專利名稱：一種低壓差分信號發(fā)送器輸出級驅(qū)動電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及CMOS模擬集成電路設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種帶有主次兩路開關(guān)管的低電壓差分信號(Low-Voltage Differential Signaling,LVDS)發(fā)送器輸出級驅(qū)動電路。
背景技術(shù)：
在信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展的今天，對高速接口技術(shù)不斷提出新的要求和新的指標(biāo)，其中低功耗、高速度和高穩(wěn)定性是亟待解決的主要問題。低壓差分信號技術(shù)，是20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的一種數(shù)據(jù)傳輸和接口技術(shù)，是解決當(dāng)今普通I/O接口問題的一種新技術(shù)。相對于其他傳輸技術(shù)，LVDS具有傳輸速度高、抗噪聲能力強、功耗低、低電磁福射等諸多優(yōu)點。因此，LVDS技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。在傳統(tǒng)的LVDS發(fā)送器中的輸出驅(qū)動電路，多采用只有主開關(guān)管的結(jié)構(gòu)。但是在控制主開關(guān)管的差分信號電平切換的過程中，尤其是當(dāng)這對差分信號由于干擾或其他原因造成了不是完全對稱的情況下，會導(dǎo)致所有主開關(guān)管在狀態(tài)轉(zhuǎn)換時的很短時間內(nèi)都處于基本關(guān)斷狀態(tài)。這時電流源的電流沒有流出通路，即不能有效通過開關(guān)管流過終端電阻，從而增加了輸出電壓的上升和下降時間。同時電流源的漏端電壓會有一個很大的波動，同理電流沉的漏端電壓也會出現(xiàn)一個很大的波動。這些波動一是會造成終端電阻上的共模電壓有個較大的波動，使共模電壓不穩(wěn)定，二是會造成輸出的差分電壓在高低電平切換時產(chǎn)生一定的過沖。在LVDS的國際標(biāo)準(zhǔn)中對共模電壓的穩(wěn)定度等都有明確的要求，所以解決這些問題是很有必要的。同時這些節(jié)點上的電壓波動會造成電流源和電流沉的漏極對地的寄生電容中的電荷量發(fā)生變化，當(dāng)開關(guān)管正常導(dǎo)通時要對這些電容重新充放電，這樣也減慢了發(fā)送器輸出級電路的工作速度。因此本發(fā)明在此背景下提出了一種帶有主次兩路開關(guān)管的低壓差分信號發(fā)送器輸出級驅(qū)動電路，以滿足穩(wěn)定共模電壓，減小輸出信號的上升下降時間，在一定程度上減小輸出信號在高低電平切換時的過沖現(xiàn)象，同時具有低功耗的特點。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題本發(fā)明的目的在于提供一種帶有主次兩路開關(guān)管的低壓差分信號發(fā)送器輸出級驅(qū)動電路，以解決現(xiàn)有低壓差分信號發(fā)送器共模電壓不穩(wěn)，輸出信號有過沖現(xiàn)象等方面的問題。本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)可提高穩(wěn)定電路共模電壓穩(wěn)定度，減小輸出信號過沖現(xiàn)象，同時具有低功耗以及減少輸出信號的上升下降時間的特點。( 二 )技術(shù)方案為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種低壓差分信號發(fā)送器輸出級驅(qū)動電路，該電路包括第一至第四主開關(guān)管(Mal、Ma2、Ma3、Ma4)，第五及第六電流源(M5、M6)，第七及第八電流沉(M7、M8)，和負(fù)載電阻R ;其中，第一至第四主開關(guān)管(Mal、Ma2、Ma3、Ma4)構(gòu)成主開關(guān)管橋式電路:第一主開關(guān)管Mal的源極連接于第二主開關(guān)管Ma2的源極、第五及第六電流源(M5、M6)的漏極；第五及第六電流源(M5、M6)的源極連接于電源；第一主開關(guān)管Mal的漏極連接于第三主開關(guān)管Ma3的漏極，并同時與負(fù)載電阻R的一端相連接；第二主開關(guān)管Ma2的漏極連接于第四主開關(guān)管Ma4的漏極，并同時與負(fù)載電阻R的另一端相連接；第三主開關(guān)管Ma3的源極連接第四主開關(guān)管Ma4的源極，同時連接于第七及第八電流沉(M7、M8)的漏極；第七及第八電流沉(M7、M8)的源極接地；該電路還包括由第一至第四次開關(guān)管(Mbl、Mb2、Mb3、Mb4)構(gòu)成的次開關(guān)管橋式電路:第一次開關(guān)管Mbl的漏極與第二次開關(guān)管Mb2的漏極均連接于第五電流源M5的漏極，第三次開關(guān)管Mb3的源極和第四次開關(guān)管Mb4的源極均連接于第七電流沉M7的漏極，第一次開關(guān)管Mbl的源極連接于第三次開關(guān)管Mb3的漏極，并同時連接第一主開關(guān)管Mal的漏極，第二次開關(guān)管Mb2的源極連接于第四次開關(guān)管Mb4的漏極，并同時連接于第二主開關(guān)管Ma2的漏極。上述方案中，所述主開關(guān)管橋式電路用于作為在電平穩(wěn)定時的主要電流通路，所述次開關(guān)管橋式電路在電平轉(zhuǎn)換的過程中開啟，其他時間處于截止?fàn)顟B(tài)。上述方案中，所述第五電流源M5和所述第七電流沉M7用于起反饋作用。上述方案中，所述第六電流源M6是電流為定值的電流源，所述第八電流沉M8是電流為定值的電流沉。上述方案中，該電路還包括:用于提取共模電壓的第一電阻Rcl和第二電阻Rc2，其中:第五及第六電流源(M5、M6)的漏極與第一主開關(guān)管Ma1、第二主開關(guān)管Ma2的源極及第一次開關(guān)管Mbl、第二次開關(guān)管Mb2的漏極相連接；第一主開關(guān)管Mal的漏極和第一次開關(guān)管Mbl的源極相連接，再與第三主開關(guān)管Ma3、第三次開關(guān)管Mb3的漏極相連接，并與第一電阻Rcl的一端相連接，同時連接負(fù)載電阻R的一端；第二主開關(guān)管Ma2的漏極和第二次開關(guān)管Mb2的源極相連接，再與第四主開關(guān)管Ma4、第四次開關(guān)管Mb4的漏極相連接，并與第二電阻Rc2的一端相連接，同時連接負(fù)載電阻R的另一端；第一電阻Rcl的另一端與第二電阻Rc2的另一端相連接；第三主開關(guān)管Ma3、第四主開關(guān)管Ma4、第三次開關(guān)管Mb3、第四次開關(guān)管Mb4的源極與第七及第八電流沉(M7、M8)的漏極相連接。(三)有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案產(chǎn)生的有益效果如下:1、本發(fā)明提供的低壓差分信號發(fā)送器輸出級驅(qū)動電路，通過采用一種帶有主次雙路開關(guān)管的低壓差分信號驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)，增加了電路共模電壓穩(wěn)定性，減小輸出信號過沖現(xiàn)象，這是因為在輸入信號電平切換過程中，次開關(guān)提供了一條穩(wěn)定的電源到終端電阻再到地的電流通路，避免了由于主開關(guān)管狀態(tài)切換時所造成的輸出電壓的劇烈波動。2、本發(fā)明提供的低壓差分信號發(fā)送器輸出級驅(qū)動電路，通過采用一種帶有主次雙路開關(guān)管的低壓差分信號驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)，減少輸出信號的上升下降時間，同時不會過多增加功耗，這是因為在輸入信號電平切換過程中，次開關(guān)提供了一條穩(wěn)定的電源到終端電阻再到地的電流通路，有效避免了電流源和電流沉進入線性區(qū)的情況，增加了高頻時的流過終端電阻的電流，但由于沒有增加額外的電流源，所以功耗不會明顯增加。


圖1是依照本發(fā)明實施例的帶有主次兩路開關(guān)管的低壓差分信號發(fā)送器輸出級驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)不意圖；圖2是依照本發(fā)明實施例的正常工作時所有開關(guān)管柵極控制信號波形圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。如圖1所示，圖1是依照本發(fā)明實施例的帶有主次兩路開關(guān)管的低壓差分信號發(fā)送器輸出級驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)示意圖，該電路包括第一至第四主開關(guān)管(Mal、Ma2、Ma3、Ma4)，第五及第六電流源(M5、M6)，第七及第八電流沉(M7、M8)，負(fù)載電阻R，和由第一至第四次開關(guān)管(Mbl、Mb2、Mb3、Mb4)構(gòu)成的次開關(guān)管橋式電路。其中，第一至第四主開關(guān)管(Ma1、Ma2、Ma3、Ma4)構(gòu)成主開關(guān)管橋式電路:第一主開關(guān)管Mal的源極連接于第二主開關(guān)管Ma2的源極、第五及第六電流源(M5、M6)的漏極；第五及第六電流源(M5、M6)的源極連接于電源；第一主開關(guān)管Mal的漏極連接于第三主開關(guān)管Ma3的漏極，并同時與負(fù)載電阻R的一端相連接；第二主開關(guān)管Ma2的漏極連接于第四主開關(guān)管Ma4的漏極，并同時與負(fù)載電阻R的另一端相連接；第三主開關(guān)管Ma3的源極連接第四主開關(guān)管Ma4的源極，同時連接于第七及第八電流沉(M7、M8)的漏極；第七及第八電流沉(M7、M8)的源極接地；對于由第一至第四次開關(guān)管(Mbl、Mb2、Mb3、Mb4)構(gòu)成的次開關(guān)管橋式電路，第一次開關(guān)管Mbl的漏極與第二次開關(guān)管Mb2的漏極均連接于第五電流源M5的漏極，第三次開關(guān)管Mb3的源極和第四次開關(guān)管Mb4的源極均連接于第七電流沉M7的漏極，第一次開關(guān)管Mbl的源極連接于第三次開關(guān)管Mb3的漏極，并同時連接第一主開關(guān)管Mal的漏極，第二次開關(guān)管Mb2的源極連接于第四次開關(guān)管Mb4的漏極，并同時連接于第二主開關(guān)管Ma2的漏極。主開關(guān)管橋式電路用于作為在電平穩(wěn)定時的主要電流通路，所述次開關(guān)管橋式電路在電平轉(zhuǎn)換的過程中開啟，其他時間處于截止?fàn)顟B(tài)。第五電流源M5和第七電流沉M7用于起反饋作用。第六電流源M6是電流為定值的電流源，第八電流沉M8是電流為定值的電流沉。圖1所示的帶有主次兩路開關(guān)管的低壓差分信號發(fā)送器輸出級驅(qū)動電路，還包括:用于提取共模電壓的第一電阻Rcl和第二電阻Rc2，其中:第五及第六電流源(M5、M6)的漏極與第一主開關(guān)管Ma1、第二主開關(guān)管Ma2的源極及第一次開關(guān)管Mbl、第二次開關(guān)管Mb2的漏極相連接；第一主開關(guān)管Mal的漏極和第一次開關(guān)管Mbl的源極相連接，再與第三主開關(guān)管Ma3、第三次開關(guān)管Mb3的漏極相連接，并與第一電阻Rcl的一端相連接，同時連接負(fù)載電阻R的一端；第二主開關(guān)管Ma2的漏極和第二次開關(guān)管Mb2的源極相連接，再與第四主開關(guān)管Ma4、第四次開關(guān)管Mb4的漏極相連接，并與第二電阻Rc2的一端相連接，同時連接負(fù)載電阻R的另一端；第一電阻Rcl的另一端與第二電阻Rc2的另一端相連接；第三主開關(guān)管Ma3、第四主開關(guān)管Ma4、第三次開關(guān)管Mb3、第四次開關(guān)管Mb4的源極與第七及第八電流沉(M7、M8)的漏極相連接。在圖1中，四個主開關(guān)管(Ma1、Ma2、Ma3、Ma4)的結(jié)構(gòu)和作用與傳統(tǒng)的LVDS驅(qū)動電路一樣，在輸入信號電平穩(wěn)定時是主要的電流通路。一般根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)，在電平穩(wěn)定時流過終端電阻的電流為3.5mA，所以在設(shè)計時主開關(guān)管的面積較大。四個次開關(guān)管(Mbl、Mb2、Mb3、Mb4)主要是在電平轉(zhuǎn)換的過程中開啟，其他時間處于截止?fàn)顟B(tài)，由于其開啟時間較短，流過電流大小有限，所以在設(shè)計時可以適當(dāng)縮小次開關(guān)管的尺寸。次開關(guān)管也可以理解為在主開關(guān)管關(guān)閉時提供一個從電源到終端電阻再到地的一個電流通路，以保證各點的電壓不會因為主開關(guān)管的所有管子處于截止?fàn)顟B(tài)或是較弱開啟狀態(tài)所導(dǎo)致的電壓劇烈波動。圖2是本發(fā)明正常工作時開關(guān)管柵電壓波形示意圖。當(dāng)Mal和Ma4將要由開啟向關(guān)閉切換，Ma2和Ma3將要由關(guān)閉向開啟切換時，Mbl和Mb4保持關(guān)閉，而Mb2和Mb3開啟。當(dāng)Mal和Ma4將要由關(guān)閉向開啟切換，Ma2和Ma3將要由開啟向關(guān)閉切換時，Mb2和Mb3保持關(guān)閉，而Mbl和Mb4開啟。這樣就保證了電路在正常工作的前提下，任何時候都有由電源到終端電阻再到地的通路，也就在一定程度上避免了各節(jié)點電壓的突然變化，達到穩(wěn)定共模電壓Vos的作用。由上述各個開關(guān)管開啟和關(guān)閉的順序使得輸出電壓在高低電平切換時可以提前開始切換，而且并沒有電流由電源不經(jīng)過終端電阻直接流到地，即沒有電流的浪費，達到減少輸出信號上升時間和下降時間的作用，同時沒有增加額外的電流消耗，這樣也保證了低功耗的特點。與傳統(tǒng)LVDS發(fā)送器的驅(qū)動電路相比，其特征主要在于多了 一組次開關(guān)管。在輸入信號翻轉(zhuǎn)時，即四個主開關(guān)管處于開關(guān)切換狀態(tài)時，這一組次開關(guān)管按一定要求導(dǎo)通。它們主要作用:一是為了在主開關(guān)管完成切換前提供一個穩(wěn)定的從電源到終端電阻再到地的電流通路，以保證各點的電壓不會因為主開關(guān)管的所有管子截止或是較弱開啟導(dǎo)致的電壓劇烈波動；二是可以預(yù)先對輸出電壓進行切換，加快上升下降時間，三是減弱了每次信號翻轉(zhuǎn)過程中對電流源(沉)漏極寄生電容放電，可以在一定程度上減小輸出信號的過沖。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種低壓差分信號發(fā)送器輸出級驅(qū)動電路，該電路包括第一至第四主開關(guān)管(Ma1、Ma2、Ma3、Ma4)，第五及第六電流源(M5、M6)，第七及第八電流沉(M7、M8)，和負(fù)載電阻(R)；其中，第一至第四主開關(guān)管(Mal、Ma2、Ma3、Ma4)構(gòu)成主開關(guān)管橋式電路:第一主開關(guān)管(Mal)的源極連接于第二主開關(guān)管(Ma2)的源極、第五及第六電流源(M5、M6)的漏極；第五及第六電流源(M5、M6)的源極連接于電源；第一主開關(guān)管(Mal)的漏極連接于第三主開關(guān)管(Ma3)的漏極，并同時與負(fù)載電阻(R)的一端相連接；第二主開關(guān)管(Ma2)的漏極連接于第四主開關(guān)管(Ma4)的漏極，并同時與負(fù)載電阻(R)的另一端相連接；第三主開關(guān)管(Ma3)的源極連接第四主開關(guān)管(Ma4)的源極，同時連接于第七及第八電流沉(M7、M8)的漏極；第七及第八電流沉(M7、M8)的源極接地；其特征在于: 該電路還包括由第一至第四次開關(guān)管(Mbl、Mb2、Mb3、Mb4)構(gòu)成的次開關(guān)管橋式電路:第一次開關(guān)管(Mbl)的漏極與第二次開關(guān)管(Mb2)的漏極均連接于第五電流源(M5)的漏極，第三次開關(guān)管(Mb3)的源極和第四次開關(guān)管(Mb4)的源極均連接于第七電流沉(M7)的漏極，第一次開關(guān)管(Mbl)的源極連接于第三次開關(guān)管(Mb3)的漏極，并同時連接第一主開關(guān)管(Mal)的漏極，第二次開關(guān)管(Mb2)的源極連接于第四次開關(guān)管(Mb4)的漏極，并同時連接于第二主開關(guān)管(Ma2)的漏極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓差分信號發(fā)送器輸出級驅(qū)動電路，其特征在于，所述主開關(guān)管橋式電路用于作為在電平穩(wěn)定時的主要電流通路，所述次開關(guān)管橋式電路在電平轉(zhuǎn)換的過程中開啟，其他時間處于截止?fàn)顟B(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓差分信號發(fā)送器輸出級驅(qū)動電路，其特征在于，所述第五電流源(M5)和所述第七電流沉(M7)用于起反饋作用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓差分信號發(fā)送器輸出級驅(qū)動電路，其特征在于，所述第六電流源(M6)是電流為定值的電流源，所述第八電流沉(M8)是電流為定值的電流沉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓差分信號發(fā)送器輸出級驅(qū)動電路，其特征在于，該電路還包括:用于提取共模電壓的第一電阻(Rcl)和第二電阻(Rc2)，其中: 第五及第六電流源(M5、M6)的漏極與第一主開關(guān)管(Mai)、第二主開關(guān)管(Ma2)的源極及第一次開關(guān)管(Mbl)、第二次開關(guān)管(Mb2)的漏極相連接；第一主開關(guān)管(Mal)的漏極和第一次開關(guān)管(Mbl)的源極相連接，再與第三主開關(guān)管(Ma3)、第三次開關(guān)管(Mb3)的漏極相連接，并與第一電阻(Rcl)的一端相連接，同時連接負(fù)載電阻(R)的一端；第二主開關(guān)管(Ma2)的漏極和第二次開關(guān)管(Mb2)的源極相連接，再與第四主開關(guān)管(Ma4)、第四次開關(guān)管(Mb4)的漏極相連接，并與第二電阻(Rc2)的一端相連接，同時連接負(fù)載電阻(R)的另一端；第一電阻(Rcl)的另一端與第二電阻(Rc2)的另一端相連接；第三主開關(guān)管(Ma3)、第四主開關(guān)管(Ma4)、第三次開關(guān)管(Mb3)、第四次開關(guān)管(Mb4)的源極與第七及第八電流沉(M7、M8)的漏極相連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低壓差分信號發(fā)送器輸出級驅(qū)動電路，該電路包括主開關(guān)管和次開關(guān)管兩路開關(guān)管，其中主開關(guān)管結(jié)構(gòu)是信號穩(wěn)定時的電流通路；次級開關(guān)管是信號翻轉(zhuǎn)時的電流主要通路。本發(fā)明通過采用主次兩路開關(guān)管控制驅(qū)動電流的輸出，次開關(guān)管在信號翻轉(zhuǎn)過程中避免了由于沒有順暢的電流通路而造成的電流和電壓劇烈震蕩，從而改善共模電平的穩(wěn)定度；并且可以在基本不增加功耗的前提下，減少輸出信號的上升時間和下降時間；同時輸出信號在電平翻轉(zhuǎn)過程中的過沖現(xiàn)象得到改善。該電路具有結(jié)構(gòu)簡單，低功耗，高穩(wěn)定性，高速度的優(yōu)勢，適用于低壓差分信號傳輸?shù)尿?qū)動電路。
文檔編號H03K19/0185GK103199850SQ20131011420
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月3日
發(fā)明者趙建中, 蔣見花, 黑勇, 周玉梅 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所