專利名稱：具有獨(dú)立接地和改進(jìn)的電磁輻射隔離的電平移動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子電路領(lǐng)域，尤其是涉及具有獨(dú)立的接地電位和減小的電磁輔射(EME)的電平移動(dòng)器。
電平移動(dòng)器通常被用來提供從一個(gè)具有第一電壓電位范圍的系統(tǒng)到另一個(gè)具有不同電壓電位范圍的系統(tǒng)的信號(hào)通信。例如，電平移動(dòng)器通常被使用在汽車用途中，因?yàn)榈湫偷钠囅到y(tǒng)工作在0-18伏，而通常的集成電路典型地工作在0-3伏，或0-5伏。來自集成電路的斷定為“邏輯高”的3或5伏輸出在12伏系統(tǒng)中不足以被解釋為邏輯高。電平移動(dòng)器提供從一個(gè)系統(tǒng)到另一個(gè)系統(tǒng)的電壓電平的適當(dāng)映射來保證邏輯值的正確通信。


圖1舉例說明了常規(guī)電平移動(dòng)器100的原理，該電平移動(dòng)器被構(gòu)造成對(duì)應(yīng)于其輸入端(In)的Vd1的邏輯高電壓電平，在其輸出端(Out)提供一個(gè)Vd2的邏輯高電壓電平。兩個(gè)信號(hào)(In，Out)的邏輯低電平都是0伏。這些電壓電位的每個(gè)都參照公共的地電位。
當(dāng)在In節(jié)點(diǎn)接收邏輯高(Vd1)輸入信號(hào)時(shí)，晶體管N1導(dǎo)通。此時(shí)，反相器110使晶體管N2截止。由于晶體管N1導(dǎo)通，N2截止，晶體管P2被導(dǎo)通，因此將輸出節(jié)點(diǎn)拉高到Vd2。因此，Vd1的輸入電壓電平被轉(zhuǎn)換成Vd2的輸出電壓電平。
當(dāng)接收邏輯低(地電位)輸入信號(hào)時(shí)，晶體管N1截止。反相器110使晶體管N2導(dǎo)通。由于晶體管N1截止，晶體管P2被截止，晶體管N2將輸出節(jié)點(diǎn)拉低到地電位。因此，位于地電位的輸入信號(hào)提供一個(gè)同樣位于地電位的輸出信號(hào)。
注意圖1的電平移動(dòng)器依賴公共的地電位來正確工作。如果輸入系統(tǒng)(反相器110)的地電位與輸出系統(tǒng)(N1，P1，N2，P2)的地電位不同，地電流將會(huì)流動(dòng)。如果地電位之間的差別很大，電平移動(dòng)器100將不能工作，或者間歇地工作。
圖2說明了2000年11月28日頒給Hendrik Boezen等人的美國(guó)專利6154061“CAN BUS DRIVER WITH SYMMETRICAL DIFFERENTIALOUTPUT SIGNALS”(具有對(duì)稱差分輸出信號(hào)的CAN總線驅(qū)動(dòng)器)中的電平移動(dòng)器200的原理，該電平移動(dòng)器200被構(gòu)造成將來自浮動(dòng)源210，220的信號(hào)轉(zhuǎn)換成用于驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電位V+，V-之間的總線的信號(hào)，在此引用作為參考。晶體管P2和二極管D1被構(gòu)造成驅(qū)動(dòng)總線負(fù)載Lb到電位V+，晶體管N2和二極管D2被構(gòu)造成驅(qū)動(dòng)總線負(fù)載La到電位V-，因此基本上與用于邏輯高和邏輯低信號(hào)電平電位V+和V-無關(guān)。電平移動(dòng)器200為負(fù)載La，Lb提供相等且相反的電流，因此避免了地電流，及作為總線切換狀態(tài)的接地跳動(dòng)。然而，輸出晶體管P 2和N2是硬驅(qū)動(dòng)到每個(gè)對(duì)應(yīng)的干線電壓V+和V-的，在總線狀態(tài)的每一次轉(zhuǎn)換上都造成實(shí)質(zhì)性電磁輻射(EME)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一個(gè)允許兩個(gè)基本上獨(dú)立的地電壓電位的電平移動(dòng)器。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一個(gè)與圖1和2的常規(guī)電平移動(dòng)器相比具有減少的電磁輻射(EME)的電平移動(dòng)器。
這些目的和其它目的通過將相對(duì)于一組電壓電位對(duì)稱的差分驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供給將驅(qū)動(dòng)輸出節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)到另一組電壓電位的一對(duì)電流源來實(shí)現(xiàn)的。來自驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的差分驅(qū)動(dòng)信號(hào)彼此相等且相反，因此避免了寄生電流在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和被驅(qū)動(dòng)的電流反射鏡之間流動(dòng)。提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)的晶體管通過在一個(gè)邏輯狀態(tài)使用弱偏壓并且在另一個(gè)狀態(tài)使用強(qiáng)偏壓來連續(xù)偏壓以避免硬切換瞬態(tài)。
現(xiàn)在以實(shí)施例的形式參照附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，其中圖1說明了現(xiàn)有技術(shù)的電平移動(dòng)器的一個(gè)實(shí)施例的原理。
圖2說明了現(xiàn)有技術(shù)的對(duì)稱差分總線驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)實(shí)施例的原理。
圖3說明了根據(jù)本發(fā)明的電平移動(dòng)器的一個(gè)實(shí)施例的原理。
圖3說明了根據(jù)本發(fā)明的電平移動(dòng)器300的一個(gè)實(shí)施例的原理。為了方便起見，后面指的電平移動(dòng)器300包括一個(gè)發(fā)射(驅(qū)動(dòng))部分310和一個(gè)接收(被驅(qū)動(dòng))部分320。使該技術(shù)術(shù)語(yǔ)和現(xiàn)有技術(shù)一致，電平移動(dòng)器300還可以被稱作收發(fā)信機(jī)。發(fā)射部分310被構(gòu)造成以電源電位Vdd1和G1工作，接收部分被構(gòu)造成以電源電位Vdd2和G2工作。這兩組電源電位基本上是獨(dú)立的，二者之間的關(guān)系通過地電位G1和G2之間的虛擬電阻Rgnd來表示。注意此處的使用，術(shù)語(yǔ)地電位只是用來被表示一個(gè)特定系統(tǒng)用作參考電位的電位，該電位可以或者不必接到接地電位，并且實(shí)際上可以相對(duì)于其它的參考電位浮動(dòng)。
發(fā)射部分310包括在電流反射鏡結(jié)構(gòu)中配置的晶體管Pt1，Pt2，Nt1和Nt2。提供電流源Iblias為晶體管Pt1，Pt2，Nt1和Nt2施加弱的偏壓。輸入信號(hào)In控制是否與偏壓電流源Iblias并聯(lián)施加另一個(gè)電流源Idrive。二極管D1和D2分別保護(hù)電源Vdd1和Vdd2不會(huì)被短路到地電位G2和G1。
接收部分320包括作為電流源的晶體管Pt1和Pt2，以及被構(gòu)造成作為由電阻分配的電流反射鏡的晶體管Nt1和Nt2。電壓B為晶體管Pt1和Pt2的柵極施加偏壓。
在沒有Idrive電流的情況下，當(dāng)In信號(hào)不斷定(asserted)(邏輯低)時(shí)，由晶體管Pt2和Nt2使Ibias電流反射(mirror)鏡來使電流分別流過電阻R4和R1。在電阻R4和R1上所得到的電壓使Pt1和Nt2偏離導(dǎo)電，從而使輸出信號(hào)Out微弱的向Vdd2上拉。提供電流源Iweak來抵消這個(gè)微弱的上拉，并且將輸出信號(hào)Out拉到地電位G2。因此，對(duì)于一個(gè)不斷定的(non-asserted)輸入信號(hào)，輸出信號(hào)被拉到地電位G2，而與輸入信號(hào)相關(guān)的參考電位Vdd，G1無關(guān)。
當(dāng)In信號(hào)被斷定(邏輯高)時(shí)，Idrive電流增大了Ibias電流，這個(gè)相加的電流被晶體管Pt2和Nt2反射(mirror)，從而使更多的電流流過電阻R4和R1，因此使晶體管Pr2導(dǎo)通，晶體管Pr1，Nr1和Nr2截止，由于Iweak電流源很弱，晶體管Pr2的導(dǎo)通將Out信號(hào)拉到Vdd2。因此，對(duì)于一個(gè)斷定(asserted)的輸入信號(hào)，輸出信號(hào)被拉到電源電位Vdd2，而與輸入信號(hào)相關(guān)的參考電位Vdd，G1無關(guān)。由于晶體管Pt2和Nt2被Ibias電流源初始偏壓，使用Idrive電流源不會(huì)帶來晶體管Pt2和Nt2的硬切換，因此減少了與圖2的總線驅(qū)動(dòng)電路200的硬切換EME相關(guān)的EME。
發(fā)射部分310的電流反射鏡結(jié)構(gòu)保證相等的電流流過晶體管Pt2和Nt2。流過Pt2的電流流進(jìn)接收器320，流過Nt2的電流流出接收器320。這個(gè)相等且相反的電流流動(dòng)避免電流流過接地通路Rgnd，因此使接地跳動(dòng)最小化并且因此使EME最小化。
注意，如果G1和G2之間的電位差很大，將會(huì)產(chǎn)生流過Rgnd的上拉或下拉電流。此時(shí)，即使具有一些接地跳動(dòng)導(dǎo)致的EME，電平移動(dòng)器300的電平移位功能將繼續(xù)正常工作。電平移動(dòng)器300可以高速工作，可以耐受大的接地偏差，并且具有一個(gè)大的公用模式范圍。
前面只是說明了發(fā)明的原理。因此應(yīng)該理解雖然此處沒有明確描述或顯示，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)各種體現(xiàn)本發(fā)明的原理的結(jié)構(gòu)，因此，這都在下述的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電平移動(dòng)器(300)，包括；一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路(310)，該驅(qū)動(dòng)電路被構(gòu)造成提供來自第一組電源電壓電位(Vdd1，G1)的第一電流和相等且相反的第二電流，以及一個(gè)可操作地耦合到驅(qū)動(dòng)器電路(310)的被驅(qū)動(dòng)的電路(320)，該被驅(qū)動(dòng)電路被構(gòu)造成提供一個(gè)對(duì)應(yīng)于第二組電源電壓電位(Vdd2，G2)的輸出信號(hào)(Out)，其中所述第一組電源電壓電位(Vdd1，G1)基本上與第二組電源電壓電位(Vdd2，G2)無關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電平移動(dòng)器(300)，其中所述驅(qū)動(dòng)器電路(310)包括一對(duì)用于提供第一電流和第二相等且相反的電流的電流反射鏡(Pt1-Pt2，Nt1-Nt2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的電平移動(dòng)器(300)，還包括一個(gè)用于為所述一對(duì)電流反射鏡(Pt1-Pt2，Nt1-Nt2)提供一個(gè)控制的輸入電流的壓控電流源(Idrive)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的電平移動(dòng)器(300)，還包括一個(gè)用于為所述一對(duì)電流反射鏡(Pt1-Pt2，Nt1-Nt2)提供一個(gè)偏壓的輸入電流的偏壓電流源(Ibias)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的電平移動(dòng)器(300)，還包括一個(gè)用于為所述一對(duì)電流反射鏡(Pt1-Pt2，Nt1-Nt2)提供一個(gè)偏壓的輸入電流的偏壓電流源(Ibias)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的電平移動(dòng)器(300)，其中所述驅(qū)動(dòng)電路(310)根據(jù)輸入信號(hào)(In)的狀態(tài)提供第一和第二電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的電平移動(dòng)器(300)，其中所述驅(qū)動(dòng)電路(310)提供在輸入信號(hào)(In)的第一狀態(tài)期間的偏壓電流，以及在輸入信號(hào)(In)的第二狀態(tài)期間實(shí)質(zhì)上大于所述偏壓電流的驅(qū)動(dòng)電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的電平移動(dòng)器(300)，其中被驅(qū)動(dòng)的電路(320)包括第一電阻(R1)，第一電流通過第一電阻(R1)在第二組電源電壓電位(Vdd2，G2)的第一電壓源(Vd2)和驅(qū)動(dòng)器電路(310)之間流動(dòng)，以及第二電阻(R4)，第二電流通過第二電阻(R4)在第二組電源電壓電位(Vdd2，G2)的第二電壓源(G2)和驅(qū)動(dòng)器電路(310)之間流動(dòng)；其中輸出信號(hào)(Out)的狀態(tài)取決于在第一電阻(R1)和第四電阻(R4)上的壓降。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的電平移動(dòng)器(300)，還包括一個(gè)弱的電流源(Iweak)，所述弱的電流源(Iweak)被構(gòu)造成當(dāng)電壓降低于一個(gè)預(yù)定閾電平時(shí)控制輸出信號(hào)(Out)的狀態(tài)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的電平移動(dòng)器(300)，其中被驅(qū)動(dòng)的電路(320)包括一個(gè)電流反射鏡(Nr1-Nr2)，和至少一個(gè)電流源(Pr2)；其中輸出信號(hào)(Out)的狀態(tài)取決于流過電流反射鏡(Nr1-Nr2)和至少一個(gè)電流源(Pr2)的電流。
11.一種用于將具有第一對(duì)電源電壓電位(Vddd1，G1)的第一系統(tǒng)耦合到具有第二對(duì)電源電壓電位(Vddd2，G2)的第二系統(tǒng)上的電平移動(dòng)器(300)，包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)器電路(310)，驅(qū)動(dòng)器電路包括第一電流反射鏡(Pt1-Pt2)，用于為第二系統(tǒng)提供第一電流；以及第二電流反射鏡(Nt1-Nt2)，用于從第二系統(tǒng)中抽取(draw)第二電流，第二電流在幅度上基本上與第一電流相等，以及一個(gè)被驅(qū)動(dòng)的電路(320)，包括一個(gè)或多個(gè)電流源(Pr2)，所述電流源被構(gòu)造成根據(jù)第一和第二電流的幅度有選擇地將輸出信號(hào)(Out)耦合到第二對(duì)電源電壓電位(Vddd2，G2)的兩個(gè)電壓電源之一上。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的電平移動(dòng)器(300)，其中第一電流反射鏡(Pt1-Pt2)包括一個(gè)第一p溝道器件(Pt1)，第一p溝道器件具有被耦合到第一對(duì)電源電壓電位(Vddd1，G1)的第一電壓電源(Vdd1)上的源極；被耦合到可控電流源(Idrive，Ibias)的第一終端上的漏極；以及被耦合到第一p溝道器件(Pt1)的漏極上的柵極；一個(gè)第二p溝道器件(Pt2)，第二p溝道器件具有被耦合到第一對(duì)電源電壓電位(Vddd1，G1)的第一電壓電源(Vdd1)上的源極；被構(gòu)造成提供第一電流的漏極；以及被耦合到第一P溝道器件(Pt1)的柵極上的柵極；第二電流反射鏡(Nt1-Nt2)包括一個(gè)第一n溝道器件(Nt1)，具有被耦合到第一對(duì)電源電壓電位(Vddd1，G1)的第二電壓電源(G1)上的源極；被耦合到可控電流源(Idrive，Ibias)的第二終端上的漏極；以及被耦合到第一n溝道器件(Nt1)的漏極上的柵極；一個(gè)第二n溝道器件(Nt2)，具有被耦合到第一對(duì)電源電壓電位(Vddd1，G1)的第二電壓電源(G1)上的源極；被構(gòu)造成抽取第二電流的漏極；以及被耦合到所述第一N溝道器件(Nt1)的柵極上的柵極。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的電平移動(dòng)器(300)，還包括可控的電流源(Idrive，Ibias)，和其中-所述可控的電流源(Idrive，Ibias)包括一個(gè)偏壓電流源(Ibias)，以及一個(gè)驅(qū)動(dòng)電流源(Idrive)，所述驅(qū)動(dòng)電流源(Idrive)根據(jù)輸入信號(hào)(In)被可控地耦合到偏壓電流源(Ibias)上。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的電平移動(dòng)器(300)，還包括一個(gè)被耦合到第二p溝道器件(Pt2)的漏極上的第一二極管，以及-一個(gè)被耦合到第二n溝道器件(Nt1)的漏極上的第二二極管。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的電平移動(dòng)器(300)，其中被驅(qū)動(dòng)的電路(320)包括一個(gè)第一電阻(R1)，所述第一電阻被耦合在第二對(duì)電源電壓電位(Vddd2，G2)的第一電壓電源(Vdd2)和第一節(jié)點(diǎn)之間，一個(gè)第三p溝道器件(Pt1)，具有被耦合到第一節(jié)點(diǎn)上的源極；被耦合到第二節(jié)點(diǎn)上的漏極；以及被耦合到第三節(jié)點(diǎn)上的柵極；一個(gè)第二電阻(R2)，所述第二電阻被耦合在第二對(duì)電源電壓電位(Vddd2，G2)的第一電壓電源(Vdd2)和第四節(jié)點(diǎn)之間，一個(gè)第四p溝道器件(Pt2)，具有被耦合到第四節(jié)點(diǎn)上的源極，被耦合到第五節(jié)點(diǎn)上的漏極，以及被耦合到第三節(jié)點(diǎn)上的柵極；一個(gè)第三電阻(R3)，所述第三電阻被耦合在第二對(duì)電源電壓電位(Vddd2，G2)的第二電壓電源(G2)和第六節(jié)點(diǎn)之間，一個(gè)第三n溝道器件(Nr1)，具有被耦合到第六節(jié)點(diǎn)上的源極；被耦合到第二節(jié)點(diǎn)上的漏極；以及被耦合到第二節(jié)點(diǎn)上的柵極；一個(gè)第四電阻(R4)，所述第四電阻被耦合在第二對(duì)電源電壓電位(Vddd2，G2)的第二電壓電源(G2)和第七節(jié)點(diǎn)之間，一個(gè)第四n溝道器件(Nr2)，具有被耦合到第七節(jié)點(diǎn)上的源極；被耦合到第五節(jié)點(diǎn)上的漏極；以及被耦合到第二節(jié)點(diǎn)上的柵極；并且其中將第一電流提供給第七節(jié)點(diǎn)，從第一節(jié)點(diǎn)抽取第二電流，以及第五節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于輸出信號(hào)(Out)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的電平移動(dòng)器，其中被驅(qū)動(dòng)的電路(320)還包括一個(gè)偏壓電位源(B)，該偏壓電位源被構(gòu)造成對(duì)第三(Pr1)和第四(Pr2)p溝道器件的柵極施加偏壓。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的電平移動(dòng)器，其中被驅(qū)動(dòng)的電路(320)還包括一個(gè)弱的電流源(Iweak)，弱的電流源具有被連接到第五節(jié)點(diǎn)的第一終端，以及被連接到第二對(duì)電源電壓電位(Vddd2，G2)的第二電壓電源(G2)上的第二終端。
全文摘要
一種用于為一個(gè)驅(qū)動(dòng)輸出節(jié)點(diǎn)到另一組電壓電位的電流源提供一個(gè)與一組電壓電位相關(guān)的對(duì)稱差分驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)電路。來自驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的差分驅(qū)動(dòng)信號(hào)彼此相等且相反，因此避免了寄生電流在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和被驅(qū)動(dòng)的電流反射鏡之間流動(dòng)。提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)的晶體管通過在一個(gè)邏輯狀態(tài)使用弱偏壓并且在另一個(gè)狀態(tài)使用強(qiáng)偏壓來連續(xù)偏壓以便避免硬切換瞬變。
文檔編號(hào)H03K19/0185GK1520640SQ02812933
公開日2004年8月11日 申請(qǐng)日期2002年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月28日
發(fā)明者B·辛格, K·-J·德蘭根, M·布里狄斯, B 辛格, さ呂幾, 锏宜 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司