專利名稱：高速驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高速驅(qū)動(dòng)器，特別指一種應(yīng)用于USB2. 0的高速驅(qū)動(dòng)器。
背景技術(shù)：
通用串行總線(Universal Serial Bus,以下簡(jiǎn)稱USB)于1999年由USB-IF推出全 新高傳輸速度的版本-USB2.0，其中包括三種傳輸速率低速(Low Speed, LS)、全速(Full Speed, FS)及高速(High Speed, HS)，而高速時(shí)最大傳輸效率可為480MHz，已超過USBl. x 的40倍之多。 然而，參閱圖1， USB2. 081會(huì)有數(shù)據(jù)傳輸及交握偵測(cè)(handshake detection) 兩個(gè)模式，且在數(shù)據(jù)傳輸模式時(shí)，USB2. 081與集線器(Hub)82必須切換為同樣的驅(qū)動(dòng)器 (driver)才能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，舉例來說，USB2. 081若使用全速驅(qū)動(dòng)器(FS) 90，則集線器82 也必須為全速驅(qū)動(dòng)器90'，或兩者皆為高速驅(qū)動(dòng)器(HS)91、91'。 因此，USB2. 081與集線器82在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸之前，也就是當(dāng)USB2. 081剛連接 到集線器82時(shí)，會(huì)先進(jìn)入交握偵測(cè)模式，以確保兩者之間為同樣的驅(qū)動(dòng)器。在此模式下， USB2. 081會(huì)被設(shè)定為全速，并由其中的高速驅(qū)動(dòng)器91來傳送一個(gè)800mV的信號(hào)到集線器 82，若集線器82回傳一個(gè)線性調(diào)頻序列(chirpsequence，其中由chirp K信號(hào)及chirp J 信號(hào)交替組成)，表示交握協(xié)議成功，即USB2. 0 81與集線器82皆會(huì)以高速驅(qū)動(dòng)器91 、91' 來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。相反地，若集線器82并無回傳任何信號(hào)，代表交握協(xié)議失敗，即USB2. 0 81與集線器82皆會(huì)以全速驅(qū)動(dòng)器90、90'來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 參閱圖2，其為現(xiàn)有USB2.0中高速驅(qū)動(dòng)器的架構(gòu)示意圖，其中一電流源固定發(fā)出 的lOOii A電流經(jīng)過一組電流放大鏡(M1、M2)放大到17. 78mA，且此電流會(huì)通過一組切換開 關(guān)(M3、M4)流向通道到集線器。若USB2.0為數(shù)據(jù)傳輸模式時(shí)，假設(shè)以高速驅(qū)動(dòng)器來傳送， 此時(shí)全速驅(qū)動(dòng)器90則會(huì)發(fā)出0伏特的電壓(SEO)，使得電阻R1、R2視同接地，又電阻R1、R2 的功用在于匹配電纜線的特性阻抗(電纜線的阻抗為45Q)，由輸出端DM、DP看出去的阻抗 為22. 5Q，因此，輸出端DM、DP電壓即為17.78X22.5 = 400mV。若USB2. 0為交握偵測(cè)模 式時(shí)，全速驅(qū)動(dòng)器90則會(huì)為高阻抗(high impedence)，即電阻Rl、 R2為浮接(floating)， 所以輸出端DM、 DP電壓即為17. 78X45 = 800mV(即為上述高速驅(qū)動(dòng)器所發(fā)出的800mV的 信號(hào))。 但是，現(xiàn)有電路在數(shù)據(jù)傳輸及交握偵測(cè)兩個(gè)模式下的電流皆需為17. 78mA，才能夠 達(dá)到400mV及800mV兩規(guī)范電壓電平，如此非常耗費(fèi)高速驅(qū)動(dòng)器的功率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在提供一種可以節(jié)省功率消耗的高速驅(qū)動(dòng)器。 本發(fā)明所述的高速驅(qū)動(dòng)器包括一運(yùn)算放大器、一第一晶體管及一切換電路，運(yùn)算 放大器具有一接收一定電壓的反相端、一非反相端及一輸出端，第一晶體管具有一耦接于 一第一電壓源的漏極、一耦接于運(yùn)算放大器的非反相端的源極，及一耦接于運(yùn)算放大器的輸出端的柵極，以使其源極取得該定電壓，而切換電路耦接于第一晶體管的源極、一接地端 及一負(fù)載，通過切換電路交替切換選擇第一晶體管的源極電壓及接地端電壓其中之一而產(chǎn) 生一輸出信號(hào)并由負(fù)載端輸出，使得第一晶體管源極的電壓與從第一晶體管的源極通過負(fù) 載到地的路徑上的阻抗限制流進(jìn)切換電路的電流。 本發(fā)明所述的高速驅(qū)動(dòng)器，該負(fù)載具有一第一負(fù)載及一第二負(fù)載，該切換電路包 括一第一開關(guān)對(duì)，具有一第一開關(guān)及一第二開關(guān)；及一第二開關(guān)對(duì)，具有一第三開關(guān)及一 第四開關(guān)，該第一開關(guān)的第一端耦接于該第一晶體管的源極且該第一開關(guān)的第二端耦接于 該第四開關(guān)的第一端及該第一負(fù)載，而該第四開關(guān)的第二端則接地，該第三開關(guān)的第一端 耦接于該第一晶體管的源極且該第三開關(guān)的第二端耦接于該第二開關(guān)的第一端及該第二 負(fù)載，而該第二開關(guān)的第二端則接地，該第一開關(guān)對(duì)與該第二開關(guān)對(duì)交替地被開啟，使得該 第一開關(guān)的第二端與該第三開關(guān)的第二端相互交替地輸出該輸出信號(hào)。 較佳地，高速驅(qū)動(dòng)器會(huì)工作在一數(shù)據(jù)傳輸模式及一交握偵測(cè)模式，當(dāng)該高速驅(qū)動(dòng) 器工作在數(shù)據(jù)傳輸模式時(shí)，多工器選擇400mV定電壓輸出，當(dāng)高速驅(qū)動(dòng)器工作在交握偵測(cè) 模式時(shí)，多工器選擇800mV定電壓輸出。 本發(fā)明所述的高速驅(qū)動(dòng)器，該高速驅(qū)動(dòng)器工作在一數(shù)據(jù)傳輸模式及一交握偵測(cè)模 式，該高速驅(qū)動(dòng)器工作在該數(shù)據(jù)傳輸模式時(shí)，該定電壓為400mV，該高速驅(qū)動(dòng)器工作在該交 握偵測(cè)模式時(shí)，該定電壓為800mV。 本發(fā)明所述的高速驅(qū)動(dòng)器，該高速驅(qū)動(dòng)器還包括一耦接于該運(yùn)算放大器的反相端
的多工器，當(dāng)該高速驅(qū)動(dòng)器工作在該數(shù)據(jù)傳輸模式時(shí)，該多工器選擇400mV的定電壓輸出，
當(dāng)該高速驅(qū)動(dòng)器工作在該交握偵測(cè)模式時(shí)，該多工器選擇800mV的定電壓輸出。 本發(fā)明所述的高速驅(qū)動(dòng)器，該切換電路還包括二分壓電阻，其中一分壓電阻連接
于該第一開關(guān)的第二端與該第一負(fù)載之間，另一分壓電阻連接于該第三開關(guān)的第二端與該
第二負(fù)載之間，使該第一負(fù)載及該第二負(fù)載的端電壓為該定電壓的二分之一。 本發(fā)明的第一較佳實(shí)施例的切換電路包括一第一開關(guān)對(duì)及一第二開關(guān)對(duì)，且負(fù)載
具有一第一負(fù)載及一第二負(fù)載，第一開關(guān)對(duì)具有一第一開關(guān)及一第二開關(guān)，第二開關(guān)對(duì)則
具有一第三開關(guān)及一第四開關(guān)。第一開關(guān)的第一端耦接于第一晶體管的源極且第二端耦接
于第四開關(guān)的第一端及第一負(fù)載，而第四開關(guān)的第二端則接地，第三開關(guān)的第一端耦接于
第一晶體管的源極且第二端耦接于第二開關(guān)的第一端及第二負(fù)載，而第二開關(guān)的第二端則接地。 將第一開關(guān)對(duì)與該第二開關(guān)對(duì)會(huì)交替地被開啟，使得第一開關(guān)的第二端與第三開 關(guān)的第二端可相互交替地輸出輸出信號(hào)。 本發(fā)明的第二較佳實(shí)施例是移除第一實(shí)施例中的多工器，且其切換電路相較于第 一實(shí)施例更包括一第三開關(guān)對(duì)、一第四開關(guān)對(duì)及二分壓電阻，第三開關(guān)對(duì)具有一第五開關(guān) 及一第六開關(guān)，第四開關(guān)對(duì)具有一第七開關(guān)及一第八開關(guān)。第五開關(guān)的第一端耦接于第一 晶體管的源極且第二端耦接于第八開關(guān)的第一端與第一負(fù)載，而第八開關(guān)的第二端則接 地，第七開關(guān)的第一端耦接于第一晶體管的源極且第二端耦接于第六開關(guān)的第一端與第二 負(fù)載，而第六開關(guān)的第二端則接地。 其中之一分壓電阻連接于第一開關(guān)的第二端與第五開關(guān)的第二端之間，其中另一 分壓電阻連接于第三開關(guān)的第二端與第七開關(guān)的第二端之間。
當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)對(duì)與第二開關(guān)對(duì)會(huì)交替地被開啟且第三開關(guān)對(duì)與該第四開關(guān)對(duì)皆關(guān) 閉，使得第一開關(guān)的第二端與第三開關(guān)的第二端相互交替地輸出輸出信號(hào)，而當(dāng)?shù)谌_關(guān) 對(duì)與第四開關(guān)對(duì)會(huì)交替地被開啟且第一開關(guān)對(duì)與第二開關(guān)對(duì)皆關(guān)閉，使得第五開關(guān)的第二 端與第七開關(guān)的第二端相互交替地輸出輸出信號(hào)。 較佳地，高速驅(qū)動(dòng)器還包括一第一匹配開關(guān)對(duì)及一第二匹配開關(guān)對(duì)，第一匹配開
關(guān)對(duì)具有一第一匹配開關(guān)及一第二匹配開關(guān)，第一匹配開關(guān)及第二匹配開關(guān)的第一端皆耦
接于第一晶體管的源極，第二端則分別耦接于第一開關(guān)的第一端與第三開關(guān)的第一端，而
第二匹配開關(guān)對(duì)具有一第三匹配開關(guān)及一第四匹配開關(guān)，第三匹配開關(guān)及第四匹配開關(guān)的
第一端分別耦接于第四開關(guān)的第二端與第二開關(guān)的第二端，兩者的第二端皆接地。 此外，第一匹配開關(guān)及第二匹配開關(guān)其中之一者所產(chǎn)生的阻值與該等分壓電阻其
中一個(gè)的阻值的總合等于第一負(fù)載或第二負(fù)載到地的阻值，而第三匹配開關(guān)及第四匹配開
關(guān)其中之一者所產(chǎn)生的阻值與該等分壓電阻其中一個(gè)的阻值的總合等于第一負(fù)載或第二
負(fù)載到地的路徑上的阻值相同，使得負(fù)載端的輸出電壓為第一晶體管源極電壓的一半。 本發(fā)明所述的高速驅(qū)動(dòng)器，該切換電路還包括一第三開關(guān)對(duì)，具有一第五開關(guān)及
一第六開關(guān)；及一第四開關(guān)對(duì)，具有一第七開關(guān)及一第八開關(guān)，該第五開關(guān)的第一端耦接于
該第一晶體管的源極且該第五開關(guān)的第二端耦接于該第八開關(guān)的第一端與該第一負(fù)載，而
該第八開關(guān)的第二端則接地，該第七開關(guān)的第一端耦接于該第一晶體管的源極且第二端耦
接于該第六開關(guān)的第一端與該第二負(fù)載，而該第六開關(guān)的第二端則接地，該第一開關(guān)對(duì)與
該第二開關(guān)對(duì)交替地被開啟且該第三開關(guān)對(duì)與該第四開關(guān)對(duì)皆關(guān)閉，使得該第一開關(guān)的第
二端與該第三開關(guān)的第二端相互交替地輸出該輸出信號(hào)，該第三開關(guān)對(duì)與該第四開關(guān)對(duì)交
替地被開啟且該第一開關(guān)對(duì)與該第二開關(guān)對(duì)皆關(guān)閉，使得該第五開關(guān)的第二端與該第七開
關(guān)的第二端相互交替地輸出該輸出信號(hào)。 本發(fā)明所述的高速驅(qū)動(dòng)器，該高速驅(qū)動(dòng)器工作在一數(shù)據(jù)傳輸模式及一交握偵測(cè)模 式，在該高速驅(qū)動(dòng)器工作在該數(shù)據(jù)傳輸模式時(shí)，該第一開關(guān)對(duì)與該第二開關(guān)對(duì)交替地被開 啟且該第三開關(guān)對(duì)與該第四開關(guān)對(duì)皆關(guān)閉，在該高速驅(qū)動(dòng)器工作在該交握偵測(cè)模式時(shí)，該 第三開關(guān)對(duì)與該第四開關(guān)對(duì)交替地被開啟且該第一開關(guān)對(duì)與該第二開關(guān)對(duì)皆關(guān)閉。
本發(fā)明的第三較佳實(shí)施例的切換電路大致與第二實(shí)施例相同，其不同之處在于移 除第三開關(guān)對(duì)及第四開關(guān)對(duì)中的四個(gè)開關(guān)，并高速驅(qū)動(dòng)器增加與第一較佳實(shí)施例相同的多 工器。當(dāng)高速驅(qū)動(dòng)器工作在該數(shù)據(jù)傳輸模式時(shí)，多工器選擇800mV定電壓輸出，當(dāng)高速驅(qū)動(dòng) 器工作在該交握偵測(cè)模式時(shí)，該多工器選擇1. 6V定電壓輸出。 本發(fā)明所述的高速驅(qū)動(dòng)器，該高速驅(qū)動(dòng)器還包括一耦接于該運(yùn)算放大器的反相端
的多工器，當(dāng)該高速驅(qū)動(dòng)器工作在該數(shù)據(jù)傳輸模式時(shí)，該多工器選擇800mV的定電壓輸出，
當(dāng)該高速驅(qū)動(dòng)器工作在該交握偵測(cè)模式時(shí)，該多工器選擇1. 6V的定電壓輸出。 本發(fā)明所述的高速驅(qū)動(dòng)器，高速驅(qū)動(dòng)器還包括一電壓保持電路，該電壓保持電路
具有一耦接于該運(yùn)算放大器的非反相端的開關(guān)及一第二晶體管，該第二晶體管的漏極耦接
于該開關(guān)且柵極耦接于一第二電壓源，而源極則接地，通過控制該開關(guān)關(guān)閉，可保持該運(yùn)算
放大器非反相端的電壓。 本發(fā)明的有益效果在于相較于現(xiàn)有技術(shù)更為節(jié)能省電。


圖1是一示意圖，說明現(xiàn)有技術(shù)中USB2. 0與集線器之間的連接關(guān)系；
圖2是一電路示意圖，說明現(xiàn)有技術(shù)的高速驅(qū)動(dòng)器；
圖3是一電路圖，說明本發(fā)明高速驅(qū)動(dòng)器的第一較佳實(shí)施例；
圖4是一電路圖，說明本發(fā)明高速驅(qū)動(dòng)器的第二較佳實(shí)施例；及
圖5是一電路圖，說明本發(fā)明高速驅(qū)動(dòng)器的第三較佳實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。 參閱圖3，本發(fā)明所述的高速驅(qū)動(dòng)器的第一較佳實(shí)施例，該高速驅(qū)動(dòng)器1主要應(yīng) 用于高傳輸速度版本的通用串行總線(Universal Serial Bus,以下簡(jiǎn)稱USB2. 0)，在本實(shí) 施例中，USB2.0在使用時(shí)會(huì)有數(shù)據(jù)傳輸及交握偵測(cè)(handshakedetection)兩個(gè)模式，當(dāng) USB2. 0剛連接到集線器(Hub)時(shí)，USB2. 0會(huì)先進(jìn)入交握偵測(cè)模式，以確保兩者之間是否有 相同速度的驅(qū)動(dòng)器，且在此交握偵測(cè)模式下，USB2. 0會(huì)傳送一個(gè)800mV的信號(hào)到集線器，并 且等待集線器的回應(yīng)，而當(dāng)兩者之間協(xié)定以高速(HS)、全速(FS)或低速(LS)的傳輸速率傳 遞數(shù)據(jù)時(shí)，USB2. 0會(huì)進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸模式，并與集線器之間以一個(gè)OV到400mV的交流信號(hào)相 互傳遞數(shù)據(jù)。 本實(shí)施例的高速驅(qū)動(dòng)器1包括一多工器2、一運(yùn)算放大器3、一第一晶體管Ql及 一切換電路4，多工器2會(huì)針對(duì)USB2. 0的操作模式切換選擇400mV或800mV的一定電壓輸 出，而多工器2的輸出端耦接于運(yùn)算放大器3的反相端，使得該定電壓可以被運(yùn)算放大器3 所接收。再者，運(yùn)算放大器3的非反相端會(huì)耦接于第一晶體管Q1的源極，且其輸出端耦接 于第一晶體管Ql的柵極，因此，運(yùn)算放大器3與第一晶體管Ql之間會(huì)形成一個(gè)負(fù)反饋的回 路，且第一晶體管Ql在飽和區(qū)工作時(shí)，第一晶體管Ql的源極電壓VX會(huì)與多工器2所輸出 的定電壓相同。 切換電路4包括一第一開關(guān)對(duì)及一第二開關(guān)對(duì)，第一開關(guān)對(duì)具有一第一開關(guān)Ml及 一第二開關(guān)M2，第二開關(guān)對(duì)具有一第三開關(guān)M3及一第四開關(guān)M4，而以上四個(gè)開關(guān)在本實(shí)施 例中皆為N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(NMOS)，且分別由外部的控制信號(hào)01 04 所控制。第一開關(guān)M1的第一端(D)耦接于第一晶體管Q1的源極且第二端(S)耦接于第四 開關(guān)M4的第一端(D)，而第四開關(guān)M4的第二端(S)則接地；第三開關(guān)M3的第一端(D)耦 接于第一晶體管Q1的源極且第二端(S)耦接于第二開關(guān)M2的第一端(D)，而第二開關(guān)M2 的第二端(S)則接地。 值得一提的是，本實(shí)施例的高速驅(qū)動(dòng)器1利用第一開關(guān)M1的第二端(S)與第三開 關(guān)M3的第二端(S)(以下分別簡(jiǎn)稱匿端與DP端)交替輸出輸出信號(hào)，且匿端與DP端會(huì) 分別耦接一第一負(fù)載51及一第二負(fù)載52，又第一晶體管Ql的源極電壓VX與從第一晶體 管Ql的源極經(jīng)過第一負(fù)載51 (或第二負(fù)載52)到地的路徑上所產(chǎn)生的阻抗會(huì)限制流進(jìn)切 換電路4的電流I。 當(dāng)高速驅(qū)動(dòng)器1為交握偵測(cè)模式時(shí)，多工器2會(huì)切換選擇800mV的定電壓輸出到 運(yùn)算放大器3，假設(shè)第一晶體管Ql操作在飽和區(qū)，第一晶體管Ql的源極電壓VX會(huì)為多工器 2所輸出的定電壓(即800mV)，又當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)對(duì)(M1、M2)開啟且第二開關(guān)對(duì)(M3、M4)關(guān)閉時(shí)，第一開關(guān)Ml與第二開關(guān)M2會(huì)被導(dǎo)通，此時(shí)，第一晶體管Ql的源極電壓VX會(huì)通過第一 開關(guān)Ml而從匿端輸出，而DP端會(huì)因第二開關(guān)M2的開啟而接地；相反地，第一開關(guān)對(duì)(Ml 、 M2)關(guān)閉且第二開關(guān)對(duì)(M3、M4)開啟時(shí)，匿端電壓會(huì)因第四開關(guān)M4導(dǎo)通而接地且DP端電 壓會(huì)因第三開關(guān)M3導(dǎo)通而為800mV，因此，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)對(duì)與第二開關(guān)對(duì)交替地被開啟時(shí)，DM 端與DP端會(huì)輪流輸出OV及800mV，而產(chǎn)生一個(gè)OV到800mV且相互反相的輸出信號(hào)交替輸 出到第一負(fù)載51及第二負(fù)載52。 在本實(shí)施例中，第一負(fù)載51與第二負(fù)載52皆為電纜線(cable)，而二電纜線的 另一端會(huì)分別耦接于集線器端的電阻(R3、 R4)，且從第一晶體管Q1的源極經(jīng)過第一負(fù)載 51 (或第二負(fù)載52)、集線器端的電阻R3 (或R4)到地的路徑上總阻抗為45歐姆，又第一晶 體管Ql的源極電壓VX為800mV，所以流進(jìn)切換電路4的電流I為800/45 = 17. 78mA。此 外，值得一提的是，第一電壓源VD的電壓值只要能使第一晶體管Q1操作在飽和區(qū)即可，就 本實(shí)施例而言，第一電壓源VD的電壓只要在1. 2V 3. 3V之間皆可讓第一晶體管Ql操作 在飽和區(qū)，因此，高速驅(qū)動(dòng)器的消耗功率最低可為17. 78mAX 1. 2V = 21. 34mW，比起現(xiàn)有技 術(shù)的17. 78mAX3. 3V = 58. 67mW省電許多。 當(dāng)高速驅(qū)動(dòng)器1為數(shù)據(jù)傳輸模式時(shí)，多工器2會(huì)切換選擇400mV的定電壓輸出到 運(yùn)算放大器3，其動(dòng)作與高速驅(qū)動(dòng)器1在交握偵測(cè)模式時(shí)相同，在第一晶體管Ql于飽和區(qū)工 作時(shí)，第一晶體管Q1的源極電壓VX會(huì)為400mV，并利用第一開關(guān)對(duì)(M1、M2)與第二開關(guān)對(duì) (M3、M4)交替地被開啟，使得匿端與DP端會(huì)輪流產(chǎn)生一個(gè)OV到400mV且相互反相的輸出 信號(hào)輸出到第一負(fù)載51及第二負(fù)載52。再者，高速驅(qū)動(dòng)器1在數(shù)據(jù)傳輸模式下，第一晶體 管Ql的源極電壓VX為400mV，所以流進(jìn)切換電路4的電流I為400/45 = 8. 89mA，其功率 消耗為8. 89mAX 1. 2V = 10. 67mW，相較于現(xiàn)有技術(shù)的58. 67mW更為省電。
在本實(shí)施例中，高速驅(qū)動(dòng)器1還包括一用于維持第一晶體管Ql源極的電壓VX的 電壓保持電路6，該電壓保持電路6具有一耦接于運(yùn)算放大器3的非反相端的開關(guān)61及一 第二晶體管Q2，第二晶體管Q2的漏極耦接于開關(guān)61的一端且柵極耦接于一第二電壓源 (即供應(yīng)電源)，源極則接地，而開關(guān)61的另一端耦接于運(yùn)算放大器3的非反相端，且開關(guān) 61由一個(gè)控制信號(hào)VCNTRL所控制。在高速驅(qū)動(dòng)器1于一段時(shí)間未進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)或是等 待進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪@段時(shí)間，高速驅(qū)動(dòng)器1會(huì)進(jìn)入閑置模式，使得第一晶體管Ql源極的電 壓VX會(huì)循其它路徑放電而逐漸消失，因此在該閑置模式下，控制信號(hào)VCNTRL會(huì)控制開關(guān)61 關(guān)閉，以保持第一晶體管Ql源極的電壓VX，避免當(dāng)高速驅(qū)動(dòng)器1從閑置模式進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸 時(shí)，需要較長(zhǎng)的時(shí)間來恢復(fù)第一晶體管Ql的源極電壓VX。 此外，本實(shí)施例的高速驅(qū)動(dòng)器1處于關(guān)閉模式時(shí)，控制信號(hào)VCNTRL會(huì)控制開關(guān)61 開啟，及控制信號(hào)01到04分別控制第一開關(guān)M1到第四開關(guān)M4關(guān)閉，使得高速驅(qū)動(dòng)器1在 關(guān)閉模式下不消耗任何功率，而匿端及DP端為高阻抗(high impedance)。
參閱圖4，為本發(fā)明高速驅(qū)動(dòng)器的第二較佳實(shí)施例，大致與第一較佳實(shí)施例相同， 其不同之處在于，本實(shí)施例的運(yùn)算放大器3的反相端固定接收一個(gè)800mV的定電壓，而不 需要多工器作切換選擇，且切換電路4'還包括一第三開關(guān)對(duì)、一第四開關(guān)對(duì)及二分壓電阻 RS，第三開關(guān)對(duì)具有一第五開關(guān)M5及一第六開關(guān)M6，第四開關(guān)對(duì)具有一第七開關(guān)M7及一第 八開關(guān)M8，而以上四個(gè)開關(guān)皆為N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(NMOS)，且分別由外 部的控制信號(hào)01C及02C所控制。第五開關(guān)M5的第一端(D)耦接于第一晶體管Q 1的源
8極且第二端(S)耦接于第八開關(guān)M8的第一端(D)，而第八開關(guān)M8的第二端(S)則接地；第 七開關(guān)M7的第一端(D)耦接于第一晶體管Q1的源極且第二端(S)耦接于第六開關(guān)M6的 第一端(D)，而第六開關(guān)M6的第二端(S)則接地。 在本實(shí)施例中，高速驅(qū)動(dòng)器1利用第五開關(guān)M5的第二端(S)與第七開關(guān)M7的第 二端(S)(以下分別簡(jiǎn)稱DM'端與DP'端)交替輸出輸出信號(hào)，且DM'端與DP'端會(huì)分別耦 接第一負(fù)載51及第二負(fù)載52，而在第一開關(guān)M1的第二端(S)與DM'端之間連接其中一分 壓電阻RS，且另一分壓電阻RS則連接在第三開關(guān)M3的第二端(S)與DP'端之間。
當(dāng)高速驅(qū)動(dòng)器1為交握偵測(cè)模式時(shí)，第一晶體管Ql的源極電壓VX會(huì)為800mV，且 控制信號(hào)01 04會(huì)控制第一開關(guān)M1到第四開關(guān)M4全部關(guān)閉，所以第一晶體管Q1的源極 電壓VX是通過第三開關(guān)對(duì)(M5、M6)與第四開關(guān)對(duì)(M7、M8)相互交替地被開啟，而從匿'端 與DP'端輪流輸出一個(gè)OV到800mV且相互反相的輸出信號(hào)。值得一提的是，由于第一開關(guān) Ml到第四開關(guān)M4皆關(guān)閉，所以分壓電阻Rs連接于第一開關(guān)Ml的第二端(或第三開關(guān)M3 的第二端)的一端會(huì)為高阻抗，也就是說從第一晶體管Ql的源極經(jīng)過第一負(fù)載51 (或第二 負(fù)載52)、集線器端的電阻R3 (或R4)到地的路徑上總阻抗為45歐姆，其中并不會(huì)經(jīng)過分壓 電阻RS，又第一晶體管Ql的源極電壓VX為800mV，即流進(jìn)切換電路4'的電流I為800/45 =17. 78mA，而最低功率消耗為17. 78mAX 1. 2V = 21. 34mW。 當(dāng)高速驅(qū)動(dòng)器1為數(shù)據(jù)傳輸模式時(shí)，控制信號(hào)01C及02C會(huì)控制第三開關(guān)對(duì)(M5、 M6)及第四開關(guān)對(duì)(M7、M8)關(guān)閉，所以第一晶體管Q1的源極電壓VX是通過第一開關(guān)對(duì)(Ml、 M2)與第二開關(guān)對(duì)(M3、M4)相互交替地被開啟，而從匿端及DP端傳送輸出信號(hào)到DM'端 與DP'端以輸出到第一負(fù)載51及第二負(fù)載52。 由于本實(shí)施例的運(yùn)算放大器3的反相端所接收的定電壓固定為800mV，但是高速 驅(qū)動(dòng)器1在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)需要以O(shè)V到400mV的交流信號(hào)輸出，所以本實(shí)施例是利用分壓電阻 RS將800mV分壓一半成400mV并且由匿'端與DP'端輸出。因此，由匿'端(或DP'端)往 第一負(fù)載51 (或第二負(fù)載52)的方向看去的阻抗必須與往分壓電阻RS的方向看去的阻抗 相同，又從DM'端(或DP'端)通過第一負(fù)載51(或第二負(fù)載52)、集線器端的電阻R3(或 R4)到地的路徑上總阻抗為45歐姆，所以由匿'端(或DP'端)往分壓電阻Rs的方向看去 的阻抗(即分壓電阻RS，忽略第一開關(guān)M1到第四開關(guān)M4的阻抗)需為45歐姆。
但是，在制程上很難將分壓電阻RS精確作到45歐姆，因此，本實(shí)施例的切換電路 4'還包括一耦接于第一晶體管Q1的源極與第一開關(guān)M1、第三開關(guān)M3之間的第一匹配開關(guān) 對(duì)，及一耦接于第二開關(guān)M2、第四開關(guān)M4與地之間的第二匹配開關(guān)對(duì)，第一匹配開關(guān)對(duì)具 有一第一匹配開關(guān)MT1及一第二匹配開關(guān)MT2，第二匹配開關(guān)對(duì)具有一第三匹配開關(guān)MT3及 一第四匹配開關(guān)MT4。第一匹配開關(guān)MT1及第二匹配開關(guān)MT2的第一端(D)皆耦接于第一 晶體管Q1的源極，第二端(S)則分別耦接于第一開關(guān)M1的第一端(D)與第三開關(guān)M3的第 一端(D)，而第三匹配開關(guān)MT3及第四匹配開關(guān)MT4的第一端(D)分別耦接于第四開關(guān)M4 的第二端(S)與第二開關(guān)M2的第二端(S)，且兩者的第二端(S)皆接地。
第一匹配開關(guān)對(duì)(MT1、MT2)與第二匹配開關(guān)對(duì)(MT3、MT4)分別由TERM_U與TERM_ D的控制信號(hào)控制，其控制信號(hào)為一模擬控制信號(hào)，用于適度的改變第一匹配開關(guān)MT1到第 四匹配開關(guān)MT4的阻值，使得第一匹配開關(guān)對(duì)(或第二匹配開關(guān)對(duì))中的其中一開關(guān)的阻 值與其中一分壓電阻RS的阻值相加后會(huì)為45歐姆。因此，若DM'端(或DP'端)兩邊的阻抗達(dá)到匹配后，第一晶體管Q1的源極電壓VX(800mV)通過第一匹配開關(guān)對(duì)(MT1、MT2)與 分壓電阻RS的分壓，使得DM'端(或DP'端)的電壓為400mV，且再利用第一開關(guān)對(duì)(Ml、 M2)與第二開關(guān)對(duì)(M3、M4)交替地開啟或關(guān)閉，即可交替產(chǎn)生一個(gè)0V到400mV且相互反相 的輸出信號(hào)。值得一提的是，第二匹配開關(guān)對(duì)(MT3、MT4)主要是用于使匿'端(或DP'端) 的充電(0V到400mV)時(shí)間與放電(400mV到0V)時(shí)間相同，若應(yīng)用上高速驅(qū)動(dòng)器可以容忍 充放電時(shí)間所產(chǎn)生誤差，則第二匹配開關(guān)對(duì)(MT3、MT4)可以移除或利用定電阻替換，所以 不以本實(shí)施例為限。 由于從第一晶體管Ql的源極經(jīng)過第一匹配開關(guān)MT1 (或第二匹配開關(guān)MT2)、其中 一分壓電阻RS、第一負(fù)載51 (或第二負(fù)載52)、集線器端的電阻R3 (或R4)到地的路徑上 總阻抗為90歐姆(前、后兩個(gè)的阻值分別為45歐姆)，又第一晶體管Ql的源極電壓VX為 800mV，因此，流進(jìn)切換電路4'的電流I為800/90 = 8. 89mA，且若將第一電壓源VD的電壓 降低到最低的1. 2V，即本實(shí)施例的功率消耗為8. 89mAX 1. 2V = 10. 67mW，仍比現(xiàn)有技術(shù)的 58. 67mW省電。 參閱圖5，為本發(fā)明高速驅(qū)動(dòng)器的第三較佳實(shí)施例，大致與第二較佳實(shí)施例相同， 其不同之處在于，本實(shí)施例的切換電路4"移除第三開關(guān)對(duì)及第四開關(guān)對(duì)中的四個(gè)開關(guān)，且 增加與第一較佳實(shí)施例相同的多工器2，用于針對(duì)USB2. 0的操作模式切換選擇800mV或 1. 6V的一定電壓輸出到運(yùn)算放大器3的反相端。 特別注意的是，高速驅(qū)動(dòng)器1利用二分壓電阻RS分別與第一負(fù)載51及第二負(fù)載 52耦接的一端(以下分別簡(jiǎn)稱DM"端與DP"端)交替輸出輸出信號(hào)，且本實(shí)施例的原理與 第二較佳實(shí)施例相同，是利用與第一負(fù)載51 (或第二負(fù)載52)匹配的分壓電阻RS作分壓， 使得輸出端匿"端(或DP"端)獲得一半的第一晶體管Q1的源極電壓VX。因此，當(dāng)高速驅(qū) 動(dòng)器1在交握偵測(cè)模式時(shí)，DM"端(或DP"端)需要獲得800mV的電壓輸出，即第一晶體管 Ql的源極電壓VX需為1. 6V，而當(dāng)高速驅(qū)動(dòng)器1處于數(shù)據(jù)傳輸模式下，第一晶體管Ql的源 極電壓VX需為800mV，匿"端(或DP"端)方可得到400mV的電壓輸出。
再者，高速驅(qū)動(dòng)器1在交握偵測(cè)模式下時(shí)，多工器2會(huì)切換選擇1. 6V輸出，即第一 晶體管Q1的源極電壓VX也為1.6V，而為了使第一晶體管Q1操作于飽和區(qū)，本實(shí)施例的第 一電壓源VD最低只能降為1. 8V，使流進(jìn)切換電路4"的電流I為1600/90 = 17. 78mA，所以 功率消耗為17. 78mAX 1. 8V = 32mW，另外，高速驅(qū)動(dòng)器1在數(shù)據(jù)傳輸模式下流進(jìn)切換電路 4"的電流I為800/90 = 8. 89mA，所以最低功率消耗則為8. 89mAX 1. 8V = 16. 002mW。
綜上所述，本發(fā)明所述的高速驅(qū)動(dòng)器利用運(yùn)算放大器3與第一晶體管Q1作為一電 壓緩沖輸出，且增加第一晶體管Q1的源極通過負(fù)載(51、52)到地的路徑上的電阻，使得流 進(jìn)切換電路(4、4'、4")的電流得以被限制，再者，第一晶體管Q1的漏極所耦接的第一電壓 源VD的電壓可以下降到只要使第一晶體管仍保持在飽和區(qū)工作即可，如此一來，本發(fā)明的 高速驅(qū)動(dòng)器相較于現(xiàn)有技術(shù)更為省電。
權(quán)利要求
一種高速驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，該高速驅(qū)動(dòng)器包括一運(yùn)算放大器，具有一接收一定電壓的反相端、一非反相端及一輸出端；一第一晶體管，具有一耦接于一第一電壓源的漏極、一耦接于該運(yùn)算放大器的非反相端的源極，及一耦接于該運(yùn)算放大器的輸出端的柵極，以使該第一晶體管的源極取得該定電壓；及一切換電路，耦接于該第一晶體管的源極、一接地端及一負(fù)載，該切換電路交替切換選擇該第一晶體管的源極電壓及該接地端電壓其中之一而產(chǎn)生一輸出信號(hào)并由該負(fù)載端輸出，且該第一晶體管源極的電壓與從該第一晶體管的源極通過該負(fù)載到地的路徑上的阻抗限制流進(jìn)該切換電路的電流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，該負(fù)載具有一第一負(fù)載及一第二 負(fù)載，該切換電路包括一第一開關(guān)對(duì)，具有一第一開關(guān)及一第二開關(guān)；及一第二開關(guān)對(duì)，具有一第三開關(guān)及一第四開關(guān)，該第一開關(guān)的第一端耦接于該第一晶 體管的源極且該第一開關(guān)的第二端耦接于該第四開關(guān)的第一端及該第一負(fù)載，而該第四開 關(guān)的第二端則接地，該第三開關(guān)的第一端耦接于該第一晶體管的源極且該第三開關(guān)的第二 端耦接于該第二開關(guān)的第一端及該第二負(fù)載，而該第二開關(guān)的第二端則接地，該第一開關(guān) 對(duì)與該第二開關(guān)對(duì)交替地被開啟，使得該第一開關(guān)的第二端與該第三開關(guān)的第二端相互交 替地輸出該輸出信號(hào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高速驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，該高速驅(qū)動(dòng)器還包括一電壓保持 電路，該電壓保持電路具有一耦接于該運(yùn)算放大器的非反相端的開關(guān)及一第二晶體管，該 第二晶體管的漏極耦接于該開關(guān)且柵極耦接于一第二電壓源，而源極則接地，通過控制該 開關(guān)關(guān)閉，能夠保持該運(yùn)算放大器非反相端的電壓。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高速驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，該高速驅(qū)動(dòng)器工作在一數(shù)據(jù)傳輸 模式及一交握偵測(cè)模式，該高速驅(qū)動(dòng)器工作在該數(shù)據(jù)傳輸模式時(shí)，該定電壓為400mV，該高 速驅(qū)動(dòng)器工作在該交握偵測(cè)模式時(shí)，該定電壓為800mV。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的高速驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，該高速驅(qū)動(dòng)器還包括一耦接于該 運(yùn)算放大器的反相端的多工器，當(dāng)該高速驅(qū)動(dòng)器工作在該數(shù)據(jù)傳輸模式時(shí)，該多工器選擇 400mV的定電壓輸出，當(dāng)該高速驅(qū)動(dòng)器工作在該交握偵測(cè)模式時(shí)，該多工器選擇800mV的定 電壓輸出。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高速驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，該切換電路還包括二分壓電阻，其 中一分壓電阻連接于該第一開關(guān)的第二端與該第一負(fù)載之間，另一分壓電阻連接于該第三 開關(guān)的第二端與該第二負(fù)載之間，使該第一負(fù)載及該第二負(fù)載的端電壓為該定電壓的二分 之一。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的高速驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，該高速驅(qū)動(dòng)器還包括一第一匹配開關(guān)對(duì)，具有一第一匹配開關(guān)及一第二匹配開關(guān)，該第一匹配開關(guān)及第二 匹配開關(guān)的第一端皆耦接于該第一晶體管的源極，該第一匹配開關(guān)及第二匹配開關(guān)的第二 端則分別耦接于該第一開關(guān)的第一端與該第三開關(guān)的第一端；及一第二匹配開關(guān)對(duì)，具有一第三匹配開關(guān)及一第四匹配開關(guān)，該第三匹配開關(guān)及第四匹配開關(guān)的第一端分別耦接于該第四開關(guān)的第二端與該第二開關(guān)的第二端，該第三匹配開 關(guān)及第四匹配開關(guān)的第二端皆接地，該第一匹配開關(guān)及該第二匹配開關(guān)其中之一所產(chǎn)生的 阻值與所述分壓電阻其中之一的阻值的總和等于第一負(fù)載或第二負(fù)載其中之一到地的阻 值，而第三匹配開關(guān)及第四匹配開關(guān)其中之一所產(chǎn)生的阻值與所述分壓電阻其中之一的阻 值的總和等于第一負(fù)載或第二負(fù)載其中之一到地的阻值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的高速驅(qū)動(dòng)器，其特征在于， 該切換電路還包括一第三開關(guān)對(duì)，具有一第五開關(guān)及一第六開關(guān)；及一第四開關(guān)對(duì)，具有一第七開關(guān)及一第八開關(guān)，該第五開關(guān)的第一端耦接于該第一晶 體管的源極且該第五開關(guān)的第二端耦接于該第八開關(guān)的第一端與該第一負(fù)載，而該第八開 關(guān)的第二端則接地，該第七開關(guān)的第一端耦接于該第一晶體管的源極且第二端耦接于該第 六開關(guān)的第一端與該第二負(fù)載，而該第六開關(guān)的第二端則接地，該第一開關(guān)對(duì)與該第二開 關(guān)對(duì)交替地被開啟且該第三開關(guān)對(duì)與該第四開關(guān)對(duì)皆關(guān)閉，使得該第一開關(guān)的第二端與該 第三開關(guān)的第二端相互交替地輸出該輸出信號(hào)，該第三開關(guān)對(duì)與該第四開關(guān)對(duì)交替地被開 啟且該第一開關(guān)對(duì)與該第二開關(guān)對(duì)皆關(guān)閉，使得該第五開關(guān)的第二端與該第七開關(guān)的第二 端相互交替地輸出該輸出信號(hào)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的高速驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，該高速驅(qū)動(dòng)器工作在一數(shù)據(jù)傳輸 模式及一交握偵測(cè)模式，在該高速驅(qū)動(dòng)器工作在該數(shù)據(jù)傳輸模式時(shí)，該第一開關(guān)對(duì)與該第 二開關(guān)對(duì)交替地被開啟且該第三開關(guān)對(duì)與該第四開關(guān)對(duì)皆關(guān)閉，在該高速驅(qū)動(dòng)器工作在該 交握偵測(cè)模式時(shí)，該第三開關(guān)對(duì)與該第四開關(guān)對(duì)交替地被開啟且該第一開關(guān)對(duì)與該第二開 關(guān)對(duì)皆關(guān)閉。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的高速驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，該高速驅(qū)動(dòng)器工作在一數(shù)據(jù)傳輸 模式及一交握偵測(cè)模式，該高速驅(qū)動(dòng)器工作在該數(shù)據(jù)傳輸模式時(shí)，該定電壓為800mV，在該 高速驅(qū)動(dòng)器為該交握偵測(cè)模式時(shí)，該定電壓為1. 6V。
11. 根據(jù)權(quán)利要求io所述的高速驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，該高速驅(qū)動(dòng)器還包括一耦接于該運(yùn)算放大器的反相端的多工器，當(dāng)該高速驅(qū)動(dòng)器工作在該數(shù)據(jù)傳輸模式時(shí)，該多工器選 擇800mV的定電壓輸出，當(dāng)該高速驅(qū)動(dòng)器工作在該交握偵測(cè)模式時(shí)，該多工器選擇1. 6V的 定電壓輸出。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9或11所述的高速驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，高速驅(qū)動(dòng)器還包括一電壓保 持電路，該電壓保持電路具有一耦接于該運(yùn)算放大器的非反相端的開關(guān)及一第二晶體管， 該第二晶體管的漏極耦接于該開關(guān)且柵極耦接于一第二電壓源，而源極則接地，通過控制 該開關(guān)關(guān)閉，可保持該運(yùn)算放大器非反相端的電壓。
全文摘要
一種高速驅(qū)動(dòng)器，包括一運(yùn)算放大器、一第一晶體管及一切換電路，運(yùn)算放大器具有一接收一定電壓的反相端、一非反相端及一輸出端，第一晶體管具有一耦接于一第一電壓源的漏極、一耦接于運(yùn)算放大器的非反相端的源極，及一耦接于運(yùn)算放大器的輸出端的柵極，以使其源極取得該定電壓，切換電路耦接于第一晶體管的源極、一接地端及一負(fù)載，通過切換電路交替切換選擇第一晶體管的源極電壓及接地端電壓其中之一而產(chǎn)生一輸出信號(hào)并由負(fù)載端輸出，使得第一晶體管源極的電壓與從第一晶體管的源極通過負(fù)載到地的路徑上的阻抗限制流進(jìn)切換電路的電流。本發(fā)明所述的高速驅(qū)動(dòng)器，相較于現(xiàn)有技術(shù)更為節(jié)能省電。
文檔編號(hào)H03K17/687GK101751358SQ20081018582
公開日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2008年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月15日
發(fā)明者吳明升, 普瑞昀 申請(qǐng)人:宏諾科技股份有限公司