一種高功率的邊緣控制輸出緩沖器制造技術

一種高功率的邊緣控制輸出緩沖器，通過將輸出電壓變化率耦合為另一個速率，其中，內部產生的固定電流為一個固定電容充電，從而實現輸出的邊沿速率的減慢。通過在下拉電路中使用MOS和雙極型晶體管，本發明專利技術能夠確保高的電流容量——獨立的負載——同時最大限度地減少輸出電容和電源消耗。除了控制其輸出信號的主邊緣率，本發明專利技術的緩沖器引入電流源的順序轉換和接收器，從而使轉換的開始和結束中另外的陡峭的變化變得圓滑。

【技術實現步驟摘要】
一種高功率的邊緣控制輸出緩沖器
:本專利技術涉及輸出緩沖電路。特別是，它涉及到輸出緩沖電路的電流源和電流吸收邊緣速率控制。更具體地說，它涉及帶有邊緣控制的緩沖器，其足以顯著地提高數據的傳輸速度，對于緩沖器的電流源邏輯/吸收的節點，其適用于廣范圍的傳輸線(總線)阻抗。特別地，本專利技術產生一個高電流容量且邊沿速率控制的輸出緩沖器，它將邊沿速率保持在一個狹窄的時間范圍之內且與總線負載無關。此外，本專利技術完成了邊沿控制以及很少或沒有增加輸出電容或負載的依賴性，且在功耗、串擾和電磁干擾上與可比的電流容量且缺乏邊緣速率控制的輸出緩沖電路相比較有了明顯的減少。最特別的是，本專利技術涉及的TTL兼容的輸出緩沖電路借助于電流容量能夠驅動總線至邏輯高和邏輯低電平，從而在廣范圍的總線阻抗上確保有“入射波交換”且具有非常良好的輸出電容、功耗和噪聲。
技術介紹
:現有技術包括缺乏邊緣速率控制的TTL兼容的輸出緩沖器。缺乏這種控制的緩沖器在他們的電流源邏輯/吸收輸出節點處可以影響H到L和L到H轉換，與確定緩沖器輸入和緩沖器輸出之間整個傳播時間的其他因素相比，其是很短的。事實上，在這個意義上，這些轉換太快就會給高效的數據傳輸帶來各種不利效果，影響包括電磁干擾(EMI)、電路之間的“串擾”以及輸出振鈴。由于非常短暫的L轉換時間的這些后果，越來越窄的規格和形成的標準設置范圍狹窄的“窗口”，其中緩沖器的輸出邊緣速率上升和下降必須在總線阻抗的指定范圍內下降。此外，這些邊緣速率規格必須滿足在整個工作溫度范圍內一通常，-55°C至+125°C——面對電源波動必須穩定。問題 的解決方案涉及轉換時間的一個簡單延長，例如，在輸出節點上引入更多的電容，其被排除，因為這樣做使得在某些常用的負載條件的存在下容易出現超長轉換緩沖器。事實上，一旦電路被引入到延長的轉換時間，之前所顯示的對輸出負載的依賴性，邊緣率將不顯示。因此，對于實現控制的邊緣速率，任何設計的變更還必須解決負載依賴的問題。換句話說，輸出節點處的一個延長的過渡時間的任何實現必須在這些延長的時間處提供一個高電流容量，特別是對于H到L移位。可以通過簡單的安裝較大的無法工作的輸出晶體管來解決這方面的設計問題。MOS下拉晶體管，確保高電流容量達到規定的溫度范圍的最大值，其需要非常大的晶體管以及非常大的電容。各個輸出節點的大電容連接到總線裝置上，其需要一個更高的下拉電流等等。雙極下拉晶體管，另一方面，下拉電路必須在室溫下提供一個非常高的電流容量，在溫度范圍的最低值處，滿足電流容量的需求，其中雙極型晶體管的電流容量明顯下降。由于雙極型晶體管上的功耗與電流成比例，滿足更嚴格的邊緣速率規格且雙極下拉晶體管需要一個與設計的越來越密集封裝的集成電路不一致的功耗。因此，我們需要的是一個TTL兼容的輸出緩沖器，采用肯定的邊緣速率控制，從而使轉換波形在狹窄的范圍內進行，越過很寬的負載阻抗范圍，特別是減緩過渡時間同時保持足夠的負載獨立的控制。也需要這樣的緩沖滿足這些條件:從_55°C到+125°C很寬的溫度范圍，這樣做使緩沖器的輸出電容或功率損耗沒有增加。同樣是面對電源電壓波動確保邊緣速率恒定。最后，所需要的是一個緩沖器的設計來確保這些特性的維持與正常的制造過程中的變化無關。
技術實現思路
:本專利技術通過將輸出電壓變化率耦合為另一個速率，其中，內部產生的固定電流為一個固定電容充電，從而實現輸出的邊沿速率的減慢。通過在下拉電路中使用MOS和雙極型晶體管，本專利技術能夠確保高的電流容量一獨立的負載——同時最大限度地減少輸出電容和電源消耗。除了控制其輸出信號的主邊緣率，本專利技術的緩沖器引入電流源的順序轉換和接收器，從而使轉換的開始和結束中另外的陡峭的變化變得圓滑。本專利技術的技術解決方案:由于本專利技術涉及在其有源模式中緩沖器是如何影響輸出轉換響應輸入轉換，在描述本專利技術時，發現在三態輸出緩沖器的使能電路分配是可能且可取的。在本章節中，雙態緩沖器適用于說明目的，其可以被看作“已啟用”三態緩沖器電路。該討論將分別處理到上拉和下拉級，以便進一步闡明電路。當然應該理解，在實踐中分開的上拉和下拉級將和一個單一的輸入和單一的輸出連接在一起。邊緣控制上拉級主要邊緣速率控制的負擔滿足減緩上拉級。不管輸入轉換的速度，在輸出到總線的L到H轉變必須以測得的速率順利開始和繼續，獨立于總線的特性。否則，可能在耦合到總線上的其他電路的工作中會出現不利的振鈴。圖1顯示了結合本專利技術的電路的基本版本的一個簡化的雙態緩沖器電路，其涉及到上拉控制。可以看出，在緩沖器工作中的電流源邏輯的相位中，具有標準達林頓對的雙極型二極管Q24和Q22將電流供給到Vrat (并從那里到總線)。這里的利益是以何種方式將緩沖輸出連接從邏輯低變化到邏輯高，也就是說，上升沿波形的形狀。這種轉變可以看作是分級電壓在三部分中的增加:一開始，在達林頓對接通期間；中間，在基本上所有的輸出電壓的變化出現期間；最后，在上升沿斜率超過在Vwt處維持邏輯高電壓所需的電流源邏輯期間。與此相關的是上拉電路如何關閉——或者只是之前——下拉電路如何接通。繼續參考圖1，可以看出，輸入級是一個簡單的反相器Iin。此反相器級的輸出連接到開關Swl的邊緣控制級的組成部分，一個電流發生器GENl和一個電容元件C，其由GENl通過兩個串聯耦合的二極管充電。該電路的輸出部分是達林頓對Q24和Q22。當該電路的輸入電壓Vin從邏輯低變化為邏輯高時，反相器Iin的輸出發生變化——在延遲T之后——從邏輯高到邏輯低。開關Swl，在Vin為邏輯低電平時隔開，這樣它通過反相器Iin的輸出的變化被立即打開。該電流發生器GENl用已知的技術構成，一旦開關Swl接通，其可以提供一種獨特的電流II。這個電流Il適用于大多數情況下的恒定電流。通過設計，在本專利技術中，二極管DlOO和D200的交界處有類似于形成達林頓對Q24和Q22晶體管的基極-發射極結的伏安特性。如果是這樣的話，那么電流Il在電容元件C開始充電之前接通達林頓對的兩個元件。(也就是說，只有當電流Il引起的上升電壓達到2Vbe——其中Vbe是一個正向偏置的二極管或基極-發射極結兩端的壓降，假定在該電路中所有的雙極型晶體管都相同——電流將流動通過DlOO和D200，最后映射到C)。當由Il驅動時，與雙極型晶體管關聯的低寄生電容確保達林頓對將非常快地達到接通電壓。一旦電流開始流經DlOO和D200給C充電，第一達林頓晶體管Q24的基極電壓Vnm將以受控電流Il所確定的速率(很慢)進行線性變化。即dVND1/dt = I1/C (I)在這個表達式中，C是電容器C的電容的大小。在任何給定的時間內，通過設計，Q24的基極電壓的幅度結果等于電容器C上的電壓加上兩個二極管DlOO和D200上的壓降2Vbe。或者說，L到H輸入轉換第一次出現時，第一達林頓晶體管的基極將基本上是在低電位電源電極GND的電壓，其由放電晶體管QN90上拉。因此，電壓Vndi的集聚將從地面開始并非常迅速的達到2Vbe。在這一點上，Q24的基極電壓的上升與速率緊密相關，其中，由GENl產生的恒定電流為電容C充電。注意標準的達林頓的排版，一旦達林頓對的兩個晶體管都進行時，緩沖器輸出Vwt處的電壓跟蹤該達林頓的第一晶體管的基極電壓Vndi本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高功率的邊緣控制輸出緩沖器，其特征是：該電路包括一對達林頓晶體管輸出上拉級和用于提供一個分級電壓升高到所述達林頓對的輸入基極節點上的電壓的裝置，所述分級電壓增加包括第一、快速上升到第一預定電壓電平，其次是第二，緩慢的達到第二預定電壓電平，所述的裝置用于提供一個配備電壓的增加，其至少包括一個以恒定電流充電的固定電容裝置，并且所述分級電壓增加裝置還包括一個用于延遲所述固定電容充電的裝置，所述延緩固定電容充電的裝置包括類似于所述達林頓晶體管對基極?發射極結的伏安特性；其中所述恒定電流由耦合在高電位電源電極和達林頓對輸出上拉級的第一達林頓晶體管的第一基極節點之間的電流鏡產生。

【技術特征摘要】
1.一種高功率的邊緣控制輸出緩沖器，其特征是:該電路包括一對達林頓晶體管輸出上拉級和用于提供一個分級電壓升高到所述達林頓對的輸入基極節點上的電壓的裝置，所述分級電壓增加包括第一、快速上升到第一預定電壓電平，其次是第二，緩慢的達到第二預定電壓電平，所述的裝置用于提供一個配備電壓的增加，其至少包括一個以恒定電流充電的固定電容裝置，并且所述分級電壓增加裝置還包括一個用于延遲所述固定電容充電的裝置，所述延緩固定電容充電的裝置包括類似于所述達林頓晶體管對基極-發射極結的伏安特性；其中所述恒定電流由耦合在高電位電源電極和達林頓對輸出上拉級的第一達林頓晶體管的第一基極節點之間的電流鏡產生。2.根據權利要求1所述的一種高功率的邊緣控制輸出緩沖器，其特征是:一個輸出緩沖電路包括一對達林頓對輸出上拉級和一個裝置，其用于提供分級電壓的增加，其中包括一個以恒定電流充電的固定電容，其中所述恒定電流由耦合在高電位電源電極和達林頓對輸出上拉級的第一達林頓晶體管之間的電流鏡產生，且第一二極管連接在所述的第一基極節點和所述固定電容的第一充電電容的高壓側之間，其中所述第一充電電容的一個低壓側直接耦合到一個低電位的電源電極；所述第一充電電容與第二二極管并聯連接，所述第二二極管與第二充電電容器串聯，其中，所述第二充電電容器直接連接到所述低電位電源電極。所述第一二極管是一個第一連接二極管的晶體管，其中，所述第二二極管是第二連接二極管的晶體管；所述電流鏡包括一個或多個并聯的耦合在所述高電位電源電極和第一開關的高壓側之間的 MOS鏡像晶體管，其中所有所述鏡像晶體管通過第一鏡像控制電壓共同的控制，其使用緩沖器的MOS晶體管的外側，其中，所述第一鏡像控制電壓耦合到所述所有鏡像晶體管的柵極節點；所述第一開關插入在所述電流鏡和所述第一達林頓晶體管的基極節點之間，其中，所述第一開關通過施加到所述緩沖器的輸入節點的輸入電壓來激活。3.根據權利要求2所述的一種高功率的邊緣控制輸出緩沖器，其特征是:其中所述第一開關是一個MOS晶體管開關，其耦合在所述電流鏡的低壓側和所述第一達林頓晶體管的基極節點之間，其中，所述MOS晶體管開關的柵極節點耦合到所述輸入節點；反相器級插入在所述輸入節點和所述MOS晶體管開關的柵極節點之間；所述第一達林頓晶體管耦合到所述電源電極的高電位，其中，所述第一達林頓晶體管的發射極節點耦合到第二達林頓晶體管的基極，第二達林頓晶體管的集電極節點耦合到所述電源電極的高電位，第二達林頓晶體管的發射極節點耦合到所述緩沖器輸出節點，第二達林頓晶體管的基極耦合到所述緩沖器的輸出節點；延遲驅動器晶體管耦合在所述高電位電源電極和所述第一開關的高壓側之間，所述延遲驅動器晶體管在所述輸入電壓施加到輸入節點之后激活一定的時間，其中，所述延遲驅動器晶體管的一個控制節點通過一個延遲線耦合到所述輸入節點；所述延遲驅動器晶體管是MOS晶體管；一個輸出緩沖電路包括一個控制上拉電路，其中，所述的控制上拉電路包括:Ca) 一個達林頓對輸出級，其具有第一達林頓晶體管和第二達林頓晶體管；(b)一種用于控制所述達林頓對輸出級的控制級，所述控制級具有:(i)電流發生器，其在高電位電源電極和發生器輸出之間能夠通過一個恒定電流，(?)與發生器輸出串聯的PMOS開關晶體管串聯，當所述開關被激活時，所述恒定電流流動，當所述開關被停用時，所述恒定電流停止流動，其中，所述開關晶體管的柵極節點耦合到用來接收邏輯高和邏輯低電壓的緩沖器輸入節點，(iii)第一二極管接線的晶體管在結點特性上與所述第一達林頓晶體管類似，其中，所述第一二極管接線的晶體管的集電極節點通過所述PMOS開關晶體管耦合到所述發生器的輸出，其中，所述第一二極管接線的晶體管的發射極節點直接耦合到第二二極管接線的晶體管的集電極節點，所述第二二極管接線的晶體管具有與所述第二達林頓晶體管類似的節點特性，(iv)第一充電電容器，其中，所述第一充電電容器連接在所述第一二極管接線的晶體管的發射極節點和低電位電源電極之間，(V)第二電容器充電，其中，所述第二充電電容器連接在所述第二二極管接線的晶體管的發射極節點和低電位電源電極之間；(C) 一種MOS延遲驅動器晶體管，其中，所述MOS晶體管的運行是在輸入電壓施加到所述輸入節點之后延遲一段時間，所述延時MOS驅動器晶體管耦合在所述高電位電源電極和所述第一達林頓晶體管的基極，其中，所述MOS延遲驅動器晶體管的柵極節點通過一個延遲線耦合到輸入節點。4.根據權利要求3所述的一種高功率的邊緣控制輸出緩沖器，其特征是:一個輸出緩沖電路包括一個MOS晶體管的輸出下拉級和雙極晶體管的輸出下拉級，其中，所述MOS晶體管的輸出下拉級和所述雙極型晶體管的輸出下拉級耦合到一個緩沖器的輸出節點，所述MOS晶體管的輸出下拉級包括第一 MOS下拉晶體管，其耦合在所述緩沖器輸出節點與低電位電源電極之間，所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：不公告發明人，
申請(專利權)人：蘇州貝克微電子有限公司，
類型：發明
國別省市：