專利名稱：全雙工通信系統(tǒng)中的接收機阻抗校準設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及全雙工通信系統(tǒng)中的接收機阻抗校準設(shè)備。
為了完成高速有線通信，發(fā)射機和接收機與連接它們的電纜阻抗匹配是重要的。假如這種匹配沒有完成，一些信號在一個后面的點上將被再次反射到發(fā)射機和接收機，在此這給被發(fā)送的信號增加了錯誤。在半導體電路設(shè)備和其內(nèi)部連接的電纜中的制造變化使得校準成為了低價格、高性能通信的一個必要部分。對于發(fā)射機提供必要的校準，許多技術(shù)是可用的。它們主要依靠沿著電線發(fā)送某種信號和查找什么信號被反射。這對發(fā)射機非常有效，但對接收機卻不容易執(zhí)行。為了在接收機上實施這種功能，發(fā)射機可以被添加到接收機的輸入部分。這增加了費用、復雜性和接收機的容量，所有的這些都是不希望的。
需要的是對接收機阻抗校準有效的、低成本的、簡單的、低阻抗的設(shè)備。
下面是附圖的簡要描述，其中

圖1是在解釋和理解未優(yōu)化的阻抗不匹配系統(tǒng)中用到的示例系統(tǒng)的部分方框圖；圖2是一個實施例的方框/示意圖，該實施例包含一個未優(yōu)化的(disadvantageous)設(shè)備，該設(shè)備用于在全雙工通信系統(tǒng)中將主機和外圍設(shè)備校準到接口阻抗。
圖3是對于未優(yōu)化的圖2實施例的操作流程圖，用于在全雙工通信系統(tǒng)中將主機和外圍設(shè)備校準到接口阻抗。
圖4是一個實施例的方框/示意圖，該實施例包含一個優(yōu)化的(advantageous)設(shè)備，該設(shè)備用于在全雙工通信系統(tǒng)中將主機和外圍設(shè)備校準到接口阻抗。
圖5是對于優(yōu)化的圖4實施例的操作流程圖，用于在全雙工通信系統(tǒng)中將主機和外圍設(shè)備校準到接口阻抗。
如前所述，在電子信號傳輸領(lǐng)域，公知假如一個傳輸?shù)男盘栄刂粭l傳輸路徑經(jīng)歷任何中斷(如，阻抗變化)，該信號可能經(jīng)歷不希望的效應，如信號反射。在兩個內(nèi)部連線的集成電路之間的全雙工通信領(lǐng)域?qū)⒈挥脕砝C該問題和實施例，盡管本發(fā)明的實施不限于此。尤其，參照圖1對背景技術(shù)進行論述，圖中所示的是標記有ICH的主機集成電路(IC)，標記有ICp的外圍集成電路和連接到輸入和輸出終端的并且在它們之間提供全雙工信號傳輸路徑的雙工傳輸介質(zhì)MH-P，MP-H(如同軸電纜)。該主機通過連接到外圍設(shè)備上的兩對差分信號線與接收機進行通信。其中一對用來從主機傳輸?shù)酵鈬O(shè)備，另一對用來從外圍設(shè)備接收到主機。盡管傳輸介質(zhì)MH-P，MP-H被制造成具有一個擁有預定特征的阻抗值，如50歐姆的目標，但實際上，提供精確阻抗具有驚人的/沒有競爭力的昂貴價格，因此，權(quán)衡可負得起的價格項目來看，某些在阻抗上的預定變化還是可以忍受的。
假如在ICH中的發(fā)射機從輸入/輸出(I/O)終端輸出信號SIG到傳輸介質(zhì)MH-P，該信號SIG將沿著傳輸線MH-P傳輸，并且除非ICH的I/O終端與傳輸介質(zhì)MH-P的特征性的阻抗是匹配的，該傳輸信號將經(jīng)歷一個阻抗中斷并且將有不希望的效應，如信號反射REFL。這種信號反射REFL是不希望的因為它減少了信號SIG的強度和/或產(chǎn)生噪音。假如ICp與傳輸線阻抗不匹配，該信號SIG也可能從ICp反射，并且也減少了信號強度和/或產(chǎn)生噪音。反射計被用來觀察信號的反射以便調(diào)諧阻抗。Labell作為一種避免阻抗基本不匹配的方法，如外部電阻器REXT(圖1)的阻抗可以被提供在每個I/O終端以便使得傳輸線和I/O終端阻抗匹配。為了清晰和簡潔，阻抗僅在主機旁被示出。由于具有了該阻抗匹配，則將很少有中斷并且因此在線末端的傳輸信號被反射將達到最小。對于該方法，問題是需要每個I/O終端典型的相應的精密電阻(如，電阻器)，這種精密電阻在價格上來說相對比較高。而且，因為精密電阻必須被連接到各自的I/O終端，制造成本、時間和復雜性被增加。進一步，外部阻抗在印刷電路板上(PCB)占據(jù)大量的空間(就是說，″不動產(chǎn)″)。在目前的計算機工業(yè)趨勢中需要提供越來越多的密集和微型的裝置(如計算機，服務器等等)，這是未優(yōu)化的。
盡管在集成電路內(nèi)部提供精密電阻(即，印模)是好的，但是集成電路制造工藝在不同的制造批次之間顯著不同，并且因此導致了這種制造變化，集成電路元件的相應變化使得提供/保證這種精密電阻器變得非常困難和/或具有高得驚人的成本。例如，一個CMOS過程可能導致裝置具有從-50％變化到+150％的目標特性。而且，即使這種精密電阻能被提供在印模上，該方法將仍然是未優(yōu)化的，因為精密電阻器的使用是靜態(tài)技術(shù)，這種靜態(tài)技術(shù)在集成電路安裝時不考慮對變化著的傳輸介質(zhì)阻抗進行設(shè)置，并且這種技術(shù)不考慮連續(xù)的進行工藝、電壓和溫度補償。那就是說，電壓和溫度環(huán)境，例如，在一個裝置操作期間，在集成電路和/或信號傳輸路徑上隨著時間變化，并且因此，任何匹配設(shè)備應該有能力連續(xù)的“適應”這種隨著時間的變化。
工業(yè)領(lǐng)域的一種傾向是提供“在印模上”的阻抗匹配設(shè)備。尤其，參照附圖2，所示的是主機，外圍設(shè)備和傳輸介質(zhì)MH-P，MP-H，主機和外圍設(shè)備的內(nèi)部的更細節(jié)的部分。更具體的講，進一步例證的是主機發(fā)射機TH，主機接收機/發(fā)射機RTH，外圍設(shè)備發(fā)射機Tp，和外圍設(shè)備接收機/發(fā)射機RTp。如圖所示的典型的輸入和輸出與各種各樣的發(fā)射機和接收機相關(guān)，但是與這種輸入和輸出相關(guān)的具體細節(jié)在本領(lǐng)域是眾所周知的，并且為了簡潔，不在這兒進行詳細論述。所示的與主機發(fā)射機TH相關(guān)的是主機發(fā)射機校準阻抗ZTH，和與主機接收機/發(fā)射機RTH相關(guān)的主機接收機/發(fā)射機校準阻抗ZRTH。相似的，校準阻抗ZTP和ZRTP在外圍設(shè)備中被引進。尤其，作為一個非限定性的例子，圖2(和圖4)設(shè)備能夠代表一種結(jié)構(gòu)，在此，主機代表母板，外圍設(shè)備代表硬件驅(qū)動，和在此傳輸介質(zhì)(如電纜)允許根據(jù)串行ATA協(xié)議在母板和硬件驅(qū)動之間串行傳輸數(shù)據(jù)/指令。
圖3是一個流程圖，該圖示出了對未優(yōu)化的圖2實施例的操作，即，用于在全雙工通信系統(tǒng)中將主機和外圍設(shè)備校準到接口阻抗。許多反射學的方法在本領(lǐng)域中是周知的并且許多校準該晶體管和接收機的基準阻抗的方法同樣在本領(lǐng)域中是周知的，因此，為了簡潔這種方法的詳細情況不在此論述，但是所有的這種方法是能夠適用于圖2的設(shè)備和實施于本發(fā)明的。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖3所示的流程圖300的進一步的細節(jié)論述。在“開始”之后，在塊302中，將主機發(fā)射機阻抗ZTH調(diào)諧和校準到接口阻抗(即，在該例中的傳輸介質(zhì)MH-P的阻抗)。在塊304中，將外圍接收機阻抗ZRTP調(diào)諧和校準到接口阻抗(傳輸介質(zhì)MH-P的阻抗)。相似的，在塊306和308中，將外圍發(fā)射機阻抗ZTP和主機接收機阻抗ZRTH調(diào)諧和校準到接口阻抗(即，傳輸介質(zhì)MP-H的阻抗)。
圖2所示的實施例在許多方面是未優(yōu)化的。最重要的是，與在每個主機和外圍設(shè)備中的接收機相關(guān)的外部發(fā)射機增加了接收機的成本，復雜性和另外的阻抗(如容量)，所有的這些都是不希望的。尤其，這種外部的發(fā)射機被提供的唯一目的是調(diào)諧/校準相關(guān)的接收機，即，這種發(fā)射機被用來發(fā)送和反射來自接口阻抗的信號以便校準接收機的阻抗。在阻抗校準之后，與接收機相關(guān)的發(fā)射機被禁用。因此，僅有很小使用率，并且與接收機相關(guān)的發(fā)射機代表了印模“不動產(chǎn)”的非有效使用并增加了不必要的成本和復雜性。而且，這種發(fā)射機負面的包含相關(guān)的阻抗，這種阻抗可能負面的影響調(diào)諧/校準，因為當頻率變化時，電抗性(reactive)的元件對電路有可變效應。
圖4是一個包含優(yōu)化設(shè)備的實施例的方框/示意圖，該設(shè)備用于在全雙工通信系統(tǒng)中將主機和外圍設(shè)備校準到接口阻抗。特別的，為了簡潔，僅對與圖2未優(yōu)化的實施例的不同進行討論。作為第一個變化，傳輸介質(zhì)MB作為成束的傳輸介質(zhì)被提供，這是指對于全雙工通信的兩根傳輸線，是在相同的環(huán)境下被制造或緊密匹配以便兩根傳輸介質(zhì)(即線路)具有在預定的承受力下彼此接近匹配的阻抗(和可能的其它特性)。在下面的論述中，包含這種匹配的阻抗的優(yōu)點將變得更加明顯。作為第二個重要的變化，圖4所示的優(yōu)化實施例通過補充高容量制造的一致性使得阻抗校準得到簡化。特別的是，盡管在不同批次來自發(fā)射機、接收機或電纜的特性阻抗可能變化非常大，但相反，在一個批次內(nèi)，這些阻抗一致性非常好。例如，在半導體中，假如一個裝置確定要有一個特性阻抗，我們可以設(shè)想在相同的印模上的同一裝置將有相同的特性阻抗。相似的，假如在串行ATA電纜中的每對信號線同步地制造，那么它們有相似的特性阻抗的可能性很高。具有了這種知識，設(shè)計者能夠?qū)l(fā)射機校準到傳輸介質(zhì)(即，電纜)的接口阻抗，并且用拷貝的或相同的來自已經(jīng)校準地裝置的特性阻抗來校準接收機負載。
更具體的講，圖5示出的是相應于圖4所示的優(yōu)化實施例的操作的流程圖，即，該實施例用于在全雙工通信系統(tǒng)中將主機和外圍設(shè)備校準到接口阻抗。特別的是，在流程圖500中，在開始之后，在塊502中，將主機發(fā)射機阻抗ZTH調(diào)諧和校準到接口阻抗(即，在這種情況下調(diào)諧和校準到傳輸介質(zhì)束MB的特性阻抗)。例如，一個允許對發(fā)射機特性阻抗進行選擇性校準的解決方案將使用一組三極管模式的裝置。在校準期間(如在系統(tǒng)初始化期間)，反射學方法和迭代環(huán)用來決定多少那些裝置應該能使得取得理想的與發(fā)射機差分信號對匹配的阻抗。這是一個眾所周知的技術(shù)并且不是這里公開的重點。
一旦發(fā)射機阻抗被校準和設(shè)置，一個設(shè)置或相應于該校準/匹配的值能被存儲，例如，存儲在寄存器REGTH(圖4)中。一個相同的第二組三極管裝置用做接收機的負載(即，校準阻抗)。該設(shè)置(如，裝置的數(shù)量)或要求完成具有接口阻抗的發(fā)射機的最優(yōu)匹配的值也被應用(圖5中的塊504)到接收機以便接收機現(xiàn)在與發(fā)射機具有相同的阻抗。由于發(fā)射機和接收機同時一起在印模上制造并且相同特性是相似的，并且由于成束的傳輸介質(zhì)MB彼此匹配，所以現(xiàn)在接收機使得其阻抗ZRH與接口阻抗能夠匹配。那就是說，相應于存儲在寄存器REGTH中的發(fā)射機的被校準的阻抗的值能被傳輸?shù)较嗨频慕邮諜C寄存器REGRH，如圖4所示的虛線箭頭所示。結(jié)果拷貝的值被運用以使得寄存器的阻抗校準起作用。
對于圖4所示的實施例的外圍設(shè)備有相似的論述。特別的是，在塊506中，外圍發(fā)射機阻抗被調(diào)諧/校準到MB的接口阻抗并且校準的外圍發(fā)射機阻抗的值被應用(塊508)以同樣設(shè)置外圍接收機阻抗，如，再次通過使用寄存器REGTP和REGRP，如圖4(外圍設(shè)備)所示的虛線箭頭所示。盡管圖5所示的流程圖500示出了首先校準主機的發(fā)射機和接收機，接著校準外圍設(shè)備的發(fā)射機和接收機，但本發(fā)明的實施不限與此，即，外圍設(shè)備也能首先校準。
由上述描述可知，本發(fā)明的設(shè)備是簡單的但是有功效的，因為它幫助使得低成本、高容量和高性能串行通信設(shè)備的發(fā)展成為可能。特別是，該設(shè)備不對接收機增加成本或負擔，實際上，為了校準目的，該設(shè)備通過消除任何外部的與接收機相關(guān)的發(fā)射機減少了成本和負擔。更特別的是，圖4所示的設(shè)備在主機側(cè)僅有一個發(fā)射機和一個接收機，并且僅有一個發(fā)射機和接收機在外圍設(shè)備側(cè)。
另外的好處是，在主機和外圍設(shè)備任何一端的發(fā)射機和接收機阻抗校準相對于圖2所示的未優(yōu)化的設(shè)備被及時減少，這是因為僅僅發(fā)射機阻抗調(diào)諧/校準被應用并且然后簡單地應用于接收機，這與對發(fā)射機和接收機執(zhí)行分離的阻抗校準是不同的。這種阻抗校準能在任何時間段或情況下應用。例如，阻抗校準可以在系統(tǒng)初始化時執(zhí)行，基于定時器時間周期性地執(zhí)行，在傳輸介質(zhì)(即，電纜)改變時執(zhí)行，在預定的溫度被溫度傳感器檢測到時執(zhí)行，通過系統(tǒng)或用戶請求來執(zhí)行，通過檢測操作電壓或平均傳輸頻率來執(zhí)行，等等。
為了最大化讓發(fā)射機校準阻抗和接收機校準阻抗相等地與成束傳輸介質(zhì)匹配的精確度，一些另外的防備措施是需要的。特別地，在主機(或外圍設(shè)備)上的發(fā)射機和接收機應該被安排到位置上盡可能的彼此接近。那就是說，略微的工藝變化可能甚至在一個相同印模上的不同區(qū)域發(fā)生。使發(fā)射機和接收機位置上彼此接近能夠最大化發(fā)射機和接收機的特性彼此精確匹配的可能性。而且，這種發(fā)射機和接收機，除了被提供在一個印模上之外，應該也被安排暴露在相同的環(huán)境下。例如，對于相同的熱影響，該發(fā)射機和接收機應該相同的接近熱源，如散熱片，并且應該經(jīng)受相同等級的涼風流。
除了上面描寫的內(nèi)部連線環(huán)境，本發(fā)明的實施并不限于電纜。例如，參照圖4，主機和外圍設(shè)備可能作為一個半導體集成電路安裝在印刷電路板上，而傳輸介質(zhì)MB可以是電路板上的軌跡。再者，既然電路板軌跡可能在相同的時間在相同的環(huán)境下被制造，這種軌跡將會有相應的特性(如，阻抗)。再例如，圖4所示的主機和外圍設(shè)備可能在相同印模的不同的集成電路區(qū)域，而傳輸介質(zhì)MB可以是涂上去的半導體連線或沉積的金屬布線(如，鋁或銅)。再者，普通的制造將導致基本上普通的特性。因此，可以看出，本發(fā)明的實施可以應用在模塊到模塊(box-to-box)、芯片到芯片(chip-to-chip)、模塊內(nèi)部(insidea box)，在印模上(on-die)，等等。
最后，參照“一個實施例”的詳細描述，“一個實施例”，“實施例”，等等，是指結(jié)合實施例描寫的特別的特征、結(jié)構(gòu)、或包括在本發(fā)明的至少一個實施例中的特性。在說明書中各個地方的這種短語的出現(xiàn)沒有必要全部涉及同一個實施例。而且當特定的特征、結(jié)構(gòu)、或特性結(jié)合任何實施例被描寫時，結(jié)合其它實施例實現(xiàn)該特征、結(jié)構(gòu)或特性，可以認為在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解的范圍內(nèi)。
這包括實施例的描寫。盡管本發(fā)明是參照其中的一些示例性的實施例進行描寫的，但應該理解許多被本領(lǐng)域的技術(shù)人員設(shè)計的其它修改和實施例也將落入本發(fā)明原則的精神和范圍內(nèi)。特別的是，合理的變化和修改是可能落入上述公開內(nèi)容、附圖和附加的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的元件中和/或結(jié)合設(shè)備的設(shè)備中而沒有偏離本發(fā)明的精神。除了在元件和/或設(shè)備中的變化和修改，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，一些替換性的使用也是明顯的。
特別的是，對于上面提到的內(nèi)容，本發(fā)明的實施例不限于上面描寫的電纜例或有線環(huán)境，即，假設(shè)接收機阻抗校準在任何地方需要，本發(fā)明可以應用在內(nèi)部的模塊環(huán)境中。而且，本發(fā)明的實施不限于雙工通信，而且也可以應用在三工，多工通信中，甚至可以在其中的主機和外圍設(shè)備之間有更多(如，好幾百)內(nèi)部連接的傳輸路徑的設(shè)備中。更進一步，本發(fā)明的實施不限于將發(fā)射機和接收機阻抗與傳輸路徑阻抗進行匹配，即，本發(fā)明的實施可以被用來將任何類型裝置的阻抗和任何外部阻抗進行匹配。
作為另外一個變化例，上面的實施例描寫的情形是有基本上匹配的特性(如，阻抗)和相同的設(shè)置或值的裝置(如，發(fā)射機和接收機)和/或傳輸介質(zhì)被變換到與其它裝置進行阻抗匹配，但是本發(fā)明的實施并不限與此。例如，一個主機的接收機可以被構(gòu)造或已知與主機的發(fā)射機的特性有其它比例(除了等于1)的特性，如，是主機的發(fā)射機的阻抗的兩倍。在這種情況下，為了合適的匹配，需要考慮周知的比例以向接收機變換或改變合適的設(shè)置或值。
權(quán)利要求
1.一種阻抗校準設(shè)備，其特征在于包括彼此之間具有基本上預定的呈比例的特性的多個裝置；彼此之間具有基本上預定的呈比例的阻抗的多個接口設(shè)備；和阻抗匹配設(shè)備，用于將所述多個裝置中的一個裝置的阻抗匹配到所述多個接口設(shè)備的一個接口設(shè)備的阻抗，并且應用該阻抗匹配的預定比例設(shè)置，以將所述多個裝置中的至少另一個裝置阻抗匹配到所述多個接口設(shè)備的相應接口設(shè)備。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述多個裝置是發(fā)射機和接收機中的至少一個，并且所述多個接口設(shè)備是傳輸介質(zhì)。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述多個裝置具有基本上匹配的特性，所述多個接口設(shè)備具有基本上匹配的阻抗，并且所述阻抗匹配設(shè)備被安排應用所述阻抗匹配的相同設(shè)置。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述多個裝置和所述多個接口裝置是全多工通信系統(tǒng)中的一部分，該全多工通信系統(tǒng)至少是一個全雙工通信系統(tǒng)。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述多個裝置形成在同一印模上。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述多個接口設(shè)備是至少下列其中之一來自同樣的制造，和在彼此基本上阻抗匹配之后物理地捆束在一起。
7.一種系統(tǒng)，其特征在于包括阻抗校準設(shè)備，該設(shè)備包括彼此之間具有基本上預定的呈比例的特性的多個裝置；彼此之間具有基本上預定的呈比例的阻抗的多個接口設(shè)備；和阻抗匹配設(shè)備，用于將所述多個裝置中的一個裝置的阻抗匹配到所述多個接口設(shè)備的一個接口設(shè)備的阻抗，并且應用該阻抗匹配的預定比例設(shè)置，以將所述多個裝置中的至少另一個裝置阻抗匹配到所述多個接口設(shè)備的相應接口設(shè)備。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述多個裝置是發(fā)射機和接收機中的至少一個，并且所述多個接口設(shè)備是傳輸介質(zhì)。
9.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述多個裝置具有基本上匹配的特性，所述多個接口設(shè)備具有基本上匹配的阻抗，并且所述阻抗匹配設(shè)備被安排應用所述阻抗匹配的相同設(shè)置。
10.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述多個裝置和所述多個接口裝置是全多工通信系統(tǒng)中的一部分，該全多工通信系統(tǒng)至少是一個全雙工通信系統(tǒng)。
11.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述多個裝置形成在同一印模上。
12.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述多個接口設(shè)備是至少下列其中之一來自同樣的制造，和在彼此基本上阻抗匹配之后物理地捆束在一起。
13.一種阻抗校準方法，包含彼此之間具有基本上預定的呈比例的特性的多個裝置；彼此之間具有基本上預定的呈比例的阻抗的多個接口設(shè)備；和阻抗匹配設(shè)備，用于將所述多個裝置中的一個裝置的阻抗匹配到所述多個接口設(shè)備的一個接口設(shè)備的阻抗，并且應用該阻抗匹配的預定比例設(shè)置，以將所述多個裝置中的至少另一個裝置阻抗匹配到所述多個接口設(shè)備的相應接口設(shè)備。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述多個裝置是發(fā)射機和接收機中的至少一個，并且所述多個接口設(shè)備是傳輸介質(zhì)。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述多個裝置具有基本上匹配的特性，所述多個接口設(shè)備具有基本上匹配的阻抗，并且所述阻抗匹配設(shè)備被安排應用所述阻抗匹配的相同設(shè)置。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述多個裝置和所述多個接口裝置是全多工通信系統(tǒng)中的一部分，該全多工通信系統(tǒng)至少是一個全雙工通信系統(tǒng)。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述多個裝置形成在同一印模上。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述多個接口設(shè)備是至少下列其中之一來自同樣的制造，和在彼此基本上阻抗匹配之后物理地捆束在一起。
全文摘要
本發(fā)明涉及全雙工通信系統(tǒng)中的接收機阻抗校準設(shè)備。
文檔編號H04L5/14GK1451203SQ01815023
公開日2003年10月22日 申請日期2001年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月31日
發(fā)明者盧克A·約翰遜 申請人:英特爾公司