一种可实现输出高电平转换的输出驱动电路的制作方法_3

文档序号:8321600阅读:来源:国知局
漏极和第三NMOS管丽3的漏极连接第一预驱动NMOS管丽I的源级;
[0052]如图3所示,第二 PMOS管MP2的源级和衬底以及第三驱动PMOS管MP3的衬底连接第二电源VDD2,第二 PMOS管MP2的漏极连接第三驱动PMOS管MP3的源级,第三驱动PMOS管MP3的栅极输入MID信号,第三驱动PMOS管MP3的漏极和第四驱动NMOS管MN4的漏极作为该可实现输出高电平转换的输出驱动电路的输出;第四驱动NMOS管MN4的栅极连接第一电源VDDl,第四驱动NMOS管MN4的源级连接第七驱动NMOS管MN7的漏极,第七驱动NMOS管MN7的源级接地;第七驱动NMOS管MN7的栅极连接第七反相器INV7的输出端,第七反相器INV7的输入端连接第六反相器INV6的输出端,第六反相器INV6的输入端连接第五反相器INV5的输出端,第五反相器INV5的输入端连接第十三反相器INV13的输出端,第十三反相器INV13的输入端连接第十二反相器INV12的输出端,第十二反相器INV12的输入端连接输出控制电路T的第二输出端Z2 ;
[0053]如图3所示,第四PMOS管MP4的源级和衬底以及第三PMOS管MP3的衬底连接第二电源VDD2,第四PMOS管MP4的栅极和第四PMOS管MP4的漏极连接第五PMOS管MP5的漏极,第五PMOS管MP5的栅极接地,第五PMOS管MP5的漏极连接第六PMOS管MP6的源级,第六PMOS管MP6的栅极和漏极连接第八NMOS管MN8的栅极和漏极、第七NMOS管MN7的栅极、第六NMOS管MN6的栅极,第八NMOS管MN8的源级连接第七PMOS管MP7的漏极和衬底,第七PMOS管MP7的栅极和源级接地;第六NMOS管MN6的源级和第六NMOS管MN6的漏极相接;第七NMOS管MN7的源级、第九NMOS管MN9的栅极、第八PMOS管MP8的漏极连接并输出MID信号;第八PMOS管MP8的栅极和源级接地;第八PMOS管MP8的衬底连接第九PMOS管MP9的漏极,第九PMOS管MP9的栅极接地,第九PMOS管MP9的衬底和源级连接第一电源VDDlo
[0054]实例中VDDl为2.5V,VDD2为可选的3.3V或2.5V,电路有两种工作状态:高阻态和正常工作状态。
[0055](一)输出电路在高阻工作状态:
[0056]输出控制端OEN为高电平电压2.5V时,输出控制电路T的输出信号Zl和Z2分别输出低电平电压OV和高电平电压2.5V,Zl经BUFl驱动电平移位缓冲电路SHIFT,输出低电平电压MID,驱动PMOS管MPl导通,上拉驱动信号LP被拉至可选的高电平3.3V或2.5V,使得上拉驱动管PMOS管MP2关断。同时,Z2经BUF2和INV5,INV6,INV7组成的反相器链得到LN输出低电平电压0V,下拉驱动管丽5导通关断。电路输出表现为高阻态。
[0057](二)输出电路在正常工作状态:
[0058]输出控制端OEN为低电平电压OV时,输出控制电路T正常输出信号,Zl和Z2响应输入信号D。
[0059](I)当信号D输入低电平电压OV时,Zl经BUFl驱动电平移位缓冲电路SHIFT,钳位输出低电平电压307,值为MID。低压MID信号驱动PMOS管MPl导通,上拉驱动信号LP被拉至高电平3.3V/2.5V, PMOS管MP2关断。此时,由反相器INVl和INV2组成反相器链输出低电平电压0V,NM0S管丽I关闭。并且,上拉驱动信号LP驱动的反相器INV3,INV4输出302高电平电压2.5V,使得NMOS管丽2导通,节点303处的寄生电容电荷通过丽2快速放电至低电平电压0V。同时低电平电压Z2经BUF2和反相器INV5,INV6,INV7组成的反相器链后得到下拉驱动信号LN,此时,LN为高电平电压2.5V,下拉驱动NMOS管丽5导通,输出PAD被拉至低电平电压OV。
[0060](2)当信号D输入高电平电压2.5V时,Zl,Z2响应输出高电平电压2.5V。Z2经BUF2和INV5,INV6,INV7组成的反相器链得到低电平电压OV的下拉驱动信号LN,下拉驱动管丽5关断。同时,Zl经BUFl后驱动电平移位电路SHIFT,得到输出高电平电压3.3V/2.5V,使得预驱动PMOS管MPl关断。此时,反相器链INVl和INV2输出高电平电压2.5V,使得NMOS管MNl导通,此时,NMOS管MN2还未及时关断,节点303和节点304以及NMOS管MN2上的寄生电荷通过NMOS管MN2放电。随着寄生电荷逐渐减少,上拉驱动信号LP开始下降,直到低于反相器INV3的高阈值电压时,反相器INV3翻转,使得节点305输出高电平电压2.5V,进而使得NMOS管丽3导通。同时,INV4输出低电平电压使得NMOS管丽2关断。节点304上的寄生电荷利用NMOS管丽I和NMOS管丽3进一步加速放电,直到上拉驱动信号LP被拉低至电平电压MID,该电压使得驱动管MP2导通。PAD输出高电平电压3.3V/2.5V。至此,PAD完成了 2.5V到3.3/2.5V的电平升压转换。
[0061]需要说明的情况有以下几点:
[0062](I)电平移位电路SHIFT电路的说明。电平移位电路SHIFT如图5(a)所示,在本发明中作为一个输出缓冲的电平移位电路。当A输入OV时,经过反相器INV8和INV9,分别输出电平为2.5V信号501和可变驱动低电平MID信号。INV8和INV9的电路原理如图5 (b)和图5 (c),由PMOS管MP4和NMOS管丽5组成的反相器,高输出电平为2.5V,低输出电平至MID。此时,NMOS管MNll关断,NMOS管MNlO导通,PMOS管MPll导通,交叉锁存使得输出OUT被钳位至低电平电压MID。当A输入为高电平电压2.5V时,反相器INV8输出信号501为低电平电压MIDJN1关断,INV9输出高电平电压2.5VJN11导通,使得节点502拉低至低电平电压MID,同时PMOS管MPlO导通,OUT交叉锁存输出高电平电压3.3V。电平移位缓冲器SHIFT,利用MID信号,在无需高压器件的情况下,获得了可选的高电平3.3V或
2.5V输出。
[0063](2)可变驱动信号MID信号。MID信号设计为一个中低电平电压值,如图6所示,MID信号接在PMOS驱动管MP2的栅端,作为输出PAD的上拉P管驱动信号LP。如图6 (a)所示通常将该电压设计至0V,当使其与电源之间的差值Λ1 = 0V-2.5V。即是说,使得输出管的VGS = -2.5V时,满足快速输出驱动的要求。要实现升压功能,电源电压必须由2.5V升到
3.3V,即是说,栅源之间的电压差升至A2 = OV-3.3Vo按照上述设计的要求,在0.25um工艺条件下,为保证晶体管不会因过压而导致击穿,MP2等必须采用高压器件,这将增加工艺设计难度,不利于CMOS工艺的兼容。本发明中,仍然采用普通工艺的晶体管MP2,提高MID的电压,使得MP2管栅源两端的电压差VGS = A3= MID-3.3V约等于-2.5V,以保证在不采用高压器件的情况下,MP2管仍能正常有效地工作。通常,栅源电压差VGS = A4= MID-2.5V的绝对值大于PMOS管的阈值的绝对值|Vth,p|,则不会影响输出驱动管的正常工作。由此,可以推出MID的电压范围是大于0.8V,小于2.5-|Vth,p|。本发明中给出了一种MID信号的实现电路,如图6 (b)所示。电源电压接3.3V/2.5V,PMOS管MP4,MP6,MP7采用二极管连接作电阻,W/L(栅宽与栅长)的比为I。PMOS管MP5为常通管,NMOS管MN8也采用二极管连接,设计时W/L不易太大。具体的电压值约为VGS,8加上一个PMOS管MP7的过驱动电压。该电压为后级NMOS管丽7提供偏置。PMOS管MP9单独为PMOS管MP8的衬底偏压供电,PMOS管MP8设计为二极管连接的小电阻。节点601和602,分别接NMOS管作MOS电容的MN6和MN9,起到滤波的效果,抑制主电路受信号波动回踢的信号噪声。此设计有效保证了节点601和节点602两边支路的对称性和信号的准确性。根据VDD2选择性的接入3.3V或2.5V,该电路可输出约0.8V或0.5V的低电平MID信号,达到预期效果。
[0064](3)反馈环路。传统的上拉预驱动电路中,不带反馈环路,如图1所示,仅靠单管MNOl放电,因此,无法快速有效地对上拉驱动信号LP进行放电。本发明中,增加的反馈模块可加速LP信号的放电。结合实例进一步说明,由于采用了可变驱动电压MID,当VDD2接
3.3V电压时,PMOS管MP2上栅源电压差VGS = A3= 0.8-3.3V ^ -2.5V,上拉输出晶体管MP2栅极输入范围增大,此时,无需反馈模块仍可快速驱动后级负载。但当VDD2接2.5V电压时,PMOS管MP4上栅源电压差的绝对值VGS = A3 = 0.5-2.5V|〈2.5V。此时,利用反馈电路快速放电至低电平电压,有效地驱动后级负载的同时,加速了对后级负载的驱动,使得上升延迟时间减小。注意,丽2设计为宽小于长的倒比管,起到电阻的作用。
[0065](4)反相器个数说明。如图所示,Zl支路上的NMOS管MNl可看作一级反相器,因此,从ZI的输出端至驱动管MP2的栅极一共经过了五级反向驱动。在设计时,缓冲器B
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