專利名稱：具有輸入滯后的快速開關(guān)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種開關(guān)電路，具有基于對至少一個半導(dǎo)體開關(guān)元件的閾值電壓的調(diào)制的輸入滯后，以及涉及一種控制這種半導(dǎo)體開關(guān)元件的閾值電壓的方法。
背景技術(shù)：
在數(shù)字電路中，有時會出現(xiàn)輸入信號不直接適合數(shù)字信號的處理要求的情況。由于不同的原因，輸入信號會具有慢上升和/或下降，或會獲得可由另一電路感測到的一些噪聲。該信號甚至可能是要對其頻率進行檢測的模擬信號。在所有這些情況和許多其它情況下，需要對信號進行“清理”并使信號成為真實的數(shù)字形狀的專用電路。
具體地，集成電路有時在非常惡劣的條件(例如噪聲環(huán)境)下工作，并且必須處理微弱且不穩(wěn)定的信號。為了提高電路的噪聲靈敏度(特別是在集成電路的輸入部分)，已經(jīng)使用了大量設(shè)計技術(shù)。通常的方法是實施一定的輸入滯后。滯后是開關(guān)電路(例如比較器電路)關(guān)閉和打開時輸入信號電平的差值。少量的滯后是有幫助的，這是由于少量的滯后在狀態(tài)變化時減少了對于噪聲的電路靈敏度，并有助于減少輸出處的多個轉(zhuǎn)換。通常，在分立設(shè)計中，在比較器電路的輸出端和正輸入端之間添加外部分立電阻器，創(chuàng)建弱正反饋環(huán)。當輸出發(fā)生轉(zhuǎn)換時，正反饋輕微地改變正輸入以加強輸出改變。
具有輸入滯后的常見開關(guān)電路為所謂的施密特觸發(fā)器。然而，施密特觸發(fā)器電路具有以下缺點相對緩慢，具有高交叉電流(即，直流DC電流從供電電壓Vdd經(jīng)過內(nèi)部晶體管而不通過負載直接到地)，以及具有依照電源供電范圍的閾值電壓，這些缺點由晶體管的設(shè)計和技術(shù)參數(shù)來定義，因而無法改變以調(diào)整輸入滯后。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種具有輸入滯后和小交叉電流的快速開關(guān)電路，該電路允許對閾值電壓進行單獨調(diào)整。
該目的由權(quán)利要求1所述的開關(guān)電路和權(quán)利要求9所述的控制方法來實現(xiàn)。
因此，基于開關(guān)元件的輸出信號，由選擇裝置選擇施加于半導(dǎo)體開關(guān)元件的本體端(bulk terminal)的預(yù)定電壓。由于能夠在不依賴技術(shù)參數(shù)的擴展的情況下改變預(yù)定電壓中的至少一個，以精確地調(diào)整閾值電壓，因此能夠響應(yīng)沒有施密特觸發(fā)器電路缺點的半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸出電壓，基于對閾值電壓的調(diào)節(jié)來提供輸入滯后。此外，可以由后柵極效應(yīng)的結(jié)果來實現(xiàn)快速開關(guān)行為，其中，響應(yīng)本體電壓的改變，基于后柵極效應(yīng)來改變閾值電壓。與較慢的開關(guān)施密特觸發(fā)電路相比，所產(chǎn)生的較快的開關(guān)行為導(dǎo)致了減小的交叉電流。
可以從與半導(dǎo)體開關(guān)元件輸出連接的至少一個反相電路的輸出獲得該至少一個控制信號。通過從反相電路的輸出獲得該至少一個控制信號，可以定義控制信號的預(yù)定二進制值，基于該二進制值，可以控制所選預(yù)定電壓與本體端的連接。具體地，可以從半導(dǎo)體開關(guān)元件輸出之后的第一反相電路的輸出獲得快速控制信號，以及可從與第一反相電路的輸出連接的第二反相電路的輸出獲得第二控制信號。這確保了第一和第二控制信號具有相反的狀態(tài)，并可用于將兩個預(yù)定電壓中的一個電壓切換至本體端。作為特定示例，開關(guān)電路可以包括四個反相電路，其中，半導(dǎo)體開關(guān)元件屬于輸入反相電路，第一反相電路與倒數(shù)第二反相電路相對應(yīng)，以及第二反相電路與最后的反相電路相對應(yīng)。由于可以減輕由反相電路開關(guān)元件的柵極處的所謂軌到軌搖擺所產(chǎn)生的有害作用，所以該配置改進了開關(guān)行為。軌到軌搖擺描述了在具有較低供電電壓的電路中所允許的“供電軌”之間的搖擺行為，用于以小信號提高性能，并通過創(chuàng)建更多的信號“裕量(head room)”來將失真最小化。
選擇裝置可以包括具有控制端的至少一個半導(dǎo)體開關(guān)元件，其中，向該控制端施加至少一個控制信號。因此，可將整個電路設(shè)置為由半導(dǎo)體開關(guān)元件(如，以金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管或其它可控和/或主動半導(dǎo)體開關(guān)元件為例)構(gòu)成的集成電路。作為該特定方面的示例，可以使第一預(yù)定電壓經(jīng)由第一半導(dǎo)體開關(guān)元件提供給半導(dǎo)體開關(guān)元件的本體端，以及使第二預(yù)定電壓經(jīng)由第二半導(dǎo)體開關(guān)元件提供給本體端，其中，由第一控制信號控制第一半導(dǎo)體開關(guān)元件，以及由與第一控制信號反相相關(guān)的第二控制信號控制第二半導(dǎo)體開關(guān)元件。因此，通過處于相反狀態(tài)的控制信號來控制與定義了閾值的所需預(yù)定電壓的連接，從而可以實現(xiàn)開關(guān)電路的簡單配置，其中，該控制信號易于在兩個反相電路的連續(xù)輸出處產(chǎn)生。


現(xiàn)在將參照附圖，根據(jù)優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行描述，其中圖1示出了根據(jù)優(yōu)選實施例的開關(guān)電路的示意框圖；以及圖2示出了根據(jù)優(yōu)選實施例的特定實施方式的示例的集成開關(guān)電路的示意電路圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將根據(jù)用于集成電路的輸入緩沖器描述該優(yōu)選實施例。
所提出的具有滯后的輸入緩沖器的工作原理是基于根據(jù)本體電壓的對半導(dǎo)體開關(guān)元件(如MOS晶體管)閾值的調(diào)節(jié)。本體電壓是經(jīng)由本體或襯底端而施加于半導(dǎo)體開關(guān)元件襯底的電壓。
本體電壓對于閾值電壓的影響被稱為所謂的背柵效應(yīng)。該效應(yīng)可以通過以下等式進行描述Vth=Vth0+γ·(|-2Ff+Vsb|-|-2Ff|),]]>其中，Vth表示實際閾值電壓，Vsb表示用于控制閾值電壓的本體電壓，Vth0表示Vsb＝0處的閾值電壓，γ表示體因子，體效應(yīng)系數(shù)或本體閾值參數(shù)，F(xiàn)f表示平衡靜電(費爾米)電壓。
因此，給出了半導(dǎo)體開關(guān)元件的閾值電壓和所施加的本體電壓之間的預(yù)定關(guān)系，該關(guān)系可用于控制輸入緩沖電路的滯后。
圖1示出了根據(jù)優(yōu)選實施例的緩沖器或開關(guān)電路的示意框圖。
具體地，在開關(guān)電路的輸入處設(shè)置具有本體端的半導(dǎo)體開關(guān)元件(如MOS晶體管Mi)，其中，輸入端5與該MOS晶體管Mi的柵極端相連。MOS晶體管Mi的漏極端與供電電壓Vdd相連，以及MOS晶體管Mi的源極端經(jīng)由負載電阻器與第二供電電壓Vss或接地端相連，其中，該負載電阻器可以表示交叉電流流向第二供電電壓Vss或接地端所經(jīng)過的任何輸入電阻器、或者其它半導(dǎo)體元件或電路的阻抗。在本示例中，處理電路20與MOS晶體管Mi的源極端相連，該處理電路20可以是任何數(shù)字處理電路，并且可以包括至少一個反相電路。將處理電路20的輸出信號提供給輸出端15，并且該輸出信號還用作對選擇或開關(guān)電路30進行控制的控制信號，其中，該選擇或開關(guān)電路30將MOS晶體管Mi的本體端與兩個預(yù)定電壓V1和V2之一連接?？梢酝ㄟ^任何開關(guān)元件或開關(guān)電路來實現(xiàn)選擇電路30，該選擇電路可以用于有選擇地將預(yù)定電壓V1和V2之一與MOS晶體管Mi的本體端相連。
根據(jù)圖1，通過響應(yīng)從開關(guān)電路的輸出得到的控制信號，選擇性地改變預(yù)定值之間的本體電壓，可以實現(xiàn)對開關(guān)電路的輸入處的MOS晶體管Mi的閾值電壓的調(diào)節(jié)。從而，可以建立與施密特觸發(fā)器電路類似的輸入滯后，同時尤其如果在集成電路中實現(xiàn)電路組件，則可以對預(yù)定電壓V1和V2進行精確地調(diào)整，并可以提高開關(guān)速度。
圖2以集成緩沖電路示出了圖1一般框圖的特定實現(xiàn)，該集成緩沖電路包括四個反相電路，這些反相電路由相應(yīng)的NMOS晶體管和PMOS晶體管MN1和MP1，MN2和MP2，MN3和MP3以及MN4和MP4構(gòu)成，其中，第一反相級的PMOS晶體管MP1用作受控半導(dǎo)體開關(guān)，該受控半導(dǎo)體開關(guān)以受控閾值定義了輸入滯后。在本示例中，圖1中的預(yù)定電壓V2與受控PMOS晶體管MP1的供電電壓Vdd相對應(yīng)。通過兩個另外的PMOS晶體管MP5和MP6實現(xiàn)圖1的選擇電路30，MP5和MP6的柵極端分別與倒數(shù)第二個和最后的反相電路的輸出相連。從而確保了提供給兩個選擇晶體管MP5和MP6柵極的控制信號具有相反的邏輯狀態(tài)，從而將選擇晶體管MP5和MP6中的一個斷開，因而設(shè)置為開狀態(tài)，以及將另一個接通，因而設(shè)置為閉狀態(tài)。
具體地，第一選擇晶體管MP5將專用預(yù)定電壓V1與受控PMOS晶體管MP1連接，同時第二選擇晶體管MP6將供電電壓Vdd與受控PMOS晶體管MP1連接。
在本示例中，應(yīng)注意，將受控PMOS晶體管MP1連接至專用預(yù)定電壓V1而不是供電電壓Vdd，專用預(yù)定電壓V1優(yōu)選小于供電電壓Vdd，并且在芯片內(nèi)產(chǎn)生或從外部電路施加。如已提及的，選擇晶體管MP5和MP6用作開關(guān)，并將受控晶體管MP1的本體端連接至專用預(yù)定電壓V1或供電電壓Vdd。在這種情況下，可以響應(yīng)提供給選擇晶體管MP5和MP6的柵極的控制信號而改變受控晶體管MP1的閾值電壓。受控晶體管MP1的閾值電壓的改變導(dǎo)致了由晶體管MP1和MN1構(gòu)成的整個反相電路的閾值電壓的改變，并給整個輸入緩沖電路添加了輸入滯后。
圖2的輸入緩沖電路的功能如下。輸入端5在高輸入值時，位于輸出端15處的第四反相級的輸出值處于高邏輯電平，以及第三反相級的輸出值處于低邏輯電平值。這會導(dǎo)致第二選擇晶體管MP6斷開，而第一選擇晶體管MP5接通，并將專用預(yù)定電壓V1與受控晶體管MP1的本體端相連。從而，用作本體電壓控制器的選擇電路30選擇專用預(yù)定電壓V1作為本體電壓。在這種情況下，閾值相對較低。類似地，如果輸入端5處的輸入信號處于高輸入值，則第四反相級的輸出處于低邏輯電平，并且第三反相級的輸出為高邏輯電平，這會導(dǎo)致第二選擇晶體管MP6接通，并將供電電壓Vdd與本體端連接。在這種情況下，輸入緩沖器具有高閾值。
因此，提出了一種包括本體電壓控制器或選擇電路的新型輸入緩沖器，該本體電壓控制器或選擇電路用于控制第一反相級的本體電壓。本體電壓控制器可以選擇供電電壓Vdd、Vss之一或Vss和Vdd之間的任意電壓值作為第一反相級的本體電壓。此外，本體電壓控制器或選擇電路具有與反相級之一的輸出耦合的至少一個控制輸入。
所提出的輸入緩沖電路可用于需要一些輸入滯后的任何類型的集成電路中?？梢栽诩呻娐穬?nèi)產(chǎn)生、或由外部電路提供有選擇地與本體端連接的預(yù)定電壓。如已經(jīng)結(jié)合圖1所提及的，任何選擇電路均可用于控制本體電壓，以及選擇電路不限于以第一和第二選擇晶體管MP5和MP6實現(xiàn)的實施方式。
此外，可使用僅具有兩個反相級的緩沖電路，其中，第二選擇晶體管MP6的反饋控制端連接至第一反相級的輸出，以及第一選擇晶體管MP5的反饋控制端連接至第二反相級。
此外，如果至少在第一反相級中使用NMOS絕緣晶體管代替普通NMOS晶體管，則也可以在NMOS晶體管MN1處施加相同的本體控制(在這種情況下，必須應(yīng)用兩種適當?shù)募夹g(shù))，這需要附加參考和預(yù)定電壓。為了控制NMOS晶體管MN1的本體電壓，必須將NMOS晶體管MN1置入獨立的p井中。高電壓技術(shù)提供了這種設(shè)備。使用這種類型的電路，可使第一反相級對稱，并且可以對于PMOS晶體管MP1和NMOS晶體管MN1的本體電壓設(shè)置選擇開關(guān)。因此，對于受控NMOS晶體管MN1來說，依靠附加的電壓源(類似于專用預(yù)定電壓V1)，可以使閾值電壓調(diào)整或控制更加靈活。
應(yīng)注意，所描述的附圖僅為示意性的而非限制性的。出于說明的目的，在附圖中，可以放大一些元件的尺寸并且不按比例繪出。本說明書和權(quán)利要求中使用術(shù)語“包括”，該術(shù)語并不排除有其它的元件或步驟。在引用單數(shù)名詞時使用不定冠詞或定冠詞的情況下(例如“一”、“該”)，除非做出特別說明，否則它包括多個該名詞。說明書以及權(quán)利要求書中的術(shù)語第一、第二、第三等用于區(qū)分相似的元件，并不必用于描述連續(xù)的或按時間順序的次序。應(yīng)當理解，這里本發(fā)明描述的實施例能夠以與這里描述或示出的不同的其它順序進行操作。此外，盡管這里討論了優(yōu)選實施例、特定結(jié)構(gòu)和配置，但是可以在不偏離所附權(quán)利要求范圍的情況下做出形式和細節(jié)上的各種改變或修改。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)電路，具有基于對至少一個半導(dǎo)體開關(guān)元件(Mi；MP1)閾值電壓的調(diào)節(jié)的輸入滯后，所述開關(guān)電路包括選擇裝置(30；MP5，MP6)，用于響應(yīng)從所述半導(dǎo)體開關(guān)元件(Mi；MP1)的輸出信號中得到的至少一個控制信號，來選擇至少兩個預(yù)定電壓之一，并用于將所選預(yù)定電壓施加于所述半導(dǎo)體開關(guān)元件(Mi；MP1)的本體端。
2.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)電路，其中，從與所述半導(dǎo)體開關(guān)元件(Mi；MP1)的輸出連接的至少一個反相電路的輸出獲得所述至少一個控制信號。
3.如權(quán)利要求2所述的開關(guān)電路，其中，從所述半導(dǎo)體開關(guān)元件(Mi；MP1)之后的第一反相電路(MP3，MN3)的輸出獲得第一控制信號，以及從與所述第一反相電路的輸出連接的第二反相電路(MP4，MN4)的輸出獲得第二控制信號。
4.如權(quán)利要求3所述的開關(guān)電路，其中，所述開關(guān)電路包括四個反相電路(MP1，MN1，MP2，MN2，MP3，MN3，MP4，MN4)，其中，所述半導(dǎo)體開關(guān)元件(MP1)屬于輸入反相電路(MP1，MN1)，所述第一反相電路與倒數(shù)第二個反相電路(MP3，MN3)相對應(yīng)，以及所述第二反相電路與最后的反相電路(MP4，MN4)相對應(yīng)。
5.如前述權(quán)利要求之一所述的開關(guān)電路，其中，所述選擇裝置包括至少一個半導(dǎo)體開關(guān)元件(MP5，MP6)，所述半導(dǎo)體開關(guān)元件具有施加了所述至少一個控制信號的控制端。
6.如權(quán)利要求5所述的開關(guān)電路，其中，第一預(yù)定電壓經(jīng)由第一半導(dǎo)體開關(guān)元件(MP5)提供給所述半導(dǎo)體開關(guān)元件(MP1)的所述本體端，以及第二預(yù)定電壓經(jīng)由第二半導(dǎo)體開關(guān)元件(MP6)提供給所述本體端，由第一控制信號控制所述第一半導(dǎo)體開關(guān)元件(MP5)，以及由與所述第一控制信號反相相關(guān)的第二控制信號控制所述第二半導(dǎo)體開關(guān)元件。
7.如前述權(quán)利要求之一所述的開關(guān)電路，其中，所述半導(dǎo)體開關(guān)元件是MOS晶體管(Mi；MP1)。
8.如前述權(quán)利要求之一所述的開關(guān)電路，其中，所述開關(guān)電路是集成緩沖電路。
9.一種用于控制半導(dǎo)體開關(guān)元件(Mi；MP1)的閾值電壓以提供具有輸入滯后的快速開關(guān)電路的方法，所述方法包括以下步驟響應(yīng)從所述半導(dǎo)體開關(guān)元件(Mi；MP1)的輸出信號中得到的控制信號，來選擇所述半導(dǎo)體開關(guān)元件(Mi；MP1)的本體電壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種開關(guān)電路以及一種控制開關(guān)電路半導(dǎo)體開關(guān)元件的閾值電壓的方法，其中，響應(yīng)從半導(dǎo)體開關(guān)元件(M
文檔編號H03K17/30GK101053157SQ200580037429
公開日2007年10月10日 申請日期2005年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月8日
發(fā)明者米倫·佩內(nèi)瓦 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司