專利名稱：降低基片噪音的電流驅(qū)動器電路及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及一種集成電路設(shè)備及其操作方法，更具體地說，涉及在接口電路中使用的電流驅(qū)動器電路及其操作方法。
背景技術(shù)：
一種能夠?qū)⒑愣娏魈峁┙o輸出端子的電路已經(jīng)廣泛應(yīng)用在PLL(鎖相回路)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)和電流驅(qū)動接口等包含的電荷泵中。下面，將描述這樣電路的例子。
圖1A、1B和1C圖解根據(jù)三種開關(guān)類型的常規(guī)開路漏極驅(qū)動器的電路圖。
參考圖1A、1B和1C，在柵極開關(guān)類型(圖1A)中，輸出NMOS的柵極-源極電壓Vgs的變化是較大的。漏極開關(guān)類型(圖1B)由于電流源的兩個端子之間電壓的瞬變而會產(chǎn)生電流尖峰。因此，源極開關(guān)類型(圖1C)通常用作開路漏極驅(qū)動器(opendrain driver)。
圖2圖解根據(jù)圖1A、1B和1C所示的三種開關(guān)類型的常規(guī)開路漏極驅(qū)動器的模擬波形圖。
參考圖2，在柵極開關(guān)類型(圖2中表示為‘G’)中，輸出端的電流不會隨輸入信號的變化而變化，漏極開關(guān)類型(圖2中表示為‘D’)產(chǎn)生圖2所示的電流尖峰。
在源極開關(guān)類型(圖2中表示為‘S’)中，輸出端的電流隨輸入信號的變化而變化，也不會產(chǎn)生電流尖峰。
在源極開關(guān)類型的接通和關(guān)斷操作過程中，輸出電流具有較長的上升時間和較長的下降時間，這是因為開關(guān)和電流源之間的節(jié)點具有相對較低的切換速度；因此，整個系統(tǒng)的容限將會降低。
為了防止整個系統(tǒng)的容限的降低，使用圖1所示的源極開關(guān)類型對開路漏極驅(qū)動器作出許多修改。圖3A是圖解常規(guī)第一修改的開路漏極驅(qū)動器的電路圖。將圖3A所示的開路漏極驅(qū)動器與圖1C的源極開關(guān)類型開路漏極驅(qū)動器相比較，在重復(fù)施加具有邏輯高電位的輸入信號din和具有邏輯低電位的輸入信號din的同時，圖3A所示的開路漏極驅(qū)動器通過在切換操作過程中保持參考電位ref來提供恒定電流。
參考圖3A，開路漏極驅(qū)動器包括電流源310、供流源單元320、第一下拉(pull-down)晶體管M2和第二下拉晶體管M6。電流源310耦合在輸出端OUT和第一節(jié)點n1之間，并根據(jù)參考電位ref提供第一參考電流，并且使用NMOS晶體管M1實現(xiàn)。
第一下拉晶體管M2耦合在第一節(jié)點n1和低電源電壓Vss之間，并且響應(yīng)于輸入信號din執(zhí)行接通和關(guān)斷切換操作。
供流源單元320包括與PMOS晶體管M9和NMOS晶體管M5耦合的二極管。NMOS晶體管M5對應(yīng)于NMOS晶體管M1，在重復(fù)施加具有邏輯高電位的輸入信號din和具有邏輯低電位的輸入信號din的同時，在切換操作過程中保持參考電位ref。
第二下拉晶體管M6對應(yīng)于第一下拉晶體管M2，執(zhí)行與第一下拉晶體管M2的切換操作相關(guān)的互補切換操作，并允許NMOS晶體管M1和NMOS晶體管M5進行相互互補操作。因此，參考電位ref可以保持為當(dāng)前狀態(tài)。
圖3B表示常用第二修改的開路漏極驅(qū)動器的電路圖。圖3B所示的開路漏極驅(qū)動器可以解決圖3A所示的開路漏極驅(qū)動器的問題。圖3A所示的開路漏極驅(qū)動器的問題在于流過輸出端OUT的電流下降時間延長了，這是因為NMOS晶體管M1在輸入信號din具有低電位直到NMOS晶體管M1的柵極-源極電壓Vgs小于其閾值電壓Vth時處于導(dǎo)通狀態(tài)。圖3B所示的開路漏極驅(qū)動器包括附加的上拉PMOS晶體管M4，該晶體管M4在輸入信號din具有邏輯低電位時能夠迅速拉升第一節(jié)點n1的電荷。因此，NMOS晶體管M1可被迅速地關(guān)斷，因為第一節(jié)點n1的電壓在輸入信號din具有低電位時能被迅速拉升到高電源電壓VDD。
與圖3A的開路漏極驅(qū)動器一樣，圖3B的開路漏極驅(qū)動器使用一個與參考電位ref耦合以能減少由于輸入信號din的切換操作而產(chǎn)生的參考電位ref變化的電路372。
圖3C圖解常規(guī)第三修改的開路漏極驅(qū)動器的電路圖。圖3C所示的開路漏極驅(qū)動器使用用作上拉(pull-up)晶體管的NMOS晶體管M3，而不是圖3B所示的使用用作上拉晶體管的PMOS晶體管M4。
第一節(jié)點n1的電壓沒有拉升到高電源電壓VDD，但是拉升到(VDD-Vth)電壓。Vth表示NMOS晶體管M3的閾值電壓。結(jié)果是，在輸入信號的邏輯電位從高電位狀態(tài)改變?yōu)榈碗娢粻顟B(tài)時可以提高流過輸出端OUT的電流的切換速度。即，可以在輸入信號從高電位改變?yōu)榈碗娢粫r能提高流過輸出端OUT的電流切換速度。
與圖3B的開路漏極驅(qū)動器一樣，圖3C的開路漏極驅(qū)動器使用一個與參考電位ref耦合以使由于輸入信號din的切換操作而產(chǎn)生的參考電位ref變化最小化的電路373。
圖3D圖解常規(guī)第四修改的開路漏極驅(qū)動器的電路圖。圖3D所示的開路漏極驅(qū)動器使用運算放大器來拉升第一和第二節(jié)點n1，n2至參考電位ref，并允許通過使用NMOS晶體管M1和M5而實現(xiàn)的電流源能被迅速地關(guān)斷。
雖然上面描述了圖3A至3D所示的開路漏極驅(qū)動器的修改，但是在本領(lǐng)域中其還有改進的余地。圖3A所示的開路漏極驅(qū)動器存在的問題是輸出端OUT的電流下降時間太長，圖3D所示的開路漏極驅(qū)動器包括運算放大器以便需要相對較大的芯片區(qū)，功耗提高了，輸出端OUT的電流的切換速度相對較低。即，輸出端OUT的電流的切換速度相對較低。
圖3B和3C所示的開路漏極驅(qū)動器存在的問題是上拉晶體管和下拉晶體管可被同時導(dǎo)通。參考圖3B所示的開路漏極驅(qū)動器，通過使用PMOS而實現(xiàn)的上拉晶體管M4與NMOS晶體管M2相比具有相對較低的遷移率(mobility)。
因為上拉晶體管M4即使在下拉晶體管M2導(dǎo)通后也沒有被關(guān)斷，即，上拉晶體管M4和下拉晶體管M2同時被導(dǎo)通，因此在輸入信號din的邏輯狀態(tài)從邏輯低電位改變?yōu)檫壿嫺唠娢粫r，大量電流可在導(dǎo)通/關(guān)斷切換操作過程中流進接地極。
在圖3C所示的開路漏極驅(qū)動器中，使用NMOS晶體管實現(xiàn)上拉晶體管M3和下拉晶體管M2，但是，每個NMOS晶體管M3和M2相互之間可具有不同的切換速度。上拉晶體管M3的切換速度低于下拉晶體管M2的切換速度，相同的問題在圖3B中也會產(chǎn)生。
在上拉晶體管M3的切換速度大于下拉晶體管M2的切換速度的情況下，因為上拉晶體管M3被關(guān)斷時而下拉晶體管M2還沒有導(dǎo)通，即，上拉晶體管M3和下拉晶體管M2同時被導(dǎo)通，因此在輸入信號din的邏輯狀態(tài)從邏輯高電位改變?yōu)檫壿嫷碗娢粫r，相對大量的電流可能在導(dǎo)通/關(guān)斷切換操作過程中流進接地極。
結(jié)果是，在高電源電壓VDD和低電源電壓VSS之間產(chǎn)生了短電流路徑，流過短電流路徑的電流會產(chǎn)生基片噪音并提高功耗。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，電流驅(qū)動器電路包括下拉開關(guān)單元，耦合在節(jié)點和第一參考電位之間，用于響應(yīng)于輸入信號在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間進行切換；和上拉開關(guān)單元，耦合在節(jié)點和第二參考電位之間，用于在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間進行切換，與下拉開關(guān)單元互補，上拉開關(guān)單元的導(dǎo)通速度小于下拉開關(guān)單元的導(dǎo)通速度，上拉開關(guān)單元的關(guān)斷速度大于下拉開關(guān)單元的關(guān)斷速度。
在本發(fā)明的又一個實施例中，電流驅(qū)動器電路包括第一下拉開關(guān)單元，耦合在第一節(jié)點和第一參考電位之間，用于響應(yīng)于輸入信號在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間進行切換；第一上拉開關(guān)單元，耦合在第一節(jié)點和第二參考電位之間，用于在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間進行切換，與第一下拉開關(guān)單元互補，第一上拉開關(guān)單元的導(dǎo)通速度小于第一下拉開關(guān)單元的導(dǎo)通速度，第一上拉開關(guān)單元的關(guān)斷速度大于第一下拉開關(guān)單元的關(guān)斷速度；第二下拉開關(guān)單元，耦合在第二節(jié)點和第一參考電位之間，用于響應(yīng)于輸入信號的邏輯互補在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間進行切換；第二上拉開關(guān)單元，耦合在第二節(jié)點和第二參考電位之間，用于在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間進行切換，與第二下拉開關(guān)單元互補，第二上拉開關(guān)單元的導(dǎo)通速度小于第二下拉開關(guān)單元的導(dǎo)通速度，第二上拉開關(guān)單元的關(guān)斷速度大于第二下拉開關(guān)單元的關(guān)斷速度；電流源電路，耦合在第一節(jié)點和輸出端之間，并響應(yīng)于參考信號；和電流供流電路，耦合在第二參考電位和第二節(jié)點之間，并響應(yīng)于參考信號。
在本發(fā)明的另一個實施例中，一種操作電流驅(qū)動器電路的方法包括響應(yīng)于輸入信號在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間切換下拉開關(guān)單元；在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間切換與下拉開關(guān)單元互補的上拉開關(guān)單元，以使上拉開關(guān)單元的導(dǎo)通速度小于下拉開關(guān)單元的導(dǎo)通速度，上拉開關(guān)單元的關(guān)斷速度大于下拉開關(guān)單元的關(guān)斷速度。
在本發(fā)明的再一個實施例中，一種電荷泵包括下電流(down current)下拉開關(guān)單元，耦合在下節(jié)點和第一參考電位之間，用于響應(yīng)于下輸入信號在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間進行切換；和下電流上拉開關(guān)單元，耦合在下節(jié)點和第二參考電位之間，用于響應(yīng)于下輸入信號在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間進行切換，與下電流下拉開關(guān)單元互補，下電流上拉開關(guān)單元的導(dǎo)通速度小于下電流下拉開關(guān)單元的導(dǎo)通速度，下電流上拉開關(guān)單元的關(guān)斷速度大于下電流下拉開關(guān)單元的關(guān)斷速度；上電流(up current)上拉開關(guān)單元，耦合在上節(jié)點和第二參考電位之間，用于響應(yīng)于上輸入信號的邏輯互補在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間進行切換；和上電流下拉開關(guān)單元，耦合在上節(jié)點和第一參考電位之間，用于響應(yīng)于上輸入信號在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間進行切換，與上電流上拉開關(guān)單元互補，上電流下拉開關(guān)單元的導(dǎo)通速度小于上電流上拉開關(guān)單元的導(dǎo)通速度，上電流下拉開關(guān)單元的關(guān)斷速度大于上電流上拉開關(guān)單元的關(guān)斷速度；下電流源電路，耦合在下節(jié)點和輸出端之間，并響應(yīng)于下參考信號；和上電流源電路，耦合在上節(jié)點和輸出端之間，并響應(yīng)于上參考信號。


本發(fā)明的上述和其它特征和效果通過從下面結(jié)合附圖的詳細描述的實施例中將會變得更加清楚，其中圖1A、1B和1C是圖解根據(jù)三種開關(guān)類型的常用開路漏極驅(qū)動器的電路圖；圖2圖解根據(jù)圖1A、1B和1C所示的三種開關(guān)類型的常用開路漏極驅(qū)動器的模擬波形圖；圖3A是圖解常規(guī)第一修改的開路漏極驅(qū)動器的電路圖；圖3B是圖解常規(guī)第二修改的開路漏極驅(qū)動器的電路圖；圖3C是圖解常規(guī)第三修改的開路漏極驅(qū)動器的電路圖；圖3D是圖解常規(guī)第四修改的開路漏極驅(qū)動器的電路圖；圖4是圖解本發(fā)明一些實施例的開路漏極驅(qū)動器的電路圖；圖5是圖解根據(jù)本發(fā)明一些實施例的圖4所示的電流供流單元的電路圖；圖6是圖解根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的開路漏極驅(qū)動器的電路圖；圖7圖解與常規(guī)開路漏極驅(qū)動器相比的圖4所示的開路漏極驅(qū)動器實施例的模擬波形圖；圖8圖解在封裝(package)模型與每個開路漏極驅(qū)動器連接時的圖4所示的開路漏極驅(qū)動器實施例的模擬波形圖和常用開路漏極驅(qū)動器的模擬波形圖；圖9圖解在封裝模型與每個開路漏極驅(qū)動器連接時流過圖8的實施例的接地極的電流模擬波形圖；圖10是圖解根據(jù)本發(fā)明一些實施例的使用電流驅(qū)動器電路實現(xiàn)的電荷泵的電路圖。
具體實施例方式
雖然本發(fā)明可以進行各種修改和可變換的形式，其具體的實施例通過附圖的例子進行顯示，并在此作詳細描述。但是，應(yīng)該明白沒有將本發(fā)明局限于這些所揭示的特定形式，恰恰相反，本發(fā)明將會覆蓋落在如權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的宗旨和保護范圍內(nèi)的所有修改、等效替換和其它變換。全部附圖的描述中相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件。
將會明白在部件或?qū)颖环Q之為在另一個部件或?qū)印吧厦妗保蚺c之“連接”或“耦合”時，它可以直接在另一個部件或?qū)印吧厦妗?，或與之“連接”或“耦合”，或者可能出現(xiàn)中間部件或?qū)?。與之相反，在部件被稱之為在另一個部件或?qū)印爸苯由厦妗?，或與之“直接連接”或“直接耦合”時，就沒有中間部件或?qū)?。正如這里所用，術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)所列舉物品的任何和所有組合。全部描述中相同的參考標(biāo)號表示相同的部件。
將會明白雖然術(shù)語第一和第二用于這里描述不同的區(qū)域、層和/或部分，但是這些區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)該受到這些術(shù)語的限制。這些術(shù)語僅用于將一個區(qū)域、層和/或部分與另一個區(qū)域、層和/或部分區(qū)分開來。因此，下面討論的第一區(qū)域、層和/或部分可稱為第二區(qū)域、層和/或部分，同樣，在沒有脫離本發(fā)明的教學(xué)的情況下，第二區(qū)域、層和/或部分也可稱為第一區(qū)域、層和/或部分。
此外，相對術(shù)語，如“下部”或“底部”和“上部”或“頂部”在此可用于描述如圖中所示的一個部件與另一個部件的關(guān)系。將會明白相對術(shù)語是用于包含除了圖中描述的方位外的設(shè)備的不同方位。例如，如果圖中設(shè)備被翻轉(zhuǎn)過來，描述為在其它部件的“下部”側(cè)的部件將會位于其它部件的“上部”側(cè)。因此。典型術(shù)語“下部”根據(jù)附圖的特定方位包含“下部”和“上部”方位。同樣，如果在其中一個附圖中的設(shè)備被翻轉(zhuǎn)過來，描述為在其它部件的“下面”的部件將會位于其它部件的“上面”。因此，典型術(shù)語“下面”或“在…之下”包括上面和下面兩個方位。
現(xiàn)在，參考作為本發(fā)明理想化實施例示意圖的剖面圖描述本發(fā)明的實施例。同樣，作為制造技術(shù)和/或公差的圖示形狀的改變是可以預(yù)料得到的。因此，本發(fā)明的實施例不應(yīng)該被認為是限制為這里所圖示的區(qū)域的特定形狀，而是認為包括制造產(chǎn)生的形狀偏差。例如，圖示為矩形的注入?yún)^(qū)域通常具有圓形或曲線形特征，和/或在其邊緣上注入濃度(implant concentration)的梯度，而不是從注入?yún)^(qū)到非注入?yún)^(qū)的二元變化。同樣，通過注入形成的埋入?yún)^(qū)(buried region)可以在埋入?yún)^(qū)和發(fā)生注入的表面之間的區(qū)域中產(chǎn)生一些注入。因此，圖中所示的區(qū)域本質(zhì)上來說是示意性的，它們的形狀不是用于說明設(shè)備區(qū)域中的精確形狀，也不是用于限定本發(fā)明的保護范圍。
這里所使用的技術(shù)術(shù)語的目的僅是為了描述具體的實施例，不是用于限定本發(fā)明。正如這里所使用的，單數(shù)形式“一”、“一個”和“此”是用于還包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文明確表示外。還應(yīng)該明白在本說明書中使用的術(shù)語“包括”和/或“由…組成”規(guī)定了所敘述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但是沒有排除一個或多個其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或它們的組成的存在。
除非另有規(guī)定，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)和科學(xué)術(shù)語)與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員的共同理解的意思相同。還應(yīng)該明白如通用字典中限定的術(shù)語應(yīng)該被解釋為具有與現(xiàn)有技術(shù)上下文中相一致的意思，而不會用理想化的或過分正式意義進行解釋，除非這里明確定義如此。
圖4是圖解據(jù)本發(fā)明一些實施例的開路漏極驅(qū)動器的電路圖。參考圖4，開路漏極驅(qū)動器包括電流源410，供流單元420，第一下拉開關(guān)單元430，第一上拉開關(guān)單元440，第二下拉開關(guān)單元450和第二上拉開關(guān)單元460。
使用與圖3A至3B所示相同的NMOS晶體管M1實現(xiàn)電流源410，它根據(jù)參考電位ref提供第一參考電流。使用與圖3A至3D所示相同的NMOS晶體管M2實現(xiàn)第一下拉開關(guān)單元430，它耦合在第一節(jié)點n1和低電源電壓Vss之間，響應(yīng)于輸入信號din執(zhí)行切換操作。
第一上拉開關(guān)單元440耦合在高電源電壓VDD和第一節(jié)點n1之間，并執(zhí)行與第一下拉開關(guān)單元430的導(dǎo)通/關(guān)斷切換操作互補的導(dǎo)通/關(guān)斷切換操作；因此，第一上拉開關(guān)單元440的導(dǎo)通速度小于第一下拉開關(guān)單元430的導(dǎo)通速度，第一上拉開關(guān)單元440的關(guān)斷速度大于第一下拉開關(guān)單元430的關(guān)斷速度。
也就是說，在第一下拉開關(guān)單元430改變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)時，第一上拉開關(guān)單元440改變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，而在第一下拉開關(guān)單元430改變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)時，第一上拉開關(guān)單元440改變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)。
因為第一上拉開關(guān)單元440的導(dǎo)通速度小于第一下拉開關(guān)單元430的導(dǎo)通速度，第一上拉開關(guān)單元440的關(guān)斷速度大于第一下拉開關(guān)單元430的關(guān)斷速度，所以在第一下拉開關(guān)單元430從導(dǎo)通狀態(tài)改變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)時，第一上拉開關(guān)單元440從關(guān)斷狀態(tài)改變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)慢于第一下拉開關(guān)單元430從導(dǎo)通狀態(tài)改變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)。
因此，第一下拉開關(guān)單元430和第一上拉開關(guān)單元440不會同時處于導(dǎo)通狀態(tài)，短電流不會流過第一下拉開關(guān)單元430和第一上拉開關(guān)單元440。
相反，在第一下拉開關(guān)單元430從關(guān)斷狀態(tài)改變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)時，第一上拉開關(guān)單元440從導(dǎo)通狀態(tài)改變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)快于第一下拉開關(guān)單元430從關(guān)斷狀態(tài)改變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。因此，第一下拉開關(guān)單元430和第一上拉開關(guān)單元440不會同時處于導(dǎo)通狀態(tài)，短電流不會流過第一下拉開關(guān)單元430和第一上拉開關(guān)單元440。
第一上拉開關(guān)單元440包括耦合在高電源電壓VDD和第一節(jié)點n1之間的PMOS晶體管M4和NMOS晶體管M3。PMOS晶體管M4的柵極接收輸入信號din，NMOS晶體管M3接收反相輸入信號dinb。因此，第一上拉開關(guān)單元440執(zhí)行與第一下拉開關(guān)單元430的切換操作互補的切換操作。
更詳細地說，在輸入信號din從高電位狀態(tài)改變?yōu)榈碗娢粻顟B(tài)時，第一上拉開關(guān)單元440就從關(guān)斷狀態(tài)改變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，然后，第一節(jié)點n1的電位就被迅速地拉升到電位(VDD-Vth)。Vth表示NMOS晶體管M2的閾值電壓。
在輸入信號din從低電位狀態(tài)改變?yōu)楦唠娢粻顟B(tài)時，第一上拉開關(guān)單元440就被關(guān)斷，電流不會流過第一上拉開關(guān)單元440。
由于通用PMOS晶體管特性，第一上拉開關(guān)單元440中PMOS晶體管M4的操作速度慢于第一下拉開關(guān)單元430中NMOS晶體管M2的操作速度。
第一上拉開關(guān)單元440中NMOS晶體管M3的尺寸比(W/L)小于第一下拉開關(guān)單元430中NMOS晶體管M2的尺寸比，以使第一上拉開關(guān)單元440中NMOS晶體管M3的切換速度大于第一下拉開關(guān)單元430中NMOS晶體管M2的切換速度。
由于PMOS晶體管M4的操作速度比第一下拉開關(guān)單元430中NMOS晶體管M2的操作速度小，并且它串接于比第一下拉開關(guān)單元430中NMOS晶體管M2的操作速度快的NMOS晶體管M3，因此，第一上拉開關(guān)單元440的導(dǎo)通速度小于第一下拉開關(guān)單元430的導(dǎo)通速度，第一上拉開關(guān)單元440的關(guān)斷速度大于第一下拉開關(guān)單元430的關(guān)斷速度。
總之，在輸入信號din從高電位狀態(tài)改變?yōu)榈碗娢粻顟B(tài)時，第一上拉開關(guān)單元440中的NMOS晶體管M3就迅速地從關(guān)斷狀態(tài)改變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)；但是，PMOS晶體管M4從關(guān)斷狀態(tài)緩慢地改變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，因此，第一上拉開關(guān)單元440就從關(guān)斷狀態(tài)緩慢地改變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。
相反，在輸入信號din從低電位狀態(tài)改變?yōu)楦唠娢粻顟B(tài)時，第一上拉開關(guān)單元440中的PMOS晶體管M4就從導(dǎo)通狀態(tài)緩慢地改變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)；但是，第一上拉開關(guān)單元440中的NMOS晶體管M3從導(dǎo)通狀態(tài)迅速地改變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)，因此，第一上拉開關(guān)單元440就從導(dǎo)通狀態(tài)迅速地改變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)。
圖4中的電流供流單元420包括與圖3A至3D所示相同的PMOS晶體管M9和NMOS晶體管M5、M1。NMOS晶體管M5對應(yīng)于實現(xiàn)電流源410的NMOS晶體管M1，它將參考電位ref保持在當(dāng)前狀態(tài)，而不管第一下拉開關(guān)單元430、第一上拉開關(guān)單元440、第二下拉開關(guān)單元450和第二上拉開關(guān)單元460的導(dǎo)通/關(guān)斷切換操作。
第二下拉開關(guān)單元450的NMOS晶體管M6對應(yīng)于第一下拉開關(guān)單元430的NMOS晶體管M2，執(zhí)行與第一下拉開關(guān)單元430的NMOS晶體管M2的切換操作互補的導(dǎo)通/關(guān)斷操作，并且允許NMOS晶體管M1和NMOS晶體管M5執(zhí)行相互互補的操作，因此，參考電位可以維持在當(dāng)前狀態(tài)。第二上拉開關(guān)單元460對應(yīng)于第一上拉開關(guān)單元440。
在其它實施例中，可以通過使用漏極和源極如圖5所示進行相互耦合的CMOS晶體管M55實現(xiàn)電流供流單元420。可以通過使用NMOS晶體管或者PMOS晶體管實現(xiàn)CMOS晶體管M55。CMOS晶體管的柵極可以耦合在第二節(jié)點n2，參考電位ref可以作用于漏極和源極相互耦合的端子上。
圖6是圖解根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的開路漏極驅(qū)動器的電路圖。參考圖6，與圖4所示的開路漏極驅(qū)動器相比，該開路漏極驅(qū)動器包括具有如電容C1的附加電容元件的第一上拉開關(guān)單元640。電容C1耦合反相的輸入信號dinb和第一節(jié)點n1。而且，圖6的第二上拉開關(guān)單元660包括與輸入信號din和第二節(jié)點n2耦合的附加電容C2。
由于兩個電容C1和C2加入到圖6的開路漏極驅(qū)動器中，輸入信號din就從高電位狀態(tài)改變?yōu)榈碗娢粻顟B(tài)，第一節(jié)點n1的電位就被迅速拉升。結(jié)果是，圖6所示的開路漏極驅(qū)動器的操作速度就大于圖4所示的開路漏極驅(qū)動器的操作速度。在輸入信號從低電位狀態(tài)改變?yōu)楦唠娢粻顟B(tài)時，在第二節(jié)點n2同樣能夠獲得上述效果。
在其它實施例中，可以通過使用NMOS晶體管或PMOS晶體管代替CMOS晶體管來實現(xiàn)兩個電容C1和C2。CMOS的漏極和源極可以相互交換。
圖7表示與常用開路漏極驅(qū)動器相比的、圖4所示的開路漏極驅(qū)動器實施例的模擬波形圖。水平軸，即，X-軸表示時間(秒)，垂直軸，即，Y-軸表示電流(毫安)。標(biāo)號‘S’表示圖3B、3C和4所示的開路漏極驅(qū)動器的模擬波形圖。標(biāo)號‘A’表示圖3D所示的開路漏極驅(qū)動器的模擬波形圖。標(biāo)號‘C’表示圖3A所示的開路漏極驅(qū)動器的模擬波形圖。標(biāo)號‘O’表示圖1所示的開路漏極驅(qū)動器的模擬波形圖。
參考圖7，根據(jù)本發(fā)明一些實施例的、圖4所示的開路漏極驅(qū)動器的特性實質(zhì)上與圖3B和3D所示的常用的開路漏極驅(qū)動器的特性相同。
圖8表示在封裝模型與每個開路漏極驅(qū)動器連接時圖4所示的開路漏極驅(qū)動器實施例的模擬波形圖和常規(guī)開路漏極驅(qū)動器的模擬波形圖。標(biāo)號‘p’表示圖3B所示的開路漏極驅(qū)動器的模擬波形圖。標(biāo)號‘n’表示圖3C所示的開路漏極驅(qū)動器的模擬波形圖。標(biāo)號‘s’表示圖4所示的開路漏極驅(qū)動器的模擬波形圖。
參考圖8，根據(jù)本發(fā)明一些實施例，與圖3B和3C所示的常用的開路漏極驅(qū)動器相比，能有效地降低圖4所示的開路漏極驅(qū)動器的噪音。
圖9表示在封裝模型與每個開路漏極驅(qū)動器連接時流過圖8實施例的接地極的電流模擬波形圖。標(biāo)號‘p’表示圖3B所示的開路漏極驅(qū)動器的模擬波形圖。標(biāo)號‘n’表示圖3C所示的開路漏極驅(qū)動器的模擬波形圖。標(biāo)號‘s’表示圖4所示的開路漏極驅(qū)動器的模擬波形圖。標(biāo)號‘o’表示圖1所示的常用開路漏極驅(qū)動器的模擬波形圖。
參考圖9，根據(jù)本發(fā)明一些實施例，與圖3B和3C所示的常用的開路漏極驅(qū)動器相比，在真實的封裝模型與輸出端相連接時，能有效地降低圖4所示的開路漏極驅(qū)動器的基片噪音。
總之，參考圖7至9，根據(jù)本發(fā)明一些實施例的開路漏極驅(qū)動器可以防止產(chǎn)生短電流路徑，產(chǎn)生的效果是操作速度，如上升時間和下降時間可以更快，能夠降低輸出電流的噪音，與常用的開路漏極驅(qū)動器相比，能夠降低其功率耗散和基片噪音。
在圖4和6所示的開路漏極驅(qū)動器的一些實施例中，可以通過分別使用NMOS晶體管來實現(xiàn)電流源和第一、第二下拉開關(guān)單元。根據(jù)本發(fā)明一些實施例的圖4和6所示的電路可以用于開路漏極驅(qū)動器；但是，圖4和6所示的電路可適用于需要電流驅(qū)動電路的任何設(shè)備。例如，電荷泵的下開關(guān)和下電流源可以通過使用圖4和6所示的電路而實現(xiàn)。
圖10是圖解根據(jù)本發(fā)明一些實施例的使用電流驅(qū)動電路實現(xiàn)的電荷泵的電路圖。參考圖10，電荷泵包括下電流(down current)驅(qū)動電路800和上電流(upcurrent)驅(qū)動電路900，下電流驅(qū)動電路800響應(yīng)于下信號允許下電流流出輸出端，上電流驅(qū)動電路900響應(yīng)于上信號允許上電流流入輸出端。
下電流驅(qū)動電路800具有與圖6所示的開路漏極驅(qū)動器相似的結(jié)構(gòu)，除了使用第二偏壓BIAS2代替參考電位ref，和使用下信號dn代替輸入信號din外。標(biāo)號“dnb”表示反相的下信號。下電流驅(qū)動電路800包括下電流源810、下電流下拉開關(guān)單元820和下電流上拉開關(guān)單元830。下電流源810耦合在下節(jié)點和輸出端OUT之間，并根據(jù)第二偏壓BIAS2提供下電流。下電流下拉開關(guān)單元820耦合在下節(jié)點和電源電壓Vss之間，根據(jù)下信號dn執(zhí)行切換操作，只有在啟動下信號時才允許下電流流出輸出端OUT。
下電流上拉開關(guān)單元830耦合在高電源電壓VDD和下節(jié)點nd之間，執(zhí)行與下電流下拉開關(guān)單元820的切換操作互補的切換操作。下電流上拉開關(guān)單元830的導(dǎo)通速度小于下電流下拉開關(guān)單元820的導(dǎo)通速度，下電流上拉開關(guān)單元830的關(guān)斷速度大于下電流下拉開關(guān)單元820的關(guān)斷速度。
以與下電流驅(qū)動電路800相對稱的結(jié)構(gòu)而實現(xiàn)上電流驅(qū)動電路900。特別是，在上電流驅(qū)動電路900中，下電流驅(qū)動電路800的PMOS晶體管用NMOS晶體管代替，下電流驅(qū)動電路800的NMOS晶體管用PMOS晶體管代替。可以從下電流驅(qū)動電路800的操作理解上電流驅(qū)動電路900的操作。
上電流驅(qū)動電路900包括上電流源910、上電流上拉開關(guān)單元920和上電流下拉開關(guān)單元930。上電流源810耦合在上節(jié)點nu和輸出端OUT之間，并根據(jù)第一偏壓BIAS1提供上電流。上電流上拉開關(guān)單元920耦合在上節(jié)點nu和高電源電壓VDD之間，響應(yīng)于上信號upb執(zhí)行切換操作，只有在啟動上信號時才允許上電流流入輸出端OUT。
上電流下拉開關(guān)單元930耦合在電源電壓Vss和上節(jié)點nu之間，執(zhí)行與上電流上拉開關(guān)單元920的切換操作互補的切換操作。上電流下拉開關(guān)單元930的導(dǎo)通速度小于上電流上拉開關(guān)單元920的導(dǎo)通速度，上電流下拉開關(guān)單元930的關(guān)斷速度大于上電流上拉開關(guān)單元920的關(guān)斷速度。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，裝配在電流驅(qū)動電路中的電荷泵能夠降低基片噪音。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，開路漏極驅(qū)動器和電流驅(qū)動方法可降低短電流，并能夠降低輸出電流的噪音和基片噪音，因此，功率耗散還可以通過降低短電流而被降低。
在結(jié)束詳細的描述時，應(yīng)該注意在實質(zhì)上沒有脫離本發(fā)明宗旨的情況下，可對其優(yōu)選實施例作出許多變化和修改。所有這樣的變化和修改應(yīng)該被認為是包含在如下面權(quán)利要求所提出的本發(fā)明保護范圍中。
盡管已參照本發(fā)明的確定優(yōu)選實例表示和描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員將理解的是，可在不背離由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明宗旨和范圍的前提下對本發(fā)明進行各種形式和細節(jié)上的修改。
權(quán)利要求
1.一種電流驅(qū)動器電路，包括下拉開關(guān)單元，耦合在節(jié)點和第一參考電位之間，用于響應(yīng)于輸入信號在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間進行切換；和上拉開關(guān)單元，耦合在節(jié)點和第二參考電位之間，用于在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間進行切換，與下拉開關(guān)單元互補，上拉開關(guān)單元的導(dǎo)通速度小于下拉開關(guān)單元的導(dǎo)通速度，上拉開關(guān)單元的關(guān)斷速度大于下拉開關(guān)單元的關(guān)斷速度。
2.如權(quán)利要求1所述的電流驅(qū)動器電路，還包括電流源電路，耦合在節(jié)點和輸出端之間。
3.如權(quán)利要求1所述的電流驅(qū)動器電路，其中上拉開關(guān)單元包括串聯(lián)耦合在節(jié)點和第二參考電位之間的PMOS晶體管和NMOS晶體管。
4.如權(quán)利要求3所述的電流驅(qū)動器電路，其中PMOS晶體管的柵極接收輸入信號，NMOS晶體管的柵極接收輸入信號的邏輯互補。
5.如權(quán)利要求4所述的電流驅(qū)動器電路，還包括耦合在NMOS晶體管柵極和節(jié)點之間的電容元件。
6.如權(quán)利要求5所述的電流驅(qū)動器電路，其中電容元件包括其漏極和源極耦合在一起的CMOS晶體管。
7.如權(quán)利要求3所述的電流驅(qū)動器電路，其中PMOS晶體管的切換速度小于下拉開關(guān)單元的切換速度，NMOS晶體管的切換速度大于下拉開關(guān)單元的切換速度。
8.如權(quán)利要求7所述的電流驅(qū)動器電路，其中NMOS晶體管是第一NMOS晶體管，下拉開關(guān)單元包括第二NMOS晶體管，第一NMOS晶體管的尺寸比率(寬度/長度)小于第二NMOS晶體管的尺寸比率。
9.如權(quán)利要求1所述的電流驅(qū)動器電路，其中第二參考電位大于第一參考電位。
10.一種電流驅(qū)動器電路，包括第一下拉開關(guān)單元，耦合在第一節(jié)點和第一參考電位之間，用于響應(yīng)于輸入信號在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間進行切換；第一上拉開關(guān)單元，耦合在第一節(jié)點和第二參考電位之間，用于在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間進行切換，與第一下拉開關(guān)單元互補，第一上拉開關(guān)單元的導(dǎo)通速度小于第一下拉開關(guān)單元的導(dǎo)通速度，第一上拉開關(guān)單元的關(guān)斷速度大于第一下拉開關(guān)單元的關(guān)斷速度；第二下拉開關(guān)單元，耦合在第二節(jié)點和第一參考電位之間，用于響應(yīng)于輸入信號的邏輯互補在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間進行切換；第二上拉開關(guān)單元，耦合在第二節(jié)點和第二參考電位之間，用于在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間進行切換，與第二下拉開關(guān)單元互補，第二上拉開關(guān)單元的導(dǎo)通速度小于第二下拉開關(guān)單元的導(dǎo)通速度，第二上拉開關(guān)單元的關(guān)斷速度大于第二下拉開關(guān)單元的關(guān)斷速度；電流源電路，耦合在第一節(jié)點和輸出端之間，并響應(yīng)于參考信號；和電流供流電路，耦合在第二參考電位和第二節(jié)點之間，并響應(yīng)于參考信號。
11.如權(quán)利要求10所述的電流驅(qū)動器電路，其中第一上拉開關(guān)單元包括串聯(lián)在第一節(jié)點和第二參考電位之間的第一PMOS晶體管和第一NMOS晶體管，第二上拉開關(guān)單元包括串聯(lián)在第二節(jié)點和第二參考電位之間的第二PMOS晶體管和第二NMOS晶體管。
12.如權(quán)利要求11所述的電流驅(qū)動器電路，其中第一PMOS晶體管的柵極和第二NMOS晶體管的柵極接收輸入信號，第一NMOS晶體管的柵極和第二PMOS晶體管的柵極接收輸入信號的邏輯互補。
13.如權(quán)利要求12所述的電流驅(qū)動器電路，還包括耦合在第一NMOS晶體管的柵極和第一節(jié)點之間的第一電容元件；和耦合在第二NMOS晶體管的柵極和第二節(jié)點之間的第二電容元件。
14.如權(quán)利要求13所述的電流驅(qū)動器電路，其中第一和第二電容元件包括其漏極和源極分別耦合在一起的第一和第二CMOS晶體管。
15.如權(quán)利要求11所述的電流驅(qū)動器電路，其中第一PMOS晶體管的切換速度小于第一下拉開關(guān)單元的切換速度，第一NMOS晶體管的切換速度大于第一下拉開關(guān)單元的切換速度，其中，第二PMOS晶體管的切換速度小于第二下拉開關(guān)單元的切換速度，第二NMOS晶體管的切換速度大于第二下拉開關(guān)單元的切換速度。
16.如權(quán)利要求15所述的電流驅(qū)動器電路，其中第一下拉開關(guān)單元包括第三NMOS晶體管，并且第一NMOS晶體管的尺寸比率(寬度/長度)小于第三NMOS晶體管的尺寸比率，其中，第二下拉開關(guān)單元包括第四NMOS晶體管，并且第二NMOS晶體管的尺寸比率(寬度/長度)小于第四NMOS晶體管的尺寸比率，。
17.如權(quán)利要求10所述的電流驅(qū)動器電路，其中第二參考電位大于第一參考電位。
18.一種操作電流驅(qū)動器電路的方法，包括響應(yīng)于輸入信號在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間切換下拉開關(guān)單元；在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間切換與下拉開關(guān)單元互補的上拉開關(guān)單元，以使上拉開關(guān)單元的導(dǎo)通速度小于下拉開關(guān)單元的導(dǎo)通速度，上拉開關(guān)單元的關(guān)斷速度大于下拉開關(guān)單元的關(guān)斷速度。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中上拉開關(guān)單元包括串聯(lián)的PMOS晶體管和NMOS晶體管，其中，PMOS晶體管的切換速度小于下拉開關(guān)單元的切換速度，NMOS晶體管的切換速度大于下拉開關(guān)單元的切換速度。
20.一種電荷泵，包括下電流下拉開關(guān)單元，耦合在下節(jié)點和第一參考電位之間，用于響應(yīng)于下輸入信號在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間進行切換；下電流上拉開關(guān)單元，耦合在下節(jié)點和第二參考電位之間，用于響應(yīng)于下輸入信號在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間進行切換，與下電流下拉開關(guān)單元互補，下電流上拉開關(guān)單元的導(dǎo)通速度小于下電流下拉開關(guān)單元的導(dǎo)通速度，下電流上拉開關(guān)單元的關(guān)斷速度大于下電流下拉開關(guān)單元的關(guān)斷速度；上電流上拉開關(guān)單元，耦合在上節(jié)點和第二參考電位之間，用于響應(yīng)于上輸入信號的邏輯互補在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間進行切換；上電流下拉開關(guān)單元，耦合在上節(jié)點和第一參考電位之間，用于響應(yīng)于上輸入信號在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間進行切換，與上電流上拉開關(guān)單元互補，上電流下拉開關(guān)單元的導(dǎo)通速度小于上電流上拉開關(guān)單元的導(dǎo)通速度，上電流下拉開關(guān)單元的關(guān)斷速度大于上電流上拉開關(guān)單元的關(guān)斷速度；下電流源電路，耦合在下節(jié)點和輸出端之間，并響應(yīng)于下參考信號；和上電流源電路，耦合在上節(jié)點和輸出端之間，并響應(yīng)于上參考信號。
21.如權(quán)利要求20所述的電荷泵，其中下電流上拉開關(guān)單元包括串聯(lián)在下節(jié)點和第二參考電位之間的第一PMOS晶體管和第一NMOS晶體管，上電流下拉開關(guān)單元包括串接在上節(jié)點和第一參考電位之間的第二PMOS晶體管和第二NMOS晶體管。
22.如權(quán)利要求21所述的電荷泵，其中第一PMOS晶體管的柵極接收下輸入信號，第二PMOS晶體管的柵極接收上輸入信號。
23.如權(quán)利要求22所述的電荷泵，還包括耦合在第一NMOS晶體管的柵極和下節(jié)點之間的第一電容元件；和耦合在第二PMOS晶體管的柵極和上節(jié)點之間的第二電容元件。
24.如權(quán)利要求23所述的電荷泵，其中第一和第二電容元件包括其漏極和源極分別耦合在一起的第一和第二CMOS晶體管。
25.如權(quán)利要求21所述的電荷泵，其中第一PMOS晶體管的切換速度小于下電流下拉開關(guān)單元的切換速度，第一NMOS晶體管的切換速度大于下電流下拉開關(guān)單元的切換速度，其中，第二PMOS晶體管的切換速度小于上電流上拉開關(guān)單元的切換速度，第二NMOS晶體管的切換速度大于上電流上拉開關(guān)單元的切換速度。
26.如權(quán)利要求25所述的電荷泵，其中下電流下拉開關(guān)單元包括第三NMOS晶體管，并且第一NMOS晶體管的尺寸比率(寬度/長度)小于第三NMOS晶體管的尺寸比率，其中，上電流上拉開關(guān)單元包括第四NMOS晶體管，并且第二NMOS晶體管的尺寸比率(寬度/長度)小于第四NMOS晶體管的尺寸比率。
27.如權(quán)利要求20所述的電荷泵，其中第二參考電位大于第一參考電位。
全文摘要
一種電流驅(qū)動器電路，包括下拉開關(guān)單元，耦合在節(jié)點和第一參考電位之間，用于響應(yīng)于輸入信號在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間進行切換。上拉開關(guān)單元，耦合在節(jié)點和第二參考電位之間，用于在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間進行切換，與下拉開關(guān)單元互補。上拉開關(guān)單元的導(dǎo)通速度小于下拉開關(guān)單元的導(dǎo)通速度，上拉開關(guān)單元的關(guān)斷速度大于下拉開關(guān)單元的關(guān)斷速度。
文檔編號H02M3/07GK1728032SQ200510098088
公開日2006年2月1日 申請日期2005年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月21日
發(fā)明者樸東旭 申請人:三星電子株式會社