專利名稱：信號輸出電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種半導體集成電路，更具體地涉及一種具有關斷功能的信號輸出電路，所述關斷功能可以根據(jù)單相數(shù)字信號而在輸出信號的禁用關斷狀態(tài)和啟用關斷狀態(tài)之間切換。
背景技術：
將使用諸如晶體管差分對或者射極跟隨器之類的阻抗轉(zhuǎn)換電路的信號輸出電路用作對光信號等進行放大的ITA (跨阻(transimpedance)放大器)、LA (限幅放大器)的輸出級或者LD (激光二極管)的驅(qū)動電路。在許多情況下，用作這種信號輸出電路的諸如晶體管差分對或者射極跟隨器之類的阻抗轉(zhuǎn)換電路包括在輸出晶體管的發(fā)射極端子一側上的電流源晶體管，所述電流源晶體管向輸出晶體管供應工作電流。為此原因，通過將電流源晶體管的基極電壓設置為閾值或者更小來關斷向輸出晶體管的電流供應，可以關斷來自輸出晶體管的信號輸出。常規(guī)上，日本專利未審公開No. 2007-158084已經(jīng)公開了一種LD驅(qū)動電路，該LD驅(qū)動電路使用NMOS作為具有關斷這種信號輸出的關斷功能的信號輸出電路。圖8示出了常規(guī)的信號輸出電路。在該信號輸出電路中，在禁用關斷時，由npn晶體管Ql和Q2(輸出晶體管)構成的晶體管差分對將輸入至端子ISN和ISP的差分信號放大至足以驅(qū)動LD的程度，并且從端子OSP和OSN輸出放大的信號。npn晶體管Q3和電阻器RSS分別是恒流源晶體管及其恒流源穩(wěn)定電阻器。這兩個元件構成了用于供應工作電流的電流源，以對差分對Ql和Q2執(zhí)行禁用關斷操作。此外，連接在晶體管Q3的基極端子和端子VCS之間的N型MOS晶體管麗I以及連接在晶體管Q3的基極端子和電源電勢VEE之間的N型MOS晶體管麗2是開關，所述開關選擇性地切換VCS和VEE之一作為施加至晶體管Q3的基極端子的電壓。在禁用關斷時，將輸入至MOS晶體管麗2和麗I的柵極端子的差分信號ISHN和ISHP分別設置為低電平和高電平，以截止MOS晶體管麗2并且導通MOS晶體管麗I。利用這種操作，將電壓VCS施加至晶體管Q3的基極端子，以從晶體管Q3向差分對Ql和Q2供應用于執(zhí)行禁用關斷操作的工作電流。結果，輸入至端子ISN和ISP的差分輸入信號經(jīng)由差分對Ql和Q2從端子OSP和OSN輸出。相反，在啟用關斷時，將差分信號ISHN和ISHP分別設置為高電平和低電平，以導通MOS晶體管麗2并且截止MOS晶體管麗I。利用這種操作，因為將電源電勢VEE施加至晶體管Q3的基極端子，沒有工作電流從晶體管Q3供應至差分對Ql和Q2。結果，輸入至端子ISN和ISP的差分輸入信號不會從差分對Ql和Q2輸出，從而設置了啟用關斷狀態(tài)。根據(jù)這種常規(guī)技術，除了 npn晶體管之外，還需要使用NMOS晶體管以在禁用關斷狀態(tài)和啟用關斷狀態(tài)之間切換。為此原因，進行制造不但要求針對npn晶體管的制造工藝，例如普通InP HBT工藝，還要求針對NMOS晶體管的制造工藝。這使得制造工藝變復雜，并且使得不能使用化合物半導體襯底來形成信號輸出電路，在化合物半導體襯底上難以一起形成npn晶體管和NMOS晶體管。此外，以上常規(guī)技術要求差分信號ISHN和ISPN作為用于從外部在禁用關斷狀態(tài)和啟用關斷狀態(tài)之間切換的數(shù)字信號，并且不能通過使用單相數(shù)字信號在禁用關斷狀態(tài)和啟用關斷狀態(tài)之間切換。為此原因，這種技術不能直接應用于被輸入單相數(shù)字信號作為用于在禁用關斷狀態(tài)和啟用關斷狀態(tài)之間切換的信號的任意電路。這限制了信號輸出電路本身的應用范圍。

實用新型內(nèi)容已經(jīng)做出了本實用新型以解決上述問題，并且本實用新型的目的在于提供一種信號輸出電路，所述信號輸出電路由于只使用npn晶體管制造工藝從而可以增加能夠使用的化合物半導體工藝種類的自由度，并且可以使用單相數(shù)字信號從外部控制禁用關斷狀態(tài)和啟用關斷狀態(tài)之間的切換。根據(jù)本實用新型，提出了一種信號輸出電路，包括輸入緩沖器、產(chǎn)生控制電路、控制電壓產(chǎn)生電路和輸出電路，各自均使用npn晶體管，其中所述輸入緩沖器從外部接收用于命令將輸出電路的狀態(tài)切換至禁用關斷狀態(tài)和啟用關斷狀態(tài)之一的單相切換指令信號，并且將單相切換指令信號轉(zhuǎn)換為由彼此反相的兩個信號構成的差分切換指令信號，并將其輸出，所述產(chǎn)生控制電路基于差分切換指令信號來輸出產(chǎn)生控制信號，所述產(chǎn)生控制信號用于控制在控制電壓產(chǎn)生電路中控制電壓的產(chǎn)生，所述控制電壓產(chǎn)生電路基于產(chǎn)生控制信號輸出控制電壓，根據(jù)單相切換指令信號的邏輯改變控制電壓的值，以及所述輸出電路從外部接收差分輸入信號，對差分輸入信號進行阻抗轉(zhuǎn)換來輸出差分輸出信號，并且基于控制電壓在差分輸入信號的禁用關斷狀態(tài)和啟用關斷狀態(tài)之間切換。

圖1是示出了根據(jù)本實用新型第一實施例的信號輸出電路的結構的方框圖；圖2是示出了圖1所示的信號輸出電路的示例的電路圖；圖3是示出了根據(jù)本實用新型第二實施例的信號輸出電路的結構的方框圖；圖4是示出了圖3所示的信號輸出電路的示例的電路圖；圖5是示出了根據(jù)本實用新型第三實施例的信號輸出電路的主要部分的電路圖；圖6A至6D是在啟用關斷狀態(tài)下差分輸出信號的仿真波形圖；圖7A至7D是在禁用關斷狀態(tài)下差分輸出信號的仿真波形圖；以及圖8是示出了常規(guī)信號輸出電路的電路圖。
具體實施方式
接下來將參考附圖描述本實用新型的實施例。[第一實施例]首先將參考圖1描述根據(jù)本實用新型第一實施例的信號輸出電路。圖1是示出了根據(jù)第一實施例的信號輸出電路的結構的方框圖。信號輸出電路10是對來自端子IT和IC的差分輸入信號IN進行阻抗轉(zhuǎn)換、并且從端子OT和OC輸出差分輸出信號OUT的電路。信號輸出電路10用作對光信號等進行放大的TIA(跨阻放大器)、LA(限幅放大器)的輸出級，或者LD (激光二極管)的驅(qū)動電路。信號輸出電路10包括作為主要單元的輸入緩沖器11、產(chǎn)生控制電路13、控制電壓產(chǎn)生電路14和輸出電路15，其在高電勢側的電源電勢VCC(第一電源電勢)和低電勢側的電源電勢VEE (VCC > VEE :第二電源電勢)之間工作。電路11和13至15使用npn晶體管。輸入緩沖器11經(jīng)由端子SHD從外部接收單相切換指令信號10S，用于命令在禁用關斷狀態(tài)和啟用關斷狀態(tài)之間切換輸出電路15的狀態(tài)。輸入緩沖器11具有將單相切換指令信號IOS轉(zhuǎn)換為由彼此反相的兩個信號構成的差分切換指令信號HS。產(chǎn)生控制電路13具有基于來自輸入緩沖器11的差分切換指令信號IlS來輸出產(chǎn)生控制信號13S的功能，所述產(chǎn)生控制信號13S用于對控制電壓產(chǎn)生電路14中控制電壓VCS的產(chǎn)生進行控制?？刂齐妷寒a(chǎn)生電路14具有基于來自產(chǎn)生控制電路13的產(chǎn)生控制信號13S來產(chǎn)生并輸出控制電壓VCS的功能，所述控制電壓VCS的電壓值根據(jù)單相切換指令信號IOS的邏輯而變化。換句話說，控制電壓產(chǎn)生電路14具有基于產(chǎn)生控制信號13S輸出控制電壓VCS的功能，控制電壓VCS的值根據(jù)單相切換指令信號IOS的邏輯而改變。輸出電路15具有對經(jīng)由端子IT和IC從外部輸入的差分輸入信號IN進行阻抗轉(zhuǎn)換、并且經(jīng)由端子OT和OC將差分輸出信號OUT輸出至外部的功能。輸出電路15也具有基于來自控制電壓產(chǎn)生電路14的控制電壓VCS，在差分輸入信號IN的禁用關斷狀態(tài)和啟用關斷狀態(tài)之間切換的功能。如上所述，圖8所示的常規(guī)信號輸出電路基于以下技術構思通過向恒流源晶體管Q3的基極端子選擇性地施加預先準備的兩個電壓值VCS和VEE之一，來控制禁用關斷狀態(tài)和啟用關斷狀態(tài)之間的切換。因此，為了向晶體管Q3的基極端子選擇性地施加VCS和VEE，為該電路設置N型MOS晶體管麗I和麗2，以使用差分信號ISHN和ISHP互補地對其進行切換。與此不同，該實施例關注于這樣的事實通過在改變電壓值時輸出控制電壓作為用于控制切換操作的控制電壓來代替選擇性地施加兩個電壓值之一，只使用npn晶體管就可以實現(xiàn)對于禁用關斷狀態(tài)和啟用關斷狀態(tài)之間切換的控制。也就是說，在該實施例中，輸出電路15包括npn輸出晶體管，所述npn輸出晶體管對差分輸入信號IN進行阻抗轉(zhuǎn)換，并且輸出所得到的信號；以及npn電流源晶體管，所述npn電流源晶體管向輸出晶體管供應工作電流。控制電壓產(chǎn)生電路14產(chǎn)生由根據(jù)單相切換指令信號IOS變化的電壓值構成的控制電壓VCS，并且通過使用控制電壓VCS來導通和截止輸出電路15的電流源晶體管，從而在輸出晶體管處在差分輸入信號IN的禁用關斷狀態(tài)和啟用關斷狀態(tài)之間切換。圖2示出了如I所示的信號輸出電路10的示例。圖2中的信號輸出電路10包括輸入和輸出端子SHD、IT、1C、0T、0C、VCC和VEE。端子SHD是針對單相切換指令信號IOS的輸入端子，用于從外部命令在禁用關斷狀態(tài)和啟用關斷狀態(tài)之間切換輸出電路15的狀態(tài)。該實施例例示了這樣的情況單相切換指令信號IOS由LVTTL (低壓TTL)的單相數(shù)字信號構成，所述LVTTL在低電源電壓下工作。LVTTL使用在OV至+0. 8V電壓范圍內(nèi)的信號作為低電平信號，并且使用在+2. OV至VCC電壓范圍內(nèi)的信號作為高電平信號。端子IT和IC是輸入端子，用于將差分輸入信號IN輸入到輸出電路15。端子OT和OC是輸出端子，用于將差分輸出信號OUT從輸出電路15輸出。端子VCC是施加有電源電勢VCC(在該示例中是+3. 3V)的電源端子。端子VEE是施加有電源電勢VEE(在該示例中是0V)的電源端子。[輸入緩沖器]將參考圖2和表I描述輸入緩沖器11的結構和操作。表I不出了根據(jù)第一實施例的信號輸出電路在禁用關斷狀態(tài)和啟用關斷狀態(tài)中的信號電平。表I
權利要求1.一種信號輸出電路,其特征在于包括 輸入緩沖器、產(chǎn)生控制電路、控制電壓產(chǎn)生電路和輸出電路，各自使用npn晶體管，其中所述輸入緩沖器從外部接收用于命令將輸出電路的狀態(tài)切換至禁用關斷狀態(tài)和啟用關斷狀態(tài)之一的單相切換指令信號，并且將單相切換指令信號轉(zhuǎn)換為由彼此反相的兩個信號構成的差分切換指令信號，并輸出差分切換指令信號， 所述產(chǎn)生控制電路基于差分切換指令信號，輸出產(chǎn)生控制信號，所述產(chǎn)生控制信號用于控制在控制電壓產(chǎn)生電路中控制電壓的產(chǎn)生， 所述控制電壓產(chǎn)生電路基于產(chǎn)生控制信號輸出控制電壓，根據(jù)單相切換指令信號的邏輯改變控制電壓的值，以及 所述輸出電路從外部接收差分輸入信號，對差分輸入信號進行阻抗轉(zhuǎn)換來輸出差分輸出信號，并且基于控制電壓在差分輸入信號的禁用關斷狀態(tài)和啟用關斷狀態(tài)之間切換。
2.根據(jù)權利要求1所述的電路，其特征在于所述產(chǎn)生控制電路包括 第一 npn晶體管，具有與高電勢側的第一電源電勢相連的集電極和基極； 第二 npn晶體管，具有基極，接收差分切換指令信號中與單相切換指令信號同相的信號；集電極，與第一 npn晶體管的發(fā)射極相連；以及發(fā)射極，經(jīng)由第一電阻器與低電勢側的第二電源電勢相連； 第三npn晶體管，具有基極，接收差分切換指令信號中與單相切換指令信號反相的信號；發(fā)射極，與第二 npn晶體管的發(fā)射極相連；以及集電極，從所述集電極輸出產(chǎn)生控制信號。
3.根據(jù)權利要求1所述的電路，其特征在于所述控制電壓產(chǎn)生電路包括 第四npn晶體管，具有接收產(chǎn)生控制信號的基極和集電極，并且所述基極和集電極經(jīng)由第二電阻器與高電勢側的第一電源電勢相連； 第五npn晶體管，具有與第四npn晶體管的發(fā)射極相連的基極和集電極，以及經(jīng)由第三電阻器與低電勢側的第二電源電勢相連的發(fā)射極； 第六npn晶體管，具有與第一電源電勢相連的基極和集電極；以及第七npn晶體管，具有基極，接收產(chǎn)生控制信號；集電極，與第六npn晶體管的發(fā)射極相連；以及發(fā)射極，經(jīng)由第四電阻器與第二電源電勢相連，從所述發(fā)射極輸出控制電壓。
4.根據(jù)權利要求1所述的電路，其特征在于所述控制電壓產(chǎn)生電路包括 第四npn晶體管，具有集電極，接收產(chǎn)生控制信號；以及發(fā)射極，與低電勢側的第二電源電勢相連； 第二電阻器，具有與第四npn晶體管的集電極相連的一端以及與高電勢側的第一電源電勢相連的另一端； 電容器，具有與第四npn晶體管的集電極相連的一端以及與第四npn晶體管的基極相連的另一端； 第五npn晶體管，具有基極，接收產(chǎn)生控制信號；以及集電極，與第一電源電勢相連；第六npn晶體管，具有基極和集電極，與第四npn晶體管的基極相連，并經(jīng)由第三電阻器與第五npn晶體管的發(fā)射極相連；以及發(fā)射極，經(jīng)由第四電阻器與第二電源電勢相連；以及 第五電阻器，具有與第五npn晶體管的發(fā)射極相連的一端以及從中輸出控制電壓的另一端。
5.根據(jù)權利要求1所述的電路，其特征在于所述輸入緩沖器包括第六電阻器，具有與指令輸入端子相連的一端以及與高電勢側的第一電源電勢相連的另一端，所述指令輸入端子接收單相切換指令信號；第八npn晶體管，具有基極，經(jīng)由第七電阻器與指令輸入端子相連；發(fā)射極，經(jīng)由第八電阻器與低電勢側的第二電源電勢相連；以及集電極，從所述集電極輸出差分切換指令信號中與單相切換指令信號反相的信號；第九電阻器，具有與第八npn晶體管的基極相連的一端以及與第二電源電勢相連的另一端;第十一電阻器，具有與第八npn晶體管的集電極相連的一端，以及經(jīng)由第十電阻器與第一電源電勢相連的另一端；第十二電阻器，具有與第八npn晶體管的集電極相連的一端以及與第二電源電勢相連的另一端；第十三電阻器，有與第十電阻器和第十一電阻器的連接節(jié)點相連的一端；以及第十四電阻器，具有與第二電源電勢相連的一端以及與第十三電阻器的另一端相連的另一端，從第十四電阻器的另一端輸出差分切換指令信號中與單相切換指令信號同相的信號。
6.根據(jù)權利要求1所述的電路，其特征在于所述輸出電路包括第九npn晶體管,具有基極，與第一差分輸入端子相連，向所述第一差分輸入端子輸入差分輸入信號的第一相輸入信號；以及集電極，經(jīng)由第十五電阻器與高電勢側的第一電源電勢相連，從所述集電極輸出差分輸出信號的第二相輸出信號；第十npn晶體管,具有基極，與第二差分輸入端子相連，向所述第二差分輸入端子輸入差分輸入信號的第二相輸入信號；以及集電極，經(jīng)由第十六電阻器與第一電源電勢相連，從所述集電極輸出差分輸出信號的第一相輸出信號；第十七電阻器，具有第九npn晶體管的發(fā)射極相連的一端以及與第十npn晶體管的發(fā)射極相連的另一端；第H npn晶體管,具有基極，接收控制電壓；集電極，與第九npn晶體管的發(fā)射極相連；以及發(fā)射極，經(jīng)由第十八電阻器與低電勢側的第二電源電勢相連；以及第十二 npn晶體管，具有基極，接收控制電壓；集電極，與第十npn晶體管的發(fā)射極相連；以及發(fā)射極，經(jīng)由第十九電阻器與第二電源電勢相連。
7.根據(jù)權利要求6所述的電路，其特征在于所述輸出電路包括第十三npn晶體管，具有基極，與第一差分輸入端子相連；以及集電極，與第一電源電勢相連；第十四npn晶體管，具有基極，與第二差分輸入端子相連；以及集電極，與第一電源電勢相連；第十五npn晶體管，具有基極，接收控制電壓；集電極，與第十三npn晶體管的發(fā)射極相連；以及發(fā)射極，經(jīng)由第二十電阻器與第二電源電勢相連；第十六npn晶體管,具有基極，接收控制電壓；集電極，與第十四npn晶體管的發(fā)射極相連；以及發(fā)射極，經(jīng)由第二十一電阻器與第二電源電勢相連，第九npn晶體管的基極與第十三npn晶體管的發(fā)射極相連,從而經(jīng)由第十三npn晶體管與第一差分輸入端子相連； 第十npn晶體管的基極與第十四npn晶體管的發(fā)射極相連,從而經(jīng)由第十四npn晶體管與第二差分輸入端子相連； 控制電壓經(jīng)由第二十二電阻器輸入至第十一 npn晶體管的基極；以及 控制電壓經(jīng)由第二十三電阻器輸入至第十二 npn晶體管的基極。
8.根據(jù)權利要求1所述的電路，其特征在于還包括使用npn晶體管的中間緩沖器，所述中間緩沖器插入在輸入緩沖器和產(chǎn)生控制電路之間，并且向產(chǎn)生控制電路輸出從輸入緩沖器輸出的差分切換指令信號，作為中間差分切換指令信號， 其中所述產(chǎn)生控制電路基于所述中間差分切換指令信號輸出產(chǎn)生控制信號。
9.根據(jù)權利要求8所述的電路，其特征在于所述中間緩沖器包括 第十七npn晶體管，具有與高電勢側的第一電源電勢相連的基極和集電極； 第十八npn晶體管(Q21)，具有基極，接收差分切換指令信號中與單相切換指令信號同相的信號；以及集電極，經(jīng)由第二十四電阻器與第十七npn晶體管的發(fā)射極相連； 第十九npn晶體管(Q22)，具有基極，接收差分切換指令信號中與單相切換指令信號反相的信號；以及集電極，經(jīng)由第二十五電阻器與第十七npn晶體管的發(fā)射極相連； 第二十npn晶體管,具有基極，向所述基極施加偏置恒定電壓；集電極，與第十八npn晶體管的發(fā)射極和第十九npn晶體管的發(fā)射極相連；以及發(fā)射極，經(jīng)由第二十六電阻器與低電勢側的第二電源電勢相連； 第二十一 npn晶體管，具有基極，與第十九npn晶體管的集電極相連；集電極，與第一電源電勢相連；以及發(fā)射極，從所述發(fā)射極輸出中間差分切換指令信號中與單相切換指令信號(IOS)同相的信號； 第二十二 npn晶體管,具有基極，與第十八npn晶體管的集電極相連；集電極，與第一電源電勢相連；以及發(fā)射極，從所述發(fā)射極輸出中間差分切換指令信號(12S)中與單相切換指令信號(IOS)反相的信號； 第二十三npn晶體管,具有基極，向所述基極施加偏置恒定電壓；集電極，與第二inpn晶體管的發(fā)射極相連；以及發(fā)射極，經(jīng)由第二十七電阻器與第二電源電勢相連；以及第二十四npn晶體管，具有基極，向所述基極施加偏置恒定電壓；集電極，與第二十二npn晶體管的發(fā)射極相連；以及發(fā)射極，經(jīng)由第二十八電阻器與第二電源電勢相連。
10.根據(jù)權利要求1所述的電路，其特征在于所述控制電壓產(chǎn)生電路根據(jù)在內(nèi)部電阻器處產(chǎn)生的電壓來改變控制電壓，以及 所述產(chǎn)生控制電路通過基于差分切換指令信號經(jīng)由內(nèi)部電阻器從控制電壓產(chǎn)生電路提取電流并改變在內(nèi)部電阻器中流過的電流，來改變在內(nèi)部電阻器處產(chǎn)生的電壓。
專利摘要在信號輸出電路中，輸入緩沖器從外部接收用于命令將輸出電路的狀態(tài)切換至禁用關斷狀態(tài)和啟用關斷狀態(tài)之一的單相切換指令信號，并且將單相指令信號轉(zhuǎn)換為由彼此反相的兩個信號構成的差分切換指令信號，并將其輸出。產(chǎn)生控制電路基于差分切換指令信號，輸出產(chǎn)生控制信號，用于控制在控制電壓產(chǎn)生電路中控制電壓的產(chǎn)生?？刂齐妷寒a(chǎn)生電路基于產(chǎn)生控制信號輸出控制電壓，根據(jù)單相切換指令信號的邏輯改變控制電壓的值。輸出電路從外部接收差分輸入信號，對差分輸入信號進行阻抗轉(zhuǎn)換來輸出差分輸出信號，并且基于控制電壓在差分輸入信號的禁用關斷狀態(tài)和啟用關斷狀態(tài)之間切換。
文檔編號G05F1/56GK202887041SQ20122028720
公開日2013年4月17日 申請日期2012年6月15日 優(yōu)先權日2011年6月20日
發(fā)明者佐野公一, 福山裕之, 野坂秀之, 中村誠, 村田浩一, 十林正俊, 土屋英祐 申請人:日本電信電話株式會社, Ntt電子股份有限公司