专利名称：具有独立接地和改进的电磁辐射隔离的电平移动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子电路领域，尤其是涉及具有独立的接地电位和减小的电磁辅射(EME)的电平移动器。
电平移动器通常被用来提供从一个具有第一电压电位范围的系统到另一个具有不同电压电位范围的系统的信号通信。例如，电平移动器通常被使用在汽车用途中，因为典型的汽车系统工作在0-18伏，而通常的集成电路典型地工作在0-3伏，或0-5伏。来自集成电路的断定为“逻辑高”的3或5伏输出在12伏系统中不足以被解释为逻辑高。电平移动器提供从一个系统到另一个系统的电压电平的适当映射来保证逻辑值的正确通信。
图1举例说明了常规电平移动器100的原理，该电平移动器被构造成对应于其输入端(In)的Vd1的逻辑高电压电平，在其输出端(Out)提供一个Vd2的逻辑高电压电平。两个信号(In，Out)的逻辑低电平都是0伏。这些电压电位的每个都参照公共的地电位。
当在In节点接收逻辑高(Vd1)输入信号时，晶体管N1导通。此时，反相器110使晶体管N2截止。由于晶体管N1导通，N2截止，晶体管P2被导通，因此将输出节点拉高到Vd2。因此，Vd1的输入电压电平被转换成Vd2的输出电压电平。
当接收逻辑低(地电位)输入信号时，晶体管N1截止。反相器110使晶体管N2导通。由于晶体管N1截止，晶体管P2被截止，晶体管N2将输出节点拉低到地电位。因此，位于地电位的输入信号提供一个同样位于地电位的输出信号。
注意图1的电平移动器依赖公共的地电位来正确工作。如果输入系统(反相器110)的地电位与输出系统(N1，P1，N2，P2)的地电位不同，地电流将会流动。如果地电位之间的差别很大，电平移动器100将不能工作，或者间歇地工作。
图2说明了2000年11月28日颁给Hendrik Boezen等人的美国专利6154061“CAN BUS DRIVER WITH SYMMETRICAL DIFFERENTIALOUTPUT SIGNALS”(具有对称差分输出信号的CAN总线驱动器)中的电平移动器200的原理，该电平移动器200被构造成将来自浮动源210，220的信号转换成用于驱动两个电位V+，V-之间的总线的信号，在此引用作为参考。晶体管P2和二极管D1被构造成驱动总线负载Lb到电位V+，晶体管N2和二极管D2被构造成驱动总线负载La到电位V-，因此基本上与用于逻辑高和逻辑低信号电平电位V+和V-无关。电平移动器200为负载La，Lb提供相等且相反的电流，因此避免了地电流，及作为总线切换状态的接地跳动。然而，输出晶体管P 2和N2是硬驱动到每个对应的干线电压V+和V-的，在总线状态的每一次转换上都造成实质性电磁辐射(EME)。
本发明的一个目的是提供一个允许两个基本上独立的地电压电位的电平移动器。本发明的另一个目的是提供一个与图1和2的常规电平移动器相比具有减少的电磁辐射(EME)的电平移动器。
这些目的和其它目的通过将相对于一组电压电位对称的差分驱动信号提供给将驱动输出节点驱动到另一组电压电位的一对电流源来实现的。来自驱动系统的差分驱动信号彼此相等且相反，因此避免了寄生电流在驱动系统和被驱动的电流反射镜之间流动。提供驱动信号的晶体管通过在一个逻辑状态使用弱偏压并且在另一个状态使用强偏压来连续偏压以避免硬切换瞬态。
现在以实施例的形式参照附图对本发明作进一步的详细说明，其中图1说明了现有技术的电平移动器的一个实施例的原理。
图2说明了现有技术的对称差分总线驱动器的一个实施例的原理。
图3说明了根据本发明的电平移动器的一个实施例的原理。
图3说明了根据本发明的电平移动器300的一个实施例的原理。为了方便起见，后面指的电平移动器300包括一个发射(驱动)部分310和一个接收(被驱动)部分320。使该技术术语和现有技术一致，电平移动器300还可以被称作收发信机。发射部分310被构造成以电源电位Vdd1和G1工作，接收部分被构造成以电源电位Vdd2和G2工作。这两组电源电位基本上是独立的，二者之间的关系通过地电位G1和G2之间的虚拟电阻Rgnd来表示。注意此处的使用，术语地电位只是用来被表示一个特定系统用作参考电位的电位，该电位可以或者不必接到接地电位，并且实际上可以相对于其它的参考电位浮动。
发射部分310包括在电流反射镜结构中配置的晶体管Pt1，Pt2，Nt1和Nt2。提供电流源Iblias为晶体管Pt1，Pt2，Nt1和Nt2施加弱的偏压。输入信号In控制是否与偏压电流源Iblias并联施加另一个电流源Idrive。二极管D1和D2分别保护电源Vdd1和Vdd2不会被短路到地电位G2和G1。
接收部分320包括作为电流源的晶体管Pt1和Pt2，以及被构造成作为由电阻分配的电流反射镜的晶体管Nt1和Nt2。电压B为晶体管Pt1和Pt2的栅极施加偏压。
在没有Idrive电流的情况下，当In信号不断定(asserted)(逻辑低)时，由晶体管Pt2和Nt2使Ibias电流反射(mirror)镜来使电流分别流过电阻R4和R1。在电阻R4和R1上所得到的电压使Pt1和Nt2偏离导电，从而使输出信号Out微弱的向Vdd2上拉。提供电流源Iweak来抵消这个微弱的上拉，并且将输出信号Out拉到地电位G2。因此，对于一个不断定的(non-asserted)输入信号，输出信号被拉到地电位G2，而与输入信号相关的参考电位Vdd，G1无关。
当In信号被断定(逻辑高)时，Idrive电流增大了Ibias电流，这个相加的电流被晶体管Pt2和Nt2反射(mirror)，从而使更多的电流流过电阻R4和R1，因此使晶体管Pr2导通，晶体管Pr1，Nr1和Nr2截止，由于Iweak电流源很弱，晶体管Pr2的导通将Out信号拉到Vdd2。因此，对于一个断定(asserted)的输入信号，输出信号被拉到电源电位Vdd2，而与输入信号相关的参考电位Vdd，G1无关。由于晶体管Pt2和Nt2被Ibias电流源初始偏压，使用Idrive电流源不会带来晶体管Pt2和Nt2的硬切换，因此减少了与图2的总线驱动电路200的硬切换EME相关的EME。
发射部分310的电流反射镜结构保证相等的电流流过晶体管Pt2和Nt2。流过Pt2的电流流进接收器320，流过Nt2的电流流出接收器320。这个相等且相反的电流流动避免电流流过接地通路Rgnd，因此使接地跳动最小化并且因此使EME最小化。
注意，如果G1和G2之间的电位差很大，将会产生流过Rgnd的上拉或下拉电流。此时，即使具有一些接地跳动导致的EME，电平移动器300的电平移位功能将继续正常工作。电平移动器300可以高速工作，可以耐受大的接地偏差，并且具有一个大的公用模式范围。
前面只是说明了发明的原理。因此应该理解虽然此处没有明确描述或显示，但是本领域的技术人员可以设计各种体现本发明的原理的结构，因此，这都在下述的权利要求的精神和范围内。
权利要求
1.一种电平移动器(300)，包括；一个驱动电路(310)，该驱动电路被构造成提供来自第一组电源电压电位(Vdd1，G1)的第一电流和相等且相反的第二电流，以及一个可操作地耦合到驱动器电路(310)的被驱动的电路(320)，该被驱动电路被构造成提供一个对应于第二组电源电压电位(Vdd2，G2)的输出信号(Out)，其中所述第一组电源电压电位(Vdd1，G1)基本上与第二组电源电压电位(Vdd2，G2)无关。
2.根据权利要求1的电平移动器(300)，其中所述驱动器电路(310)包括一对用于提供第一电流和第二相等且相反的电流的电流反射镜(Pt1-Pt2，Nt1-Nt2)。
3.根据权利要求2的电平移动器(300)，还包括一个用于为所述一对电流反射镜(Pt1-Pt2，Nt1-Nt2)提供一个控制的输入电流的压控电流源(Idrive)。
4.根据权利要求3的电平移动器(300)，还包括一个用于为所述一对电流反射镜(Pt1-Pt2，Nt1-Nt2)提供一个偏压的输入电流的偏压电流源(Ibias)。
5.根据权利要求2的电平移动器(300)，还包括一个用于为所述一对电流反射镜(Pt1-Pt2，Nt1-Nt2)提供一个偏压的输入电流的偏压电流源(Ibias)。
6.根据权利要求1的电平移动器(300)，其中所述驱动电路(310)根据输入信号(In)的状态提供第一和第二电流。
7.根据权利要求6的电平移动器(300)，其中所述驱动电路(310)提供在输入信号(In)的第一状态期间的偏压电流，以及在输入信号(In)的第二状态期间实质上大于所述偏压电流的驱动电流。
8.根据权利要求1的电平移动器(300)，其中被驱动的电路(320)包括第一电阻(R1)，第一电流通过第一电阻(R1)在第二组电源电压电位(Vdd2，G2)的第一电压源(Vd2)和驱动器电路(310)之间流动，以及第二电阻(R4)，第二电流通过第二电阻(R4)在第二组电源电压电位(Vdd2，G2)的第二电压源(G2)和驱动器电路(310)之间流动；其中输出信号(Out)的状态取决于在第一电阻(R1)和第四电阻(R4)上的压降。
9.根据权利要求8的电平移动器(300)，还包括一个弱的电流源(Iweak)，所述弱的电流源(Iweak)被构造成当电压降低于一个预定阈电平时控制输出信号(Out)的状态。
10.根据权利要求1的电平移动器(300)，其中被驱动的电路(320)包括一个电流反射镜(Nr1-Nr2)，和至少一个电流源(Pr2)；其中输出信号(Out)的状态取决于流过电流反射镜(Nr1-Nr2)和至少一个电流源(Pr2)的电流。
11.一种用于将具有第一对电源电压电位(Vddd1，G1)的第一系统耦合到具有第二对电源电压电位(Vddd2，G2)的第二系统上的电平移动器(300)，包括一个驱动器电路(310)，驱动器电路包括第一电流反射镜(Pt1-Pt2)，用于为第二系统提供第一电流；以及第二电流反射镜(Nt1-Nt2)，用于从第二系统中抽取(draw)第二电流，第二电流在幅度上基本上与第一电流相等，以及一个被驱动的电路(320)，包括一个或多个电流源(Pr2)，所述电流源被构造成根据第一和第二电流的幅度有选择地将输出信号(Out)耦合到第二对电源电压电位(Vddd2，G2)的两个电压电源之一上。
12.根据权利要求11的电平移动器(300)，其中第一电流反射镜(Pt1-Pt2)包括一个第一p沟道器件(Pt1)，第一p沟道器件具有被耦合到第一对电源电压电位(Vddd1，G1)的第一电压电源(Vdd1)上的源极；被耦合到可控电流源(Idrive，Ibias)的第一终端上的漏极；以及被耦合到第一p沟道器件(Pt1)的漏极上的栅极；一个第二p沟道器件(Pt2)，第二p沟道器件具有被耦合到第一对电源电压电位(Vddd1，G1)的第一电压电源(Vdd1)上的源极；被构造成提供第一电流的漏极；以及被耦合到第一P沟道器件(Pt1)的栅极上的栅极；第二电流反射镜(Nt1-Nt2)包括一个第一n沟道器件(Nt1)，具有被耦合到第一对电源电压电位(Vddd1，G1)的第二电压电源(G1)上的源极；被耦合到可控电流源(Idrive，Ibias)的第二终端上的漏极；以及被耦合到第一n沟道器件(Nt1)的漏极上的栅极；一个第二n沟道器件(Nt2)，具有被耦合到第一对电源电压电位(Vddd1，G1)的第二电压电源(G1)上的源极；被构造成抽取第二电流的漏极；以及被耦合到所述第一N沟道器件(Nt1)的栅极上的栅极。
13.根据权利要求12的电平移动器(300)，还包括可控的电流源(Idrive，Ibias)，和其中-所述可控的电流源(Idrive，Ibias)包括一个偏压电流源(Ibias)，以及一个驱动电流源(Idrive)，所述驱动电流源(Idrive)根据输入信号(In)被可控地耦合到偏压电流源(Ibias)上。
14.根据权利要求12的电平移动器(300)，还包括一个被耦合到第二p沟道器件(Pt2)的漏极上的第一二极管，以及-一个被耦合到第二n沟道器件(Nt1)的漏极上的第二二极管。
15.根据权利要求12的电平移动器(300)，其中被驱动的电路(320)包括一个第一电阻(R1)，所述第一电阻被耦合在第二对电源电压电位(Vddd2，G2)的第一电压电源(Vdd2)和第一节点之间，一个第三p沟道器件(Pt1)，具有被耦合到第一节点上的源极；被耦合到第二节点上的漏极；以及被耦合到第三节点上的栅极；一个第二电阻(R2)，所述第二电阻被耦合在第二对电源电压电位(Vddd2，G2)的第一电压电源(Vdd2)和第四节点之间，一个第四p沟道器件(Pt2)，具有被耦合到第四节点上的源极，被耦合到第五节点上的漏极，以及被耦合到第三节点上的栅极；一个第三电阻(R3)，所述第三电阻被耦合在第二对电源电压电位(Vddd2，G2)的第二电压电源(G2)和第六节点之间，一个第三n沟道器件(Nr1)，具有被耦合到第六节点上的源极；被耦合到第二节点上的漏极；以及被耦合到第二节点上的栅极；一个第四电阻(R4)，所述第四电阻被耦合在第二对电源电压电位(Vddd2，G2)的第二电压电源(G2)和第七节点之间，一个第四n沟道器件(Nr2)，具有被耦合到第七节点上的源极；被耦合到第五节点上的漏极；以及被耦合到第二节点上的栅极；并且其中将第一电流提供给第七节点，从第一节点抽取第二电流，以及第五节点对应于输出信号(Out)。
16.根据权利要求15的电平移动器，其中被驱动的电路(320)还包括一个偏压电位源(B)，该偏压电位源被构造成对第三(Pr1)和第四(Pr2)p沟道器件的栅极施加偏压。
17.根据权利要求15的电平移动器，其中被驱动的电路(320)还包括一个弱的电流源(Iweak)，弱的电流源具有被连接到第五节点的第一终端，以及被连接到第二对电源电压电位(Vddd2，G2)的第二电压电源(G2)上的第二终端。
全文摘要
一种用于为一个驱动输出节点到另一组电压电位的电流源提供一个与一组电压电位相关的对称差分驱动信号的驱动电路。来自驱动系统的差分驱动信号彼此相等且相反，因此避免了寄生电流在驱动系统和被驱动的电流反射镜之间流动。提供驱动信号的晶体管通过在一个逻辑状态使用弱偏压并且在另一个状态使用强偏压来连续偏压以便避免硬切换瞬变。
文档编号H03K19/0185GK1520640SQ02812933
公开日2004年8月11日 申请日期2002年6月20日 优先权日2001年6月28日
发明者B·辛格, K·-J·德兰根, M·布里狄斯, B 辛格, さ吕几, 锏宜 申请人:皇家菲利浦电子有限公司