專利名稱：用于開關(guān)輸出級的短路保護(hù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體來說涉及電子設(shè)備，且更具體來說涉及用于開關(guān)輸出級的短路保護(hù)。
背景技術(shù)：
在移動裝置中，功率效率具有極高的重要性。為了最大化功率效率，移動裝置利用高效率開關(guān)電路。開關(guān)電路的高效率操作要求低接通狀態(tài)(on-state)開關(guān)電阻。然而，在開關(guān)電路的輸出端子短路的情況下，低接通狀態(tài)開關(guān)電阻可產(chǎn)生大輸出電流。大輸出電流可對開關(guān)電路造成損壞。因此，需要開發(fā)用于高效率開關(guān)輸出級電路中以防止電路損壞的短路保護(hù)電路?？衫貌煌搪繁Ｗo(hù)電路；然而，這些解決方案具有顯著缺點(diǎn)。舉例來說，可添加與輸出晶體管串聯(lián)的保護(hù)電路。盡管此短路保護(hù)電路可防止短路電流，但添加與輸出端串聯(lián)的電路會造成功率耗散的增加且因而降低電路的整體效率。傳統(tǒng)上，切換數(shù)字輸出級，而以連續(xù)方式控制模擬輸出級。然而，存在切換模擬輸出級為有利的情況。圖1展示典型模擬開關(guān)輸出級100的實(shí)例。開關(guān)輸出級100包括驅(qū)動器102以及一對互補(bǔ)輸出晶體管M2 104與Ml 106，所述對互補(bǔ)輸出晶體管經(jīng)配置以驅(qū)動耦合到輸出端子OUT的負(fù)載電路(未圖示)。實(shí)例負(fù)載電路為揚(yáng)聲器。輸出晶體管104、106可為 (例如)雙極結(jié)晶體管(BJT)或金屬氧化物場效應(yīng)晶體管(metal-oxide field effect transistor, M0SFET)。需要非開關(guān)輸出級能夠準(zhǔn)確地建立施加到負(fù)載電路的電流或電壓。建立準(zhǔn)確模擬輸出電流(或電壓)的已知技術(shù)為測量輸出端子OUT處的輸出電流(或電壓)，并經(jīng)由反饋回路來調(diào)整輸出級晶體管的柵極電壓，直到所測量的輸出電流(或電壓)達(dá)到所要值為止。 因?yàn)槔鏜1、M2(106、104)等輸出晶體管耗散大量功率(減少了傳遞到負(fù)載的功率)，所以最終也降低非開關(guān)輸出級的效率。在開關(guān)輸出配置中，晶體管柵極電壓未準(zhǔn)確地調(diào)整。相反地，在高電壓與低電壓之間雙態(tài)觸發(fā)輸出晶體管柵極電壓。在NMOS晶體管的情況中，當(dāng)柵極電壓為高時，晶體管處于接通狀態(tài)。相反地，當(dāng)NMOS晶體管柵極電壓為低時，晶體管處于關(guān)斷狀態(tài)。在PMOS晶體管的情況下，當(dāng)柵極電壓為高時，晶體管處于關(guān)斷狀態(tài)。相反地，當(dāng)PMOS晶體管柵極為低時，晶體管處于接通狀態(tài)。在接通狀態(tài)中，晶體管的漏極端子與源極端子之間的電阻最小化。此電阻降低導(dǎo)致跨越晶體管端子的低電壓。低電阻和低電壓導(dǎo)致晶體管中的低功率耗散。電壓、電流、電阻與功率耗散之間的關(guān)系可表達(dá)如下
P = VI = I2R等式(1)在關(guān)斷狀態(tài)中，晶體管的漏極端子與源極端子之間的電阻最大化。電阻增加導(dǎo)致流經(jīng)晶體管的電流減少。晶體管電流減少導(dǎo)致低功率耗散。在晶體管的接通狀態(tài)與關(guān)斷狀態(tài)期間的低功率耗散特性允許開關(guān)電路實(shí)現(xiàn)非常低的功率耗散和隨之而來的高功率效率。 開關(guān)電路的一實(shí)例為D類電路?？赏ㄟ^測量輸出電流并在觀測到給定閾值時減少輸出電流來實(shí)現(xiàn)所述級的短路保護(hù)。能夠測量輸出電流的電路可與電路輸出端串聯(lián)耦合。然而，串聯(lián)電路配置將導(dǎo)致額外功率的耗散，所述額外功率原本可傳遞到負(fù)載電路。因此串聯(lián)耦合的解決方案將降低輸出級的效率。或者，以并聯(lián)方式耦合測量電路以便測量輸出電流具有以下缺點(diǎn)同一電路不提供對傳遞到負(fù)載電路的功率的任何降低，且因此不能對短路條件進(jìn)行防護(hù)。圖2展示具有短路保護(hù)的典型開關(guān)輸出級200的實(shí)例。開關(guān)輸出級200包括驅(qū)動器203，其經(jīng)由短路保護(hù)電路201耦合到輸出晶體管204。短路保護(hù)電路201包括參考晶體管Mla 202，其柵極耦合到輸出晶體管M1 204的柵極，以及驅(qū)動器203的輸出端。晶體管Mla 202和M1 204的柵極端子耦合到驅(qū)動器輸出端子。晶體管Mla 202和M1 204的源極端子耦合到接地。晶體管Mla 202為輸出晶體管M1 204的經(jīng)縮放的型式。在飽和區(qū)域中，流經(jīng)晶體管Mla 202的電流Ila為流經(jīng)輸出晶體管M1 204的電流I1的經(jīng)縮放的型式。電流限制電路205耦合到參考晶體管Mla的漏極以限制通過參考晶體管Mla 202和輸出晶體管Ml 204 的電流。通過晶體管Ml 204的輸出電流I1與通過參考晶體管Mla 202的參考電流Ila之間的關(guān)系可表達(dá)為
廣W L )Ila=I1等式 O)
IWlLlaj當(dāng)裝置不在飽和區(qū)域中操作時，流經(jīng)晶體管Mla 202的電流Ila不能被準(zhǔn)確地縮放為流經(jīng)晶體管M1 204的電流Ip因此當(dāng)不在飽和區(qū)域中操作時，晶體管電流改為非常依賴于跨越晶體管的漏極與源極端子而施加的電壓。對于例如可與D類級和電容電荷泵電路一起使用的模擬開關(guān)輸出級(其中開關(guān)輸出晶體管未經(jīng)配置成僅在飽和區(qū)域中操作)，需要改進(jìn)的短路保護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容


圖1展示典型模擬開關(guān)輸出級的實(shí)例。圖2展示具有短路保護(hù)的典型開關(guān)輸出級的實(shí)例。圖3為具有短路保護(hù)的模擬開關(guān)輸出級的第一示范性實(shí)施例。圖4展示根據(jù)第二示范性實(shí)施例的開關(guān)輸出級的示范性實(shí)施例，其中圖3的運(yùn)算放大器實(shí)施為單晶體管配置。圖5為具有兩個輸出晶體管的開關(guān)輸出級的另一示范性實(shí)施例，其中每一輸出晶體管由與圖4的開關(guān)輸出級配置類似的開關(guān)輸出級配置進(jìn)行短路保護(hù)。圖6為與圖5的開關(guān)輸出級類似的開關(guān)輸出級的示范性實(shí)施例，但展示了在反饋配置中用以獨(dú)立調(diào)節(jié)輸出電流的反相器。圖7展示與圖6的開關(guān)輸出級類似的開關(guān)輸出級的示范性實(shí)施例，其具備增大電流能力。圖8為與圖7的開關(guān)輸出級類似的開關(guān)輸出級的另一示范性實(shí)施例，其中使用額外晶體管來替代比較器。圖9為與圖8的開關(guān)輸出級類似的開關(guān)輸出級的另一示范性實(shí)施例，其中包含獨(dú)
立偏壓。圖10展示開關(guān)輸出級，其用作圖9的開關(guān)輸出級900的獨(dú)立且分離的互補(bǔ)開關(guān)輸出級。
具體實(shí)施例方式詞語“示范性”在本文中用以表示“充當(dāng)一實(shí)例、例子或說明”。本文中描述為“示范性”的任何實(shí)施例不必被理解為比其它實(shí)施例優(yōu)選或有利。下文中結(jié)合附圖所闡述的詳細(xì)描述希望作為對本發(fā)明的示范性實(shí)施例的描述，且不希望表示可實(shí)踐本發(fā)明的僅有實(shí)施例。貫穿此描述所使用的術(shù)語“示范性”表示“充當(dāng)一實(shí)例、例子或說明”，且未必應(yīng)被解釋為比其它示范性實(shí)施例優(yōu)選或有利。所述詳細(xì)描述包括特定細(xì)節(jié)以便實(shí)現(xiàn)提供對本發(fā)明的示范性實(shí)施例的透徹理解的目的。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見，可在無這些特定細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐本發(fā)明的示范性實(shí)施例。在一些情況下，以框圖形式展示眾所周知的結(jié)構(gòu)和裝置以便避免混淆本文中所存在的示范性實(shí)施例的新穎性。本發(fā)明的示范性實(shí)施例針對開關(guān)輸出級中的短路保護(hù)。這些示范性實(shí)施例保護(hù)開關(guān)輸出級使之免受短路條件下可造成裝置損壞的過大輸出電流的影響。為了達(dá)到此目標(biāo)的設(shè)計(jì)技術(shù)包括通過結(jié)合用于使漏極電壓實(shí)質(zhì)上相等的電路，與開關(guān)晶體管并聯(lián)地放置經(jīng)縮放的晶體管來測量開關(guān)晶體管中的電流。用于短路保護(hù)的各種技術(shù)包含(a)組合地使用晶體管和運(yùn)算放大器，(b)使用單一晶體管來替代運(yùn)算放大器， (c)使用一電路來產(chǎn)生過電流檢測信號，(d)將過電流檢測信號提供到驅(qū)動器電路以便減少輸出電流，(e)使用反饋來調(diào)節(jié)輸出電流，(f)使用開關(guān)在正常操作期間繞過電流調(diào)節(jié)器，以及(g)在過電流情況中自動斷開此開關(guān)。結(jié)合圖3到圖10對這些和其它方面進(jìn)行更詳細(xì)地描述。如圖所示的開關(guān)輸出級可形成集成電路的一部分，或可為離散電路。類似地，經(jīng)保護(hù)不受損壞的裝置可為任何使用開關(guān)輸出級的裝置，包括例如無線通信裝置(包括移動裝置、膝上型計(jì)算機(jī)、筆記型計(jì)算機(jī)等)等裝置。圖3為具有開關(guān)輸出晶體管的開關(guān)輸出級300的第一示范性實(shí)施例，所述開關(guān)輸出晶體管具有短路保護(hù)。根據(jù)所述示范性實(shí)施例，開關(guān)輸出晶體管可操作于不飽和區(qū)域中且所受到的保護(hù)與其在飽和區(qū)域中操作時一樣好。開關(guān)輸出級300包括耦合到漏極等化電路301的電流檢測晶體管Mla 306、驅(qū)動器 303，和用于對輸出晶體管Ml 308進(jìn)行短路保護(hù)的電流限制電路305。漏極等化電路301包含測量晶體管M3 304和運(yùn)算放大器Al 302。漏極等化電路 301測量輸出晶體管Ml 308的漏極電壓，并經(jīng)由反饋回路將所測量的電壓施加到電流檢測晶體管Mla 306的漏極端子。以此方式，晶體管306和308兩者的漏極電壓經(jīng)設(shè)定到類似電位以產(chǎn)生參考電流Ila，其為電流Il的精確的經(jīng)縮放的量度。如圖所示，運(yùn)算放大器Al 302的輸出端耦合到晶體管M3 304的柵極端子。晶體管M3 304的源極端子耦合到晶體管Mla 306的漏極端子。晶體管M3 304的漏極端子耦合到電流限制電路305。晶體管Mla 306和Ml 308的源極端子耦合到接地。以一方式耦合漏極電壓等化電路301，使得存在于輸出晶體管Ml 308的每一端子處的電壓存在于電流檢測晶體管Mla的每一對應(yīng)端子處。因此，即使當(dāng)不在輸出晶體管的飽和區(qū)域中操作時，也以最小額外功率消耗提供適當(dāng)?shù)亩搪繁Ｗo(hù)。此處應(yīng)注意，展示了僅具有一個輸出晶體管Ml 308及其相應(yīng)短路保護(hù)的開關(guān)輸出級。將需要第二運(yùn)算放大器來測量漏極電壓并保護(hù)第二輸出晶體管，所述電壓將經(jīng)由反饋回路施加到第二測量晶體管的漏極端子。結(jié)合下文進(jìn)一步描述的替代實(shí)施例，在圖5和圖10中展示以互補(bǔ)晶體管方式配置的第二晶體管的實(shí)例。應(yīng)了解，類似標(biāo)記的組件(例如，Ml、M2和M3等)意在表示與隨后的圖中具有相同標(biāo)識的組件有類似布置和功能的組件。在每一情況下，不同參考數(shù)字可用來表示各圖中的類似組件。此僅為了便于參考起見，且除了所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將較好理解的顯而易見的技術(shù)差別外，不另外隱含或暗示差別。圖4展示根據(jù)第二示范性實(shí)施例的開關(guān)輸出級400的示范性實(shí)施例，其中圖3的運(yùn)算放大器經(jīng)實(shí)施為單晶體管配置。此處，展示漏極等化電路401，其包含耦合到單晶體管虬408的晶體管M3 406，單晶體管M4 408替代圖3中所示的運(yùn)算放大器A1 302。利用耦合到供電電壓Vsup的晶體管 M5 402和禮404來實(shí)施一對電流源，所述對電流源用以調(diào)節(jié)供應(yīng)到開關(guān)輸出級400中的電流，且特定來說供應(yīng)到電流檢測晶體管410中的電流。在輸出電流I1小于保護(hù)閾值且電流Ila小于由晶體管M5 402傳遞的標(biāo)稱電流的情況下，在節(jié)點(diǎn)OC處的過電流電壓為高，其值近似等于供電電壓Vsup。在輸出電流Il大于保護(hù)閾值的情況下，Ila的標(biāo)稱值大于晶體管M5 402的標(biāo)稱漏極電流。此又將節(jié)點(diǎn)OC驅(qū)動到接近接地的電壓電平。因此，節(jié)點(diǎn)OC在正常操作條件下處于較高的電壓電平，且在輸出級傳遞大于閾值的電流時處于較低的電壓電平。耦合到節(jié)點(diǎn)OC的驅(qū)動器403使用節(jié)點(diǎn)OC處的所檢測的電壓電平來關(guān)斷輸出晶體管虬412，且因而保護(hù)輸出晶體管禮412使之免受短路電流影響。此處應(yīng)注意，展示了僅用于輸出晶體管虬412的短路保護(hù)。圖5為具有兩個輸出晶體管Ml和M2(524、514)的開關(guān)輸出級500的另一示范性實(shí)施例，其中每一輸出晶體管由與圖4的開關(guān)輸出級配置類似的開關(guān)輸出級配置加以短路保護(hù)。如圖所示，開關(guān)輸出級500的第二輸出晶體管M2 514以與第一輸出晶體管Ml 524 受保護(hù)的方式類似的方式受到保護(hù)，其以與圖4的輸出晶體管Ml 412相同的方式進(jìn)行配置和操作。此處，提供兩個漏極等化電路501和501a，其分別包含晶體管M3、M4 (506、508)以及 M7、M8(516、518)。漏極等化電路501a將晶體管禮514和M2a 512的漏極電壓設(shè)定到相同電壓。鑒于M2 514和M2a 512的漏極電壓被設(shè)定到相同電壓電平，晶體管M2a 512中的電流為晶體管M2 514中的電流的準(zhǔn)確的經(jīng)縮放量度。當(dāng)晶體管禮514中流動的電流大于閾值時，節(jié)點(diǎn)0C2處的第二過電流電壓變高，具有近似等于Vsup的值，所述Vsup對應(yīng)于電源電壓。信號OC和 0C2將過流情況傳達(dá)到驅(qū)動器590，所述驅(qū)動器590通過減少輸出電流來作出反應(yīng)。驅(qū)動器 590通過降低晶體管M1 5對和禮514的驅(qū)動電壓來減少輸出電流?；蛘?，驅(qū)動器590可通過將輸出晶體管M1 5對或禮514切換到關(guān)斷狀態(tài)來減少輸出電流。圖6為與圖5的開關(guān)輸出級類似的開關(guān)輸出級600的另一示范性實(shí)施例，但展示了在反饋配置中用以獨(dú)立地調(diào)節(jié)輸出電流的反相器。在圖5中，通過經(jīng)由驅(qū)動器590的干預(yù)而限制輸出電流來提供電流調(diào)節(jié)。在圖6 中，獨(dú)立于驅(qū)動器690來對驅(qū)動器輸出電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。此處，使用反饋來調(diào)節(jié)輸出電流。在正常操作中，電壓Vd接近于供電電壓。此電壓為反相器供電，所述反相器由晶體管M11 612 和M12 610組成。如果反相器的輸入電壓低，那么M12 610處于接通狀態(tài)且M11 612處于關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)處于接通狀態(tài)時，M12 610使M1的柵極耦合到Vd，因而將晶體管M1 616設(shè)定到接通狀態(tài)。在晶體管虬616中的電流變得太大的情況下，晶體管Mla 614中的電流變得比由晶體管M5 602傳遞的標(biāo)稱電流大。這使Vd和晶體管軋614的柵極電壓降低，直到晶體管Mla 614中的電流等于由晶體管禮602傳遞的電流為止。此將把晶體管M1 616中的電流限制到由晶體管M5 602傳遞的電流乘以晶體管M1 616與Mla 614之間的比例因子。在晶體管禮616為具有大柵極電容的大晶體管的情況下，晶體管M5 602必須將大量電荷傳遞到晶體管M1 616的柵極以便將晶體管M1 616切換到接通狀態(tài)。晶體管M5 602 所傳遞的電流可能不足以在可接受的時間量內(nèi)對晶體管M1 616的柵極充電。在此類情況中可能需要能夠增大所提供的電流的電路。圖7展示與圖6的開關(guān)輸出級類似的開關(guān)輸出級700的示范性實(shí)施例，其具備增大電流能力。此處，晶體管M13 710和M14 704提供短路檢測器的額外輸出Vd2。晶體管M15 702 將額外電流提供到輸出晶體管M1 722。經(jīng)由比較器790，通過輸出Vd2處的電壓來控制由晶體管M15 702提供的額外電流。額外偏壓電路提供增大的電流以便在晶體管M1 722為具有大柵極電容的大晶體管的情況下將大量電荷供應(yīng)到晶體管M1 722的柵極。開關(guān)輸出級700還包括電流增大控制電路，其包含晶體管M15 702和比較器790。 當(dāng)晶體管M15 702的漏極端子耦合到晶體管M12 716的源極和晶體管禮706的漏極端子時， M15 702的源極耦合到Vsup。晶體管M15 702的柵極端子又耦合到比較器790的輸出端子。 節(jié)點(diǎn)Vd2耦合到比較器790的輸入端。參考電壓(未圖示)也耦合到比較器790的輸入端。此處應(yīng)注意，設(shè)定比較電平使得比較器對節(jié)點(diǎn)Vd2處的電壓變化作出反應(yīng)可為有利的。在正常操作中，開關(guān)M15 702閉合且實(shí)現(xiàn)向晶體管M1 722的柵極提供電流的低電阻路徑。電流Ila在晶體管M3 712與M13 710之間被分裂。在過電流的情況下，電流Ila足夠大，足以降低節(jié)點(diǎn)Vd2處的電壓。比較器790對此情況進(jìn)行檢測并將晶體管M15 702斷開到關(guān)斷狀態(tài)。一旦晶體管M15 702處于關(guān)斷狀態(tài)，晶體管M3 712就控制節(jié)點(diǎn)Vd處的電壓并經(jīng)由其以與上文描述的圖6中的開關(guān)輸出級600相同的方式來調(diào)節(jié)晶體管M1 722中的電流。
應(yīng)了解，圖7中所示的比較器790可以多種晶體管配置來實(shí)施。圖8展示與圖7的開關(guān)輸出級類似的開關(guān)輸出級800的示范性實(shí)施例，其中使用晶體管M16 802和M17 812來替代比較器790。此處，晶體管禮6 802和M17 812替代圖7中所示的比較器790。當(dāng)晶體管M16 802 的漏極端子耦合到晶體管M17 812的漏極端子且耦合到晶體管M15 804的柵極端子時，晶體管M16 802的源極端子耦合到Vsup。Mni 802的柵極端子又耦合到節(jié)點(diǎn)Vd2。晶體管M17 812 的柵極端子耦合到偏壓參考電壓。M16和M17檢測存在于節(jié)點(diǎn)Vd2上的電壓。當(dāng)存在于節(jié)點(diǎn)Vd2處的電壓降低到閾值電壓以下時，晶體管M16 802的漏極端子處的電壓變高，因而迫使晶體管M15 804進(jìn)入關(guān)斷狀態(tài)。一旦晶體管M15 804處于關(guān)斷狀態(tài)，晶體管M3 820就控制節(jié)點(diǎn)Vd處的電壓并經(jīng)由其以與上文描述的圖7中的開關(guān)輸出級700相同的方式來調(diào)節(jié)晶體管M1 826中的電流。當(dāng)存在于節(jié)點(diǎn)Vd2處的電壓升到閾值電壓以上時，晶體管M16 802的漏極端子處的電壓變低，因而迫使晶體管M15 804進(jìn)入接通狀態(tài)。一旦晶體管M15 804處于接通狀態(tài)，其就控制節(jié)點(diǎn)Vd處的電壓并將晶體管M1擬6的柵極充電到供電電壓，從而控制晶體管M1 826 進(jìn)入接通狀態(tài)。圖9為與圖8的開關(guān)輸出級類似的開關(guān)輸出級900的另一示范性實(shí)施例，其包括獨(dú)立的偏壓。此處，額外晶體管Mlb 918耦合到晶體管M13 920的源極以提供用以獨(dú)立地偏置 M13的供電電流。通過以此方式利用額外晶體管Mlb 918，提供了對流經(jīng)晶體管M13 920的電流的更準(zhǔn)確的控制。圖10展示開關(guān)輸出級1000，其用作圖9的開關(guān)輸出級900的獨(dú)立且分離的互補(bǔ)開關(guān)輸出級。正如可容易了解到的，與開關(guān)輸出級900中類似布置的晶體管相比，開關(guān)輸出級 1000中的晶體管的布置為相反的以對輸出晶體管M2 1012進(jìn)行短路保護(hù)，所述輸出晶體管 M2 1012經(jīng)配置以與輸出晶體管Ml擬8互補(bǔ)地操作。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，可使用多種不同技藝和技術(shù)中的任一者來表示信息和信號。舉例來說，可通過電壓、電流、電磁波、磁場或磁粒子、光場或光粒子或其任何組合來表示可遍及以上描述所引用的數(shù)據(jù)、指令、命令、信息、信號、位、符號和碼片。技術(shù)人員將進(jìn)一步了解，結(jié)合本文中所揭示的實(shí)施例而描述的各種說明性邏輯塊、模塊、電路和算法步驟可實(shí)施為電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件或兩者的組合。為了清楚地說明硬件與軟件的此可互換性，上文已大體上在功能性方面描述了各種說明性組件、塊、模塊、 電路和步驟。此功能性實(shí)施為硬件還是軟件視特定應(yīng)用和強(qiáng)加于整個系統(tǒng)的設(shè)計(jì)約束而定。熟練的技術(shù)人員可針對每一特定應(yīng)用以不同方式來實(shí)施所描述的功能性，但此類實(shí)施決策不應(yīng)被解釋為導(dǎo)致脫離本發(fā)明的示范性實(shí)施例的范圍?？赏ㄟ^通用處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或其它可編程邏輯裝置、離散門或晶體管邏輯、離散硬件組件，或其經(jīng)設(shè)計(jì)以執(zhí)行本文中所描述的功能的任何組合來實(shí)施或執(zhí)行結(jié)合本文中所揭示的實(shí)施例而描述的各種說明性邏輯塊、模塊和電路。通用處理器可為微處理器，但在替代方案中，處理器可為任何常規(guī)處理器、控制器、微控制器或狀態(tài)機(jī)。處理器也可實(shí)施為計(jì)算裝置的組合，例如， DSP與微處理器的組合、多個微處理器、結(jié)合DSP核心的一個或一個以上微處理器，或任一其它此類配置。結(jié)合本文中所揭示的實(shí)施例而描述的方法或算法的步驟可直接體現(xiàn)于硬件中、由處理器執(zhí)行的軟件模塊中，或兩者的組合中。軟件模塊可駐留于隨機(jī)存取存儲器(RAM)、快閃存儲器、只讀存儲器(ROM)、電可編程ROM(EPROM)、電可擦除可編程ROM (EEPROM)、寄存器、硬盤、可拆卸盤、CD-ROM或此項(xiàng)技術(shù)中已知的任何其它形式的存儲媒體中。將示范性存儲媒體耦合到處理器以使得所述處理器可從所述存儲媒體讀取信息以及將信息寫入到所述存儲媒體。在替代方案中，存儲媒體可與處理器成一體式。處理器和存儲媒體可駐留于 ASIC中。所述ASIC可駐留于用戶終端中。在替代方案中，處理器和存儲媒體可作為離散組件而駐留于用戶終端中。在一個或一個以上示范性實(shí)施例中，可在硬件、軟件、固件或其任何組合中實(shí)施所描述的功能。如果以軟件來實(shí)施，那么可將所述功能作為一個或一個以上指令或代碼而存儲于計(jì)算機(jī)可讀媒體上或經(jīng)由計(jì)算機(jī)可讀媒體來發(fā)射。計(jì)算機(jī)可讀媒體包括計(jì)算機(jī)存儲媒體與通信媒體兩者，通信媒體包括促進(jìn)計(jì)算機(jī)程序從一處傳送到另一處的任何媒體。存儲媒體可為可由計(jì)算機(jī)存取的任何可用媒體。舉例來說且并非限制，此類計(jì)算機(jī)可讀媒體可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盤存儲裝置、磁盤存儲裝置或其它磁性存儲裝置， 或可用以載運(yùn)或存儲呈指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式的所要程序代碼并可由計(jì)算機(jī)存取的任何其它媒體。并且，將任何連接恰當(dāng)?shù)胤Q為計(jì)算機(jī)可讀媒體。舉例來說，如果使用同軸電纜、 光纖纜線、雙絞線、數(shù)字訂戶線(DSL)或無線技術(shù)(例如紅外線、無線電和微波)從網(wǎng)站、服務(wù)器或其它遠(yuǎn)程源發(fā)射軟件，那么同軸電纜、光纖纜線、雙絞線、DSL或無線技術(shù)(例如紅外線、無線電和微波)包括于媒體的定義中。如本文中所使用，磁盤(Disk)和光盤(disc)包括緊密光盤(CD)、激光光盤、光學(xué)光盤、數(shù)字多功能光盤(DVD)、軟性磁盤和藍(lán)光光盤，其中磁盤通常以磁性方式再現(xiàn)數(shù)據(jù)，而光盤通過激光以光學(xué)方式再現(xiàn)數(shù)據(jù)。以上內(nèi)容的組合也應(yīng)包括在計(jì)算機(jī)可讀媒體的范圍內(nèi)。提供對所揭示的示范性實(shí)施例的先前描述以使所屬領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠制造或使用本發(fā)明。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將易于了解對這些示范性實(shí)施例的各種修改，且在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，本文所界定的一般原理可應(yīng)用于其它實(shí)施例。因此， 本發(fā)明不希望限于本文中所展示的實(shí)施例，而是應(yīng)被賦予與本文中所揭示的原理和新穎特征一致的最廣范圍。
權(quán)利要求
1.一種具有用于輸出晶體管的短路保護(hù)的開關(guān)輸出級，其包含 電流檢測晶體管，其與所述輸出晶體管并聯(lián)耦合；以及漏極電壓等化電路，其耦合到所述輸出晶體管和所述電流檢測晶體管，使得存在于所述輸出晶體管的每一端子處的電壓存在于所述電流檢測晶體管的每一對應(yīng)端子處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)輸出級，其進(jìn)一步包含用以調(diào)節(jié)經(jīng)過所述電流檢測晶體管的電流的電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開關(guān)輸出級，其中所述用以調(diào)節(jié)的電路產(chǎn)生過電流檢測信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的開關(guān)輸出級，其中所述過電流檢測信號用于調(diào)整驅(qū)動器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的開關(guān)輸出級，其中所述驅(qū)動器響應(yīng)于所述過電流檢測信號而調(diào)整所述輸出晶體管的電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開關(guān)輸出級，其中所述開關(guān)輸出級包括至少兩個輸出晶體管。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開關(guān)輸出級，其進(jìn)一步包含耦合到所述輸出晶體管的反相
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的開關(guān)輸出級，其中所述反相器響應(yīng)于過電流檢測信號(Vd)而調(diào)整所述輸出晶體管電流。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的開關(guān)輸出級，其進(jìn)一步包含用于增大電流的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的開關(guān)輸出級，其中所述用于增大所述電流的裝置包含用于將偏壓電流提供到所述開關(guān)輸出級的裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的開關(guān)輸出級，其中所述用于增大的裝置包括比較器和開關(guān)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的開關(guān)輸出級，其中所述比較器包含至少一個晶體管。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的開關(guān)輸出級，其中所述偏壓電流被獨(dú)立地設(shè)定。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的開關(guān)輸出級，其中所述開關(guān)輸出級包括至少兩個輸出晶體管。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)輸出級，其中所述開關(guān)輸出級包括至少兩個輸出晶體管。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)輸出級，其進(jìn)一步包含耦合到所述輸出晶體管的反相
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的開關(guān)輸出級，其中所述反相器響應(yīng)于過電流檢測信號(Vd) 而調(diào)整所述輸出晶體管電流。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的開關(guān)輸出級，其進(jìn)一步包含用于增大所述電流的裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的開關(guān)輸出級，其中所述用于增大所述電流的裝置包含用于將偏壓電流提供到所述開關(guān)輸出級的裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的開關(guān)輸出級，其中所述用于增大的裝置包括比較器和開關(guān)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的開關(guān)輸出級，其中所述比較器包含至少一個晶體管。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的開關(guān)輸出級，其中所述偏壓電流被獨(dú)立地設(shè)定。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的開關(guān)輸出級，其中所述開關(guān)輸出級包括至少兩個晶體管。
24.一種具有用于輸出晶體管的短路保護(hù)的開關(guān)輸出級，其包含； 用于測量所述輸出晶體管的電流的裝置；用于設(shè)定所述輸出晶體管的端子處的電壓的裝置；以及用于調(diào)節(jié)所述輸出晶體管的所述電流的裝置。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的開關(guān)輸出級，其進(jìn)一步包含； 用于檢測何時正發(fā)生過電流事件的裝置；以及用于在檢測到過電流事件時調(diào)整所述輸出晶體管的所述電流的裝置。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的開關(guān)輸出級，其進(jìn)一步包含用于在正常操作期間將偏壓電流提供到所述開關(guān)輸出級且用于在過電流操作期間不提供偏壓電流的裝置。
27.一種裝置，其包括具有用于輸出晶體管的短路保護(hù)的開關(guān)輸出級，所述開關(guān)輸出級包含電流檢測晶體管，其與所述輸出晶體管并聯(lián)耦合；以及漏極電壓等化電路，其耦合到所述輸出晶體管和所述電流檢測晶體管，使得存在于所述輸出晶體管的每一端子處的電壓存在于所述電流檢測晶體管的每一對應(yīng)端子處。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的裝置，其中所述裝置為無線通信裝置。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的裝置，其中所述裝置為集成電路。
全文摘要
本發(fā)明描述一種在開關(guān)輸出級中的短路保護(hù)，其用于保護(hù)開關(guān)輸出級使之在短路條件下免受可造成裝置損壞的過大輸出電流的影響。用以達(dá)到此目標(biāo)的設(shè)計(jì)技術(shù)包括通過結(jié)合用于使漏極電壓實(shí)質(zhì)上相等的電路，與開關(guān)晶體管并聯(lián)地放置經(jīng)縮放的晶體管來測量開關(guān)晶體管中的電流。用于短路保護(hù)的各種技術(shù)包含(a)組合地使用晶體管和運(yùn)算放大器，(b)使用單一晶體管來替代所述運(yùn)算放大器，(c)使用一電路來產(chǎn)生過電流檢測信號，(d)將過電流檢測信號提供到驅(qū)動器以便降低輸出電流，(e)使用反相器來反饋調(diào)節(jié)輸出電流，(f)使用開關(guān)在正常操作期間繞過所述電流調(diào)節(jié)器，以及(g)在過電流情況中自動斷開此開關(guān)。
文檔編號H03K17/082GK102449908SQ201080023264
公開日2012年5月9日 申請日期2010年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月28日
發(fā)明者赫里特·格勒內(nèi)沃爾德 申請人:高通股份有限公司