带有反向电流阻断能力的输出驱动器制造技术

一种输出驱动器(1)，其包括具有栅极节点(GMP0)以施加栅极控制电压(GCV)的驱动器晶体管(MP0)以及用于控制该驱动器晶体管(MP0)的栅极节点(GMP0)的栅极控制电路(30)。该输出驱动器(1)被配置为能够在第一操作模式和第二操作模式下操作，驱动器晶体管(MP0)的电流路径在第一操作模式下的可变电阻低于其在第二操作模式下的可变电阻。栅极控制电路(30)包括可控电阻器(RC)，该可控电阻器(RC)设置在驱动器晶体管(MP0)的栅极节点(GMP0)与输出驱动器(1)的输出节点(QP)之间，并且可控电阻器(RC)的电阻取决于输出驱动器是在第一操作模式还是在第二操作模式下操作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带有反向电流阻断能力的输出驱动器
本公开内容涉及带有反向电流阻断能力的输出驱动器。
技术介绍
可以在通信装置(例如传感器装置)中提供输出驱动器作为3线通信接口以提供通信装置的放大的输出信号。关于工业传感器的3线接口的标准正在根据本领域的发展趋势来进行调整和演变。一个方面是，传感器在过去被配置作为NPN开关或者作为PNP开关，而现在由于数字化，传感器越来越多地提供有推挽输出接口，例如在IO链路装置中提供有推挽输出接口。这提供了新的可能性，比如根据需要将推挽级作为可配置的NPN或PNP级来操作。工业传感器可以包括3线推挽输出驱动器。包括输出驱动器1的传感器装置100的一个实施例如图1所示。无论输出驱动器是通态还是断态，工业传感器的标准都不允许ILoff＝0.5mA以上的电流流过负载电阻器Rload进入传感器信号线以及经由输出驱动器的输出节点QP流过传感器的输出端子Q进入输出驱动器1。在电源路径中存在反向极性保护二极管D2的情况下，如果信号例如被负载电阻Rload上拉至电位L+，则传感器的输出端子Q或输出驱动器1的输出节点QP被上拉至高于输出驱动器在驱动器的电源节点SN处所得到的高电源电压VHV。在图1所示的示例中，传感器100的输出端子Q或输出驱动器1的输出节点QP被上拉至24V，即高于输出驱动器1在电源节点SN处所得到的23.4V的高电压。在这种情况下，输出驱动器的驱动器晶体管MP反向导通，导致电流流入传感器装置100的输出端子Q或输出驱动器的输出节点QP。期望提供一种输出驱动器，其被配置为在反向极性条件下，不依赖于输出驱动器通断状态地来防止反向电流流入到输出驱动器的输出节点。
技术实现思路
权利要求1中指定了一种带有反向电流阻断能力的输出驱动器，该输出驱动器可以不依赖于输出驱动器通断状态地来防止任何电流流入到传感器信号线中。根据输出驱动器的一个实施例，输出驱动器包括用于施加电源电压的电源节点、用于提供输出信号的输出节点、驱动器晶体管以及栅极控制电路。驱动器晶体管具有用于施加栅极控制电压的栅极节点。驱动器晶体管被配置为在电源节点与输出节点之间提供具有可变电阻的电流路径。栅极控制电路被配置为控制驱动器晶体管的栅极节点。输出驱动器被配置为能够在第一操作模式(例如通态)以及在第二操作模式(例如断态)下操作。驱动器晶体管的电流路径在第一操作模式下的可变电阻低于其在第二操作模式下的可变电阻。栅极控制电路包括可控电阻器。可控电阻器设置在驱动器晶体管的栅极节点与输出驱动器的输出节点之间。可控电阻器的电阻取决于输出驱动器是在第一操作模式还是在第二操作模式下操作。当启用(即在通态下操作)以及禁用(即在断态下操作)驱动器晶体管时，输出驱动器使得能够防止反向电流流过输出驱动器中的驱动器晶体管。输出驱动器的启用状态/通态对应于输出驱动器的第一操作模式，并且将输出驱动器的状态指定为其中驱动器晶体管的电流路径的电阻较低。在输出驱动器的启用状态/通态下，可控电阻器在低电阻状态下操作。输出驱动器的禁用状态/断态对应于输出驱动器的第二操作模式，并且将输出驱动器的状态指定为其中驱动器晶体管的电流路径的电阻较高。在输出驱动器的禁用状态/断态下，可控电阻器在高电阻状态下操作。根据输出驱动器的一个实施例，输出驱动器包括体控制电路，用于将体控制电压施加到驱动器晶体管的体节点。输出驱动器能够在第一条件以及在第二条件下操作，在所述第一条件中，输出节点处的电位低于电源电压，并且在所述第二条件中，输出节点处的电位高于电源电压。体控制电路被配置为根据输出驱动器是在第一条件还是在第二条件下操作来将体控制电压的电平施加到驱动器晶体管的体节点。此外，栅极控制电路被配置为根据输出驱动器是在第一条件还是在第二条件下操作来将栅极控制电压的电平施加到驱动器晶体管的栅极节点。所提出的输出驱动器的实施例通过将反向电压上移来解决不期望的反向电流流入到IC级输出驱动器中的问题，在该反向电压处，输出驱动器的驱动器晶体管开始反向导通。所提出的电路配置中的体控制电路被实施作为独立的阱/体开关。栅极控制电路提供了智能栅极控制以用于隔离并控制驱动器晶体管的控制/栅极节点。此外，无论驱动器晶体管/输出驱动器是哪种操作模式(即通态/断态)，输出驱动器都使得能够在IC级上防止反向电流通过负载电阻流入到输出驱动器内部。在第一操作模式(通态)下操作输出驱动器的情况下，这通过以下方式来实现，即首先一旦输出节点处的电位接近电源电压，就禁用驱动器晶体管，并且随后提供驱动器晶体管的适当的栅极和体连接以防止反向电流流动。该禁用解决方案与常规的基于比较器的方法不同，因为那些方法会导致驱动器的通断开关操作发生振荡。实施反向电流阻断原理是为了最小化高电压晶体管的数量以便进行面积优化。特别是因为不需要浮动电源电位、串联晶体管、电荷泵电路以及浮动阱，所以能够实现小的芯片面积。输出驱动器可以实施作为高电压或低电压输出驱动器。根据可能的实施例，输出驱动器可以被配置作为3线推挽高电压/低电压输出驱动器。输出驱动器可以被用作为通信接口来与工业传感器进行通信。包含有附图以提供进一步的理解，并且将附图并入本说明书中并构成本说明的一部分。附图示出了输出驱动器的几个实施例，并与本说明书一起用于解释各种实施例的原理和操作。附图说明图1示出了包括输出驱动器的传感器装置的实施例，该输出驱动器具有在反向极性条件下开始反向导通的驱动器晶体管；图2示出了根据现有技术解决方案的用于传感器装置的具有反向电流保护的输出驱动器的一种可能的实施方式；图3示出了根据另一现有技术解决方案的用于传感器装置的利用驱动器晶体管的智能栅极控制以具有反向电流保护的输出驱动器的一种可能的实施方式；图4示出了输出驱动器在反向极性条件下操作时与输出驱动器的通/断操作模式无关地具有反向电流保护的一个实施例；图5A示出了输出驱动器在反向极性条件下操作时与输出驱动器的通/断操作模式无关地具有反向电流保护的另一实施例；图5B示出了具有反向电流保护的输出驱动器的可控开关的实施例；图6示出了具有反向电流保护的输出驱动器在输出驱动器的通/断操作模式下的V-I特性；图7示出了包含带有反向电流保护的输出驱动器的传感器系统的实施例；以及图8示出了包括带有反向电流保护的输出驱动器的数字通信系统的实施例。具体实施方式图2示出了用于传感器装置的具有反向电流保护的输出驱动器的已知解决方案的电路配置，该反向电流保护采用背靠背连接的PMOS晶体管来隔离任意一方的寄生二极管，如Hao-PingHong和Jiin-ChuanWu(IEEE会员)于2001年1月在IEEEJOURNALOFSOLID-STATECIRCUITS第36卷第1期“一种用于MOSFET功率开关的反向电压保护电路(AReverse-VoltageProtectionCircuitforMOSFETPowerSwitches)”中所述的方式。图2中的附图标记对应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种输出驱动器，包括：/n-电源节点(SN)，用于施加电源电压(VHV)，/n-输出节点(QP)，用于提供所述输出驱动器(1)的输出信号(OS)，/n-驱动器晶体管(MP0)，其具有用于施加栅极控制电压(GCV)的栅极节点(GMP0)，所述驱动器晶体管(MP0)被配置为在所述电源节点(SN)与所述输出节点(QP)之间提供具有可变电阻的电流路径，/n-栅极控制电路(30)，用于控制所述驱动器晶体管(MP0)的栅极节点(GMP0)，/n-其中，所述输出驱动器(1)被配置为能够在第一操作模式和第二操作模式下操作，所述驱动器晶体管(MP0)的电流路径在所述第一操作模式下的可变电阻低于其在所述第二操作模式下的可变电阻，/n-其中，所述栅极控制电路(30)包括可控电阻器(RC)，所述可控电阻器(RC)设置在所述驱动器晶体管(MP0)的栅极节点(GMP0)与所述输出驱动器(1)的输出节点(QP)之间，并且所述可控电阻器(RC)的电阻取决于所述输出驱动器是在所述第一操作模式还是在所述第二操作模式下操作。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181024 EP 18202384.61.一种输出驱动器，包括：
-电源节点(SN)，用于施加电源电压(VHV)，
-输出节点(QP)，用于提供所述输出驱动器(1)的输出信号(OS)，
-驱动器晶体管(MP0)，其具有用于施加栅极控制电压(GCV)的栅极节点(GMP0)，所述驱动器晶体管(MP0)被配置为在所述电源节点(SN)与所述输出节点(QP)之间提供具有可变电阻的电流路径，
-栅极控制电路(30)，用于控制所述驱动器晶体管(MP0)的栅极节点(GMP0)，
-其中，所述输出驱动器(1)被配置为能够在第一操作模式和第二操作模式下操作，所述驱动器晶体管(MP0)的电流路径在所述第一操作模式下的可变电阻低于其在所述第二操作模式下的可变电阻，
-其中，所述栅极控制电路(30)包括可控电阻器(RC)，所述可控电阻器(RC)设置在所述驱动器晶体管(MP0)的栅极节点(GMP0)与所述输出驱动器(1)的输出节点(QP)之间，并且所述可控电阻器(RC)的电阻取决于所述输出驱动器是在所述第一操作模式还是在所述第二操作模式下操作。


2.根据权利要求1所述的输出驱动器，
其中，所述可控电阻器(RC)包括第一晶体管(MP1)，所述第一晶体管(MP1)设置在所述驱动器晶体管(MP0)的栅极节点(GMP0)与所述输出节点(QP)之间。


3.根据权利要求2所述的输出驱动器，
-其中，所述第一晶体管(MP1)具有栅极节点(GMP1)，用于施加栅极控制信号(GCS)，以控制所述第一晶体管(MP1)，
-其中，所述栅极控制信号(GCS)取决于所述输出驱动器是在所述第一操作模式还是在所述第二操作模式下操作。


4.根据权利要求3所述的输出驱动器，
-其中，在所述第一操作模式下，所述栅极控制信号(GCS)以低于电源电压(VHV)的电压电平的电压电平施加到所述第一晶体管的栅极节点(GMP1)，
-其中，在所述第二操作模式下，所述栅极控制信号(GCS)以电源电压(VHV)的电压电平施加到所述第一晶体管(MP1)的栅极节点(GMP1)。


5.根据权利要求3或4所述的输出驱动器，
其中，所述栅极控制电路(30)包括可控开关(CS)，用于将所述栅极控制信号(GCS)的电压电平施加到所述第一晶体管(MP1)的栅极节点(GMP1)，所述可控开关(CS)连接到所述第一晶体管(MP1)的栅极节点(GMP1)。


6.根据权利要求5所述的输出驱动器，
-其中，所述可控开关(CS)至少具有第一开关状态(S1on)和第二开关状态(S1off)，
-其中，所述可控开关(CS)被配置为使得在所述第一开关状态(S1on)下，将低于电源电压(VHV)的电压电平的电压电平施加到所述第一晶体管(MP1)的栅极节点(GMP1)，并且在所述第二开关状态(S1off)下，将电源电压(VHV)的电压电平施加到所述第一晶体管(MP1)的栅极节点(GMP1)。


7.根据权利要求6所述的输出驱动器，包括：
控制器(80)，用于根据所述输出驱动器(1)是在所述第一操作模式还是在所述第二操作模式下操作来控制所述可控开关(CS)的第一开关状态(S1on)和第二开关状态(S1off)。


8.根据权利要求7所述的输出驱动器，
其中，所述控制器(80)被配置为当所述输出驱动器(1)在所述第一操作模式下操...

【专利技术属性】
技术研发人员：温琴佐·莱昂纳多，卡米洛·斯特凡努奇，
申请(专利权)人：AMS国际有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH