包括具有可调反向偏压的MOS开关的输出驱动器制造技术

技术编号:18403315 阅读:38 留言:0更新日期:2018-07-08 21:52
本发明专利技术涉及一种用于驱动音频变换器的例如操作为D类的集成电路输出驱动器、其控制方法及听力设备。集成电路输出驱动器包括第一半桥驱动器,其包括串联连接在正电源电压轨和负电源电压轨之间的第一PMOS晶体管和第一NMOS晶体管。第一衬底端子连接至第一PMOS晶体管的衬底,用于接收第一反向偏置电压,并且第二衬底端子连接至第一NMOS晶体管的衬底,用于接收第二反向偏置电压。集成电路输出驱动器包括偏置电压发生器,其配置为调整第一反向偏置电压和第二反向偏置电压中的至少一个,以控制第一PMOS晶体管和第一NMOS晶体管中的至少一个的导通电阻。集成电路输出驱动器适合于在助听器、耳机和类似的小型便携式音频装置中使用。

Output drivers including MOS switches with adjustable reverse bias

The present invention relates to a driver for driving an audio converter, such as an integrated circuit output driver operating D, a control method and a hearing device. The integrated circuit output driver includes a first half bridge driver, which includes a first PMOS transistor and a first NMOS transistor connected in series between a positive power supply voltage rail and a negative power supply voltage rail. The first substrate terminal is connected to the substrate of the first PMOS transistor for receiving the first reverse bias voltage, and the second substrate terminal is connected to the substrate of the first NMOS transistor for receiving the second reverse bias voltage. The integrated circuit output driver includes a bias voltage generator, which is configured to adjust the first reverse bias voltage and at least one of the second reverse bias voltages to control at least one of the first PMOS transistor and the first NMOS transistor. Integrated circuit output drivers are suitable for use in hearing aids, headphones and similar small portable audio devices.

【技术实现步骤摘要】
包括具有可调反向偏压的MOS开关的输出驱动器
本专利技术涉及一种用于驱动音频变换器的例如操作为D类的集成电路输出驱动器。该集成电路输出驱动器包括具有第一PMOS晶体管和第一NMOS晶体管的第一半桥驱动器,第一PMOS晶体管和第一NMOS晶体管串联连接在正电源电压轨和负电源电压轨之间。第一衬底(body)端子连接至第一PMOS晶体管的衬底,用于接收第一反向偏置电压,并且第二衬底端子连接至第一NMOS晶体管的衬底,用于接收第二反向偏置电压。该集成电路输出驱动器包括偏置电压发生器,该偏置电压发生器配置为调整第一反向偏置电压和第二反向偏置电压中的至少一个,以控制第一PMOS晶体管和第一NMOS晶体管中的至少一个的导通电阻。该集成电路输出驱动器适合于在助听器、耳机和类似的小型便携式音频装置中使用。
技术介绍
用于驱动音频变换器的集成电路输出驱动器(例如单端输出驱动器或差分/H桥输出驱动器)在本领域中是已知的。此类集成电路输出驱动器的设计要求仔细地考虑若干折中考虑。这些折中考虑是半导体面积消耗、功率消耗和输出阻抗。该集成电路输出驱动器也可能需要支持音频变换器的若干阻抗水平,以提供对各种应用中的特定应用的灵活性和适应性。在听力设备应用中,如果输出驱动器能够驱动具有不同电阻抗的不同类型的接收器或微型扬声器,则可能是有利的。能够在使用者的耳朵中产生高声压水平的高功率接收器通常具有相对低的阻抗,而通常产生相对较小的声压水平的低功率接收器通常具有相对高的电阻抗。当加载高功率接收器时,难以实现集成电路输出驱动器的令人满意的功率转换效率,除非如在下面另外详细地解释的,输出驱动器的输出电阻或阻抗非常小。遗憾的是,小输出电阻或阻抗要求输出驱动器中的大晶体管尺寸,这导致大芯片或管芯面积消耗。这增加了半导体基板或芯片的制造成本。因此,本领域中需要呈现减小的输出电阻或阻抗并且无半导体基板的芯片或管芯面积的过分增加的改进集成电路输出驱动器。提供具有对支持音频变换器的宽范围阻抗水平的特定负载阻抗的灵活性和适应性的新型集成电路输出驱动器也是有利的。
技术实现思路
本专利技术的第一方面涉及一种用于驱动音频变换器的集成电路输出驱动器。该集成电路输出驱动器包括:正电源电压轨和负电源电压轨;第一半桥驱动器,包括第一PMOS晶体管和第一NMOS晶体管,第一PMOS晶体管和第一NMOS晶体管串联连接在正电源电压轨和负电源电压轨之间,以在第一PMOS晶体管和第一NMOS晶体管的互连漏极端子处形成第一驱动器输出端;第一衬底端子和第二衬底端子,第一衬底端子连接至第一PMOS晶体管的衬底,用于接收第一反向偏置电压,并且第二衬底端子连接至第一NMOS晶体管的衬底,用于接收第二反向偏置电压。该集成电路输出驱动器附加地包括偏置电压发生器,其配置为调整第一反向偏置电压和第二反向偏置电压中的至少一个,以控制第一PMOS晶体管和第一NMOS晶体管中的至少一个的导通电阻。音频变换器可以包括诸如听力设备的便携式通信装置的微型扬声器或动衔铁式接收器。音频变换器的一端或一个端子连接至第一半桥驱动器的第一驱动器输出端,并且音频变换器的第二端子可以例如经由DC隔离电容器连接至地或一个DC电压电源轨。在另一实施例中,音频变换器的第二端子连接至集成电路输出驱动器的补偿或第二半桥驱动器,如在下面另外详细讨论的。集成电路输出驱动器的输入端(例如第一PMOS晶体管和第一NMOS晶体管的相应栅极端子)可以由调制音频输入信号(诸如脉宽调制(PWM)或脉冲密度调制(PDM)输入信号)驱动。因此,该集成电路输出驱动器用作D类音频放大器的输出级,如参考附图在下面另外详细讨论的。集成电路输出驱动器的另一实施例包括H桥驱动器。因此,集成电路输出驱动器的此实施例包括第二半桥驱动器,其中,第二半桥驱动器包括PMOS晶体管和NMOS晶体管,其串联连接在正电源电压轨和负电源电压轨之间,以在PMOS晶体管和NMOS晶体管的互连漏极端子处形成第二驱动器输出端。第二半桥驱动器还包括第一衬底端子和第二衬底端子,第一衬底端子连接至PMOS晶体管的衬底,用于接收由偏置电压发生器供应的第一反向偏置电压,并且第二衬底端子连接至NMOS晶体管的衬底,用于接收由偏置电压发生器供应的第二反向偏置电压。因此,第一半桥驱动器和第二半桥驱动器的对应MOS晶体管的相应反向偏置电压可以是相同的,以提供H桥的第一半桥驱动器和第二半桥驱动器之间的电对称。H桥驱动器的第二半桥驱动器可以配置为在与第一半桥驱动器相反的相中操作。第一半桥驱动器和第二半桥驱动器可以标称相同。第一半桥驱动器和第二半桥驱动器的NMOS晶体管和PMOS晶体管可以具体地标称相同,例如具有相同的尺寸。在H桥驱动器实施例中,音频变换器的第一端或第一端子可以连接至第一半桥驱动器的第一驱动器输出端,并且第二端子连接至第二半桥驱动器的第二驱动器输出端。因此,如参考附图在下面另外详细讨论的,将差分或补偿调制驱动信号提供至音频变换器。本领域技术人员将理解,参考第一半桥驱动器在本文中讨论的电路拓扑和组件特征及属性也可以应用于第二半桥驱动器。由偏置电压发生器调整第一PMOS晶体管的第一反向偏置电压和第一NMOS晶体管的第二反向偏置电压中的一个或两者的能力来提供集成电路输出驱动器的可调输出阻抗。此特征允许改编或编程集成电路输出驱动器,以用相对高的效率充分地驱动宽范围的接收器或微型扬声器(诸如先前讨论的听力设备的低功率接收器和高功率接收器)而不会过分增大输出驱动器的PMOS晶体管和NMOS晶体管的尺寸。第一PMOS晶体管的第一反向偏置电压可以例如比正DC电源电压低500mV或以上,和/或第一NMOS晶体管的第二反向偏置电压可以比负DC电源电压(例如与驱动低阻抗接收器相关的接地电压)高500mV或以上。正电源电压轨可以相对于接地电位GND将正DC电源电压输送至集成电路输出驱动器,并且负电源电压轨可以将较低DC电源电压输送至集成电路输出驱动器。本领域技术人员将理解,负电源电压轨可以具有尽管低于正DC电源电压但是为正值的DC电压。在本专利技术的其他实施例中,负电源电压轨可以具有接地电位或比接地电位GND更低的DC电位。负电源电压轨可以例如相对于地来传输负DC电源电压,例如电平与正DC电源电压相同,如+/-1.0V。根据集成电路输出驱动器的一个实施例,偏置电压发生器配置为在多个固定偏置电压电平或电压阶跃之间调整第一反向偏置电压和第二反向偏置电压中的至少一个。偏置电压发生器可以预编程(factoryprogrammed)为选择一个固定偏置电压电平或两个固定偏置电压电平,用于与使用集成电路输出驱动器的便携式通信装置(例如听力设备)的制造相关的第一反向偏置电压和第二反向偏置电压中的一个或两者。因此,通过与制造相关的期望固定电压电平的编程,第一PMOS晶体管和第一NMOS晶体管中的至少一个的导通电阻可以适应于连接至第一驱动器输出端的特定音频变换器的阻抗特性。根据一个此类实施例,第一反向偏置电压可以设定为正DC电源电压,和/或第二反向偏置电压可以设定为负DC电源电压。这些设定可以足以用于驱动先前讨论的类型的高阻抗接收器或扬声器,其中输出驱动器的固有输出电阻可以充分地小,以提供良好的功率转换效率。因此,偏置电压发生器可以在很大程本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种用于驱动音频变换器的集成电路输出驱动器,包括:正电源电压轨和负电源电压轨;第一半桥驱动器,包括第一PMOS晶体管和第一NMOS晶体管,所述第一PMOS晶体管和所述第一NMOS晶体管串联连接在所述正电源电压轨和所述负电源电压轨之间,以在所述第一PMOS晶体管和所述第一NMOS晶体管的互连漏极端子处形成第一驱动器输出端;第一衬底端子,连接至所述第一PMOS晶体管的衬底,用于接收第一反向偏置电压;第二衬底端子,连接至所述第一NMOS晶体管的衬底,用于接收第二反向偏置电压;偏置电压发生器,配置为调整所述第一反向偏置电压和所述第二反向偏置电压中的至少一个,以控制所述第一PMOS晶体管和所述第一NMOS晶体管中的至少一个的导通电阻。

【技术特征摘要】
2016.12.29 EP 16207327.41.一种用于驱动音频变换器的集成电路输出驱动器,包括:正电源电压轨和负电源电压轨;第一半桥驱动器,包括第一PMOS晶体管和第一NMOS晶体管,所述第一PMOS晶体管和所述第一NMOS晶体管串联连接在所述正电源电压轨和所述负电源电压轨之间,以在所述第一PMOS晶体管和所述第一NMOS晶体管的互连漏极端子处形成第一驱动器输出端;第一衬底端子,连接至所述第一PMOS晶体管的衬底,用于接收第一反向偏置电压;第二衬底端子,连接至所述第一NMOS晶体管的衬底,用于接收第二反向偏置电压;偏置电压发生器,配置为调整所述第一反向偏置电压和所述第二反向偏置电压中的至少一个,以控制所述第一PMOS晶体管和所述第一NMOS晶体管中的至少一个的导通电阻。2.根据权利要求1所述的集成电路输出驱动器,其中,所述偏置电压发生器配置为在多个固定偏置电压电平之间调整所述第一反向偏置电压和所述第二反向偏置电压中的至少一个。3.根据权利要求1所述的集成电路输出驱动器,其中,所述多个固定偏置电压电平至少包括:第一电压电平,等于所述正电源电压轨的DC电压,和第二电压电平,小于所述正电源电压轨的DC电压;或第一电压电平,等于所述负电源电压轨的DC电压,和第二电压电平,处于超过所述负电源电压轨的DC电压的固定电压。4.根据权利要求2所述的集成电路输出驱动器,其中,所述多个固定偏置电压电平至少包括:第一电压电平,等于所述正电源电压轨的DC电压,和第二电压电平,小于所述正电源电压轨的DC电压;或第一电压电平,等于所述负电源电压轨的DC电压,和第二电压电平,处于超过所述负电源电压轨的DC电压的固定电压。5.根据权利要求3所述的集成半导体电路,其中,所述多个固定偏置电压电平中的最大电平和最小电平之间的电压差大于100mV,更优选地大于200mV。6.根据权利要求4所述的集成半导体电路,其中,所述多个固定偏置电压电平中的最大电平和最小电平之间的电压差大于100mV,更优选地大于200mV。7.根据权利要求1所述的集成电路输出驱动器,其中,所述偏置电压发生器配置为在偏置电压上限和偏置电压下限之间连续地调整所述第一反向偏置电压和所述第二反向偏置电压中的至少一个。8.根据权利要求7所述的集成电路输出驱动器,包括控制器,所述控制器配置为:确定或测量传输至负载的电流或功率;并且控制所述偏置电压发生器,以基于所确定的或测量的负载电流或负载功率来适应性地调整所述第一反向偏置电压和所述第二反向偏置电压中的至少一个。9.根据权利要求8所述的集成电路输出驱动器,其中,所述偏置电压发生器配置为:减小所述第一PMOS晶体管的第一反向偏置电压,以用于增大负载电流或负载功率;和/或增大所述第一NMOS晶体管的第二反向偏置电压,以用于增大负载电流或负载功率。10.根据前述权利要求中任一项所述的集成电路输出驱动器,包括第二半桥驱动器;所述第二半桥驱动器包括PMOS晶体管和NMOS晶体管,所述PMOS晶体管和所述NMOS晶体管串联连接在所述正电源电压轨和所述负电源电压轨之间,以在所述PMOS晶体管和所述NMOS晶体管的互连漏极端子处形成第二驱动器输出端;第一衬底端子,连接至所述PMOS晶体管的衬底,用于接收由所述偏置电压发生器供应的第一反向偏置电压;第二衬底端子,连接至所述NMOS晶体管的衬底,用于接收由所述偏置电压发生器供应的第二反向偏置电压。11.根据权利要求1至9中任一项所述的集成电路输出驱动器,其中,所述第一半桥驱动器包括第一可切换驱动器部分,所述第一可切换驱动...

【专利技术属性】
技术研发人员:D·R·延森P·阿斯贝克
申请(专利权)人:大北欧听力公司
类型:发明
国别省市:丹麦,DK

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