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一种基于10Base T标准接口放大电路的设计
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2020-12-13
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1 引言 10Base-T是1990年IEEE通过的以太网物理层标准。在OSI(开放系统互连)网络协议标准中的位置如图1[1]。 现在以太网已经发展到以IEEE802.3ae为标准的10000Base-X以太网[2],本文提出对10Base-T放大电路的设计主要是因为目前许多的终端网络设备10Base-T接口为主,以及其本身技术特点(如编码的特性)和性能稳定性,在某些要求传输速率不高,但对工作稳定性要求高的系统中仍是较好的选择,在10Base-T标准中,在双绞线上传播的两类相位差180度的曼彻斯特编码的差动信号(在实际传输过程中,因发送器对曼彻斯特码进行了预失真处理以消除码间干扰,传输信号与理
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一种基于一种基于10Base T标准接口放大电路的设计标准接口放大电路的设计
1 引言 10Base-T是1990年IEEE通过的以太网物理层标准。在OSI(开放系统互连)网络协议标准中的位置如
图1[1]。 现在以太网已经发展到以IEEE802.3ae为标准的10000Base-X以太网[2],本文提出对10Base-T放大
电路的设计主要是因为目前许多的终端网络设备10Base-T接口为主,以及其本身技术特点(如编码的特性)
和性能稳定性,在某些要求传输速率不高,但对工作稳定性要求高的系统中仍是较好的选择,在10Base-T标
准中,在双绞线上传播的两类相位差180度的曼彻斯特编码的差动信号(在实际传输过程中,因发送器对曼彻斯
特码进行了预失真处理以消除码间干扰,传输信号与理
1 引言
10Base-T是1990年IEEE通过的以太网物理层标准。在OSI(开放系统互连)网络协议标准中
的位置如图1[1]。
现在以太网已经发展到以IEEE802.3ae为标准的10000Base-X以太网[2],本文提出对10Base-
T放大电路的设计主要是因为目前许多的终端网络设备10Base-T接口为主,以及其本身技术特
点(如编码的特性)和性能稳定性,在某些要求传输速率不高,但对工作稳定性要求高的系统中
仍是较好的选择,在10Base-T标准中,在双绞线上传播的两类相位差180度的曼彻斯特编码的
差动信号(在实际传输过程中,因发送器对曼彻斯特码进行了预失真处理以消除码间干扰,传输
信号与理想曼彻斯特码有所不同)[3],在局域网络系统中,数据信号是以矩形波形式传播的,其
特点是衰减快、容易受干扰以及信号通过耦合变压器时产生的基带漂移等现象[4],所以在
10Base-T的设备接口中要对传输进来的信号进行放大和整形。本文设计的前置放大器用于处理
双绞线传输过来的信号,具有降低噪声干扰、整体信号波形、放大传输信号并将模拟信号转化为
数字信号的功能,不需要额外的滤波器和A/D转换器,此外,电路设计中大量采用重复模块,以
提高电路的可靠性,同时将以往相同功能电路0.5μmCOMS工艺改进到0.25μmCOMS工艺,减少
了芯片功耗和占用面积。
2 整体结构
基于传输信号的类型和特点,设计了与之相对应的接口电路。电路由P端和N端输入端口、R1和
R2电阻网络模块、Z1至Z14信号整形和放大模块、S1偏置模块、Buffer1和buffer2缓冲模块共同
组成,其中电路结构框图如图2所示。
从双绞线上送过来的两列差动信号分别从P端和N端进入R1和R2模块经过简单处理后,分别变化
8对差动信号送入整形和放大模块,信号经过一级整形放大产生4对差动信号送入第二级整形和放
大模块,产生2对差动信号再送入第三级整形和放大模块经过2个缓冲模块输出。
3 模块设计
3.1 电阻网络模块
电阻网络模块具体电路设计如图3所示。
电路的前部分是电阻网络,其中R1-R8都是阻值相等,特性相同的电阻,用来提高输入阻抗,
最后将两个正负信号分成四路进入放大和整形模块,R4和R8两个电阻分别接电源和地,用来增
大P端和N端之间直流电平的差值(图4)。
从图中可以看到通过上述电阻拉高和拉低的作用,使得两个差分信号的差分电压变的更大,这将
有利于其后的放大和整形模块的工作。
3.2 放大和整形模块
放大和整形模块具体电路设计如图5所示。
由于从输入端进来的信号都是高电平或低电平的差动信号,放大电路的设计主要是采用镜像差动
[5],对放大整形模块电路进行大信号分析,这里假设M5是理想的电流源,如果Vin1端输入低电
平信号,在Vin2端输入高电平信号,则M1管被关断,同时M3、M4也被关断,这时从电源到地的
通路都被关断,电源和地之间没有电流流过,M2和M5管工作深线性区,传输电流为零,因此
Vout与地端同电位。当Vin1端输入高电平,Vin2端输入低电平时,这时M2管被关断,流过M4的
电流为零,M4管工作在深线性区,因此Vout与电源端同电位,由于在两路信号高低电平转换的
状态下,存在一个Vin1的电位与Vin2的电位相同的状态,假设在两边电路对称,MOS管的参数
都对称的情况下,设流过M1管和流过M2管的电流相同,都等于流过M5管的电流的一半,所以
Vout=Vdd-|Vgs3|=Vdd-|Vgs4|[6],放大器的设计在电源和地之间引入M6和M7,在Vb和地
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