基于反相器和开关电容器的静噪检测器装置和方法
基于反相器和开关电容器的静噪检测器装置和方法
【专利摘要】一种静噪检测器包括被配置为接收时变差分通信信号，并且包括开关电容器和反相器，该反相器被配置为提供所接收的通信信号的电平高于或低于阈值的指示。
【专利说明】基于反相器和开关电容器的静噪检测器装置和方法
【技术领域】
[0001]本公开总体上涉及电子电路。更具体地但不排他地，本公开涉及静噪检测器电路。
【背景技术】
[0002]静噪检测器典型地用于具有高速串行接口的通信系统(例如通用串行总线(USB) 2.0系统)中。在这样的实现中，静噪检测器操作以检测串行接口通信信道上的差分通信信号的存在。为了节约功率，如果静噪检测器检测到没有通信信号被发送或接收，则串行接口信道中不使用的部件通常被关断或断电。如果通信信号的功率电平降至低于给定的阈值电平，则静噪检测器生成指示信道无效的检测器输出信号，并且检测器输出信号然后被用于将不使用的部件断电。如果通信信号的功率电平大于给定的阈值电平，则静噪检测器改变检测器输出信号以指示有效状态，从而将通信系统中的部件上电。
[0003]在USB 2.0系统中，静噪检测器典型地利用混频器级和放大器级实现。混频器级包括差分偏移偏压输入晶体管对和差分输入晶体管对。差分偏移偏压输入晶体管对I禹合到两个参考电压电平(Vref和Vrefb)，其中，两个参考电压电平的差是阈值电压(Vth)，其用于确定通信信道上的通信信号有效或无效。差分偏移偏压输入晶体管对耦合到差分输入晶体管对以生成输出信号，该输出信号是从差分通信信号(Vin-Vinb)减去差分阈值电压(Vth = Vref-Vrefb)。混频器级的输出信号(Vin-Vinb)-Vth被发送到放大器级，以便提供/放大检测器输出信号，所述检测器输出信号指示差分通信信号是否大于阈值电压Vth。如果差分通信信号的峰到峰电势大于静噪检测器阈值(例如，阈值电压Vth)，则检测器输出信号将为高，由此指示通信信号存在于通信信道上。反之亦然，如果差分通信信号的峰到峰电势小于阈值电压Vth，则静噪检测器的检测器输出信号将为低，由此指示通信信道无效。
[0004]上述静噪检测器存在多个缺陷。例如，芯片上的随机过程变化可能产生差分晶体管对的失配，并且该失配继而可能引起不期望的输入偏移电压。添加到两个参考电压电平Vref和Vrefb或从它们中减去不期望的输入偏移电压导致静噪检测器的不准确的或不充分的断路电压范围。
[0005]此外，由于在电流源中用于偏压的静态功率，因此差分输入晶体管对和放大器级的实现消耗大量功率。可以实现偏移消除电路以抵消不期望的输入偏移电压，但是该偏移消除电路自身也消耗功率。
[0006]同样，在类似USB 2.0的某些串行接口协议中，巨大的输入共模范围强加了将静噪检测器中的所有晶体管保持在饱和模式的显著挑战。在不同过程之间，由于晶体管特性的改变，因此大量的努力花费在了调谐静噪检测器和其他电路中，以确保晶体管在饱和区中进行操作。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]参考附图描述非限制和非详尽的实施例，其中，除非特殊说明，贯穿各种是视图的相似的附图标记指代相似的部分。
[0008]图1根据静噪检测器的一个实施例示出了可以使用的示例信号。
[0009]图2是根据一个实施例的可以利用图1的示例信号进行操作的静噪检测器的图。
[0010]图3根据一个实施例示出了可以用于图2的静噪检测器的示例时钟信号。
[0011]图4是根据一个实施例的可以用于为图2的静噪检测器提供一个或多个时钟信号的时钟电路的图。
[0012]图5是静噪检测器的另一实施例的图。
[0013]图6根据一个实施例不出了用于图4的时钟电路的不例时钟信号。
[0014]图7是根据各种实施例示出了适合实施所公开的静噪检测器的示例计算机系统的框图。
【具体实施方式】
[0015]本文描述了静噪检测器电路和方法的实施例。在以下描述中，给定各种具体细节以提供对实施例的透彻理解。实施例可以在没有所述具体细节中的一个或多个的情况下，或利用其他方法、部件、材料等来进行实践。在其他实例中，公知的结构、材料或操作没有详细示出或描述以避免使实施例的方面难以理解。
[0016]贯穿本说明书提到“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定的特征、结构或特性包括在至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”在贯穿本说明书的各种位置的出现未必全部指代同一实施例。此外，特定的特征、结构或特性可以以任何合适的方式被组合在一个或多个实施例中。
[0017]一个实施例提供了包括反相器、电容器和开关的静噪检测器。静噪检测器的实施例可以具有能够对迅速变化的差分信号进行采样，并且将差分振幅与阈值比较的开关电容器采样电路拓扑，其具有与常规的基于反相器和开关电容器的电路不同的能力，常规的基于反相器和开关电容器的电路仅可以在两个不同的静态(或相对变化慢的)值之间进行比较。因此，一个实施例的静噪检测器可以检测通信信号的差分振幅是否大于静噪阈值电压电平。
[0018]根据一个实施例，一种装置包括:检测器电路，其用于接收时变差分通信信号，并且包括开关电容器和反相器以提供所接收的通信信号的电平高于或低于阈值的指示。
[0019]根据装置的一个实施例，时变差分通信信号包括第一信号和第二信号，并且在第一和第二信号之间的峰到峰振幅差提供了与阈值进行比较的通信信号的电平。
[0020]根据装置的一个实施例，电容器包括第一电容器，其被耦合以接收通信信号，以及第二电容器，其被耦合到反相器，其中检测器电路还包括:第一组开关，其响应于时钟的第一相位，闭合以使得第一电容器能够存储与通信信号的电平相对应的电压，并且使得第二电容器能够存储与阈值和反相器的断路电平之间的差相对应的电压；以及第二组开关，其响应于第一相位的反相的时钟的第二相位，闭合以将第一电容器稱合到第二电容器，从而使得所存储的电压之间的差能够被提供给反相器，其中第一组开关闭合同时第二组开关打开，反之亦然。
[0021]根据装置的一个实施例，如果通信信号的电平大于阈值以指示承载通信信号的通信信道上的活动，则反相器被耦合以提供具有第一状态的输出信号，并且其中如果通信信号的电平小于阈值以指示通信信道上的不充足的活动，则反相器被耦合以提供具有与第一状态相反的第二状态的输出信号。
[0022]根据装置的一个实施例，第一电容器具有比第二电容器的电容更大的电容。
[0023]根据装置的一个实施例，第一电容器的电容是第二电容器的电容的五倍或更大。
[0024]根据装置的一个实施例，第一组开关包括:在第一电容器的第一端子和接收第一信号的第一焊盘之间耦合的第一开关；在第一电容器的第二端子和接收第二信号的第二焊盘之间耦合的第二开关；在第二电容器的第一端子和接收具有阈值的电压的第三焊盘之间耦合的第三开关；以及在反相器的输出端子和在反相器的输入端子处的第二电容器的第二端子之间耦合的第四开关。
[0025]根据装置的一个实施例，第二组开关包括:在地和第一电容器的第一端子之间耦合的第五开关；以及在第一电容器的第二端子和第二电容器的第一端子之间耦合的第六开关。
[0026]根据一个实施例，装置还包括耦合到反相器的至少另一个反相器，以提供检测器电路的输出的反相版本并且增大检测器电路的增益。
[0027]根据一个实施例，装置还包括耦合到反相器的锁存器电路。
[0028]根据一个实施例，装置还包括时钟电路，其耦合到检测器电路，以接收输入正交信号并且生成时钟信号，该时钟信号具有正交信号中的每一个的频率的至少双倍的频率。
[0029]根据一个实施例，一种方法包括:由检测器接收时变差分通信信号；响应于时钟信号的第一相位操作第一组开关，以在第一电容器中存储与通信信号相对应的第一电压电平，并且在第二电容器中存储与阈值电平相对应的第二电压电平；响应于时钟信号的第二相位，操作第二组开关，以向反相器提供与所存储的第一和电压电平之间的差相对应的第三电压电平；并且响应于所提供的第三电压电平由反相器生成输出信号，以指示通信信号的振幅电平是否超过阈值电平。
[0030]根据方法的一个实施例，响应于所提供的第三电压电平由反相器生成输出信号包括:确定所提供的第三电压电平是否大于反相器的断路电平；如果确定第三电压电平大于断路电平，则生成具有第一状态的输出信号以指示通信信号的振幅电平超过阈值电平；并且如果确定第三电压电平小于断路电平，则生成具有与第一状态相反的第二状态的输出信号，以指示通信信号的振幅电平低于阈值电平。
[0031]根据一个实施例，所述方法还包括响应于具有第二状态的输出信号，将计算机系统的部件断电。
[0032]根据一个实施例，方法还包括:接收每一个都具有操作频率的输入正交信号；并且从所接收的正交信号生成时钟信号，该时钟信号具有该操作频率的至少两倍的时钟频率。
[0033]根据方法的一个实施例，时变差分通信信号包括第一信号和第二信号；操作第一组开关，以存储与通信信号相对应的第一电压电平包括操作第一组开关，以在第一电容器中存储第一和第二信号之间的峰到峰振幅差；并且操作第一组开关，以存储与阈值电平相对应的第二电压电平包括操作第一组开关，以在第二电容器中存储与阈值电平和反相器的断路电平之间的差相对应的电压。
[0034]根据方法的一个实施例，时钟信号的第一和第二相位具有相反的极性以使得第一组开关能够闭合同时第二组开关打开，并且反之亦然。
[0035]根据一个实施例，一种系统包括:通信接口，以支持承载时变差分通信信号的通信信道；基于反相器和开关电容器的检测器电路，其耦合到通信接口，以检测通信信道中通信信号的活动，并且生成输出信号以指示是否检测到活动；以及部件，其耦合到检测器，以接收所生成的输出信号，并且如果输出信号指示通信信道中通信信号的不充足的活动，则将通信接口的至少一部分断电。
[0036]根据系统的一个实施例，所述部件包括处理器。
[0037]根据系统的一个实施例，所述检测器电路包括:反相器，以提供输出信号并且具有断路电平；第一电容器，其被耦合以接收通信信号以及第二电容器，其耦合到反相器；第一组开关，其响应于时钟的第一相位，闭合以使得第一电容器能够存储与通信信号的电平相对应的电压，并且使得第二电容器能够存储与阈值和反相器的断路电平之间的差相对应的电压；以及第二组开关，其响应于是第一相位的反相的时钟的第二相位，闭合以将第一电容器耦合到第二电容器，从而使得所存储的电压之间的差能够被提供给反相器，其中如果被提供给反相器的所存储电压之间的差高于反相器的断路电平，则输出信号指示在通信信道中存在通信信号的活动。
[0038]根据一个实施例，系统还包括时钟电路，其耦合到检测器电路，以接收输入正交信号并且生成时钟信号，该时钟信号具有正交信号中的每一个的频率的至少双倍的频率。
[0039]首先参考图1，电压信号Vin和Vinb共同包括可以在通信信道上进行发送/接收的时变差分通信信号。例如，差分通信信号(Vin-Vinb)可以用于具有高速串行接口的通信系统(例如，通用串行总线(USB) 2.0系统或使用差分信令进行操作的其他通信系统)的通信信道中。
[0040]差分通信信号具有峰到峰(PP)振幅Vdiff = Vin-Vinb0两个参考电压电平Vref和Vrefb之间的差是静噪阈值电压电平Vth，其用于确定通信信道上的通信信号有效或无效。例如，如果Vdiff>Vth，则可以认为通信信道是有效的，并且如果Vdiff〈Vth，则可以认为通信信道是无效的。
[0041]现在参考图2，在200大体上示出一个实施例的静噪检测器。在一个实施例中，静噪检测器200包括两个电容器(Cl和C2)、六个开关(S1-S6)以及反相器202。
[0042]开关SI耦合在地和节点N4之间。开关S2耦合在接收信号Vinb的第一焊盘(或其他端子)204和节点N4之间。第一电容器Cl具有耦合到节点N4的第一端子与耦合到节点N3的第二端子。开关S3耦合在接收信号Vin的第二焊盘(或其他端子)206和节点N3之间。开关S4耦合在节点N3和节点N2之间。开关S5耦合在具有/接收阈值电压Vth的第三焊盘(或其他端子)208和节点N2之间。
[0043]第二电容器C2具有耦合到节点N2的第一端子以及耦合到节点NI的第二端子。在一个实施例中，电容器Cl的电容是电容器C2的电容的约五倍或更大。
[0044]开关S6耦合在节点NI与反相器202的输出端子210之间。节点NI耦合到反相器202的输入端子，并且因为该配置，如果开关S6闭合，则反相器202的输入端短路到其输出端。在一个实施例中，反相器202的输出端子210形成静噪检测器200的输出端子，并且因此提供静噪检测器200的输出信号。
[0045]在一个实施例中，开关S1-S6中的任何一个或多个可以包括互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管，例如，具有栅极端子的P型或N型CMOS晶体管，每一个栅极端子都接收并且响应于用来控制CMOS晶体管的导通或关断的时钟信号的相位。因此，如果CMOS晶体管导通则开关闭合(短路或连接)，并且如果CMOS晶体管关断则开关打开(开路或断开)。
[0046]在一个实施例中，CMOS晶体管的栅极端子被耦合以接收图3中所示的时钟信号300的时钟脉冲或反相时钟脉冲。如果时钟脉冲为高(在图3中被表示为时钟相位，则被标记为Φ1的图2中的开关S2、S3、S5和S6(形成第一组开关)闭合(连接)，而如果时钟脉冲为低(在图3中被表示为时钟相位Φ2)，则被标记为Φ2的图2中的开关SI和S4(形成第二组开关)闭合(连接)。因此具有该布置，开关S2、S3、S5和S6可以是CMOS晶体管传输栅极(由N型和/或P型晶体管组成)，该栅极由第一极性的时钟脉冲控制，并且开关SI和S4可以是由第二 /相反极性的时钟脉冲控制的CMOS传输栅极。
[0047]在操作中，在开关S2和S3闭合并且开关SI和S4打开的时钟相位期间，电容器Cl耦合到具有电压Vin的焊盘206和具有电压Vinb的焊盘204，以便对信号Vin和Vinb之间的电压差(Vin-Vinb)进行采样，与通信信号的峰到峰振幅电平相对应的电压差(Vin-Vinb)是存储在电容器Cl中的第一电压电平。
[0048]同样在开关S5和S6闭合并且开关S4打开的时钟相位期间，在操作中，电容器C2的第一端子耦合到具有电压Vth (静噪阈值电压电平)的焊盘208，并且电容器C2的第二端子耦合到反相器202的输入端子，由此如果反相器202的输入短路至其输出，则导致对电压Vtrip (反相器202的断路点/电平)的采样。相对应的电压差Vth-Vtrip是存储在电容器C2中的第二电压电平。在一个实施例中，阈值电压Vth可以直接进行设置，而不是对Vref和Vrefb做减法。
[0049]在开关SI和S4闭合并且其他开关打开的时钟相位Φ2期间，电容器Cl的第一端子耦合到地，并且第二端子将具有Vin-Vinb的电压电势。由于一个实施例的电容器Cl经选择比电容器C2至少大五倍，因此电容器Cl表现为或类似于电容器C2的恒压源。因为在时钟相位Φ2期间，电容器Cl被耦合到电容器C2，所以这两个电容器之间的连接点被强制为Vin-Vinb的电势。
[0050]由于电容器C2存储电压差Vth-Vtrip，因此反相器202的输入端子将接收或被提供存储在电容器Cl和C2中的电压之间的差的电势电平。S卩，反相器202的输入端子发现/ 接收第三电压电平(Vin-Vinb)-(Vth-Vtrip) = Vtrip+[ (Vin-Vinb)-Vth]。如果作为在承载通信信号的通信信道上的活动的结果Vin-Vinb>Vth，那么在反相器202的输入端子的电势电平被确定为大于Vtrip，并且因此反相器202将在输出端子210输出低(例如，静噪检测器200的输出信号的第一状态)。如果作为在通信信道上的通信信号的活动缺少/不足的结果Vin-Vinb〈Vth，那么在反相器202的输入端子的电势电平被确定为低于Vtrip，并且反相器202将在输出端子210输出高(例如，静噪检测器200的输出信号中，与第一状态相反或反相的第二状态)。
[0051]反相器202的输出信号是其输入信号的负值。如果期望静噪检测器的输出为正，那么至少一个反相器可以例如以串联的方式耦合到反相器202，以便提供反相器202的输出信号的反相版本。图5示出静噪检测器500的实施例，其具有耦合到反相器202的输出端子210的串联的反相器502。例如图5的实施例所示的串联反相器也可以增大静噪检测器500的总增益。
[0052]在一个实施例中，锁存器电路504可以被耦合到串联的反相器502。锁存器电路504可以用于例如存储串联的反相器502的输出状态(例如，高或低)，直到输出改变状态。锁存器电路504的端子506的输出提供静噪检测器500的输出信号(被标记为“静噪输出”)。
[0053]正如上面的解释，静噪检测器的各种实施例作为开关电容器采样电路操作，其在不同的时钟相位期间使用时钟信号300以在电路连接之间进行切换。根据奈奎斯特采样定理，由一个实施例的时钟信号300提供的采样/时钟频率应是差分通信信号中包含的最高频率的至少两倍。
[0054]例如，USB 2.0系统可以利用大约480MHz时钟进行操作，并且因此采样频率应是约960MHz或更大。在一个实施例中，由于从锁相环(PLL)发送更高频时钟到静噪检测器可能消耗附加的功率，因此PLL不需要附加的/专用的更高频时钟。相反，静噪检测器的一个实施例可以使用现有的时钟以提供具有足够高频率的时钟信号300。
[0055]例如，在高速串行接口的一个实施例中，在操作频率480MHz正交时钟clkO和clk90(分别在0°和90°相位)是可用的。在图4的时钟电路400中，这些正交时钟clkO和clk90被利用以生成具有操作频率两倍的频率的采样时钟信号300。例如关于USB 2.0，在480MHz时钟clkO和clk90(分别在0°和90。相位)可以进行逻辑操作(例如，共同进行异或)以提供具有960MHz频率的输出时钟。
[0056]时钟电路400包括异或(XOR)栅极402，其具有分别接收正交输入时钟信号clkO和clk90的两个输入端子。异或栅极402的输出端子提供时钟信号600，所述时钟信号600具有输入时钟信号clkO和clk90的频率两倍的频率，例如图6所示。异或栅极402的输出端子被耦合到反相器404的输入端子，反相器404继而具有耦合到非重叠时钟发生器406的第一输入端子的输出端子。异或栅极402的输出端子还耦合到时钟发生器406的第二输入端子。一个实施例的时钟发生器406被配置为接收时钟和反相时钟信号以生成非重叠时钟信号作为输出信号。例如，时钟发生器406输出两个时钟信号“clock”和“clockb”，两者都具有时钟信号clkO和clk90的操作频率两倍的频率。图4中时钟信号“clock”和“clockb”中的任一个都可以用作图3的时钟信号300。
[0057]提供以下示例情境A、B和C以便进一步示出本文公开的静噪检测器的各种实施例的操作:
[0058]A.Vin比Vinb大0.15V(例如，比Vth = 0.1V更大的值)，并且具有采样时钟频率=1GHz, Vin = 0.35V, Vinb = 0.2V,以及 Vth = 0.1V
[0059]在时钟相位Φ I (时钟信号300为高)期间，节点N4耦合到Vinb = 0.2V ;节点N3耦合到Vin = 0.35V ;节点N2耦合到Vth = 0.1V ;由于反相器202的输入端子短路到输出端子210，因此节点NI具有反相器202的Vtrip的电势。在对这些电压进行采样后，在时钟相位Φ2(时钟信号300为低)期间，节点Ν4耦合到地。由于电容器Cl在其两端具有Vin-Vinb = 0.15V的电压差，因此在节点Ν3电压变为0.15V。由于电容器Cl具有比电容器C2更大的电容，因此节点Ν2也被强制到0.15V的电压。
[0060]在节点NI的电压从Vtrip改变为
[0061]Vtrip+[(Vin-Vinb)-Vth] = Vtrip+0.05V = 0.5V+0.05V = 0.55V。
[0062]由于节点NI比反相器202的Vtrip高0.05V，因此在时钟相位Φ2期间反相器202的输出(在输出端子210处)变为低。反相器202的低输出确认或以指示在通信信道上存在活动(例如，(Vin-Vinb) >Vth)。
[0063]B.Vin比Vinb大0.05V(例如，比Vth = 0.1V更小的值)，并且具有采样时钟频率=1GHz, Vin = 0.25V, Vinb = 0.2V,以及 Vth = 0.1V
[0064]在时钟相位Φ I (时钟信号300为高)期间，节点N4耦合到Vinb = 0.2V ;节点N3耦合到Vin = 0.25V ;节点N2耦合到Vth = 0.1V ;由于反相器202的输入端子短路到输出端子210，因此节点NI具有反相器202的Vtrip的电势。在对这些电压进行采样后，在时钟相位Φ2(时钟信号300为低)期间，节点Ν4耦合到地。由于电容器Cl在其两端具有Vin-Vinb = 0.05V的电压差，因此在节点Ν3处的电压变为0.05V。由于电容器Cl具有比电容器C2更大的电容，因此节点Ν2也被强制到0.05V的电压。
[0065]在节点NI 电压从 Vtrip 改变为 Vtrip+[ (Vin-Vinb)-Vth] = Vtrip-0.05V =
0.5V-0.05V = 0.45V。由于节点NI比反相器202的Vtrip低0.05V,因此在时钟相位Φ2期间由反相器202生成的输出(在输出端子210处)为高。反相器202的高输出确认或指示在通信信道中活动缺少或不足(例如，(Vin-Vinb)〈Vth)。
[0066]C.Vin 小于 Vinb,并且具有采样时钟频率=1GHz, Vin = 0.3V, Vinb = 0.5V, Vth=0.1V
[0067]在时钟相位Φ I (时钟信号300为高)期间，节点Ν4耦合到Vinb = 0.5V ;节点Ν3耦合到Vin = 0.3V ;节点Ν2耦合到Vth = 0.1V ;由于反相器202的输入端子短路到输出端子210，因此节点NI具有反相器202的Vtrip的电势。在对这些电压进行采样后，在时钟相位Φ2(时钟信号300为低)期间，节点Ν4耦合到地。由于电容器Cl在其两端具有Vin-Vinb = -0.2V的电压差，因此在节点Ν3电压变为约-0.2V。由于电容器Cl具有比电容器C2更大的电容，因此节点Ν2也被强制到-0.2V的电压。
[0068]在节点NI 处电压从 Vtrip 改变为 Vtrip+[ (Vin-Vinb)-Vth] = Vtrip-0.3V =
0.5V-0.3V =?0.2V。由于节点NI比反相器202的Vtrip低0.3V，因此反相器202的输出端子210将为高。由反相器202生成的高输出确认或指示在通信信道中活动缺少或不足(例如，(Vin-Vinb)〈Vth)。
[0069]本文中公开的静噪检测器的实施例提供与传统静噪检测器不同的至少以下的特征:
[0070]-低功耗，因为省略了传统静噪检测器的各种功耗部件；
[0071]-不涉及放大器和电流源。因此，没有静态电流，并且相反在切换期间消耗动态电流。例如，由于将电流源用于偏压，因此与消耗l_2mA或更高的传统的基于混频器和放大器级的架构相比较，电流消耗可以是约300 μ A ;
[0072]-静噪检测器的一个实施例的电路设计与传统的基于混频器和放大器级的静噪检测器比较是相对简单的；
[0073]-传统的基于混频器和放大器级的静噪检测器尝试匹配电路中所有的器件以便降低输入偏置电压。相反，由于在时钟相位Φ1期间反相器202的Vtrip已经存储在电容器C2中，并且操作不取决于对任何器件的匹配，因此没有对本文公开的静噪检测器的一个实施例的器件匹配的严格要求。电容器Cl被设计为比电容器C2相对更大，使得如果电容器Cl耦合到电容器C2，则电容器Cl表现为恒压源；以及
[0074]-具有过程间更简单的迁移。这是因为正如与传统的基于混频器和放大器级的静噪检测器相比较，当迁移到新过程时传统的基于混频器和放大器级的静噪检测器被再调谐，以便确保所有器件在饱和区中进行操作，一个实施例的静噪检测器不需要组成器件在饱和区中操作。
[0075]本文描述的静噪检测器的实施例可以用于多个实现和应用。移动设备(例如，包括但不限于智能电话、桌面一体机、平板电脑和其他移动互联网设备(MID))可以具有从改进的静噪检测操作受益的电路。在这样的实现中，静噪检测器可以用来提供基于通信信道中是否存在信号活动来触发各种部件激活或禁用的输出信号。
[0076]图7是示出了适合于实践所公开的静噪检测器电路/方法的各种实施例的示例计算机系统700的框图。
[0077]如所示出的，计算机系统700可以包括电源单元702、多个处理器或处理器核心704、具有存储在其中的处理器可读和处理器可执行指令708的系统存储器706、同样可以存储指令708的海量存储设备710，以及通信接口 712。出于包括权利要求的本申请的目的，术语“处理器”和“处理器核心”可以认为是同义的，除上下文以其他方式明确要求之外。
[0078]在本公开的各种实施例中，包括控制器的处理器704中的至少一个可以响应于处理器704接收或估计由静噪检测器提供的输出信号的状态来生成使生成信号，以触发对系统700的各种部件的激活/禁用(例如，将通信接口 712和/或其他部件的至少一部分断电或上电)。在其他实施例中，各种其他部件(系统700的内部或外部的)可以响应于来自静噪检测器的输出信号来生成这样的信号中的一个或多个。
[0079]一个或多个海量存储设备710和/或存储器706可以包括有形的、非暂时性的计算机可读存储设备(例如磁盘、硬盘驱动器、压缩光盘只读存储器(⑶ROM)、硬件存储单元、闪存存储器、相变存储器(PCM)、固态驱动(SSD)存储器等)。存储在海量设备710和/或存储器706中的指令708可以由处理器704中的一个或多个执行。
[0080]计算机系统700还可以包括输入/输出设备714 (例如，键盘、显示屏、光标控制等)。在各种实施例中并且仅作为示例，I/o设备714可以包括部件718，部件718发送/接收差分通信信号或提供/支持承载差分通信信号的通信信道，并且部件718自身可以包括或耦合到静噪检测器。静噪检测器和相关电路(或系统700的其他部件)可以替代地或附加地位于计算机系统700中的其它地方，并且可以包括集成电路的部分或全部。例如，检测器720可以包括通信接口 712的部分并且可以包括本文所述的静噪检测器的实施例。
[0081]图7的各种元件可以经由表示一条或多条总线的系统总线716相互进行耦合。在多条总线的情况下，它们可以由一个或多个总线桥(未示出)来进行桥接。数据可以通过例如在静噪检测器的输出端子和处理器704之间的I/O设备714经过系统总线716。来自静噪检测器的输出信号还可以在多芯片封装(MCP)上的分立的芯片之间发送。在一个实施例中，这样的MCP可以表示系统700的一个或多个处理器704或任何其他部件。在一个实施例中，存储器706的一部分或全部可以与一个或多个处理器704 —起被集成在MCP上。在一个实施例中，系统700中的一个或多个芯片可以具有静噪检测器。
[0082]系统存储器706和海量存储设备710可以被应用于存储编程指令的工作副本和永久副本，所述编程指令实现了一个或多个操作系统、固件模块或驱动程序、应用程序等，其在本文中共同被标示为708。编程指令的永久副本可以被放置在工厂中的永久存储装置中或通过例如分发介质(未示出)(例如，光盘(CD))，或通过通信接口 712(来自分发服务器(未示出))放置在现场。
[0083]根据各种实施例，系统700的所示部件和/或其他元件中的一个或多个可以包括键盘、LCD屏幕、非易失性存储器端口、多个天线、图形处理器、应用处理器、扬声器或包括照相机的其他相关联的移动设备元件。
[0084]计算机系统700的各种元件的剩余构成是公知的，并且因此不进一步详细描述。
[0085]包括在摘要中所描述的示出的实施例的以上描述不是要详尽的或被限于所公开的精确的形式。尽管本文描述的具体实施例和示例是出于说明的目的，但各种变型是可能的。例如，在各种实施例中的某些元件的配置和连接已在信号的高/低值、对信号上升/下降沿的响应、用于将信号反相的反相器、具体类型的逻辑栅极和/或逻辑配置等的上下文中进行了描述。在其他实施例中，可以鉴于某些信号是否被反相、是否响应于下降沿而不是上升沿以触发状态的某些改变或反之亦然、不同的逻辑栅极配置等来提供不同的配置
[0086]这些和其他变型可以按照以上的【具体实施方式】做出。在下面的权利要求中使用的术语不应被解释为限于在本说明书中公开的具体实施例。
【权利要求】
1.一种装置，包括: 检测器电路，其用于接收时变差分通信信号，并且包括开关电容器和反相器，用于提供所接收的通信信号的电平高于或低于阈值的指示。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述时变差分通信信号包括第一信号和第二信号，并且其中，在所述第一信号和第二信号之间的峰到峰振幅差提供了与所述阈值进行比较的所述通信信号的电平。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电容器包括被耦合以接收所述通信信号的第一电容器以及耦合到所述反相器的第二电容器，所述检测器电路还包括: 第一组开关，其响应于时钟的第一相位，闭合以使得所述第一电容器能够存储与所述通信信号的电平相对应的电压，并且使得所述第二电容器能够存储与所述阈值和所述反相器的断路电平之间的差相对应的电压；以及 第二组开关，其响应于是所述第一相位的反相的所述时钟的第二相位，闭合以将所述第一电容器耦合到所述第二电容器，从而使得所存储的电压之间的差能够被提供给所述反相器， 其中，所述第一组开关闭合同时所述第二组开关打开，反之亦然。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，如果所述通信信号的电平大于所述阈值以指示承载所述通信信号的通信信道上的活动，则所述反相器被耦合以提供具有第一状态的输出信号，并且 其中，如果所述通信信号的电平小于所述阈值以指示所述通信信道上的不充足的活动，则所述反相器被耦合以提供具有与所述第一状态相反的第二状态的所述输出信号。
5.根据权利要求3或权利要求4所述的装置，其中，所述第一电容器具有比所述第二电容器的电容更大的电容。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述第一电容器的电容是所述第二电容器的电容的五倍或更大。
7.根据权利要求3所述的装置，其中，所述第一组开关包括: 第一开关，其稱合在所述第一电容器的第一端子和接收第一信号的第一焊盘之间； 第二开关，其耦合在所述第一电容器的第二端子和接收第二信号的第二焊盘之间； 第三开关，其耦合在所述第二电容器的第一端子和接收具有所述阈值的电压的第三焊盘之间；以及 第四开关，其耦合在所述反相器的输出端子和在所述反相器的输入端子处的所述第二电容器的第二端子之间。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述第二组开关包括: 第五开关，其耦合在地和所述第一电容器的第一端子之间；以及 第六开关，其耦合在所述第一电容器的第二端子和所述第二电容器的第一端子之间。
9.根据权利要求3-4和权利要求7-8中的任何一项所述的装置，还包括耦合到所述反相器的至少另一个反相器，以提供所述检测器电路的输出的反相版本并且增大所述检测器电路的增益。
10.根据权利要求9所述的装置，还包括耦合到所述反相器的锁存器电路。
11.根据权利要求1-4和权利要求7-8中的任何一项所述的装置，还包括耦合到所述检测器电路的时钟电路，以接收输入正交信号并且生成时钟信号，所述时钟信号具有所述正交信号中的每一个的频率的至少双倍的频率。
12.—种方法,包括: 由检测器接收时变差分通信信号； 响应于时钟信号的第一相位来操作第一组开关，以在第一电容器中存储与所述通信信号相对应的第一电压电平，并且在第二电容器中存储与阈值电平相对应的第二电压电平； 响应于所述时钟信号的第二相位来操作第二组开关，以向反相器提供与所存储的第一和电压电平之间的差相对应的第三电压电平；以及 响应于所提供的第三电压电平由所述反相器生成输出信号，以指示所述通信信号的振幅电平是否超过所述阈值电平。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，响应于所提供的第三电压电平由所述反相器生成所述输出信号包括: 确定所提供的第三电压电平是否大于所述反相器的断路电平； 如果确定所述第三电压电平大于所述断路电平，则生成具有第一状态的所述输出信号以指示所述通信信号的振幅电平超过所述阈值电平；并且 如果确定所述第三电压电平小于所述断路电平，则生成具有与所述第一状态相反的第二状态的所述输出信号，以指示所述通信信号的振幅电平低于所述阈值电平。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括响应于具有所述第二状态的所述输出信号将计算机系统的部件进行断电。
15.根据权利要求12所述的方法，还包括: 接收每一个都具有操作频率的输入正交信号；并且 根据所接收的正交信号生成所述时钟信号，所述时钟信号具有所述操作频率的至少两倍的时钟频率。
16.根据权利要求12所述的方法，其中: 所述时变差分通信信号包括第一信号和第二信号； 操作所述第一组开关，以存储与所述通信信号相对应的所述第一电压电平包括操作所述第一组开关，以在所述第一电容器中存储所述第一信号和第二信号之间的峰到峰振幅差；以及 操作所述第一组开关，以存储与所述阈值电平相对应的所述第二电压电平包括操作所述第一组开关，以在所述第二电容器中存储与所述阈值电平和所述反相器的断路电平之间的差相对应的电压。
17.根据权利要求12所述的方法，其中，所述时钟信号的所述第一相位和第二相位具有相反的极性，以使得所述第一组开关能够闭合同时所述第二组开关打开，反之亦然。
18.—种系统,包括: 通信接口，其用于支持承载时变差分通信信号的通信信道； 基于反相器和开关电容器的检测器电路，其耦合到所述通信接口，用于检测所述通信信道中所述通信信号的活动，并且用于生成输出信号以指示是否检测到所述活动；以及 耦合到所述检测器的部件，其用于接收所生成的输出信号，并且用于如果所述输出信号指示所述通信信道中所述通信信号的不充足的活动，则将所述通信接口的至少一部分断电。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述部件包括处理器。
20.根据权利要求18所述的系统，其中，所述检测器电路包括: 反相器，用于提供所述输出信号并且具有断路电平； 第一电容器，其被耦合用于接收所述通信信号以及耦合到所述反相器的第二电容器； 第一组开关，其响应于时钟的第一相位，闭合以使得所述第一电容器能够存储与所述通信信号的电平相对应的电压，并且使得所述第二电容器能够存储与阈值和所述反相器的断路电平之间的差相对应的电压；以及 第二组开关，其响应于是所述第一相位的反相的所述时钟的第二相位，闭合以将所述第一电容器耦合到所述第二电容器，从而使得所存储的电压之间的差能够被提供给所述反相器， 其中，如果被提供给所述反相器的所存储的电压之间的差高于所述反相器的断路电平，则所述输出信号指示所述通信信道中存在所述通信信号的活动。
21.根据权利要求20所述的系统，还包括耦合到所述检测器电路的时钟电路，以接收输入正交信号并且生成时钟信号，所述时钟信号具有所述正交信号中的每一个的频率的至少双倍的频率。
【文档编号】H04L25/08GK104205650SQ201280071803
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2012年3月30日 优先权日:2012年3月30日
【发明者】C·H·胡 申请人:英特尔公司
【专利摘要】一种静噪检测器包括被配置为接收时变差分通信信号，并且包括开关电容器和反相器，该反相器被配置为提供所接收的通信信号的电平高于或低于阈值的指示。
【专利说明】基于反相器和开关电容器的静噪检测器装置和方法
【技术领域】
[0001]本公开总体上涉及电子电路。更具体地但不排他地，本公开涉及静噪检测器电路。
【背景技术】
[0002]静噪检测器典型地用于具有高速串行接口的通信系统(例如通用串行总线(USB) 2.0系统)中。在这样的实现中，静噪检测器操作以检测串行接口通信信道上的差分通信信号的存在。为了节约功率，如果静噪检测器检测到没有通信信号被发送或接收，则串行接口信道中不使用的部件通常被关断或断电。如果通信信号的功率电平降至低于给定的阈值电平，则静噪检测器生成指示信道无效的检测器输出信号，并且检测器输出信号然后被用于将不使用的部件断电。如果通信信号的功率电平大于给定的阈值电平，则静噪检测器改变检测器输出信号以指示有效状态，从而将通信系统中的部件上电。
[0003]在USB 2.0系统中，静噪检测器典型地利用混频器级和放大器级实现。混频器级包括差分偏移偏压输入晶体管对和差分输入晶体管对。差分偏移偏压输入晶体管对I禹合到两个参考电压电平(Vref和Vrefb)，其中，两个参考电压电平的差是阈值电压(Vth)，其用于确定通信信道上的通信信号有效或无效。差分偏移偏压输入晶体管对耦合到差分输入晶体管对以生成输出信号，该输出信号是从差分通信信号(Vin-Vinb)减去差分阈值电压(Vth = Vref-Vrefb)。混频器级的输出信号(Vin-Vinb)-Vth被发送到放大器级，以便提供/放大检测器输出信号，所述检测器输出信号指示差分通信信号是否大于阈值电压Vth。如果差分通信信号的峰到峰电势大于静噪检测器阈值(例如，阈值电压Vth)，则检测器输出信号将为高，由此指示通信信号存在于通信信道上。反之亦然，如果差分通信信号的峰到峰电势小于阈值电压Vth，则静噪检测器的检测器输出信号将为低，由此指示通信信道无效。
[0004]上述静噪检测器存在多个缺陷。例如，芯片上的随机过程变化可能产生差分晶体管对的失配，并且该失配继而可能引起不期望的输入偏移电压。添加到两个参考电压电平Vref和Vrefb或从它们中减去不期望的输入偏移电压导致静噪检测器的不准确的或不充分的断路电压范围。
[0005]此外，由于在电流源中用于偏压的静态功率，因此差分输入晶体管对和放大器级的实现消耗大量功率。可以实现偏移消除电路以抵消不期望的输入偏移电压，但是该偏移消除电路自身也消耗功率。
[0006]同样，在类似USB 2.0的某些串行接口协议中，巨大的输入共模范围强加了将静噪检测器中的所有晶体管保持在饱和模式的显著挑战。在不同过程之间，由于晶体管特性的改变，因此大量的努力花费在了调谐静噪检测器和其他电路中，以确保晶体管在饱和区中进行操作。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]参考附图描述非限制和非详尽的实施例，其中，除非特殊说明，贯穿各种是视图的相似的附图标记指代相似的部分。
[0008]图1根据静噪检测器的一个实施例示出了可以使用的示例信号。
[0009]图2是根据一个实施例的可以利用图1的示例信号进行操作的静噪检测器的图。
[0010]图3根据一个实施例示出了可以用于图2的静噪检测器的示例时钟信号。
[0011]图4是根据一个实施例的可以用于为图2的静噪检测器提供一个或多个时钟信号的时钟电路的图。
[0012]图5是静噪检测器的另一实施例的图。
[0013]图6根据一个实施例不出了用于图4的时钟电路的不例时钟信号。
[0014]图7是根据各种实施例示出了适合实施所公开的静噪检测器的示例计算机系统的框图。
【具体实施方式】
[0015]本文描述了静噪检测器电路和方法的实施例。在以下描述中，给定各种具体细节以提供对实施例的透彻理解。实施例可以在没有所述具体细节中的一个或多个的情况下，或利用其他方法、部件、材料等来进行实践。在其他实例中，公知的结构、材料或操作没有详细示出或描述以避免使实施例的方面难以理解。
[0016]贯穿本说明书提到“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定的特征、结构或特性包括在至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”在贯穿本说明书的各种位置的出现未必全部指代同一实施例。此外，特定的特征、结构或特性可以以任何合适的方式被组合在一个或多个实施例中。
[0017]一个实施例提供了包括反相器、电容器和开关的静噪检测器。静噪检测器的实施例可以具有能够对迅速变化的差分信号进行采样，并且将差分振幅与阈值比较的开关电容器采样电路拓扑，其具有与常规的基于反相器和开关电容器的电路不同的能力，常规的基于反相器和开关电容器的电路仅可以在两个不同的静态(或相对变化慢的)值之间进行比较。因此，一个实施例的静噪检测器可以检测通信信号的差分振幅是否大于静噪阈值电压电平。
[0018]根据一个实施例，一种装置包括:检测器电路，其用于接收时变差分通信信号，并且包括开关电容器和反相器以提供所接收的通信信号的电平高于或低于阈值的指示。
[0019]根据装置的一个实施例，时变差分通信信号包括第一信号和第二信号，并且在第一和第二信号之间的峰到峰振幅差提供了与阈值进行比较的通信信号的电平。
[0020]根据装置的一个实施例，电容器包括第一电容器，其被耦合以接收通信信号，以及第二电容器，其被耦合到反相器，其中检测器电路还包括:第一组开关，其响应于时钟的第一相位，闭合以使得第一电容器能够存储与通信信号的电平相对应的电压，并且使得第二电容器能够存储与阈值和反相器的断路电平之间的差相对应的电压；以及第二组开关，其响应于第一相位的反相的时钟的第二相位，闭合以将第一电容器稱合到第二电容器，从而使得所存储的电压之间的差能够被提供给反相器，其中第一组开关闭合同时第二组开关打开，反之亦然。
[0021]根据装置的一个实施例，如果通信信号的电平大于阈值以指示承载通信信号的通信信道上的活动，则反相器被耦合以提供具有第一状态的输出信号，并且其中如果通信信号的电平小于阈值以指示通信信道上的不充足的活动，则反相器被耦合以提供具有与第一状态相反的第二状态的输出信号。
[0022]根据装置的一个实施例，第一电容器具有比第二电容器的电容更大的电容。
[0023]根据装置的一个实施例，第一电容器的电容是第二电容器的电容的五倍或更大。
[0024]根据装置的一个实施例，第一组开关包括:在第一电容器的第一端子和接收第一信号的第一焊盘之间耦合的第一开关；在第一电容器的第二端子和接收第二信号的第二焊盘之间耦合的第二开关；在第二电容器的第一端子和接收具有阈值的电压的第三焊盘之间耦合的第三开关；以及在反相器的输出端子和在反相器的输入端子处的第二电容器的第二端子之间耦合的第四开关。
[0025]根据装置的一个实施例，第二组开关包括:在地和第一电容器的第一端子之间耦合的第五开关；以及在第一电容器的第二端子和第二电容器的第一端子之间耦合的第六开关。
[0026]根据一个实施例，装置还包括耦合到反相器的至少另一个反相器，以提供检测器电路的输出的反相版本并且增大检测器电路的增益。
[0027]根据一个实施例，装置还包括耦合到反相器的锁存器电路。
[0028]根据一个实施例，装置还包括时钟电路，其耦合到检测器电路，以接收输入正交信号并且生成时钟信号，该时钟信号具有正交信号中的每一个的频率的至少双倍的频率。
[0029]根据一个实施例，一种方法包括:由检测器接收时变差分通信信号；响应于时钟信号的第一相位操作第一组开关，以在第一电容器中存储与通信信号相对应的第一电压电平，并且在第二电容器中存储与阈值电平相对应的第二电压电平；响应于时钟信号的第二相位，操作第二组开关，以向反相器提供与所存储的第一和电压电平之间的差相对应的第三电压电平；并且响应于所提供的第三电压电平由反相器生成输出信号，以指示通信信号的振幅电平是否超过阈值电平。
[0030]根据方法的一个实施例，响应于所提供的第三电压电平由反相器生成输出信号包括:确定所提供的第三电压电平是否大于反相器的断路电平；如果确定第三电压电平大于断路电平，则生成具有第一状态的输出信号以指示通信信号的振幅电平超过阈值电平；并且如果确定第三电压电平小于断路电平，则生成具有与第一状态相反的第二状态的输出信号，以指示通信信号的振幅电平低于阈值电平。
[0031]根据一个实施例，所述方法还包括响应于具有第二状态的输出信号，将计算机系统的部件断电。
[0032]根据一个实施例，方法还包括:接收每一个都具有操作频率的输入正交信号；并且从所接收的正交信号生成时钟信号，该时钟信号具有该操作频率的至少两倍的时钟频率。
[0033]根据方法的一个实施例，时变差分通信信号包括第一信号和第二信号；操作第一组开关，以存储与通信信号相对应的第一电压电平包括操作第一组开关，以在第一电容器中存储第一和第二信号之间的峰到峰振幅差；并且操作第一组开关，以存储与阈值电平相对应的第二电压电平包括操作第一组开关，以在第二电容器中存储与阈值电平和反相器的断路电平之间的差相对应的电压。
[0034]根据方法的一个实施例，时钟信号的第一和第二相位具有相反的极性以使得第一组开关能够闭合同时第二组开关打开，并且反之亦然。
[0035]根据一个实施例，一种系统包括:通信接口，以支持承载时变差分通信信号的通信信道；基于反相器和开关电容器的检测器电路，其耦合到通信接口，以检测通信信道中通信信号的活动，并且生成输出信号以指示是否检测到活动；以及部件，其耦合到检测器，以接收所生成的输出信号，并且如果输出信号指示通信信道中通信信号的不充足的活动，则将通信接口的至少一部分断电。
[0036]根据系统的一个实施例，所述部件包括处理器。
[0037]根据系统的一个实施例，所述检测器电路包括:反相器，以提供输出信号并且具有断路电平；第一电容器，其被耦合以接收通信信号以及第二电容器，其耦合到反相器；第一组开关，其响应于时钟的第一相位，闭合以使得第一电容器能够存储与通信信号的电平相对应的电压，并且使得第二电容器能够存储与阈值和反相器的断路电平之间的差相对应的电压；以及第二组开关，其响应于是第一相位的反相的时钟的第二相位，闭合以将第一电容器耦合到第二电容器，从而使得所存储的电压之间的差能够被提供给反相器，其中如果被提供给反相器的所存储电压之间的差高于反相器的断路电平，则输出信号指示在通信信道中存在通信信号的活动。
[0038]根据一个实施例，系统还包括时钟电路，其耦合到检测器电路，以接收输入正交信号并且生成时钟信号，该时钟信号具有正交信号中的每一个的频率的至少双倍的频率。
[0039]首先参考图1，电压信号Vin和Vinb共同包括可以在通信信道上进行发送/接收的时变差分通信信号。例如，差分通信信号(Vin-Vinb)可以用于具有高速串行接口的通信系统(例如，通用串行总线(USB) 2.0系统或使用差分信令进行操作的其他通信系统)的通信信道中。
[0040]差分通信信号具有峰到峰(PP)振幅Vdiff = Vin-Vinb0两个参考电压电平Vref和Vrefb之间的差是静噪阈值电压电平Vth，其用于确定通信信道上的通信信号有效或无效。例如，如果Vdiff>Vth，则可以认为通信信道是有效的，并且如果Vdiff〈Vth，则可以认为通信信道是无效的。
[0041]现在参考图2，在200大体上示出一个实施例的静噪检测器。在一个实施例中，静噪检测器200包括两个电容器(Cl和C2)、六个开关(S1-S6)以及反相器202。
[0042]开关SI耦合在地和节点N4之间。开关S2耦合在接收信号Vinb的第一焊盘(或其他端子)204和节点N4之间。第一电容器Cl具有耦合到节点N4的第一端子与耦合到节点N3的第二端子。开关S3耦合在接收信号Vin的第二焊盘(或其他端子)206和节点N3之间。开关S4耦合在节点N3和节点N2之间。开关S5耦合在具有/接收阈值电压Vth的第三焊盘(或其他端子)208和节点N2之间。
[0043]第二电容器C2具有耦合到节点N2的第一端子以及耦合到节点NI的第二端子。在一个实施例中，电容器Cl的电容是电容器C2的电容的约五倍或更大。
[0044]开关S6耦合在节点NI与反相器202的输出端子210之间。节点NI耦合到反相器202的输入端子，并且因为该配置，如果开关S6闭合，则反相器202的输入端短路到其输出端。在一个实施例中，反相器202的输出端子210形成静噪检测器200的输出端子，并且因此提供静噪检测器200的输出信号。
[0045]在一个实施例中，开关S1-S6中的任何一个或多个可以包括互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管，例如，具有栅极端子的P型或N型CMOS晶体管，每一个栅极端子都接收并且响应于用来控制CMOS晶体管的导通或关断的时钟信号的相位。因此，如果CMOS晶体管导通则开关闭合(短路或连接)，并且如果CMOS晶体管关断则开关打开(开路或断开)。
[0046]在一个实施例中，CMOS晶体管的栅极端子被耦合以接收图3中所示的时钟信号300的时钟脉冲或反相时钟脉冲。如果时钟脉冲为高(在图3中被表示为时钟相位，则被标记为Φ1的图2中的开关S2、S3、S5和S6(形成第一组开关)闭合(连接)，而如果时钟脉冲为低(在图3中被表示为时钟相位Φ2)，则被标记为Φ2的图2中的开关SI和S4(形成第二组开关)闭合(连接)。因此具有该布置，开关S2、S3、S5和S6可以是CMOS晶体管传输栅极(由N型和/或P型晶体管组成)，该栅极由第一极性的时钟脉冲控制，并且开关SI和S4可以是由第二 /相反极性的时钟脉冲控制的CMOS传输栅极。
[0047]在操作中，在开关S2和S3闭合并且开关SI和S4打开的时钟相位期间，电容器Cl耦合到具有电压Vin的焊盘206和具有电压Vinb的焊盘204，以便对信号Vin和Vinb之间的电压差(Vin-Vinb)进行采样，与通信信号的峰到峰振幅电平相对应的电压差(Vin-Vinb)是存储在电容器Cl中的第一电压电平。
[0048]同样在开关S5和S6闭合并且开关S4打开的时钟相位期间，在操作中，电容器C2的第一端子耦合到具有电压Vth (静噪阈值电压电平)的焊盘208，并且电容器C2的第二端子耦合到反相器202的输入端子，由此如果反相器202的输入短路至其输出，则导致对电压Vtrip (反相器202的断路点/电平)的采样。相对应的电压差Vth-Vtrip是存储在电容器C2中的第二电压电平。在一个实施例中，阈值电压Vth可以直接进行设置，而不是对Vref和Vrefb做减法。
[0049]在开关SI和S4闭合并且其他开关打开的时钟相位Φ2期间，电容器Cl的第一端子耦合到地，并且第二端子将具有Vin-Vinb的电压电势。由于一个实施例的电容器Cl经选择比电容器C2至少大五倍，因此电容器Cl表现为或类似于电容器C2的恒压源。因为在时钟相位Φ2期间，电容器Cl被耦合到电容器C2，所以这两个电容器之间的连接点被强制为Vin-Vinb的电势。
[0050]由于电容器C2存储电压差Vth-Vtrip，因此反相器202的输入端子将接收或被提供存储在电容器Cl和C2中的电压之间的差的电势电平。S卩，反相器202的输入端子发现/ 接收第三电压电平(Vin-Vinb)-(Vth-Vtrip) = Vtrip+[ (Vin-Vinb)-Vth]。如果作为在承载通信信号的通信信道上的活动的结果Vin-Vinb>Vth，那么在反相器202的输入端子的电势电平被确定为大于Vtrip，并且因此反相器202将在输出端子210输出低(例如，静噪检测器200的输出信号的第一状态)。如果作为在通信信道上的通信信号的活动缺少/不足的结果Vin-Vinb〈Vth，那么在反相器202的输入端子的电势电平被确定为低于Vtrip，并且反相器202将在输出端子210输出高(例如，静噪检测器200的输出信号中，与第一状态相反或反相的第二状态)。
[0051]反相器202的输出信号是其输入信号的负值。如果期望静噪检测器的输出为正，那么至少一个反相器可以例如以串联的方式耦合到反相器202，以便提供反相器202的输出信号的反相版本。图5示出静噪检测器500的实施例，其具有耦合到反相器202的输出端子210的串联的反相器502。例如图5的实施例所示的串联反相器也可以增大静噪检测器500的总增益。
[0052]在一个实施例中，锁存器电路504可以被耦合到串联的反相器502。锁存器电路504可以用于例如存储串联的反相器502的输出状态(例如，高或低)，直到输出改变状态。锁存器电路504的端子506的输出提供静噪检测器500的输出信号(被标记为“静噪输出”)。
[0053]正如上面的解释，静噪检测器的各种实施例作为开关电容器采样电路操作，其在不同的时钟相位期间使用时钟信号300以在电路连接之间进行切换。根据奈奎斯特采样定理，由一个实施例的时钟信号300提供的采样/时钟频率应是差分通信信号中包含的最高频率的至少两倍。
[0054]例如，USB 2.0系统可以利用大约480MHz时钟进行操作，并且因此采样频率应是约960MHz或更大。在一个实施例中，由于从锁相环(PLL)发送更高频时钟到静噪检测器可能消耗附加的功率，因此PLL不需要附加的/专用的更高频时钟。相反，静噪检测器的一个实施例可以使用现有的时钟以提供具有足够高频率的时钟信号300。
[0055]例如，在高速串行接口的一个实施例中，在操作频率480MHz正交时钟clkO和clk90(分别在0°和90°相位)是可用的。在图4的时钟电路400中，这些正交时钟clkO和clk90被利用以生成具有操作频率两倍的频率的采样时钟信号300。例如关于USB 2.0，在480MHz时钟clkO和clk90(分别在0°和90。相位)可以进行逻辑操作(例如，共同进行异或)以提供具有960MHz频率的输出时钟。
[0056]时钟电路400包括异或(XOR)栅极402，其具有分别接收正交输入时钟信号clkO和clk90的两个输入端子。异或栅极402的输出端子提供时钟信号600，所述时钟信号600具有输入时钟信号clkO和clk90的频率两倍的频率，例如图6所示。异或栅极402的输出端子被耦合到反相器404的输入端子，反相器404继而具有耦合到非重叠时钟发生器406的第一输入端子的输出端子。异或栅极402的输出端子还耦合到时钟发生器406的第二输入端子。一个实施例的时钟发生器406被配置为接收时钟和反相时钟信号以生成非重叠时钟信号作为输出信号。例如，时钟发生器406输出两个时钟信号“clock”和“clockb”，两者都具有时钟信号clkO和clk90的操作频率两倍的频率。图4中时钟信号“clock”和“clockb”中的任一个都可以用作图3的时钟信号300。
[0057]提供以下示例情境A、B和C以便进一步示出本文公开的静噪检测器的各种实施例的操作:
[0058]A.Vin比Vinb大0.15V(例如，比Vth = 0.1V更大的值)，并且具有采样时钟频率=1GHz, Vin = 0.35V, Vinb = 0.2V,以及 Vth = 0.1V
[0059]在时钟相位Φ I (时钟信号300为高)期间，节点N4耦合到Vinb = 0.2V ;节点N3耦合到Vin = 0.35V ;节点N2耦合到Vth = 0.1V ;由于反相器202的输入端子短路到输出端子210，因此节点NI具有反相器202的Vtrip的电势。在对这些电压进行采样后，在时钟相位Φ2(时钟信号300为低)期间，节点Ν4耦合到地。由于电容器Cl在其两端具有Vin-Vinb = 0.15V的电压差，因此在节点Ν3电压变为0.15V。由于电容器Cl具有比电容器C2更大的电容，因此节点Ν2也被强制到0.15V的电压。
[0060]在节点NI的电压从Vtrip改变为
[0061]Vtrip+[(Vin-Vinb)-Vth] = Vtrip+0.05V = 0.5V+0.05V = 0.55V。
[0062]由于节点NI比反相器202的Vtrip高0.05V，因此在时钟相位Φ2期间反相器202的输出(在输出端子210处)变为低。反相器202的低输出确认或以指示在通信信道上存在活动(例如，(Vin-Vinb) >Vth)。
[0063]B.Vin比Vinb大0.05V(例如，比Vth = 0.1V更小的值)，并且具有采样时钟频率=1GHz, Vin = 0.25V, Vinb = 0.2V,以及 Vth = 0.1V
[0064]在时钟相位Φ I (时钟信号300为高)期间，节点N4耦合到Vinb = 0.2V ;节点N3耦合到Vin = 0.25V ;节点N2耦合到Vth = 0.1V ;由于反相器202的输入端子短路到输出端子210，因此节点NI具有反相器202的Vtrip的电势。在对这些电压进行采样后，在时钟相位Φ2(时钟信号300为低)期间，节点Ν4耦合到地。由于电容器Cl在其两端具有Vin-Vinb = 0.05V的电压差，因此在节点Ν3处的电压变为0.05V。由于电容器Cl具有比电容器C2更大的电容，因此节点Ν2也被强制到0.05V的电压。
[0065]在节点NI 电压从 Vtrip 改变为 Vtrip+[ (Vin-Vinb)-Vth] = Vtrip-0.05V =
0.5V-0.05V = 0.45V。由于节点NI比反相器202的Vtrip低0.05V,因此在时钟相位Φ2期间由反相器202生成的输出(在输出端子210处)为高。反相器202的高输出确认或指示在通信信道中活动缺少或不足(例如，(Vin-Vinb)〈Vth)。
[0066]C.Vin 小于 Vinb,并且具有采样时钟频率=1GHz, Vin = 0.3V, Vinb = 0.5V, Vth=0.1V
[0067]在时钟相位Φ I (时钟信号300为高)期间，节点Ν4耦合到Vinb = 0.5V ;节点Ν3耦合到Vin = 0.3V ;节点Ν2耦合到Vth = 0.1V ;由于反相器202的输入端子短路到输出端子210，因此节点NI具有反相器202的Vtrip的电势。在对这些电压进行采样后，在时钟相位Φ2(时钟信号300为低)期间，节点Ν4耦合到地。由于电容器Cl在其两端具有Vin-Vinb = -0.2V的电压差，因此在节点Ν3电压变为约-0.2V。由于电容器Cl具有比电容器C2更大的电容，因此节点Ν2也被强制到-0.2V的电压。
[0068]在节点NI 处电压从 Vtrip 改变为 Vtrip+[ (Vin-Vinb)-Vth] = Vtrip-0.3V =
0.5V-0.3V =?0.2V。由于节点NI比反相器202的Vtrip低0.3V，因此反相器202的输出端子210将为高。由反相器202生成的高输出确认或指示在通信信道中活动缺少或不足(例如，(Vin-Vinb)〈Vth)。
[0069]本文中公开的静噪检测器的实施例提供与传统静噪检测器不同的至少以下的特征:
[0070]-低功耗，因为省略了传统静噪检测器的各种功耗部件；
[0071]-不涉及放大器和电流源。因此，没有静态电流，并且相反在切换期间消耗动态电流。例如，由于将电流源用于偏压，因此与消耗l_2mA或更高的传统的基于混频器和放大器级的架构相比较，电流消耗可以是约300 μ A ;
[0072]-静噪检测器的一个实施例的电路设计与传统的基于混频器和放大器级的静噪检测器比较是相对简单的；
[0073]-传统的基于混频器和放大器级的静噪检测器尝试匹配电路中所有的器件以便降低输入偏置电压。相反，由于在时钟相位Φ1期间反相器202的Vtrip已经存储在电容器C2中，并且操作不取决于对任何器件的匹配，因此没有对本文公开的静噪检测器的一个实施例的器件匹配的严格要求。电容器Cl被设计为比电容器C2相对更大，使得如果电容器Cl耦合到电容器C2，则电容器Cl表现为恒压源；以及
[0074]-具有过程间更简单的迁移。这是因为正如与传统的基于混频器和放大器级的静噪检测器相比较，当迁移到新过程时传统的基于混频器和放大器级的静噪检测器被再调谐，以便确保所有器件在饱和区中进行操作，一个实施例的静噪检测器不需要组成器件在饱和区中操作。
[0075]本文描述的静噪检测器的实施例可以用于多个实现和应用。移动设备(例如，包括但不限于智能电话、桌面一体机、平板电脑和其他移动互联网设备(MID))可以具有从改进的静噪检测操作受益的电路。在这样的实现中，静噪检测器可以用来提供基于通信信道中是否存在信号活动来触发各种部件激活或禁用的输出信号。
[0076]图7是示出了适合于实践所公开的静噪检测器电路/方法的各种实施例的示例计算机系统700的框图。
[0077]如所示出的，计算机系统700可以包括电源单元702、多个处理器或处理器核心704、具有存储在其中的处理器可读和处理器可执行指令708的系统存储器706、同样可以存储指令708的海量存储设备710，以及通信接口 712。出于包括权利要求的本申请的目的，术语“处理器”和“处理器核心”可以认为是同义的，除上下文以其他方式明确要求之外。
[0078]在本公开的各种实施例中，包括控制器的处理器704中的至少一个可以响应于处理器704接收或估计由静噪检测器提供的输出信号的状态来生成使生成信号，以触发对系统700的各种部件的激活/禁用(例如，将通信接口 712和/或其他部件的至少一部分断电或上电)。在其他实施例中，各种其他部件(系统700的内部或外部的)可以响应于来自静噪检测器的输出信号来生成这样的信号中的一个或多个。
[0079]一个或多个海量存储设备710和/或存储器706可以包括有形的、非暂时性的计算机可读存储设备(例如磁盘、硬盘驱动器、压缩光盘只读存储器(⑶ROM)、硬件存储单元、闪存存储器、相变存储器(PCM)、固态驱动(SSD)存储器等)。存储在海量设备710和/或存储器706中的指令708可以由处理器704中的一个或多个执行。
[0080]计算机系统700还可以包括输入/输出设备714 (例如，键盘、显示屏、光标控制等)。在各种实施例中并且仅作为示例，I/o设备714可以包括部件718，部件718发送/接收差分通信信号或提供/支持承载差分通信信号的通信信道，并且部件718自身可以包括或耦合到静噪检测器。静噪检测器和相关电路(或系统700的其他部件)可以替代地或附加地位于计算机系统700中的其它地方，并且可以包括集成电路的部分或全部。例如，检测器720可以包括通信接口 712的部分并且可以包括本文所述的静噪检测器的实施例。
[0081]图7的各种元件可以经由表示一条或多条总线的系统总线716相互进行耦合。在多条总线的情况下，它们可以由一个或多个总线桥(未示出)来进行桥接。数据可以通过例如在静噪检测器的输出端子和处理器704之间的I/O设备714经过系统总线716。来自静噪检测器的输出信号还可以在多芯片封装(MCP)上的分立的芯片之间发送。在一个实施例中，这样的MCP可以表示系统700的一个或多个处理器704或任何其他部件。在一个实施例中，存储器706的一部分或全部可以与一个或多个处理器704 —起被集成在MCP上。在一个实施例中，系统700中的一个或多个芯片可以具有静噪检测器。
[0082]系统存储器706和海量存储设备710可以被应用于存储编程指令的工作副本和永久副本，所述编程指令实现了一个或多个操作系统、固件模块或驱动程序、应用程序等，其在本文中共同被标示为708。编程指令的永久副本可以被放置在工厂中的永久存储装置中或通过例如分发介质(未示出)(例如，光盘(CD))，或通过通信接口 712(来自分发服务器(未示出))放置在现场。
[0083]根据各种实施例，系统700的所示部件和/或其他元件中的一个或多个可以包括键盘、LCD屏幕、非易失性存储器端口、多个天线、图形处理器、应用处理器、扬声器或包括照相机的其他相关联的移动设备元件。
[0084]计算机系统700的各种元件的剩余构成是公知的，并且因此不进一步详细描述。
[0085]包括在摘要中所描述的示出的实施例的以上描述不是要详尽的或被限于所公开的精确的形式。尽管本文描述的具体实施例和示例是出于说明的目的，但各种变型是可能的。例如，在各种实施例中的某些元件的配置和连接已在信号的高/低值、对信号上升/下降沿的响应、用于将信号反相的反相器、具体类型的逻辑栅极和/或逻辑配置等的上下文中进行了描述。在其他实施例中，可以鉴于某些信号是否被反相、是否响应于下降沿而不是上升沿以触发状态的某些改变或反之亦然、不同的逻辑栅极配置等来提供不同的配置
[0086]这些和其他变型可以按照以上的【具体实施方式】做出。在下面的权利要求中使用的术语不应被解释为限于在本说明书中公开的具体实施例。
【权利要求】
1.一种装置，包括: 检测器电路，其用于接收时变差分通信信号，并且包括开关电容器和反相器，用于提供所接收的通信信号的电平高于或低于阈值的指示。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述时变差分通信信号包括第一信号和第二信号，并且其中，在所述第一信号和第二信号之间的峰到峰振幅差提供了与所述阈值进行比较的所述通信信号的电平。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电容器包括被耦合以接收所述通信信号的第一电容器以及耦合到所述反相器的第二电容器，所述检测器电路还包括: 第一组开关，其响应于时钟的第一相位，闭合以使得所述第一电容器能够存储与所述通信信号的电平相对应的电压，并且使得所述第二电容器能够存储与所述阈值和所述反相器的断路电平之间的差相对应的电压；以及 第二组开关，其响应于是所述第一相位的反相的所述时钟的第二相位，闭合以将所述第一电容器耦合到所述第二电容器，从而使得所存储的电压之间的差能够被提供给所述反相器， 其中，所述第一组开关闭合同时所述第二组开关打开，反之亦然。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，如果所述通信信号的电平大于所述阈值以指示承载所述通信信号的通信信道上的活动，则所述反相器被耦合以提供具有第一状态的输出信号，并且 其中，如果所述通信信号的电平小于所述阈值以指示所述通信信道上的不充足的活动，则所述反相器被耦合以提供具有与所述第一状态相反的第二状态的所述输出信号。
5.根据权利要求3或权利要求4所述的装置，其中，所述第一电容器具有比所述第二电容器的电容更大的电容。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述第一电容器的电容是所述第二电容器的电容的五倍或更大。
7.根据权利要求3所述的装置，其中，所述第一组开关包括: 第一开关，其稱合在所述第一电容器的第一端子和接收第一信号的第一焊盘之间； 第二开关，其耦合在所述第一电容器的第二端子和接收第二信号的第二焊盘之间； 第三开关，其耦合在所述第二电容器的第一端子和接收具有所述阈值的电压的第三焊盘之间；以及 第四开关，其耦合在所述反相器的输出端子和在所述反相器的输入端子处的所述第二电容器的第二端子之间。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述第二组开关包括: 第五开关，其耦合在地和所述第一电容器的第一端子之间；以及 第六开关，其耦合在所述第一电容器的第二端子和所述第二电容器的第一端子之间。
9.根据权利要求3-4和权利要求7-8中的任何一项所述的装置，还包括耦合到所述反相器的至少另一个反相器，以提供所述检测器电路的输出的反相版本并且增大所述检测器电路的增益。
10.根据权利要求9所述的装置，还包括耦合到所述反相器的锁存器电路。
11.根据权利要求1-4和权利要求7-8中的任何一项所述的装置，还包括耦合到所述检测器电路的时钟电路，以接收输入正交信号并且生成时钟信号，所述时钟信号具有所述正交信号中的每一个的频率的至少双倍的频率。
12.—种方法,包括: 由检测器接收时变差分通信信号； 响应于时钟信号的第一相位来操作第一组开关，以在第一电容器中存储与所述通信信号相对应的第一电压电平，并且在第二电容器中存储与阈值电平相对应的第二电压电平； 响应于所述时钟信号的第二相位来操作第二组开关，以向反相器提供与所存储的第一和电压电平之间的差相对应的第三电压电平；以及 响应于所提供的第三电压电平由所述反相器生成输出信号，以指示所述通信信号的振幅电平是否超过所述阈值电平。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，响应于所提供的第三电压电平由所述反相器生成所述输出信号包括: 确定所提供的第三电压电平是否大于所述反相器的断路电平； 如果确定所述第三电压电平大于所述断路电平，则生成具有第一状态的所述输出信号以指示所述通信信号的振幅电平超过所述阈值电平；并且 如果确定所述第三电压电平小于所述断路电平，则生成具有与所述第一状态相反的第二状态的所述输出信号，以指示所述通信信号的振幅电平低于所述阈值电平。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括响应于具有所述第二状态的所述输出信号将计算机系统的部件进行断电。
15.根据权利要求12所述的方法，还包括: 接收每一个都具有操作频率的输入正交信号；并且 根据所接收的正交信号生成所述时钟信号，所述时钟信号具有所述操作频率的至少两倍的时钟频率。
16.根据权利要求12所述的方法，其中: 所述时变差分通信信号包括第一信号和第二信号； 操作所述第一组开关，以存储与所述通信信号相对应的所述第一电压电平包括操作所述第一组开关，以在所述第一电容器中存储所述第一信号和第二信号之间的峰到峰振幅差；以及 操作所述第一组开关，以存储与所述阈值电平相对应的所述第二电压电平包括操作所述第一组开关，以在所述第二电容器中存储与所述阈值电平和所述反相器的断路电平之间的差相对应的电压。
17.根据权利要求12所述的方法，其中，所述时钟信号的所述第一相位和第二相位具有相反的极性，以使得所述第一组开关能够闭合同时所述第二组开关打开，反之亦然。
18.—种系统,包括: 通信接口，其用于支持承载时变差分通信信号的通信信道； 基于反相器和开关电容器的检测器电路，其耦合到所述通信接口，用于检测所述通信信道中所述通信信号的活动，并且用于生成输出信号以指示是否检测到所述活动；以及 耦合到所述检测器的部件，其用于接收所生成的输出信号，并且用于如果所述输出信号指示所述通信信道中所述通信信号的不充足的活动，则将所述通信接口的至少一部分断电。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述部件包括处理器。
20.根据权利要求18所述的系统，其中，所述检测器电路包括: 反相器，用于提供所述输出信号并且具有断路电平； 第一电容器，其被耦合用于接收所述通信信号以及耦合到所述反相器的第二电容器； 第一组开关，其响应于时钟的第一相位，闭合以使得所述第一电容器能够存储与所述通信信号的电平相对应的电压，并且使得所述第二电容器能够存储与阈值和所述反相器的断路电平之间的差相对应的电压；以及 第二组开关，其响应于是所述第一相位的反相的所述时钟的第二相位，闭合以将所述第一电容器耦合到所述第二电容器，从而使得所存储的电压之间的差能够被提供给所述反相器， 其中，如果被提供给所述反相器的所存储的电压之间的差高于所述反相器的断路电平，则所述输出信号指示所述通信信道中存在所述通信信号的活动。
21.根据权利要求20所述的系统，还包括耦合到所述检测器电路的时钟电路，以接收输入正交信号并且生成时钟信号，所述时钟信号具有所述正交信号中的每一个的频率的至少双倍的频率。
【文档编号】H04L25/08GK104205650SQ201280071803
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2012年3月30日 优先权日:2012年3月30日
【发明者】C·H·胡 申请人:英特尔公司
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