分别与对应近端驱动的输出端连接，即分别接入差分电压von及vop，根据差分电压von及vop得到近端驱动的输出信号的平均幅值vd；共模值检测电路13的输入端可连接任一近端驱动，以接入近端驱动的任一差分电压，图示以接入vop为例。
42.自适应阻抗匹配电路分别检测近端驱动的输出信号的峰值电压vpeak，检测近端驱动的输出信号的平均幅值vd，检测近端驱动的输出信号的共模电压vcm，运算电路14根据峰值电压、平均幅值及共模电压计算近端输出信号的实际最大摆幅vreal，误差放大器15对实际最大摆幅vreal与预设目标最大摆幅videal的偏差进行误差放大，得到控制电压vtrol，根据控制电压vtrol调整近端驱动的内阻zs，以使近端驱动的内阻zs与传输线阻抗zo相匹配。本实施方式的预设的目标最大摆幅videal表示近端驱动的内阻zs与传输线的阻抗zo相匹配时，近端驱动输出信号的最大摆幅，即理想的最大摆幅。
43.需要说明的是，由于实际宽带信号通常为nrz码(non
‑
return
‑
to
‑
zerocode，不归零码)，其可视为无数脉冲信号的合成，nrz的01电平转换时呈现输出信号的实际最大摆幅vreal与目标最大摆幅videal偏差的现象，即当传输线阻抗zo大于近端驱动的内阻zs时，实际最大摆幅vreal偏高；当传输线阻抗zo小于近端驱动的内阻zs时，实际最大摆幅vreal偏低。因此可以通过近端输出信号的实际最大摆幅vreal与目标最大摆幅videal的之间的偏差调整近端驱动的内阻zs，达到自适应阻抗匹配的效果。
44.上述实施例通过检测近端驱动的输出信号的峰值电压、平均幅值及共模电压，计算近端驱动的输出信号的实际最大摆幅，与目标最大摆幅进行比较，并对两者的偏差进行放大，输出控制电压调整近端驱动的内阻zs，实现近端驱动的内阻zs的自适应调整，使近端驱动与传输线的阻抗相匹配，从而使远端的反射信号在近端被吸收，不再引起二次及以上的反射，有效提高了远端负载信号的质量。
45.在一些实施方式中，如图1所示，所述运算电路14包括第一减法器141，第二减法器142和加法器143，第一减法器141的输入端分别与所述峰值检测电路11及共模值检测电路13的输出端连接，用于计算所述峰值电压vpeak与所述共模电压vcm的第一差值。第二减法器142的输入端分别与所述差分幅值检测电路12及共模值检测电路13的输出端连接，用于计算所述平均幅值vd与所述共模电压vcm的第二差值。加法器143的输入端分别与所述第一减法器141及第二减法器142的输出端连接，用于将所述第一差值和第二差值相加，得到所述实际最大摆幅，即vreal＝vpeak vd
‑
2vcm。
46.在一些实施方式中，如图2所示，峰值检测电路11包括第一跟随器op1、第二跟随器op2、第一二极管d1、第二二极管d2及第一电容c1。所述第一跟随器op1的同相输入端作为所述峰值检测电路11的输入端以接入所述峰值电压vpeak。所述第一二极管d1的阳极与所述
第一跟随器op1的输出端连接。所述第二二极管d2的阳极与所述第一二极管d1的阴极连接。所述第二跟随器op2的同相输入端与所述第二二极管d2的阴极连接，第二跟随器op2的反相输入端与第二跟随器op2的输出端连接，第二跟随器op2的输出端连接至所述第一二极管d1的阴极及第二二极管d2的阳极之间，第二跟随器op2的输出作为峰值检测电路11的输出端。第一跟随器op1的反相输入端连接至所述第二二极管d2的阴极及第二跟随器op2的同相输入端之间，第一跟随器op1的反相输入端与第一电容c1连接，通过所述第一电容c1接地。
47.第一跟随器op1跟随vop的电压，在这个过程中，第一跟随器op1的输出通过第一二极管d1，第二二极管d2给第一电容c1充电，第一电容c1的电压v1跟随至vop的峰值后保持不变，直至vop的下一个峰值。同理，第二跟随器op2的输出电压跟随第一电容c1的电压v1，即vop的峰值。当vop电压下降时，第二二极管d2两端的电压为0，几乎不会漏电，d1处于反偏状态，因此漏电现象也较低，通过峰值检测电路11可以有效地检测到近端驱动的输出信号的峰值并输出。
48.在一些实施方式中，峰值检测电路11还包括第一电阻r1，第一跟随器op1的输出端通过第一电阻r1连接第一二极管d1。由于第一电阻r1的限流作用，在vop电压下降时，通过设置第一电阻r1可以进一步降低第一二极管d1的漏电。
49.在一些实施方式中，第一电容c1为极性电容，第一跟随器op1的反相输入端与第一电容c1的正极连接，第一电容c1的负极接地。
50.在一些实施方式中，第二跟随器op2的输出端通过第五电阻r5连接至第一二极管d1的阴极。
51.在一些实施方式中，如图3所示，差分幅值检测电路12包括第一三极管n1、第二三极管n2、第三三极管n3、第二电阻r2、第三电阻r3、第二电容c2、第三跟随器op3。所述第一三极管n1、第二三极管n2的集电极分别作为所述差分幅值检测电路12的输入端，以分别接入差分电压vop及von，所述第一三极管n1的基极与所述第一三极管n1的集电极连接，所述第二三极管n2的基极与所述第二三极管n2的集电极连接，所述第一三极管n1、第二三极管n2的发射极通过第二电阻r2接地；所述第三电阻r3的第一端与所述第一三极管n1、第二三极管n2的发射极连接，第三电阻r3的第二端与所述第三跟随器op3的同相输入端连接；所述第二电容c2的第一端连接至所述第三电阻r3的第二端与所述第三跟随器op3的同相输入端之间，第二电容c2的第二端接地；所述第三跟随器op3的反相输入端与第三跟随器op3的输出端连接并接地；所述第三三极管n3的发射极与所述第三跟随器op3的输出端连接，第三三极管n3的基极与集电极连接，第三三极管n3的集电极作为差分幅值检测电路12的输出端。
52.第一三极管n1、第二三极管n2的发射极电压vp会跟随差分电压vop、von中较大的一边的电压，并保持压差vbe，vp通过第二电阻r2接地，因此vp的峰值不会一直保持，而是呈现等于平均幅值vd与压差vbe差值的趋势，电压vp通过第三电阻r3及第二电容c2滤波后通过第二跟随器op2跟随至第二跟随器op2的反相输入端，通过第三三极管n3抵消压差vbe，得到平均幅值vd并进行输出，平均幅值vd即为信号的差分幅值。
53.在一些实施方式中，差分幅值检测电路12还包括pmos管m1，pmos管m1的漏极与第三三极管n3的集电极连接，pmos管m1的栅极用于接入偏置电压vb，pmos管m1的源极连接电源。
54.在一些实施方式中，第三三极管n3的个数和尺寸与第一三极管n1、第二三极管n2
相同，在第三跟随器op3跟随发射极电压vp后，可以通过第三三极管n3的基极发射极的压降，抵消第一三极管n1、第二三极管n2的基极发射极的压降。
55.在一些实施方式中，如图3所示，差分幅值检测电路12还包括第六电阻r6，第三三极管n3的发射极通过第六电阻r6接地，第六电阻r6的阻值与第二电阻r2相等，以使第一三极管n1、第二三极管n2、第三三极管n3的工作电流接近。
56.在一些实施方式中，第二电容c2为滤波电容，第二电容c2的正极与第三跟随器op3的同相输入端连接，第二电容c2的负极接地。
57.在一些实施方式中，由于cml输出级电路通常有两种应用方式，交流耦合输出和直流耦合输出。交流耦合输出时，输出vop、von共模电压相等，差分幅值检测电路12可以由vop、von直接输入，即上述实施方式中的差分幅值检测电路12。
58.直流耦合输出时，如图4所示，差分幅值检测电路12还包括第三电容c3、第四电容c4、第七电阻r7、第八电阻r8。第三电容c3的第一端作为差分幅值检测电路12的一个输入端，接入差分电压vop,第三电容c3的第二端与第一三极管n1的集电极连接，第七电阻r7的第一端与第一三极管n1的集电极连接，第七电阻r7的第二端接入共模电压vcm。同理，第四电容c4的第一端作为差分幅值检测电路12的另一个输入端，接入差分电压von,第四电容c4的第二端与第二三极管n2的集电极连接，第八电阻r8的第一端与第二三极管n2的集电极连接，第八电阻r8的第二端接入共模电压vcm。由于cml输出级电路为直流耦合输出时，近端驱动输出的vop、von的共模电压不相等，差分电压vop、von输入差分幅值检测电路12时需要经过第三电容c3、第四电容c4隔离，隔离后通过第七电阻r7、第八电阻r8上拉至共模电压vcm。
59.在一些实施方式中，共模值检测电路13采用rc低通滤波器，rc低通滤波器的输入端作为共模值检测电路13的输入端接入差分信号vop，rc低通滤波器的输出端作为共模值检测电路13的输出端，通过rc低通滤波器对近端驱动输出的差分电压进行滤波，得到共模电压vcm。
60.在一些实施方式中，如图1所示，所述自适应阻抗匹配电路还包括目标最大摆幅产生电路16，具体的，如图5所示，所述目标最大摆幅产生电路16包括镜像电流源及阻值可变的第四电阻r4，所述第四电阻r4的第一端接地，第二端连接所述镜像电流源，所述第四电阻r4的第二端作为所述目标最大摆幅产生电路16的输出端与所述误差放大器15的第二输入端连接。通过镜像电流流经第四电阻r4产生目标输出幅值videal，目标最大摆幅产生电路16要产生的是阻抗匹配条件下输出信号的最大摆幅，其镜像电流ip与电流源im成指定的倍数关系，第四电阻r4与近端驱动的内阻zs成指定的倍数关系，即满足如下公式：
[0061][0062]
其中k为大于1的整数。因此最终满足如下公式：
[0063][0064]
自适应阻抗匹配电路误差放大器15的输出端与第四电阻r4连接，用于输出控制电压vtrol至第四电阻r4，以调整第四电阻r4的阻值使第四电阻r4与近端驱动的内阻zs满足上述指定的倍数关系。
[0065]
基于同样的发明构思，本技术的另一方面，提供一种宽带信号传输电路，如图6所示，宽带信号传输电路包括信号源、近端驱动、传输线、远端负载，所述近端驱动的内阻zs可控，所述信号源与所述近端驱动连接，所述近端驱动通过所述传输线与所述远端负载连接。如图1所示，宽带信号传输电路还包括如上述任一项所述的自适应阻抗匹配电路，所述自适应阻抗匹配电路的输入端与所述近端驱动的输出端连接，所述自适应阻抗匹配电路的误差放大器15的输出端作为所述自适应阻抗匹配电路的输出端与所述近端驱动的内阻zs连接，所述自适应阻抗匹配电路用于输出控制电压vtrol调整所述近端驱动的内阻zs。
[0066]
在一些实施方式中，如图1所示，自适应阻抗匹配电路包括两个输入端，分别用于接入近端驱动的输出信号的两个差分电压。
[0067]
尽管已经相对于一个或多个实现方式示出并描述了本技术，但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本技术包括所有这样的修改和变型，并且仅由所附权利要求的范围限制。特别地关于由上述组件执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语旨在对应于执行所述组件的指定功能(例如其在功能上是等价的)的任意组件(除非另外指示)，即使在结构上与执行本文所示的本说明书的示范性实现方式中的功能的公开结构不等同。
[0068]
即，以上所述仅为本技术的实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。
[0069]
另外，在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。另外，对于特性相同或相似的结构元件，本技术可采用相同或者不相同的标号进行标识。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0070]
在本技术中，“示例性”一词是用来表示“用作例子、例证或说明”。本技术中被描述为“示例性”的任何一个实施例不一定被解释为比其它实施例更加优选或更加具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本技术，本技术给出了以上描述。在以上描述中，为了解释的目的而列出了各个细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本技术。在其它实施例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本技术的描述变得晦涩。因此，本技术并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本技术所公开的原理和特征的最广范围相一致。