四象限自舉開關(guān)電路的制作方法
【專利摘要】自舉開關(guān)電路包括第一開關(guān)晶體管來接收輸入信號且包括第二開關(guān)晶體管來提供輸出信號。第一和第二開關(guān)晶體管的源極可被耦接。電壓源可耦接到第一和第二開關(guān)晶體管的源極和第一和第二開關(guān)晶體管的柵極中的至少一個。電壓源可基于偏置電流產(chǎn)生控制電壓來啟動第一和第二開關(guān)晶體管中的至少一個。電壓源驅(qū)動器可耦接到電壓源來基于偏置電壓產(chǎn)生偏置電流。偏置電壓可包括大致對應(yīng)于第一和第二開關(guān)晶體管中的至少一個的過驅(qū)動電壓的第一電壓和大致對應(yīng)于閾值電壓的第二電壓。
【專利說明】四象限自舉開關(guān)電路
[0001]優(yōu)先權(quán)要求
[0002]本申請案要求2011年9月6日提交的美國臨時申請案第61/531，210號和2011年9月9日提交的美國臨時申請案第61/532，880號的優(yōu)先權(quán)，其全文以引用方式并入本文中。
[0003]本申請案是2011年5月2日提交的美國專利申請案第13/099，164號，其是2009年11月16日提交的美國專利申請案第12/619，068號，現(xiàn)為美國專利第7，952，419號的接續(xù)案，其全文以引用方式并入本文中。
[0004]背景
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0005]本發(fā)明大體涉及開關(guān)電路的配置和控制。更明確地說，本發(fā)明提供開關(guān)電路的改進型控制來提高開關(guān)性能指標。
[0006]發(fā)明背景
[0007]開關(guān)可用來提供或限制端子之間的電通路?？稍诟鞣N應(yīng)用中使用晶體管來實現(xiàn)開關(guān)，所述晶體管包括數(shù)字電子器件、邏輯柵電路和高功率裝置(例如電動機)的控制件。舉例來說，單一晶體管可用來響應(yīng)于施加的控制信號在晶體管的源極與漏極之間產(chǎn)生低阻抗或高阻抗。但是，施加到晶體管的控制信號會造成開關(guān)泄漏電流。舉例來說，隨著晶體管的源極增加到比漏極更高的電位，由形成在反柵極與漏極之間的結(jié)點造成的正向偏置的體二極管會允許電流從源極和反柵極端子流到漏極端子，從而降低開關(guān)的性能。
[0008]可通過將第二晶體管與第一晶體管背對背放置而避免由體二極管造成的這個電流通路。在這個配置中，晶體管的源極可耦接在一起且晶體管的柵極可耦接在一起。背對背晶體管配置可在兩個方向上阻礙體二極管造成的電流通路。但是，即使在這種配置下，施加的控制信號仍會以有害方式改變開關(guān)的各個參數(shù)。因此，需要不會降低開關(guān)性能指標的改進型開關(guān)控制機構(gòu)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]附圖圖示了本發(fā)明且與【具體實施方式】一起進一步用來闡釋本發(fā)明的原理，并且使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠制作和使用本發(fā)明。
[0010]圖1是描繪自舉開關(guān)電路的示例性實施方案的電路示意圖。
[0011]圖2是描繪具有浮動電壓源和浮動電壓源驅(qū)動器的自舉開關(guān)電路的示例性實施方案的電路不意圖。
[0012]圖3是描繪可用于圖2中的自舉開關(guān)電路的電路元件的示例性實施方案的電路示意圖。
[0013]圖4A、圖4B和圖4C是描繪可為圖2中描繪的自舉開關(guān)電路供應(yīng)預(yù)定電流的電流源電路的示例性實施方案的電路示意圖。
[0014]圖5是描繪具有浮動電壓源和浮動電壓源驅(qū)動器的自舉開關(guān)電路的第二示例性實施方案的電路不意圖。
[0015]圖6是描繪可用來產(chǎn)生用于自舉開關(guān)電路的恒定過驅(qū)動電壓的偏壓發(fā)生器電路的第一不例性實施方案的電路不意圖。
[0016]圖7是描繪可用來產(chǎn)生用于自舉開關(guān)電路組件的恒定導(dǎo)通電阻的偏壓發(fā)生器電路的第一示例性實施方案的電路示意圖。
[0017]圖8是描繪可用來產(chǎn)生用于自舉開關(guān)電路組件的恒定導(dǎo)通電阻的偏壓發(fā)生器電路的第二示例性實施方案的電路示意圖。
[0018]圖9是描繪具有可處理快速開關(guān)的控制電路的自舉開關(guān)電路的第一示例性實施方案的電路不意圖。
[0019]圖10是描繪具有可處理快速開關(guān)的控制電路的自舉開關(guān)電路的第二示例性實施方案的電路不意圖。
【具體實施方式】
[0020]本發(fā)明的各方面提供改進型開關(guān)配置和開關(guān)的改進型控制來提高開關(guān)性能參數(shù)。根據(jù)本發(fā)明，開關(guān)電路可包括第一開關(guān)晶體管來接收輸入信號且包括第二開關(guān)晶體管來提供輸出信號。開關(guān)電路可被配置成具有耦接在一起的第一和第二開關(guān)晶體管源極的四象限自舉開關(guān)電路。第一和第二開關(guān)晶體管的柵極也可耦接。
[0021]自舉開關(guān)電路可包括電壓源，其耦接到第一和第二開關(guān)晶體管的柵極中的至少一個且耦接到第一和第二開關(guān)晶體管的源極。電壓源可基于偏置電流產(chǎn)生控制電壓來啟動第一和第二開關(guān)晶體管中的至少一個。自舉開關(guān)電路也可包括耦接到電壓源的電壓源驅(qū)動器。電壓源驅(qū)動器可基于偏置電壓產(chǎn)生偏置電流。偏置電壓可包括大致對應(yīng)于第一和第二開關(guān)晶體管中的至少一個的過驅(qū)動電壓的第一電壓和大致對應(yīng)于第一和第二開關(guān)晶體管的閾值電壓的第二電壓。
[0022]此外或替代地，電壓源驅(qū)動器中的偏置電壓可通過施加電流到具有大致恒定電阻的電路元件來產(chǎn)生。
[0023]此外或替代地，第一和第二開關(guān)晶體管可耦接到電壓源，其產(chǎn)生第一控制電壓來接通第一和第二開關(guān)晶體管以及產(chǎn)生第二控制電壓來關(guān)閉第一和第二開關(guān)晶體管。電壓源可通過加和當?shù)谝黄秒娏鞅皇┘拥降谝痪w管和電路元件時第一晶體管的柵極-源極電壓和跨過電路元件的電壓而產(chǎn)生第一控制電壓。電壓源可產(chǎn)生大致對應(yīng)于當?shù)诙秒娏鞅皇┘拥降诙w管時產(chǎn)生的第二晶體管的柵極-源極電壓的負值的第二控制電壓。
[0024]圖1是描繪自舉開關(guān)電路100的示例性實施方案的電路示意圖。如圖1中所示，自舉開關(guān)電路100可包括晶體管102、晶體管104、浮動電壓源106和控制信號V.108。晶體管102和104可以是NMOS晶體管，但不受限于此。如圖1中所示，晶體管102和104的反柵極可固有地連接到其原籍，但不受限于此。晶體管102和104是用以剖視圖示出的二極管進行圖示來描繪可允許電流從晶體管102和104中每個的源極/反柵極端子流到漏極端子的偏壓。明確地說，當晶體管102和104的源極處于比其各自漏極更高的電位時，體二極管(由反柵極和漏極形成的PN結(jié)點)可被正向偏置，從而允許電流從源極/反柵極端子流到漏極端子。
[0025]如圖1中所示，NMOS晶體管102的漏極可被配置成輸入端子且NMOS晶體管104的漏極可被配置成輸出端子。NMOS晶體管102的漏極可接收輸入信號Vf5入且NMOS晶體管104的漏極可提供輸出信號NMOS晶體管102和104的柵極可相互耦接。類似地，NMOS晶體管102和104的源極可相互耦接。浮動電壓源106可耦接在NMOS晶體管102和104的連接源極與連接?xùn)艠O之間。明確地說，浮動電壓源106的第一端子可耦接到NMOS晶體管102和104的柵極且浮動電壓源106的第二端子可耦接到NMOS晶體管102和104的源極。
[0026]浮動電壓源106可被配置成提供一個或多個預(yù)定(大致)恒定柵極-源極電壓Vgs到NMOS晶體管102和104。預(yù)定恒定柵極-源極電壓Vgs可響應(yīng)于控制信號Veffl 108提供。為了接通自舉開關(guān)電路100，由浮動電壓源106供應(yīng)的預(yù)定恒定柵極-源極電壓Vgs可足夠大來接通NMOS晶體管102和104。明確地說，施加的柵極-源極電壓Vgs可容許電流分別從NMOS晶體管102和104的漏極流到源極以及從源極流到漏極。為了關(guān)閉自舉開關(guān)電路100，由浮動電壓源106供應(yīng)的預(yù)定恒定柵極-源極電壓Vgs可低于所需值以接通NMOS晶體管102和104。這個柵極-源極電壓Vgs可以是低于晶體管102和104的閾值電壓的任何值，包括但不限于零伏特或是負電壓。
[0027]因此，第一預(yù)定恒定電壓Vgsl可由浮動電壓源106供應(yīng)來接通自舉開關(guān)100，且第二預(yù)定恒定電壓Vgs2可由浮動電壓源106供應(yīng)來關(guān)閉自舉開關(guān)100。例如,Vgsl可以是正電壓，且Vgs2可以是零或負電壓。當自舉開關(guān)100接通或啟動時，施加到晶體管102的漏極的V.可作為被提供到晶體管104的漏極。當自舉開關(guān)100關(guān)閉時，將不容許信號在晶體管102和104的漏極之間(即，在端子與端子之間)流動。
[0028]浮動電壓源106可被配置成提供大致等于或超過接通晶體管102和104所需的電壓的第一預(yù)定恒定電壓Vgsl。第一預(yù)定恒定電壓Vgsl可包括兩個分量。第一分量可以是接通自舉開關(guān)100所需的閾值電壓。第二分量可以是可用來控制自舉開關(guān)100的各個參數(shù)的過驅(qū)動電壓。過驅(qū)動電壓可用來控制開關(guān)參數(shù)，諸如晶體管的導(dǎo)通電阻。兩個分量可以由浮動電壓源106加和。
[0029]浮動電壓源106可被配置成提供可小于接通晶體管102和104所需的電壓的第二預(yù)定恒定電壓Vgs2。浮動電壓源106可被配置成改變預(yù)定恒定電壓Vgs的幅值和標志。因此，浮動電壓源106可被配置成提供可為零或負值的第二預(yù)定恒定電壓Vgs2。提供為負值的第二預(yù)定恒定電壓Vgs2可提供諸如降低開關(guān)泄漏的優(yōu)點。
[0030]如本文討論，由浮動電壓源106提供的預(yù)定恒定柵極-源極電壓Vgs可在一定程度內(nèi)大致恒定，其解決了因溫度變化或噪音引起的常規(guī)電路操作變動。即，預(yù)定恒定柵極-源極電壓Vgs可恒定，因為其是DC電壓值而非AC電壓值。另外，預(yù)定恒定柵極-源極電壓Vgs可被認為不具有隨時間變化的分量，而是響應(yīng)于(例如)控制信號Veffl 108的邏輯狀態(tài)改變而從第一值Vgsl改變成第二值Vgs2。
[0031]圖2是描繪具有浮動電壓源202和浮動電壓源驅(qū)動器204的自舉開關(guān)電路200的示例性實施方案的電路示意圖。浮動電壓源202可包括傳感組件206 (例如緩沖放大器)和電路元件208。浮動電壓源驅(qū)動器204可包括第一電流源210、第二電流源212、第一開關(guān)214和第二開關(guān)216。第一電流源210可耦接到第一電源電壓VDD。第二電流源212可耦接到第二電源電壓VSS。第一電源電壓VDD可為正電源電壓且第二電源電壓VSS可為負電源電壓、最低負電源電壓或接地。
[0032]如圖2中所示，浮動電壓源202的第一端子可耦接到連接晶體管102和104源極的節(jié)點。浮動電壓源202的第二端子可耦接到連接晶體管102和104柵極的節(jié)點。浮動電壓源驅(qū)動器204的輸出端可耦接到連接晶體管102和104柵極的節(jié)點。浮動電壓源驅(qū)動器204可被配置成施加偏置電流(例如正電流或負電流)到浮動電壓源202的節(jié)點。由浮動電壓源202跨過其第一和第二端子提供的電壓值(即Vgs)可取決于由浮動電壓源驅(qū)動器204提供的電流(例如取決于電流流動方向的正電壓或負電壓)。由浮動電壓源202提供的電壓的幅值可以是由浮動電壓源驅(qū)動器204提供的偏置電流的幅值的函數(shù)。
[0033]傳感組件206可耦接到連接晶體管102和104源極的節(jié)點且可耦接到電路元件208。電路元件208可耦接到傳感組件206并且耦接到連接晶體管102和104柵極的節(jié)點，且可提供壓降。傳感組件206和電路元件208可以是單一裝置或執(zhí)行傳感組件206和電路元件208操作的裝置組合。
[0034]傳感組件可以是(但不限于)晶體管、放大器、單位增益放大器或緩沖器。傳感組件206可(例如)呈源極隨耦器配置使用至少一個NMOS或PMOS晶體管或其任何組合來實施。舉特定實例，傳感組件206可通過使用PMOS晶體管來實現(xiàn)，其柵極耦接到連接晶體管102和104源極的節(jié)點，其源極耦接到電路元件208且其漏極耦接到負電源電壓，所述負電源電壓可以是最低負電源電壓或接地。傳感組件206可以感測涉及浮動電壓源202的電壓。傳感組件206可具有高輸入阻抗來防止連接晶體管102和104源極的節(jié)點(感測節(jié)點)過負載。除了感測連接晶體管102和104源極的節(jié)點之外，傳感組件206還可跨過傳感組件206產(chǎn)生壓降。舉例來說，如果PMOS晶體管用作為傳感組件206，那么PMOS晶體管可跨過其產(chǎn)生大致等于PMOS晶體管的柵極-源極電壓Vgs的壓降。
[0035]由浮動電壓源202產(chǎn)生的壓降可包括兩個分量。壓降的第一分量可具有對應(yīng)于由電路元件208提供的壓降的值，且第二分量可具有對應(yīng)于由傳感組件206提供的壓降的值。電路元件208可以是雙向電路元件。舉例來說，圖3示出了可用以提供自舉開關(guān)電路200中的壓降的傳感組件302和電路元件304的實例。電路元件304可采用電阻器、二極管、二極管連接NMOS或PMOS晶體管和齊納二極管中的任何一種或組合的形式?？墒褂脧?fù)制或接近電阻器提供所需壓降功能 行為的其它元件。在圖3中，傳感組件302可由晶體管實施。
[0036]電流源210和212以及開關(guān)214和216可被配置成提供由電流源210供應(yīng)的“導(dǎo)通電流” I ，且提供由電流源212供應(yīng)的“關(guān)閉電流” I錢。開關(guān)214和216可控制哪個電流源(電流源214或216)供應(yīng)電流給浮動電壓源202。如圖2中所示，當開關(guān)214處于接通位置(即閉合)且開關(guān)216處于關(guān)閉位置(即斷開)時，電流源210可供應(yīng)電流Iia到浮動電壓源202。在這種情況下，電流源210提供電流I 到電路元件208來跨過電路元件208提供第一壓降，其會造成自舉開關(guān)200被接通(即，當晶體管102和104接通時，電流可在源極與漏極之間流動)。當開關(guān)214處于關(guān)閉位置(即斷開)且開關(guān)216處于接通位置(SP閉合)時，電流源212可供應(yīng)電流到浮動電壓源202。在這種情況下，電流源212提供電流I ^^到電路元件208來跨過電路元件208提供第二壓降。第二壓降的值可造成自舉開關(guān)200關(guān)閉(即，當晶體管102和104關(guān)閉時，可防止電流在源極與漏極之間流動)。如圖2中所示，由電流源210和212供應(yīng)到連接晶體管102和104柵極的節(jié)點的電流方向可不同。由電流源210和212供應(yīng)的電流的幅值可相等以及相反，但不受限于此。
[0037]浮動電壓源驅(qū)動器204可提供電流到電路元件208和傳感組件206。當開關(guān)214和216被操作來從電流源210提供電流I #51時，跨過電路元件208和傳感組件206可提供正壓降。相反地，當開關(guān)214和216被操作來從電流源212輸送電流I 時，跨過電路元件208和傳感組件206可提供負壓降。當跨過電路元件208和傳感組件206的壓降大致超過接通晶體管102和104所需的柵極-源極電壓Vgs時，自舉開關(guān)電路200可接通。當跨過電路元件208和傳感組件206的壓降大致低于接通晶體管102和104所需的柵極-源極電壓Vgs時(即，如果壓降是負值)，自舉開關(guān)電路200可關(guān)閉。
[0038]雖然圖2示出單一浮動電壓源202，但許多不同浮動電壓源可用來提供不同電壓用于自舉開關(guān)電路200的接通模式和關(guān)閉模式中的每一個。此外，多個電壓源202可用來提供不同電壓到晶體管102和104的柵極。第一電壓源202可用來啟動晶體管102且第二電壓源202可用來啟動晶體管104。在這種配置下，晶體管102和104的柵極不必耦接在一起。舉例來說，根據(jù)本公開的一個實施方案，第一電壓源202可耦接到晶體管102的柵極以及晶體管102和104的連接源極。根據(jù)本公開的另一個實施方案，第二電壓源202可耦接到晶體管104的柵極以及晶體管102和104的連接源極。這個配置可提供晶體管102和104的不同開關(guān)參數(shù)。
[0039]在一個實施方案中，一個或多個電路元件(例如電阻器)可提供在晶體管102和104的柵極或源極之間來產(chǎn)生不同電壓給晶體管102和104。一個或多個電壓源202可耦接到晶體管102和104柵極或源極之間的節(jié)點中的一個。舉例來說，第一電路元件可提供在晶體管102的柵極與浮動電壓源202的端子之間，且第二電路元件可提供在晶體管104的柵極與浮動電壓源202的端子之間。類似地，一個或多個電路元件可提供在晶體管102和104的源極與浮動電壓源202的第二端子之間。
[0040]浮動電壓源驅(qū)動器204可包括使用單一電流源來產(chǎn)生具有不同幅值和/或到浮動電壓源202的流動方向的多個電流的電路。
[0041]如果優(yōu)選不昂貴的解·決方案，那么浮動電壓源驅(qū)動器204可被實施來產(chǎn)生簡單的I導(dǎo)通和I _電流。舉例來說，電流I帛通和電流I _可由全局偏置座或參考座輸送?；蛘撸志_的偏置電流Iia和可在浮動電壓源驅(qū)動器204中產(chǎn)生來對開關(guān)性能提供優(yōu)點。舉例來說，當產(chǎn)生偏置電流1?和時，自舉開關(guān)電路和浮動電壓源202的操作可在浮動電壓源驅(qū)動器204中被復(fù)制。利用這些電路，可獲得期望的自舉開關(guān)電路性能使得(舉例來說)導(dǎo)通電阻或過驅(qū)動電壓可在過程和溫度變動期間恒定。
[0042]圖4Α、圖4Β和圖4C是描繪可為圖2中描繪的自舉開關(guān)電路供應(yīng)預(yù)定電流的電流源電路的示例性實施方案的電路示意圖。用于供應(yīng)預(yù)定電流的電流源電路可連接到浮動電壓源202中的節(jié)點或耦接晶體管102和104的節(jié)點(圖4Α、圖4Β和圖4C中未示出)中的任何一個。電流源電路可響應(yīng)于控制信號提供一個或多個偏置電流。第一偏置電流(例如I胃?)可用于跨過浮動電壓源202端子產(chǎn)生壓降，其可足夠大來提供柵極-源極電壓Vgs而接通自舉開關(guān)電路200。第二偏置電流(例如I^sia)可用于跨過浮動電壓源202產(chǎn)生壓降，其不超過自舉開關(guān)電路200中的晶體管的閾值電壓。舉例來說，偏置電流I 可跨過浮動電壓源202產(chǎn)生為負值的壓降。電流1#51和可提供相等以及相反但不受限于此的電流。
[0043]圖4Α示出其中電流源400和402基于操作開關(guān)404和406的控制信號分別提供電流I #51和I 的實施方案。兩個電流源400和402可串聯(lián)連接，且兩個開關(guān)404和406可定位在電流源的每一個之間并且耦接在第一電源電壓VDD與第二電源電壓VSS之間。電流源400和402可提供電流I挪和I 給浮動電壓源(圖4Α中未示出)。[0044]圖4B示出包括電流源410、電流源412、晶體管414、晶體管416和電流鏡電路418的實施方案。晶體管414和416可以是NMOS晶體管,但受限于此。電流源410和412可基于操作晶體管414和416的控制信號分別提供電流I #51和I 因此，晶體管414和416可以是電流導(dǎo)引晶體管，其響應(yīng)于控制信號提供電流。當晶體管414被供應(yīng)控制信號來提供用于電流源410的通路時，電流鏡電路418中的PMOS晶體管可將電流源410的電流I導(dǎo)a鏡像到耦接到浮動電壓源(圖4B中未示出)的節(jié)點中。電流鏡418可被配置成提供電流I #51的復(fù)制品或其按比例調(diào)節(jié)版本(例如按比例調(diào)節(jié)達固定增益的電流I #51)。在這種情況下，電流I 可在浮動電壓源中產(chǎn)生壓降以接通自舉開關(guān)。當晶體管416被供應(yīng)控制信號來提供用于電流源412的通路時，電流源412中的電流I #!5可被供應(yīng)給耦接到浮動電壓源的節(jié)點。在這種情況下，電流I 可在浮動電壓源中產(chǎn)生壓降以關(guān)閉自舉開關(guān)。
[0045]圖4C示出包括電流源420、晶體管422、晶體管424和電流鏡電路426的實施方案。晶體管420和422可以是NMOS晶體管，但受限于此。電流鏡426可被配置成提供電流I導(dǎo)通的復(fù)制品或其按比例調(diào)節(jié)版本(例如按比例調(diào)節(jié)達固定增益的電流1#51)。在這個實施方案中，單一電流源420可基于操作晶體管422和424的控制信號提供電流I挪和I 因此，晶體管422和424可以是電流導(dǎo)引晶體管，其響應(yīng)于控制信號提供電流。明確地說，電流源420可供應(yīng)兩個電路，每個具有接近耦接到浮動電壓源(圖4C中未示出)的節(jié)點的相同幅值但具不同方向。如果電流源被配置成提供多個電流值，那么可由電流源420提供不同電流幅值。
[0046]在圖4Β和圖4C中所示的實施方案中，如果(舉例來說)發(fā)送單一控制信號來控制第一晶體管的操作且使用反相器來控制第二晶體管的操作，那么發(fā)送到晶體管414和416以及發(fā)送到晶體管422和424的兩個控制信號可由單一控制信號代替。
[0047]圖5是描繪具有浮動電壓源502和浮動電壓源驅(qū)動器504的自舉開關(guān)電路500的第二示例性實施方案的電路示意圖。自舉開關(guān)電路500可包括晶體管102和晶體管104，其可以是NMOS晶體管但不受限于此。類似于圖1，晶體管102和104的柵極可相互耦接且其源極可相互耦接。浮動電壓源502可包括晶體管506和電阻器508，但不受限于此。晶體管506可以是PMOS晶體管，但不受限于此。電阻器508可以耦接到晶體管506的源極且耦接到晶體管102和104的柵極。晶體管506的柵極可耦接到晶體管102和104的源極。電阻器508可以是可提供壓降的雙向元件。另外，舉實例，電阻器508可以是電阻器、二極管、二極管連接NMOS或PMOS晶體管和齊納二極管中的任何一種或組合。
[0048]浮動電壓源驅(qū)動器504可包括提供電流I #51的電流源510和提供電流I 的電流源512。浮動電壓源驅(qū)動器504可包括三個開關(guān)514、516和518。開關(guān)514、516和518可控制到浮動電壓源502的電流I #51和供應(yīng)。
[0049]浮動電壓源驅(qū)動器504可供應(yīng)電路到浮動電壓源502的不同節(jié)點。舉例來說，如圖5中所示，浮動電壓源驅(qū)動器504可供應(yīng)電流到連接NMOS晶體管102和104柵極和電阻器508的節(jié)點，或可供應(yīng)電流到連接電阻器508和晶體管506源極的節(jié)點。
[0050]為了接通自舉開關(guān)電路500，開關(guān)516可被接通(即閉合)，且開關(guān)514和518可被關(guān)閉(即斷開)。在這種情況下，來自電流源510的電流I #51可被提供到連接晶體管102和104柵極和電阻器508的節(jié)點。因此，從電流源510流動到電阻器508的電流可在電阻器508上提供壓降，且電流可在晶體管506的源極與柵極之間產(chǎn)生。因此，在晶體管102和104的柵極與源極之間產(chǎn)生的電壓可大致等于:
[0051]VGS_102/104_^E+^SG_506⑴
[0052]其中Vk是電阻器508上的壓降，且Vsg 506是晶體管506源極與柵極之間的電壓。當晶體管102和104的柵極與源極之間的電壓大于晶體管102和104的閾值電壓時，自舉開關(guān)電路500可被接通。電流源510可提供電流I #51使得跨過電阻器508和晶體管506提供壓降來產(chǎn)生大致等于或大于晶體管102和104閾值電壓的晶體管102和104柵極-源極電壓。
[0053]為了關(guān)閉自舉開關(guān)電路500，開關(guān)516可被關(guān)閉(即斷開)，且開關(guān)514和518可被可被接通(即閉合)。在這種情況下，來自電流源510的電流I #51可被提供到連接晶體管506源極和電阻器508的節(jié)點。在這種情況下，可提供用于電流I 從晶體管102和104柵極的節(jié)點到電流源512的通路。因此，電流可從電流源510流動到連接電阻器508和晶體管506源極，跨過電阻器508到達連接晶體管102和104柵極的節(jié)點，且到達電流源512。明確地說，電流I #51減去電流I _可從連接電阻器508和晶體管506的節(jié)點跨過晶體管506流動到連接晶體管102和104柵極的節(jié)點，且電流I 可跨過電阻器508流動到連接晶體管102和104柵極的節(jié)點。在晶體管102和104的耦接?xùn)艠O處的電壓可大致等于:
[0054]V(；S—1(I2/1(I4__Vr+VsC—5(16(2)
[0055]當晶體管102和104的柵極與源極之間的電壓小于晶體管102和104的閾值電壓時，自舉開關(guān)電路500可被關(guān)閉。電流源510和512可分別提供電流I #51和I 使得跨過電阻器508和晶體管506提供壓降以在晶體管102和104的柵極與源極之間產(chǎn)生小于晶體管102和104閾值電壓的電壓。
[0056]與圖2中所示的實施方·案相反，在I #51和I _被提供到同一節(jié)點的情況下，在圖5中所示的示例性實施方案中，浮動電壓源驅(qū)動器504可供應(yīng)電流到浮動電壓源502的不同節(jié)點。此外，圖5的自舉開關(guān)電路500可使用兩個電流源以跨過電阻器508產(chǎn)生所需壓降來關(guān)閉自舉開關(guān)電路200。
[0057]圖6是描繪可用來產(chǎn)生用于自舉開關(guān)電路的恒定過驅(qū)動電壓的偏壓發(fā)生器電路600的第一示例性實施方案的電路示意圖。舉例來說，偏壓發(fā)生器電路600可以耦接到圖1、圖2或圖5中描繪的自舉開關(guān)。恒定過驅(qū)動電壓可以是超過接通晶體管的閾值電壓所提供的電壓的一部分。過驅(qū)動電壓可用來控制晶體管的某些參數(shù)。舉例來說，過驅(qū)動電壓可用來控制自舉開關(guān)電路中晶體管102和104的某些參數(shù)。
[0058]如圖6中所示，偏壓發(fā)生器電路600可包括接收參考電壓V#if的輸入端602、放大器604、晶體管606、晶體管608、晶體管610、電流源612、晶體管614、浮動電壓源復(fù)制電路616和晶體管618。浮動電壓源復(fù)制電路616可包括實質(zhì)上與浮動電壓源(例如，圖2中所示的浮動電壓源)中的對應(yīng)電路元件相同的一個或多個電路元件。浮動電壓源復(fù)制電路616可復(fù)制供應(yīng)到自舉開關(guān)電路(例如，圖2中所示的電路200)中的晶體管的柵極-源極電壓。浮動電壓源復(fù)制電路616可包括PMOS晶體管620和電阻器622。晶體管606可以是NDMOS晶體管，晶體管608和610可以是NMOS晶體管，且晶體管614和618可以是PMOS晶體管，但不受限于此。
[0059]輸入端602可從電壓源接收電壓V#it且可將電壓V#it提供到放大器604的第一端子(例如負極輸入端子)。放大器604的第二端子(例如正極端子)可經(jīng)由節(jié)點Na耦接到NDMOS晶體管606的源極。NDMOS晶體管606的源極還可經(jīng)由節(jié)點Na耦接到NMOS晶體管608的漏極。NMOS晶體管608可經(jīng)由晶體管608和610的柵極耦接到NMOS晶體管610來復(fù)制由電流源612提供且供應(yīng)到NMOS晶體管610柵極的電流lb。NDMOS晶體管606的柵極可經(jīng)由節(jié)點Nb耦接到NDMOS晶體管606的漏極并且耦接到PMOS晶體管614的漏極。PMOS晶體管614的柵極可耦接到放大器604的輸出端。電壓源復(fù)制電路616可耦接到連接NDMOS晶體管606和PMOS晶體管614的源極的節(jié)點Nb。PMOS晶體管618的源極也可耦接到連接NDMOS晶體管606和PMOS晶體管614的源極的節(jié)點Nb。浮動電壓源復(fù)制電路616中的電阻器622可耦接到PMOS晶體管620的漏極和柵極。PMOS晶體管620和PMOS晶體管618的柵極也可稱接在一起。
[0060]偏壓發(fā)生器電路600可被配置成提供電流I 使得提供給自舉開關(guān)電路(未示出)的過驅(qū)動電壓Vod在過程和溫度變動期間大致恒定。過驅(qū)動電壓Vod大致等于柵極-源極電壓Vgs減去自舉開關(guān)電路中晶體管的閾值電壓Vth。供應(yīng)給輸入端602和放大器604的電壓V#it可經(jīng)選擇使得其在過程和溫度變動期間大致恒定。參考電壓V#it可大致等于開關(guān)裝置的過驅(qū)動電壓Vod。放大器604的輸出端可驅(qū)動PMOS晶體管614使得電壓V#if存在于耦接到NMOS晶體管256源極的節(jié)點Na上。電流源612可提供會被迫跨過NDMOS晶體管606的偏置電流lb。偏置電流Ib可經(jīng)選擇使得其足夠小以在NDMOS晶體管606中產(chǎn)生小的柵極-源極電壓Vgs。NDMOS晶體管606的低Vgs可類似于自舉開關(guān)電路中晶體管的閾值電壓Vth。
[0061 ] 節(jié)點Nb處的電壓可等于節(jié)點Na處的電壓加上跨過NDMOS晶體管606的柵極-源極電壓Vgs的壓降。因為節(jié)點Na處的電壓可以是V#it，所以節(jié)點Nb處的電壓可大致等于:
[0062]Vnb-Vref+Vgs—6Q6(3)
[0063]其中V#if是供應(yīng)到輸入端602的電壓且Ves 6(16是NDMOS晶體管606的柵極-源極電壓。NDMOS晶體管606的柵極-源極電壓Vgs可大致等于NDMOS晶體管606的閾值電壓Vth0因此，節(jié)點Nb處的電壓可大致等于:
[0064]Vnb ^ Vref+Vth—606(4)
[0065]其中Vth 6(16是NDMOS晶體管606的閾值電壓。節(jié)點Nb處的電壓Vnb可被轉(zhuǎn)變成偏置電流I 而被供應(yīng)到可控制自舉開關(guān)電路的浮動電壓源。因此，電壓Vnb可被轉(zhuǎn)變成的偏置電流I #51隨后從偏置電流I 轉(zhuǎn)變成為浮動電壓源中的電壓。
[0066]為了將節(jié)點Nb處的電壓Vnb轉(zhuǎn)變成電流I導(dǎo)通’電壓Vnb可被迫跨過浮動電壓源裝置的復(fù)制品而產(chǎn)生電流I導(dǎo)通。電流I 可大致如下:
【權(quán)利要求】
1.一種自舉開關(guān)電路，其包括: 第一開關(guān)晶體管，其用來接收輸入信號； 第二開關(guān)晶體管，其用來提供輸出信號，其中所述第二開關(guān)晶體管的源極耦接到所述第一開關(guān)晶體管的源極； 電壓源，其耦接到所述第一開關(guān)晶體管的柵極和所述第二開關(guān)晶體管的柵極中的至少一個，并且耦接到所述第一和第二開關(guān)晶體管的所述源極，其中所述電壓源基于接收的偏置電流產(chǎn)生控制電壓來啟動所述第一和第二開關(guān)晶體管中的至少一個；和 電壓源驅(qū)動器，其耦接到所述電壓源，其中所述電壓源驅(qū)動器基于偏置電壓產(chǎn)生所述偏置電流，所述偏置電壓包括大致對應(yīng)于所述第一和第二開關(guān)晶體管中的至少一個的過驅(qū)動電壓的第一電壓和大致對應(yīng)于所述第一和第二開關(guān)晶體管中的至少一個的閾值電壓的第二電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自舉開關(guān)電路，其中所述第一開關(guān)晶體管的所述柵極耦接到所述第二開關(guān)晶體管的所述柵極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自舉開關(guān)電路，其中所述第一電壓是外部參考電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自舉開關(guān)電路，其中所述第一電壓和所述第二電壓被導(dǎo)出以提供在過程和溫度變動期間大致恒定的所述第一或第二開關(guān)晶體管的導(dǎo)通電阻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自舉開關(guān)電路，其中所述電壓源驅(qū)動器包括電壓源晶體管，其中所述電壓源晶體管的柵極-源極電壓大致對應(yīng)于所述第二電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自舉開關(guān)電路，其中所述電壓源晶體管與所述第一和第二開關(guān)晶體管是相同類型?！?br> 7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自舉開關(guān)電路，其中所述電壓源包括: 傳感元件，其耦接到所述第一和第二開關(guān)晶體管的所述源極，和 電路元件，其耦接在所述傳感元件與所述第一和第二開關(guān)晶體管的所述柵極中的至少一個之間， 其中在所述電路元件和所述傳感元件上產(chǎn)生的歸因于所述偏置電流的壓降實質(zhì)上對應(yīng)于所述控制電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自舉開關(guān)電路，其中: 所述傳感元件是晶體管， 所述電路元件包括耦接到所述晶體管的源極的電阻器，且 所述晶體管的柵極耦接到所述第一和第二開關(guān)晶體管的所述耦接源極。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自舉開關(guān)電路，其中: 所述控制電壓大致等于所述偏置電壓， 所述控制電壓包括對應(yīng)于接通所述第一和第二開關(guān)晶體管中的至少一個所需的閾值電壓的第一分量，和對應(yīng)于施加到所述第一和第二開關(guān)晶體管中的至少一個的過驅(qū)動電壓的第二分量，且 所述過驅(qū)動電壓在過程和溫度變動期間大致恒定。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自舉開關(guān)電路,其中: 所述電壓源驅(qū)動器包括電壓源復(fù)制電路，其包括與所述電壓源的對應(yīng)電路元件實質(zhì)相同的一個或多個電路元件，且所述電壓源復(fù)制電路將所述偏置電壓轉(zhuǎn)換成為所述偏置電流。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自舉開關(guān)電路，其中所述電壓源驅(qū)動器包括: 電壓源晶體管，其中所述電壓源晶體管的柵極-源極電壓大致對應(yīng)于所述第二電壓， 放大器，其接收所述第一電壓并且在連接至所述電壓源晶體管的源極的節(jié)點處提供所述第一電壓，和 浮動電壓源復(fù)制電路，其耦接到連接所述電壓源晶體管的漏極和柵極的節(jié)點，從而接收所述第一電壓和所述第二電壓的總和并且將所述偏置電壓轉(zhuǎn)換成為偏置電流。
12.一種自舉開關(guān)電路，其包括: 第一開關(guān)晶體管，其用來接收輸入信號； 第二開關(guān)晶體管，其用來提供輸出信號，其中所述第二開關(guān)晶體管的源極耦接到所述第一開關(guān)晶體管的源極； 電壓源，其耦接到所述第一開關(guān)晶體管的柵極和所述第二開關(guān)晶體管的柵極中的至少一個，并且耦接到所述第一和第二開關(guān)晶體管的所述源極，其中所述電壓源基于接收的偏置電流產(chǎn)生控制電壓來啟動所述第一和第二開關(guān)晶體管中的至少一個；和 電壓源驅(qū)動器，其耦接到所述電壓源，其中所述電壓源驅(qū)動器基于偏置電壓產(chǎn)生所述偏置電流，所述偏置電壓通過施加電流到具有大致恒定電阻的電路元件來產(chǎn)生，且所述偏置電壓大致對應(yīng)于用來啟動所述第一和第二開關(guān)晶體管中的至少一個的所述控制電壓。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的自舉開關(guān)電路，其中所述第一開關(guān)晶體管的所述柵極耦接到所述第二開關(guān)晶體管的所述柵極。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的自舉開關(guān)電路，其中所述電路元件包括電阻器。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的自舉開關(guān)電路，其中所述電路元件具有在過程和溫度變動期間大致恒定的電阻。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的自舉開關(guān)電路，其中所述電壓源驅(qū)動器包括電壓源晶體管，其中所述電壓源晶體管的柵極-源極電壓大致對應(yīng)于所述偏置電壓。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的自舉開關(guān)電路，其中所述電壓源晶體管與所述第一和第二開關(guān)晶體管是相同類型。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的自舉開關(guān)電路，其中所述電壓源驅(qū)動器包括具有耦接?xùn)艠O和耦接源極的第一電壓源晶體管以及第二電壓源晶體管，其中所述第一和第二電壓源晶體管的柵極-源極電壓大致對應(yīng)于所述偏置電壓。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的自舉開關(guān)電路，其中所述第一和第二電壓源晶體管與所述第一和第二開關(guān)晶體管是相同類型。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的自舉開關(guān)電路，其中: 所述電壓源驅(qū)動器包括電壓源復(fù)制電路，其包括與所述電壓源的對應(yīng)電路元件實質(zhì)相同的一個或多個電路元件，且 所述電壓源復(fù)制電路將所述偏置電壓轉(zhuǎn)換成為所述偏置電流。
21.根據(jù)權(quán)利要求12所述的自舉開關(guān)電路，其中所述電壓源驅(qū)動器包括: 電壓源晶體管，其中所述電壓源晶體管的柵極-源極電壓大致對應(yīng)于所述偏置電壓， 所述電壓源驅(qū)動器包括電壓源復(fù)制電路，其包括與所述電壓源的對應(yīng)電路元件實質(zhì)相同的一個或多個電路元件，所述電壓源復(fù)制電路耦接到所述電壓源晶體管的柵極，且所述電壓源復(fù)制電路將所述偏置電壓轉(zhuǎn)換成為所述偏置電流，和 放大器，其用來驅(qū)動所述電壓源晶體管的所述柵極使得跨過所述電路元件的壓降被迫跨過所述電壓源晶體管的所述漏極和源極。
22.一種自舉開關(guān)電路，其包括: 第一開關(guān)晶體管，其用來接收輸入信號； 第二開關(guān)晶體管，其用來提供輸出信號，其中所述第二開關(guān)晶體管的源極耦接到所述第一開關(guān)晶體管的源極； 電壓源，其耦接到所述第一開關(guān)晶體管的柵極和所述第二開關(guān)晶體管的柵極中的至少一個，并且耦接到所述第一和第二開關(guān)晶體管的所述源極， 其中所述電壓源產(chǎn)生第一控制電壓來通過加和當?shù)谝黄秒娏鞅皇┘拥降谝痪w管和電路元件時所述第一晶體管的柵極-源極電壓和跨過所述電路元件的電壓而接通所述第一和第二開關(guān)晶體管中的至少一個，且 其中所述電壓源產(chǎn)生第二控制電壓來關(guān)閉所述第一和第二開關(guān)晶體管中的至少一個，所述第二控制電壓大致對應(yīng)于當?shù)诙秒娏鞅皇┘拥降诙w管時產(chǎn)生的所述第二晶體管的柵極-源極電壓的負值。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的自舉開關(guān)電路，其中所述第一開關(guān)晶體管的所述柵極耦接到所述第二開關(guān)晶體管的所述柵極。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的自舉開關(guān)電路，其中所述電路元件包括定向電阻器。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的自舉開關(guān)電路，其中所述電路元件包括二極管或二極管連接裝置?！?br> 26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的自舉開關(guān)電路，其中所述第一和第二晶體管的所述柵極耦接到所述第一和第二開關(guān)晶體管的所述源極，所述電路元件的第一端子耦接到所述第一晶體管的源極且所述電路元件的第二端子耦接到所述第一和第二開關(guān)晶體管的所述柵極中的至少一個，所述電路元件的所述第二端子接收所述第一偏置電流，且所述第二晶體管的所述源極接收所述第二偏置電流。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的自舉開關(guān)電路，其中所述第一和第二偏置電流由電流產(chǎn)生電路所產(chǎn)生，其包括: 電流鏡電路； 第一電流導(dǎo)引晶體管，其耦接在所述電流鏡電路與提供所述第一偏置電流的第一偏置電流源之間；和 第二電流導(dǎo)引晶體管，其耦接在所述電流鏡電路與提供所述第二偏置電流的第二偏置電流源之間。
28.根據(jù)權(quán)利要求22所述的自舉開關(guān)電路，其中所述第一和第二偏置電流由電流產(chǎn)生電路所產(chǎn)生，其包括: 具有連接在一起的源極的第一和第二電流導(dǎo)引晶體管，所述第一電流導(dǎo)引晶體管被配置成接收控制輸入來接通或關(guān)閉所述第一和第二開關(guān)晶體管，所述第二電流導(dǎo)引晶體管被配置成接收所述控制輸入的反數(shù)； 電流源，其耦接到所述第一和第二電流導(dǎo)引晶體管的所述源極；和 電流鏡電路，其具有耦接在所述第一和第二電流導(dǎo)引晶體管的漏極之間的第一端子。
29.—種開關(guān)電路，其包括: 第一開關(guān)晶體管，其用來接收輸入信號或提供輸出信號； 第二開關(guān)晶體管，其用來接收所述輸入信號或提供所述輸出信號，其中所述第二開關(guān)晶體管的源極經(jīng)由電路元件耦接到所述第一開關(guān)晶體管的源極； 電壓源，其耦接到所述第一開關(guān)晶體管的柵極并且耦接到所述第一開關(guān)晶體管的源極，其中所述電壓源基于接收的偏置電流產(chǎn)生控制電壓來啟動所述第一開關(guān)晶體管；和 電壓源驅(qū)動器，其耦接到所述電壓源，其中所述電壓源驅(qū)動器基于偏置電壓產(chǎn)生所述偏置電流。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的開關(guān)電路，其中所述第一開關(guān)晶體管的所述柵極耦接到所述第二開關(guān)晶體管的柵極。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的開關(guān)電路，其中所述偏置電壓包括大致對應(yīng)于所述第一開關(guān)晶體管的過驅(qū)動電壓的第一電壓和大致對應(yīng)于所述第一開關(guān)晶體管的閾值電壓的第二電壓 。
【文檔編號】H03K17/16GK103858348SQ201280049342
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月6日
【發(fā)明者】C·S·比爾克, G·莫拉·普紹爾特 申請人:美國亞德諾半導(dǎo)體公司