專(zhuān)利名稱(chēng)：電壓箝位器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子電路。更確切地說(shuō)，本發(fā)明涉及過(guò)電壓箝位電路。
背景技術(shù)：
在無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接中，趨向于具有較高操作速度的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。建立較高速度的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的一項(xiàng)設(shè)計(jì)難題為建立可向大電容器上快速充電、放電及放大信號(hào)的放大器。充電、放電及放大通常消耗包括所述放大器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器中的相當(dāng)一部分功率。放大器的組件的寄生電容趨向于成為這些放大器的速度的限制因素。寄生電容有效地限制精確地放大電壓并使電壓穩(wěn)定的速度。寄生電容還限制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的時(shí)鐘速率。 然而，無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接標(biāo)準(zhǔn)繼續(xù)尋找寬帶數(shù)據(jù)且要求數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器中的高取樣速率。許多設(shè)計(jì)者趨向于選擇較高電壓放大器以便增加信噪比(SNR)，因?yàn)樵黾拥腟NR 常常可促進(jìn)較高速度的數(shù)據(jù)處理。因此，一種用于設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的傳統(tǒng)方法為簡(jiǎn)單地通過(guò)使放大器使用較高供應(yīng)電壓來(lái)消耗放大器中的較多電力。然而，用于制造較高電壓放大器的較高電壓晶體管(例如，厚氧化物裝置)趨向于具有比較低電壓晶體管(例如，薄氧化物裝置)大的寄生電容。因增加電力使用而獲得的SNR由于歸因于寄生電容增加而減小的速度而偏移。另一傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法為使用折疊式串聯(lián)放大器。折疊式串聯(lián)放大器提供與展開(kāi)式串聯(lián)放大器相比較大的速度及較小的寄生電容，但其也傾向于使用至少兩倍的電流。第三種傳統(tǒng)方法為接受限制且與較低速度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器配合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各種實(shí)施例是針對(duì)防止在薄氧化物裝置上經(jīng)受大電壓的箝位器。在一個(gè)實(shí)例中，薄氧化物裝置為用于原本為2. 5伏的放大器中的一伏裝置。箝位器調(diào)節(jié)到薄氧化物裝置的電壓，借此保護(hù)裝置免受過(guò)電壓情形的影響。箝位器的有效電壓調(diào)節(jié)可有助于確保薄氧化物裝置的可靠性。在許多實(shí)施例中，最終結(jié)果為可在薄氧化物晶體管周?chē)ㄖ幂^快的放大器，因?yàn)楸⊙趸锞w管趨向于比其厚氧化物對(duì)應(yīng)物快且經(jīng)受比其厚氧化物對(duì)應(yīng)物小的寄生電容。其它實(shí)施例是針對(duì)提供電壓調(diào)節(jié)的方法。一種實(shí)例方法包括產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于輸入電壓 (例如，薄氧化物裝置的輸入電壓)的第一電流。還產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于輸入電壓的目標(biāo)電平的第二電流。從第一電流減去第二電流，且將任何正的差電流輸入到箝位電路。箝位電路使用所述差電流來(lái)產(chǎn)生第四電流。將第四電流施加到一個(gè)或一個(gè)以上節(jié)點(diǎn)以調(diào)節(jié)輸入電壓。前述內(nèi)容已相當(dāng)廣泛地概述了本發(fā)明的特征及技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，以便可較好地理解以下對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)描述。下文將描述本發(fā)明的額外特征及優(yōu)點(diǎn)，其形成本發(fā)明的技術(shù)方案的主題。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，所揭示的概念及特定實(shí)施例可易于用作修改或設(shè)計(jì)其它結(jié)構(gòu)以執(zhí)行本發(fā)明的相同目的的基礎(chǔ)。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還應(yīng)認(rèn)識(shí)到，所述等效構(gòu)造并不偏離如在隨附技術(shù)方案中闡述的本發(fā)明的精神及范圍。當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，通過(guò)以下描述將更好地理解據(jù)信為本發(fā)明所特有的新穎特征(關(guān)于其組織及操作方法兩者)以及其它目標(biāo)及優(yōu)點(diǎn)。然而，應(yīng)明確理解，僅為說(shuō)明及描述的目的而提供各圖中的每一者，且其并不意在作為本發(fā)明的限制的定義。


為更完全理解本發(fā)明，現(xiàn)在參考結(jié)合隨附圖式進(jìn)行的以下描述，其中圖1為展示可有利地使用本發(fā)明的實(shí)施例的示范性無(wú)線通信系統(tǒng)的框圖；圖2到圖2E為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例而經(jīng)調(diào)適的示范性放大器的說(shuō)明；圖3到圖3F為用于在圖2的放大器中使用的偏壓電路的說(shuō)明；圖4為兩個(gè)電壓/電流關(guān)系的說(shuō)明，其中一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例可使用信號(hào)Idi。de 減I Pli。a來(lái)操作圖5的箝位電路；圖5到圖5C為適于用于在圖2的放大器中使用的箝位器的示范性實(shí)施例的說(shuō)明； 及圖6為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例而經(jīng)調(diào)適的示范性方法的說(shuō)明。圖2到圖5通常使用以下符號(hào)格式使用圖2D的右上角中的M2作為實(shí)例，TP 指示晶體管，PMOS, 2. 5V (厚氧化物)，而TN將指示晶體管，NMOS,核心1. 3V (薄氧化物)； "50/0. 4”以微米為單位指示晶體管柵極的寬度/長(zhǎng)度/寬度；m = 8指示乘數(shù)8 (8個(gè)并聯(lián)的相同晶體管)；mp = 25為指狀物的數(shù)目(因此對(duì)于總寬度=50，存在25個(gè)寬度=2的指狀物)。此外，參看圖2B，pdnB為pdn信號(hào)的低態(tài)有效、反相版本，且pdnD為pdn在出于隔離目的傳遞通過(guò)兩個(gè)反相器之后的稍加延遲版本，其高態(tài)有效。"pdnD<3 0>”指代4個(gè)信號(hào)的陣列:pdnD<0>、pdnD<l>、pdnD<2>、pdnD<3>。類(lèi)似地，"M71<1: 0>”指代兩個(gè)晶體管的陣列，M71<1> 及 M71<0>。
具體實(shí)施例方式圖1展示可有利地使用本發(fā)明的實(shí)施例的示范性無(wú)線通信系統(tǒng)100。出于說(shuō)明的目的，圖1展示三個(gè)遠(yuǎn)程單元120、130及140及兩個(gè)基站150、160。應(yīng)認(rèn)識(shí)到，典型無(wú)線通信系統(tǒng)可具有遠(yuǎn)為更多的遠(yuǎn)程單元及基站。遠(yuǎn)程單元120、130及140可包括多種存儲(chǔ)器單元中的任一者，所述存儲(chǔ)器單元包括(例如)經(jīng)改進(jìn)的全擺幅存儲(chǔ)器陣列。遠(yuǎn)程單元120、130 及140還可包括多種其它組件中的任一者，例如模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)、 處理器、△- Σ數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器及其類(lèi)似者。本發(fā)明的實(shí)施例可用于各種組件中，且尤其是在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器(例如ADC及DAC)中。圖1展示從基站150、160到遠(yuǎn)程單元120、130及140的前向鏈路信號(hào)180，及從遠(yuǎn)程單元120、130及140到基站150、160的反向鏈路信號(hào)190。通常，遠(yuǎn)程單元可包括手機(jī)、手持型個(gè)人通信系統(tǒng)(PCQ單元、例如個(gè)人數(shù)據(jù)助理的便攜型數(shù)據(jù)單元、例如儀表讀取設(shè)備的固定位置數(shù)據(jù)單元，及/或其類(lèi)似者。在圖1中，遠(yuǎn)程單元120經(jīng)展示為移動(dòng)電話，遠(yuǎn)程單元130經(jīng)展示為便攜型計(jì)算機(jī)，且遠(yuǎn)程單元140經(jīng)展示為無(wú)線本地環(huán)路系統(tǒng)中的固定位置遠(yuǎn)程單元?；?50、160可為多種無(wú)線基站中的任一者，所述無(wú)線基站包括(例如)蜂窩式電話基站、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)(例如，依照IEEE 802. 11 的接入點(diǎn))，及其類(lèi)似者。雖然圖1說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的教示的遠(yuǎn)程單元，但本發(fā)明不限于這些示范性說(shuō)明的單元。
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圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例而經(jīng)調(diào)適的示范性放大器200的說(shuō)明，且圖2附有更詳細(xì)展示示范性放大器200的各種部分的圖2A到圖2E。在所示的示范性實(shí)施例中，箝位器230調(diào)節(jié)薄氧化物晶體管MO、Ml、M14及M15的電壓。下文詳細(xì)描述放大器200的操作。放大器200可用于多種裝置中的任一者中，所述裝置包括(但不限于)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置。在此實(shí)例中，放大器200為運(yùn)算跨導(dǎo)放大器(OTA)，其為一類(lèi)型的運(yùn)算放大器。核心放大器部分201包括兩個(gè)升壓放大器210、220，其輸出經(jīng)標(biāo)記為oM及oP。核心放大器部分 201還包括饋入晶體管M12及M13的柵極中的輸入端口 iM及iP。由具有恒定偏流以及共同模式控制的晶體管M12及M13將端口 iM及iP處的差動(dòng)輸入電壓轉(zhuǎn)換成電流。流入晶體管 M12及M13的源極的恒定電流將使晶體管M12及M13放大差動(dòng)輸入電壓且產(chǎn)生到節(jié)點(diǎn)nsm 及nsp上的差動(dòng)電流。放大器200還包括增加核心放大器201的輸出阻抗的串聯(lián)晶體管M14及M15。升壓放大器220進(jìn)一步增強(qiáng)串聯(lián)晶體管M14及M15的效應(yīng)，所述升壓放大器220調(diào)整串聯(lián)晶體管M14及M15的(在節(jié)點(diǎn)ngp及ngm上的)柵極電壓，使得串聯(lián)晶體管M14及M15的源極對(duì)oM及oP處的差動(dòng)輸出電壓幾乎完全不敏感。因此，出自晶體管M12及M13的電流幾乎不因核心放大器201的輸出電壓的變化而變化。升壓放大器210及晶體管MO及Ml的操作與上文關(guān)于升壓放大器220及晶體管M14及M15所描述大體上相同(注意，圖2中的“TN” 指示η型晶體管，而“TP”指示ρ型晶體管)。晶體管M2及M3充當(dāng)恒定電流源以針對(duì)來(lái)自輸入晶體管M14及M15的電流提供高阻抗負(fù)載。核心放大器部分201的高輸出阻抗允許放大器200增加及減去到電容器(未圖示)上的電壓以及放大電壓，其均以由放大器200的非常高的增益所啟用的高度線性方式進(jìn)行。在所示的特定實(shí)施例中，升壓放大器210及220以及周?chē)w管的電路在2. 5V的范圍內(nèi)操作。然而，晶體管M14及M15，以及MO及Ml經(jīng)實(shí)施為在1. 3V的范圍內(nèi)操作的薄氧化物裝置。本發(fā)明的各種實(shí)施例進(jìn)行操作以調(diào)節(jié)晶體管MO、Ml、M14及M15的一個(gè)或一個(gè)以上端子處的電壓，以確保所述較低電壓、薄氧化物晶體管的可靠性及可操作性。在正常操作中，因?yàn)楹愣娏髁鬟^(guò)晶體管M0、M1、M14及M15，所以所述晶體管通常不經(jīng)受高電壓。一般來(lái)說(shuō)，僅當(dāng)加電及斷電期間非常大的電壓經(jīng)驅(qū)動(dòng)到放大器200中時(shí)，才向晶體管M0、M1、M14 及Ml5提供保護(hù)。放大器200還包括箝位器230及偏壓電路220。箝位器230具有節(jié)點(diǎn)nsm、nsp、 psm及psp以及其它節(jié)點(diǎn)作為輸入。核心放大器210的輸出(oM及oP)由箝位器230用作輸入及輸出(下文對(duì)其進(jìn)行更詳細(xì)解釋)。箝位器230還具有偏壓輸入，nAdjThr信號(hào)與此論述最為相關(guān)，下文對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行更詳細(xì)描述。簡(jiǎn)而言之，箝位器230箝位oM及oP處的電壓，借此保護(hù)晶體管MO、Ml、M14及M15免受過(guò)電壓狀況影響。nAdjThr信號(hào)為用于控制箝位程序的一個(gè)信號(hào)，其確保在正常操作期間無(wú)降級(jí)，但當(dāng)歸因于到放大器200的過(guò)大的輸入電壓而使電壓超過(guò)正常操作電壓時(shí)確保有效及精確的箝位。偏壓電路220為放大器200提供各種偏壓電壓，包括nAdjThr信號(hào)。偏壓電路220 與箝位器230之間的晶體管(例如，M71及M54)用于產(chǎn)生具有各種延遲的斷電信號(hào)且使放大器的各種節(jié)點(diǎn)短路在一起，使得以保持晶體管受到保護(hù)的方式依序進(jìn)行斷電及供電處理。
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圖3A到圖3F —起為用于示范性放大器200中的偏壓電路220的示范性實(shí)施例的說(shuō)明，且圖3展示示范性偏壓電路220的各種部分在圖3A到圖3F中如何布置。偏壓電路 220包括使用晶體管M77 (NM0S晶體管)及M58 (PM0S晶體管)(圖3C)配置的箝位傳感器復(fù)制。在此實(shí)例中，當(dāng)晶體管M77的柵極上的電壓大于在M58的柵極上的NMOS Vth及 PMOS Vth時(shí)，晶體管M77及M58接通，且具有粗略近似于平方律的電流對(duì)電壓曲線。M77及 M58的柵極連接到通過(guò)使恒定電流通過(guò)串聯(lián)電阻器R2到R9及R12 (圖3B)而產(chǎn)生的恒定電壓差。晶體管M77及M58驅(qū)動(dòng)此恒定電流通過(guò)電阻器R2到R9及R12以產(chǎn)生恒定電壓差， 所述恒定電壓差對(duì)應(yīng)于箝位傳感器501(圖幻的標(biāo)稱(chēng)觸發(fā)點(diǎn)。在此特定實(shí)例中，在晶體管 M77及M58的柵極上的恒定電壓為1. 28V0晶體管M77及M58的柵極上的電壓使一些電流流入經(jīng)串聯(lián)及二極管連接的晶體管 M116及M76中。晶體管M116及M76產(chǎn)生nAdjThr信號(hào)，所述nAdjThr信號(hào)對(duì)應(yīng)于當(dāng)箝位傳感器感測(cè)到1. 伏時(shí)流過(guò)箝位傳感器501(圖幻的標(biāo)稱(chēng)電流。在此實(shí)施例中，nAdjThr信號(hào)應(yīng)大體上恒定，但確實(shí)隨處理及溫度及電壓而改變，以允許箝位器230從實(shí)際箝位傳感器501電流減去當(dāng)箝位傳感器501感測(cè)到1. 28伏時(shí)流過(guò)箝位傳感器501的標(biāo)稱(chēng)電流。因此，包括晶體管177及1158、電阻器1 2到1 9及1 12，及晶體管機(jī)16及1176(圖3E)的電路通過(guò)改變nAdjThr信號(hào)而允許對(duì)箝位器230中的處理及溫度改變的校正，使得消除通過(guò)箝位傳感器的標(biāo)稱(chēng)電流的改變。本發(fā)明的各種實(shí)施例使用nAdjThr信號(hào)來(lái)重建對(duì)應(yīng)于感測(cè)的1. 28V的預(yù)期電流。 接著從來(lái)自實(shí)際傳感器(展示于圖5中)的電流減去預(yù)期電流。當(dāng)差電流為正的時(shí)，其指示oP及oM處的電壓高于1J8V(其目標(biāo)電壓)。返回圖2，本發(fā)明的各種實(shí)施例使用箝位器230來(lái)保護(hù)薄氧化物晶體管M0、M1、M14 及M15 (圖2D到圖2E)。箝位器230使oM及oP處的電壓保持在安全范圍內(nèi)，且還一旦過(guò)電壓狀況消失即非?？焖俚蒯尫烹妷?。實(shí)例放大器200的輸出為大體上恒定的1. 2mA的電流，以及標(biāo)稱(chēng)為1. 28V的輸出電壓。當(dāng)需要時(shí)，箝位器230通過(guò)提供或抵消輸出節(jié)點(diǎn)處的高達(dá)全部1. 2mA的電流來(lái)調(diào)節(jié) oM及oP處的電壓。此外，在此實(shí)例中，晶體管MO、Ml、M14及M15標(biāo)稱(chēng)額定為約1. 3V，且歸因于長(zhǎng)于最小的柵極長(zhǎng)度而具有約1. 46V的安全最大操作源極一漏極電壓Vsd電壓。在過(guò)電壓狀況下，箝位器230通過(guò)抵消oP及oM處的電流而使Vsd保持為小于1. 46 伏。因此，當(dāng)oP及oM處的差動(dòng)電壓接近1. 46V時(shí)，由箝位器230產(chǎn)生的電流接近1. 2mA,借此使電壓回降。當(dāng)oP及oM處的差動(dòng)電壓接近1. 28V時(shí)，由箝位器230產(chǎn)生的電流接近零。 圖4中展示oP及oM處的電壓與由箝位器230產(chǎn)生的電流的關(guān)系。在圖4中，Idi。de為由圖 5中所示的箝位傳感器產(chǎn)生的近似平方律電流信號(hào)。本發(fā)明的各種實(shí)施例使用差電流來(lái)激活箝位電路，且差電流在圖4中展示為I
diode ^^ Ireplica0 ^replica
為對(duì)應(yīng)于nAdjThr信號(hào)的電流。如從圖4可見(jiàn)，差電流具有比Iditxte陡的斜率，借此提供較快的箝位電路操作。圖5到圖5C為適于在放大器200中使用的箝位器230的示范性實(shí)施例的說(shuō)明。在此實(shí)施例中，箝位器230包括傳感器501、電流鏡502及箝位電路503以及其它組件。傳感器501(圖5C)包括四個(gè)檢測(cè)器，每一檢測(cè)器包括一個(gè)NMOS晶體管及一個(gè) PMOS晶體管。最左側(cè)的檢測(cè)器包括M87及M69，且所述檢測(cè)器連接到oM(核心放大器201的輸出)(其為漏極)及psm(其處于MO的源極處)。下一檢測(cè)器包括晶體管M86及M68， 且所述檢測(cè)器連接到oP (核心放大器201的另一輸出)及psp (其處于Ml的源極處)。第三檢測(cè)器包括M85及M67，且所述檢測(cè)器連接到oM及nsm(其處于M15的源極處)。最右側(cè)的檢測(cè)器包括M78及M61，且所述檢測(cè)器連接到oP及nsp (其處于M14的源極處)。傳感器 501產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于核心放大器201中的電壓的電流。還存在使電流鏡502保持接通的來(lái)自晶體管M130的恒定涓流電流。電流鏡502鏡射由傳感器501產(chǎn)生的電流(圖5A)，所述電流鏡502在此實(shí)例中為 4x電流鏡。經(jīng)鏡射的電流通過(guò)箝位電路503去往節(jié)點(diǎn)oClamp。晶體管M75及M133產(chǎn)生從來(lái)自電流鏡502的電流減去的電流。將nAdjThr信號(hào)供應(yīng)到晶體管M75及M133的柵極，使得nAdjThr信號(hào)用于產(chǎn)生復(fù)制電流(IMpli。a)，從實(shí)際傳感器電流減去所述復(fù)制電流以產(chǎn)生差電流。差電流流入箝位電路503中。上文已提及晶體管M130產(chǎn)生涓流電流。電流鏡502鏡射涓流電流與傳感器電流的和。在節(jié)點(diǎn)oClamp處，從虹鏡射的電流減去六倍的涓流電流。在節(jié)點(diǎn)oClamp處，還從 4x鏡射的電流減去六倍的流入圖3A中的晶體管M76中(以產(chǎn)生電壓nAdjThr)的電流。因此，在電流鏡502產(chǎn)生比六倍的由復(fù)制箝位傳感器(圖3A中的M58及M77)產(chǎn)生的標(biāo)稱(chēng)電流加上兩倍的來(lái)自晶體管M130的涓流電流大的電流之前，節(jié)點(diǎn)oClamp將保持低且箝位器完全斷開(kāi)。因?yàn)殡娏麋R產(chǎn)生4倍于傳感器501的電流加上來(lái)自晶體管M130的涓流電流的電流，所以在傳感器501產(chǎn)生比150%的標(biāo)稱(chēng)電流加上一半的涓流電流大的電流之前，箝位器保持完全斷開(kāi)。只要傳感器501中的檢測(cè)器的源極/漏極電壓(Vsd)小于1.觀伏的目標(biāo)電壓，則 oClamp節(jié)點(diǎn)將被下拉，因?yàn)镸75及M133吸收全部電流且節(jié)點(diǎn)oCa將非常接近接地。M88為二極管連接的晶體管，因此將存在約0. 6V的一個(gè)柵極/源極電壓(Vgs)。接著，oClamp節(jié)點(diǎn)將處于比接地高約一個(gè)Vgs處，借此保證箝位電路503在傳感器501檢測(cè)到1. 28或更小的電壓時(shí)斷開(kāi)。隨著oM及oP處的電壓變得較高，傳感器501產(chǎn)生較多電流。當(dāng)oM及oP處的電壓高于1. ^V(過(guò)電壓狀況)時(shí)，虹鏡502產(chǎn)生比M75及M133所吸收的電流多的電流。在所述情境中，電流流入箝位電路503中。箝位電路503 (圖5B)包括三個(gè)晶體管M74、M73及Mclamp。Mclamp使核心放大器201的兩個(gè)輸出(oM及oP)短路在一起。箝位電路503包括20:1差動(dòng)電流鏡。因此，從節(jié)點(diǎn)oClamp進(jìn)入箝位電路503的任何電流導(dǎo)致二十倍的電流流動(dòng)，其跨輸出oM及oP而短路。箝位電路503為視oM或oP處的電壓的極性而定在一個(gè)方向或另一方向上產(chǎn)生電流的對(duì)稱(chēng)裝置。由20:1電流鏡產(chǎn)生的電流被短路到oM及oP，借此在過(guò)電壓狀況期間降低oM及 oP處的電壓。在正常操作期間，節(jié)點(diǎn)oClamp比接地高一 Vgs，且oM及oP足夠穩(wěn)定以保持在約 1. ^V的目標(biāo)電壓。因此，在正常操作中，電流將不流入箝位電路503中。在過(guò)電壓狀況期間，oM及oP處的差動(dòng)電壓變大，且檢測(cè)器中的一些或所有逐漸增加流入電流鏡502中的電流。將經(jīng)鏡射的電流發(fā)送到oClamp節(jié)點(diǎn)。流入箝位電路503中的電流經(jīng)鏡射及短路到oM 及oP (高達(dá)最大1. 2mA)，其為核心放大器201的恒定電流。在典型最壞情境中，將非常大的電壓施加到核心放大器201的輸入iP及iM，借此使核心放大器201完全將其電流驅(qū)動(dòng)到一側(cè)(oM或oP)。當(dāng)跨oM及oP的差動(dòng)電壓變得高于1.28V時(shí)，箝位電路503開(kāi)始施加高達(dá)最大1. 2mA的電流，借此使oM及oP處的電壓穩(wěn)定。因此，箝位電路503通過(guò)將薄氧化物晶體管M0、M1、M14及M15的輸入電壓調(diào)節(jié)到安全操作范圍來(lái)對(duì)其加以保護(hù)。圖6為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例而經(jīng)調(diào)適的示范性方法600的說(shuō)明。在許多實(shí)施例中，方法600可由根據(jù)上文所描述的原理及概念操作的電路執(zhí)行。在步驟601處，產(chǎn)生第一電流，所述第一電流對(duì)應(yīng)于輸入電壓。在一些實(shí)施例中， 輸入電壓為應(yīng)保持于安全操作范圍內(nèi)的一個(gè)或一個(gè)以上裝置的輸入電壓。舉例來(lái)說(shuō)，薄氧化物裝置趨向于具有比厚氧化物裝置低的操作電壓范圍。然而，本發(fā)明的各種實(shí)施例不限于此，因?yàn)檩斎腚妷嚎蔀楹裱趸镅b置、薄氧化物裝置或一些其它裝置的輸入電壓。在圖2 到圖5的實(shí)例實(shí)施例中，存在四個(gè)輸入電壓，其中每一者與晶體管M0、M1、M14及M15中的一者相關(guān)聯(lián)。在所述實(shí)例中，對(duì)應(yīng)于輸入電壓的電流為由從感測(cè)輸入電壓的電路產(chǎn)生的平方律電流所產(chǎn)生的經(jīng)鏡射的電流。在步驟602中，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于目標(biāo)輸入電壓的第二電流。在許多實(shí)施例中，目標(biāo)輸入電壓為處于一個(gè)或一個(gè)以上裝置的操作范圍內(nèi)的電壓。舉例來(lái)說(shuō)，在以上實(shí)例中，目標(biāo)電壓對(duì)應(yīng)于四個(gè)薄氧化物晶體管的安全操作電壓。在所述實(shí)例中，信號(hào)(nAdjThr)用于產(chǎn)生使還接收第一電流的節(jié)點(diǎn)下降的恒定電流。在步驟603中，通過(guò)從第一電流減去第二電流產(chǎn)生第三電流。因此，當(dāng)?shù)谝浑娏鞅鹊诙娏鞔髸r(shí)，第三電流為正的。在以上實(shí)例中，第三電流的產(chǎn)生指示晶體管M0、M1、M14及 M15中的一者或一者以上處的過(guò)電壓狀況。在步驟604處，將第三電流輸入到差動(dòng)箝位器。差動(dòng)箝位器使用第三電流來(lái)通過(guò)產(chǎn)生第四電流且將第四電流施加到連接到輸入電壓的節(jié)點(diǎn)而使輸入電壓穩(wěn)定。在以上實(shí)例中，箝位器在過(guò)電壓狀況期間處于反饋環(huán)路中，充當(dāng)恒定電流源，使得從箝位電路施加的電流取代由放大器產(chǎn)生的電流，借此調(diào)節(jié)(限制)節(jié)點(diǎn)處的電壓。方法600經(jīng)展示為一系列離散步驟。然而，本發(fā)明不限于此。舉例來(lái)說(shuō)，在許多實(shí)施例中，連續(xù)執(zhí)行步驟601到604，且認(rèn)識(shí)到所述步驟是同時(shí)且實(shí)時(shí)發(fā)生。此外，各種實(shí)施例可添加、刪除、修改或重新布置一些步驟。本發(fā)明的實(shí)施例可包括優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)解決方案的一個(gè)或一個(gè)以上優(yōu)點(diǎn)。舉例來(lái)說(shuō)，箝位技術(shù)(例如上文所描述的箝位技術(shù))可用于快速及有效地調(diào)節(jié)電壓。有效電壓調(diào)節(jié)可促進(jìn)在具有高于薄氧化物裝置的操作電壓的正常操作電壓的電路中使用薄氧化物裝置。 舉例來(lái)說(shuō)，在圖2的實(shí)例實(shí)施例中，晶體管M0、M1、M14及M15為在1. 3V的范圍內(nèi)操作的薄氧化物裝置，而核心放大器201的其它電路在2. 5V的范圍內(nèi)操作。此外，從差電流而非從直接為輸入電壓建模的電流觸發(fā)箝位電路允許較靈敏的響應(yīng)。如圖4中所示，電流Iditxte減Ireplira展示出比Idi。de陡的斜率。較陡的斜率在操作范圍內(nèi)提供較快的響應(yīng)。另外，電流Idi-減‘㈣㈣在輸入電壓處于或低于1. 28V時(shí)展示出零電流，使得箝位器在電壓處于最佳范圍內(nèi)時(shí)為斷開(kāi)的。雖然已闡述特定電路，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解并不需要所有所揭示的電路來(lái)實(shí)踐本發(fā)明。此外，未描述某些眾所周知的電路以保持集中于本發(fā)明。還應(yīng)進(jìn)一步注意，雖然已展示特定電壓及電流范圍、晶體管類(lèi)型(例如，NM0S)及配置，但本發(fā)明的各種實(shí)施例不限于此。事實(shí)上，電壓及電流范圍以及晶體管的大小及類(lèi)型及電路架構(gòu)可適應(yīng)于多種系統(tǒng)，每一系統(tǒng)對(duì)圖1到圖6中所示的實(shí)施例提出一個(gè)或一個(gè)以上變化。 雖然已詳細(xì)描述本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，但應(yīng)理解在不脫離如由所附權(quán)利要求書(shū)所界定的本發(fā)明的精神及范圍的情況下可對(duì)本文進(jìn)行各種變化、取代及更改。舉例來(lái)說(shuō)，雖然在論述中已使用讀取操作，但應(yīng)預(yù)見(jiàn)到本發(fā)明同樣地適用于寫(xiě)入操作。此外，本申請(qǐng)案的范圍并不意在限于說(shuō)明書(shū)中所描述的過(guò)程、機(jī)器、制造、物質(zhì)組成、裝置、方法及步驟的特定實(shí)施例。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員通過(guò)本發(fā)明的揭示內(nèi)容將易于了解，根據(jù)本發(fā)明，可利用當(dāng)前存在或日后將開(kāi)發(fā)的執(zhí)行與本文中描述的對(duì)應(yīng)實(shí)施例大體上相同功能或?qū)崿F(xiàn)與其大體上相同結(jié)果的過(guò)程、機(jī)器、制造、物質(zhì)組成、裝置、方法或步驟。因此，所附權(quán)利要求書(shū)意在在其范圍內(nèi)包括這些過(guò)程、機(jī)器、制造、物質(zhì)組成、裝置、方法或步驟。
權(quán)利要求
1.一種有源過(guò)電壓箝位系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含至少一個(gè)過(guò)電壓檢測(cè)器，其響應(yīng)于輸入電壓且提供第一電流； 復(fù)制過(guò)電壓電路，其提供第二電流；從所述第一電流減去所述第二電流以產(chǎn)生差電流的電路；以及差動(dòng)箝位器，其響應(yīng)于所述差電流而被激活，其中所述差動(dòng)箝位器防止所述輸入電壓增加超過(guò)目標(biāo)電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述輸入電壓包含差動(dòng)電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含節(jié)點(diǎn)處的薄氧化物裝置，其接收所述輸入電壓，其中將所述目標(biāo)電壓設(shè)定為所述薄氧化物裝置的操作電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述薄氧化物裝置包括在具有高于所述目標(biāo)電壓的操作電壓的放大器電路中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述減法電路包含 電流鏡，其將電流提供到所述差動(dòng)箝位器的輸入節(jié)點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含放大器電路，其中所述放大器電路的輸出包含所述輸入電壓；且其中所述差動(dòng)箝位器使所述放大器電路的所述輸出短路，且施加與所述差電流相關(guān)聯(lián)的電流，借此使所述輸入電壓大體上保持在所述目標(biāo)電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第二電流為對(duì)應(yīng)于所述目標(biāo)電壓的恒定電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)所述輸入電壓等于所述目標(biāo)電壓時(shí)，所述差電流為零。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)所述差電流等于零時(shí)，所述差動(dòng)箝位器斷開(kāi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述差動(dòng)箝位器包含電流鏡，其使所述差電流倍增且將所述經(jīng)倍增的差電流施加到放大器節(jié)點(diǎn)來(lái)降低所述輸入電壓。
11.一種用于使輸入電壓穩(wěn)定的方法，所述方法包含 產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于輸入電壓的第一電流；產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于目標(biāo)輸入電壓的第二電流；通過(guò)從所述第一電流減去所述第二電流而產(chǎn)生第三電流；將所述第三電流輸入到差動(dòng)箝位器，所述差動(dòng)箝位器通過(guò)將第四電流施加到接收所述輸入電壓的節(jié)點(diǎn)來(lái)使所述輸入電壓穩(wěn)定。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中產(chǎn)生第三電流包含 鏡射所述第一電流；將所述經(jīng)鏡射的第一電流提供到所述差動(dòng)箝位器的輸入節(jié)點(diǎn)；以及從所述差動(dòng)箝位器的所述輸入節(jié)點(diǎn)汲取所述第二電流。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中由感測(cè)放大器電路的輸出的傳感器電路產(chǎn)生所述第一電流，所述放大器電路輸出包含所述輸入電壓。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中通過(guò)在所述差動(dòng)箝位器中鏡射所述第三電流而產(chǎn)生所述第四電流。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中使所述輸入電壓在放大器的輸出及至少一個(gè)薄氧化物裝置的輸入處穩(wěn)定。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中使所述輸入電壓穩(wěn)定包含使所述輸入電壓維持在所述至少一個(gè)薄氧化物裝置的操作電壓，其中所述至少一個(gè)薄氧化物裝置的所述操作電壓小于所述放大器的操作電壓。
17.一種用于驅(qū)動(dòng)信號(hào)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含放大器電路；一個(gè)或一個(gè)以上薄氧化物裝置，其經(jīng)配置以從所述放大器電路接收輸出，且使用所述放大器輸出來(lái)驅(qū)動(dòng)所述信號(hào)；產(chǎn)生第一電流的電路，所述第一電流與所述放大器輸出的電壓相關(guān)聯(lián)；產(chǎn)生第二電流的電路，所述第二電流與所述一個(gè)或一個(gè)以上薄氧化物裝置的目標(biāo)操作電壓相關(guān)聯(lián)；以及電壓箝位器，其接收包含所述第一電流與第二電流之間的差的第三電流，所述電壓箝位器從所述第三電流產(chǎn)生第四電流，且將所述第四電流施加到所述放大器電路的一個(gè)或一個(gè)以上節(jié)點(diǎn)以減小所述放大器電路的所述輸出電壓。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)用于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置中。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置用于無(wú)線移動(dòng)裝置中。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置用于無(wú)線基站中。
21.一種用于保護(hù)裝置免受放大器輸出電壓的影響的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含用于產(chǎn)生指示所述放大器輸出電壓的第一電流的裝置；用于產(chǎn)生指示所述裝置的目標(biāo)電壓的第二電流的裝置；用于從所述第一電流減去所述第二電流以產(chǎn)生第三電流的裝置；以及用于接收所述第三電流且至少部分基于所述第三電流來(lái)箝位所述放大器輸出電壓的裝置ο
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述裝置包含薄氧化物裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種有源過(guò)電壓箝位系統(tǒng)，其包括響應(yīng)于輸入電壓且提供第一電流的至少一個(gè)過(guò)電壓檢測(cè)器。所述系統(tǒng)還包括提供第二電流的復(fù)制過(guò)電壓電路，及從所述第一電流減去所述第二電流以產(chǎn)生差電流的電路。所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括響應(yīng)于所述差電流而被激活的差動(dòng)箝位器。所述差動(dòng)箝位器防止所述輸入電壓增加超過(guò)目標(biāo)電壓。
文檔編號(hào)H03G11/00GK102160282SQ200980136832
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2009年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日
發(fā)明者威廉·F·埃勒斯科 申請(qǐng)人:高通股份有限公司