三态输出缓冲器的栅极控制电路制造技术

在第一电压域中操作的三态输出缓冲器的栅极控制电路(300A)包含上拉电路(304A)，其耦合在上轨(V

Gate control circuit of three state output buffer

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】三态输出缓冲器的栅极控制电路
这大体上涉及栅极控制电路，并且更特别地涉及三态输出缓冲器的栅极控制电路。
技术介绍
随着高级微控制器的电源电压持续下降，存在着对将允许这些装置可靠地与传统系统接口连接的低电压电路(例如，转换器产品)的需求。这些低电压转换器进而必须能够支持宽电压范围，以实现最大的应用灵活性。现有产品支持的电压范围为0.8V到3.6V。然而，将来计划更低的操作电压。
技术实现思路
所描述的实施例提供了一种具有栅极隔离开关的栅极控制电路，所述栅极隔离开关允许上拉晶体管和下拉晶体管由控制信号VP和VN共享，但是也允许控制信号VP和VN之间的通路在栅极控制电路未使用时关闭。栅极隔离开关可以提供以下一或多项优点：在上电期间将输出保持在高阻抗状态，简化栅极控制电路，最小化总管芯面积，并最小化来自栅极控制电路的静态泄漏。在一个方面，三态输出缓冲器的栅极控制电路的一个实施例在第一电压域中操作。栅极控制电路包含上拉电路，其耦合在上轨和第一栅极控制信号之间；下拉电路，其耦合在下轨和第二栅极控制信号之间；和栅极隔离开关，其耦合在第一栅极控制信号和第二栅极控制信号之间，所述栅极隔离开关包括与第一NMOS晶体管并联耦合的第一PMOS晶体管，第一NMOS晶体管由第一启用信号控制，并且第一PMOS晶体管由第二启用信号控制。在一个方面，电压转换器的一个实施例被耦合以将在第一电压域中接收的输入信号转换为在第二电压域中提供的输出信号，其中第一和第二电压域中的每一个可以跨越宽范围低电压。电压转换器包含输入缓冲器，其被耦合以接收输入信号并提供第一输入控制信号和第二输入控制信号，所述输入缓冲器在第一电压域中操作；电平移位器，其被耦合以接收第一和第二输入控制信号并提供输出控制信号；栅极控制电路，其被耦合以接收第一和第二输入控制信号以及输出控制信号并提供第一栅极控制信号和第二栅极控制信号；和输出缓冲器，其被耦合以接收第一栅极控制信号和第二栅极控制信号并提供输出信号，其中电平移位器、栅极控制电路和输出缓冲器各自在第二电压域中操作，所述栅极控制电路包括：上拉电路，其耦合在上轨和第一栅极控制信号之间；下拉电路，其耦合在下轨(接地)和第二栅极控制信号之间；和栅极隔离开关，其耦合在第一栅极控制信号和第二栅极控制信号之间，所述栅极隔离开关包括与第一NMOS晶体管和第二NMOS晶体管并联耦合的第一PMOS晶体管和第二PMOS晶体管，第一和第二NMOS晶体管由第一启用信号控制，并且第一和第二PMOS晶体管由第二启用信号控制，第一PMOS晶体管和第一NMOS晶体管具有第一阈值电压，第二PMOS晶体管和第二NMOS晶体管具有低于第一阈值电压的第二阈值电压。附图说明图1描绘了根据一个实施例的输出缓冲器的一个实例。图2描绘了根据一个实施例的输入缓冲器的一个实施方案。图3描绘了根据一个实施例的栅极控制电路的一个实施方案。图3A描绘了根据一个实施例的栅极控制电路的一个实施方案。图4描绘了根据一个实施例的电平移位器的一个实施方案。图5A示出了根据一个实施例的加入的辅助晶体管对输出控制信号S3T和S2T的作用。图5B示出了根据一个实施例的随加入的辅助晶体管的一个作用增加的VOUT幅度。图6描绘了根据一个实施例的电压转换器的示意图。图7描绘了常规电压转换器的示意图。图8A描绘了当图7的电压转换器用标准VT晶体管操作并且以0.8V操作的输入信号待转换成以3.6V操作的输出信号时的一组信号。图8B描绘了当图7的电压转换器用低VT晶体管操作并且以0.6V操作的输入信号待转换成以3.6V操作的输出信号时的一组信号。图9描绘了可以用于应对宽电压供应范围的输出缓冲器。图10描绘了常规与非/或非预驱动器的一个实施例。具体实施方式在附图中，相似的附图标记指示相似的元件。在本说明书中，术语“耦合(couple/couples)”是指间接的或直接的电连接，除非在被限定为“通信耦合”时，其可以包含无线连接。因此，如果第一装置耦合到第二装置，则所述连接可以通过直接电连接，或者通过经由其它装置和连接的间接电连接。所描述的实施例是从扩展现有电压转换器的较低电压范围同时保持对当前装置的现有电压范围的支持的需求演变而来的。图7是常规电压转换器700的图。电压转换器700接收在第一电压域中可操作的信号VIN，并将信号VIN转换为在第二电压域中可操作的输出信号VOUT。为了本描述的目的，第一电压域具有由VCCA表示的上轨，并且第二电压域具有由VCCB表示的上轨。在附图中，第一和第二电压域的下轨均被示出为接地；使每个下轨等于接地并非必需。电压转换器700含有四个主要元件：输入缓冲器702、电平移位器704、预驱动器706(其在附图中被示出为与非-或非预驱动器)和输出缓冲器708。输入缓冲器702在第一电压域内操作，所述第一电压域使用上轨VCCA。电平移位器704在第二电压域中操作，所述第二电压域使用VCCB但接收在第一电压域中生成的控制信号VIN1、VIN2。预驱动器电路706和输出缓冲器708各自在第二电压域中操作。电压转换器700支持1.1-3.6V的电压范围，并且允许每个上轨VCCA、VCCB采取本范围内的任何允许值。在至少一个实施例中，电压转换器700是双向的，即尽管所示出的电路将信号从使用VCCA的电压域转换为使用VCCB的电压域，但是本电路的第二拷贝(copy)操作以将信号从使用VCCB的电压域转换为使用VCCA的电压域。电路上的一或多个引脚可以允许对所需的操作方向进行选择。由于本双向性，两个输出端口都必须能够置于高阻抗模式。为了支持较低电压(当前正在使用的电压和将来计划的电压)，必须对电压转换器700的电路进行更改以支持0.65-3.6V的期望电压范围。本文结合对每个模块的做出的修改详细地描述了模块702-708的各个元件。并联VT架构：由支持宽电压范围引起的主要问题是找到实现最优电路设计架构的硅基互补金属氧化物(CMOS)装置。例如，根据图7的实施例的芯片使用阈值电压等于约700mV的标准VT晶体管实施并且以1.1V到3.6V范围内的电压操作。对以0.8V操作的本芯片的测试示出在图8A中，其描绘了信号VIN、VOUT、VINT2、VINT3、VIN1和VIN2。输入缓冲器从0V切换到0.8V，但是电平移位器中产生的信号VINT2、VINT3未适当地切换。电平移位器中的这种切换的缺少是由于以下事实：标准VT晶体管的VT非常接近上电压轨，使得晶体管没有足够的净空来适当地导通。结果，输出信号VOUT没有被拉高或拉低。然后，使用阈值电压在整个电路中为约300mV的低VT晶体管来模拟图7的电路。图8B再次描绘了信号VIN、VOUT、VINT2、VINT3、VIN1和VIN2。在本模拟中，VOUT适当地操作并对VIN信号电平的变化提供了良好的响应。然而，由于低VT晶体管具有更大的泄漏问题，因此低VT晶体管的使用会引起其它问题。如本说本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在第一电压域中操作的三态输出缓冲器的栅极控制电路，所述栅极控制电路包括：/n上拉电路，其耦合在上轨和第一栅极控制信号之间；/n下拉电路，其耦合在下轨和第二栅极控制信号之间；和/n栅极隔离开关，其耦合在所述第一栅极控制信号和所述第二栅极控制信号之间，所述栅极隔离开关包括与第一NMOS晶体管并联耦合的第一PMOS晶体管，所述第一NMOS晶体管由第一启用信号控制，并且所述第一PMOS晶体管由第二启用信号控制。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170628 US 15/635,9241.一种在第一电压域中操作的三态输出缓冲器的栅极控制电路，所述栅极控制电路包括：
上拉电路，其耦合在上轨和第一栅极控制信号之间；
下拉电路，其耦合在下轨和第二栅极控制信号之间；和
栅极隔离开关，其耦合在所述第一栅极控制信号和所述第二栅极控制信号之间，所述栅极隔离开关包括与第一NMOS晶体管并联耦合的第一PMOS晶体管，所述第一NMOS晶体管由第一启用信号控制，并且所述第一PMOS晶体管由第二启用信号控制。


2.根据权利要求1所述的栅极控制电路，其中当所述三态输出缓冲器被启用时，所述第一启用信号为高值且所述第二启用信号为低值；并且当所述三态输出缓冲器处于高阻抗时，所述第一启用信号为低值且所述第二启用信号为高值。


3.根据权利要求2所述的栅极控制电路，其中所述栅极隔离开关进一步包括与第二NMOS晶体管并联耦合的第二PMOS晶体管(MPL9)，所述第二NMOS晶体管由所述第一启用信号控制，并且所述第二PMOS晶体管由所述第二启用信号控制，所述第一PMOS晶体管和所述第一NMOS晶体管各自具有第一阈值电压，并且所述第二PMOS晶体管和所述第二NMOS晶体管各自具有低于所述第一阈值电压的第二阈值电压。


4.根据权利要求3所述的栅极控制电路，其中所述上拉电路包括：
第一PMOS晶体管和第二PMOS晶体管，其并联耦合在所述上轨和所述第一栅极控制信号之间，各自具有由输出控制信号控制的栅极；
第一NMOS晶体管和第二NMOS晶体管，其并联耦合在所述上轨和所述第一栅极控制信号之间，各自具有由第一输入控制信号控制的栅极；和
第三PMOS晶体管，其耦合在所述上轨和所述第一栅极控制信号之间并且具有由所述第一启用信号控制的栅极；
所述第一PMOS晶体管和所述第一NMOS晶体管各自具有所述第一阈值电压，所述第二PMOS晶体管、所述第二NMOS晶体管和所述第三PMOS晶体管各自具有所述第二阈值电压。


5.根据权利要求4所述的栅极控制电路，其中所述下拉电路包...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·M·格拉韦斯，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US