專利名稱：用于傳輸晶體管柵極電壓的多電平控制電路、方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及晶體管，且更特別地涉及對(duì)傳輸晶體管柵極電壓的多電平 (multi-level)控制。
背景技術(shù)：
場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)能夠用作高效通道開(kāi)關(guān)器件(pass through switching device)，能夠選擇性地將源自信號(hào)源的信號(hào)連接到該信號(hào)的匯點(diǎn)(sink)。典型地，選擇具有低ON電阻(Ron)和高OFF電阻(Roff)的通道FETs (pass through FETs)。低Ron使得信號(hào)幾乎沒(méi)有損失或不受FET所引起的影響地通過(guò)FET。對(duì)于FET，Ron是柵源電壓Vgs的函數(shù)。隨著Vgs增加，同樣增加的FET溝道尺寸減小了 FET的Ron。因此，Ron與Vgs呈相反關(guān)系。當(dāng)然，為了作為通道FET的高效操作， Vgs能夠僅增加到柵氧化層擊穿電壓或者其他FET的最大推薦操作電壓。這樣設(shè)置了 Vgs 可設(shè)置多高的上限。由于典型地需要低Ron，用作通道開(kāi)關(guān)器件的FET應(yīng)該具有設(shè)置為微低于其柵氧化層擊穿電壓的Vgs。Vgs,作為柵源電壓，同時(shí)依賴于柵極電壓和源電壓,特別地,柵極電壓與源電壓之間的差值。在作為通道開(kāi)關(guān)器件的FET中，柵極電壓被控制而源電壓未被控制?？刂茤艠O電壓從而設(shè)置FET為0N(例如導(dǎo)通狀態(tài))或OFF(例如非導(dǎo)通狀態(tài))。然而，源電壓基于源自信號(hào)源的電壓，因而是未控制的。例如，當(dāng)FET為ON時(shí)，源電壓實(shí)質(zhì)上等于傳入FET源極的信號(hào)電壓(此處為“輸入信號(hào)”)。因此，當(dāng)FET為ON時(shí)由于柵極電壓被設(shè)置為常數(shù)值， Vgs會(huì)相應(yīng)于輸入信號(hào)的變化而改變。這種Vgs的變化引起了用于FET的Ron相應(yīng)變化。為了減小Vgs的變化，設(shè)計(jì)電路使得FET的柵極電壓跟隨輸入信號(hào)的電壓變化。這些電路使用非開(kāi)關(guān)放大器(例如A類、 B類、AB類放大器)以產(chǎn)生用于FET的可調(diào)整柵極電壓。典型地配置這些非開(kāi)關(guān)放大器從而使得柵極電壓連續(xù)地跟隨輸入電壓(例如以模擬方式)。因此，這些電路典型地產(chǎn)生輸入信號(hào)的全部電壓擺幅(voltage swing)，包括“常數(shù)”交流(AC)輸入信號(hào)中的電壓擺幅(例如AC信號(hào)具有常數(shù)共模)。就是說(shuō)，在這些電路中“常數(shù)” AC輸入信號(hào)會(huì)導(dǎo)致柵極電壓變化從而使得隨著AC輸入信號(hào)從高到低擺動(dòng)Vgs實(shí)質(zhì)上仍為常數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
此外，本發(fā)明已經(jīng)意識(shí)到開(kāi)關(guān)放大器(例如D類放大器、電荷泵)能夠用于產(chǎn)生用于用作通道開(kāi)關(guān)器件的FET的動(dòng)態(tài)控制柵極電壓。開(kāi)關(guān)放大器較之非開(kāi)關(guān)放大器可產(chǎn)生更高效的柵極電壓。在示例中，為了維持用于FET的Ron處于期望范圍內(nèi)，開(kāi)關(guān)放大器可以控制柵極電壓。為維持Ron處于期望范圍內(nèi)，可以在兩個(gè)或多個(gè)離散電平之間調(diào)整FET的柵極電壓。例如，當(dāng)FET為ON時(shí)，可以基于FET的輸入信號(hào)的共模電壓，在兩個(gè)或多個(gè)離散電平之間動(dòng)態(tài)調(diào)整柵極電壓。當(dāng)共模電壓增加時(shí)(例如高于閾值)，F(xiàn)ET的柵極電壓可以設(shè)置為較高的離散電平。相反，當(dāng)共模電壓減小時(shí)，F(xiàn)ET的柵極電壓可以設(shè)置為較低的離散電平。本發(fā)明提供了一種晶體管控制電路，用于提供從源到匯點(diǎn)的信號(hào)，該電路包括具有導(dǎo)通狀態(tài)和非導(dǎo)通狀態(tài)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有柵極、源極和漏極；第一比較器，被配置成比較所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極處的源電壓與第一參考電壓以及基于所述源電壓和所述第一參考電壓之間的差值提供第一輸出；以及開(kāi)關(guān)放大器，被配置成向所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極施加同所述第一比較器的第一輸出成函數(shù)關(guān)系的柵極電壓。本發(fā)明還提供了一種晶體管控制方法，用于提供從源到匯點(diǎn)的信號(hào)，該方法包括比較將場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極處的源電壓與第一參考電壓；當(dāng)所述源電壓低于所述第一參考電壓時(shí)，將第一電荷泵處的輸入電壓轉(zhuǎn)換為第一柵極電壓并將所述第一柵極電壓施加到所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極；以及當(dāng)所述源電壓高于所述第一參考電壓時(shí)，將第一電荷泵處的輸入電壓轉(zhuǎn)換為第二柵極電壓并將所述第二柵極電壓施加到所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極，所述第二柵極電壓高于所述第一柵極電壓。本發(fā)明另提供了一種晶體管控制系統(tǒng)，用于提供從源到匯點(diǎn)的信號(hào)，包括第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管，具有柵極、源極和漏極，所述第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管被配置成提供從源到匯點(diǎn)的第一信號(hào)；第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管，具有柵極、源極和漏極，所述第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管被配置成提供從源到匯點(diǎn)的第二信號(hào)；第一比較器，被配置成基于所述第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極處的源電壓和第一參考電壓之間的差值提供第一輸出；第二比較器，被配置成基于所述第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極處的源電壓和第一參考電壓之間的差值提供第二輸出；邏輯元件，被配置成接收第一輸出和第二輸出并提供第三輸出；以及開(kāi)關(guān)放大器，被配置成向第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極以及第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極施加同第三輸出成函數(shù)關(guān)系的第一柵極電壓。這個(gè)概述的目的是提供本專利申請(qǐng)主題的一個(gè)概述。其目的不是對(duì)本發(fā)明全部或詳盡的解釋。包括詳細(xì)描述以提供關(guān)于本專利申請(qǐng)進(jìn)一步的信息。


在附圖中，其不必按比例示出，不同圖中的相似附圖標(biāo)記可描述相似的部件。具有不同字母后綴的相似附圖標(biāo)記可表示相似部件的不同實(shí)施例。附圖以舉例的方式大體展示本文件討論的變化實(shí)施例，但是并非用于限制本申請(qǐng)。圖I大體示出了用于多電平控制傳輸晶體管柵極電壓的示例系統(tǒng)；圖2大體示出了用于多電平控制傳輸晶體管柵極電壓的其他示例系統(tǒng)；圖3大體不出了用于圖I和2中任一系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)放大器不例；圖4大體示出了通道FET的ON電阻相對(duì)于輸入信號(hào)的共模電壓的曲線示例圖。
具體實(shí)施例方式圖I示出了用于將信號(hào)從信號(hào)源102選擇地連接到匯點(diǎn)104的系統(tǒng)100的示例。 開(kāi)關(guān)器件106用于控制信號(hào)是否從該信號(hào)源102連接到匯點(diǎn)104。該開(kāi)關(guān)器件可包括配置為通道開(kāi)關(guān)器件的FET 108。在一個(gè)實(shí)施例中，該FET 108可包括連接到該信號(hào)源102并接收來(lái)自信號(hào)源102的輸入信號(hào)的源極。該FET108的漏極可與匯點(diǎn)104連接。在該FET 108柵極處的電壓可用于控制該FET108是為ON從而使得來(lái)自該信號(hào)源102的輸入信號(hào)連接到匯點(diǎn)104還是為OFF從而使得輸入信號(hào)沒(méi)有連接到匯點(diǎn)104。在一個(gè)實(shí)施例中，該FET 108是增強(qiáng)模式器件。因此，當(dāng)OV (例如接地)施加到柵極時(shí)，該FET 108為0FF，且施加正電壓從而設(shè)置該FET 108為0N。為了設(shè)置該FET 108為0N，該柵極電壓應(yīng)該足夠大從而提供一個(gè)使該FET 108處于導(dǎo)通狀態(tài)的Vgs電壓。該FET 108的柵極電壓可由開(kāi)關(guān)放大器110產(chǎn)生。因?yàn)樵谶@個(gè)實(shí)施例中，該柵極電壓設(shè)置為接地從而設(shè)置該FET 108為0FF，該開(kāi)關(guān)放大器110不必產(chǎn)生設(shè)置FET 108為 OFF的電壓。然而，該開(kāi)關(guān)放大器110能夠配置為產(chǎn)生設(shè)置該FET 108為ON的正柵極電壓。 在一個(gè)實(shí)施例中，該開(kāi)關(guān)放大器110能夠配置為產(chǎn)生設(shè)置FET 108為ON的兩個(gè)以上離散柵極電壓電平。這些離散柵極電壓電平可用于調(diào)整基于該FET 108輸入信號(hào)電壓電平的柵極電壓。在一個(gè)實(shí)施例中，該離散柵極電壓電平可用于在輸入信號(hào)的電壓電平變化時(shí)，將FET 108的Vgs維持在期望范圍內(nèi)?；贔ET 108的Ron或ON電容(Con)的期望范圍，Vgs可以維持在期望范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，Vgs可以維持在一個(gè)期望范圍內(nèi)從而維持Ron處于FET 108的最小電阻范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，可以基于FET 108的Vgs的期望范圍確定優(yōu)化的Vgs。例如，如果用于輸入信號(hào)的典型電壓范圍是已知的，可以確定一個(gè)所需的Vgs使得用于輸入信號(hào)的典型電壓范圍得到實(shí)現(xiàn)期望Ron范圍(例如低Ron)的Vgs范圍。在一個(gè)實(shí)施例中，輸入信號(hào)是一個(gè)具有I伏電壓擺幅(例如從-O. 5伏到O. 5伏擺動(dòng))的AC信號(hào)。選擇一個(gè)所需的 Vgs從而使得I伏擺幅的輸入信號(hào)保持在一個(gè)低Ron范圍內(nèi)。例如，如果FET 108的柵氧化層擊穿電壓是5. 5伏，為實(shí)現(xiàn)I伏擺幅的低Ron電阻，所需的Vgs可為4. 3伏。因此，可設(shè)置該FET 108的柵極電壓使得輸入信號(hào)的共模電壓得到4. 3伏的Vgs。因而，對(duì)于具有O伏共模電壓的輸入信號(hào)，柵極電壓可設(shè)置為4. 3伏。設(shè)置柵極電壓為4. 3伏會(huì)得到在3. 8-4. 8 伏之間擺動(dòng)的Vgs。因此，柵極電壓設(shè)置可以將Vgs平穩(wěn)地維持于柵氧化層擊穿電壓之下且同時(shí)還將Ron維持在一個(gè)期望(例如低)范圍內(nèi)?？梢岳斫獯颂幍碾妷褐祪H是示例性的， 且可以使用其他的電壓。當(dāng)輸入信號(hào)的共模電壓為非零時(shí)為了實(shí)現(xiàn)所需的Vgs，可以相應(yīng)地設(shè)置柵極電壓。 例如，如果輸入信號(hào)具有2. 5伏共模電壓和I伏擺幅。柵極電壓可設(shè)置為7. 8伏從而在共模電壓處實(shí)現(xiàn)4. 3伏的Vgs。在一個(gè)實(shí)施例中，輸入信號(hào)可具有不同狀態(tài)且每個(gè)狀態(tài)可具有不同的共模電壓。 例如，在第一狀態(tài)中輸入信號(hào)可包括一個(gè)信號(hào)，如前面所述，具有2. 5伏共模電壓和I伏點(diǎn)電壓擺幅。在第二狀態(tài)中輸入信號(hào)可包括O伏的直流(DC)信號(hào)(例如信號(hào)源102沒(méi)有提供信號(hào)時(shí))。由于第一狀態(tài)和第二狀態(tài)的輸入信號(hào)電壓顯著不同，如果柵極電壓保持穩(wěn)定，從第一狀態(tài)到第二狀態(tài)Vgs會(huì)大幅度地改變。并且，如果采用前面表述的實(shí)施例，當(dāng)輸入信號(hào)處于第二狀態(tài)時(shí)，柵極電壓設(shè)置為7. 8伏且柵氧化層擊穿電壓為5. 5伏，則FET 108的Vgs 會(huì)超過(guò)柵氧化層擊穿電壓。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，為了實(shí)現(xiàn)用于輸入信號(hào)不同狀態(tài)的所需的Vgs，可以基于輸入信號(hào)狀態(tài)，在多個(gè)(例如N)離散電壓電平之間調(diào)整柵極電壓。因而，采用前面實(shí)施例， 當(dāng)輸入信號(hào)處于第二狀態(tài)(O伏DC)時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)4.3伏所需要的Vgs，柵極電壓可設(shè)置為
4.3伏。在一個(gè)實(shí)施例中，可采用多于兩個(gè)離散電壓電平以維持FET 108的Vgs在一個(gè)期望范圍內(nèi)。因此，可對(duì)于任意數(shù)量的不同輸入信號(hào)狀態(tài)調(diào)整系統(tǒng)100。在一個(gè)實(shí)施例中，可采用輸入信號(hào)共模電壓的邏輯元件111可被用于確定施加到 FET 108的柵極的離散電壓電平。例如，比較器112可用于比較輸入信號(hào)的共模電壓與參考電壓114?；谶@個(gè)比較,該比較器112可輸出第一信號(hào)和第二信號(hào)中的一個(gè)到開(kāi)關(guān)放大器 110?；诘谝恍盘?hào)或第二信號(hào)是否被接收，該開(kāi)關(guān)放大器110產(chǎn)生的柵極電壓可被調(diào)整。 采用前面描述的實(shí)施例，參考電壓可設(shè)置為4. O伏。當(dāng)輸入信號(hào)的共模電壓設(shè)置為高于4. O 伏，該開(kāi)關(guān)放大器110可設(shè)置為產(chǎn)生7. 8伏的柵極電壓。當(dāng)輸入信號(hào)的共模電壓設(shè)置為低于4. O伏,該開(kāi)關(guān)放大器110可設(shè)置為產(chǎn)生4. 3伏的柵極電壓。因此，基于輸入信號(hào)共模電壓，該開(kāi)關(guān)放大器110可設(shè)置為產(chǎn)生兩個(gè)離散柵極電壓電平。在這些實(shí)施例中，由于該開(kāi)關(guān)放大器110配置為產(chǎn)生離散電壓電平，該開(kāi)關(guān)放大器110可配置為用作DC-DC轉(zhuǎn)換器，可產(chǎn)生用于施加到FET 108柵極的多個(gè)離散DC電壓。 像這樣，在一些實(shí)施例中，該開(kāi)關(guān)放大器110可包括下述就圖3所提及的電荷泵。在一個(gè)實(shí)施例中，該開(kāi)關(guān)放大器110可配置為產(chǎn)生多于兩個(gè)的離散柵極電壓電平。這可由基于前面描述的方式實(shí)現(xiàn)。然而，為了采用多于兩個(gè)的離散柵極電壓電平控制開(kāi)關(guān)放大器110，可以采用多于一個(gè)的電壓閾值。多個(gè)閾值電平可由數(shù)個(gè)方式實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施例中，可以采用多個(gè)比較器且每個(gè)比較器能將輸入信號(hào)的共模電壓與不同參考電壓比較。在其他實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)比較器可具有在不同時(shí)間連接至其上的不同參考電壓。 在一個(gè)實(shí)施例中，高阻值電阻器116可用于去除輸入信號(hào)中的比較器112的電容。圖2示出了一個(gè)具有用于切換信號(hào)源102和匯點(diǎn)104之間的多個(gè)輸入信號(hào)的多個(gè) FETs 108A、108B的示例系統(tǒng)200。在這個(gè)實(shí)施例中，該開(kāi)關(guān)放大器110為兩個(gè)FETs 108A、 108B提供相同的柵極電壓。在這實(shí)施例中，該系統(tǒng)200配置為確?；谳斎胄盘?hào)的共模電壓調(diào)整每個(gè)FET 108A、108B的Vgs同時(shí)確保每個(gè)FET 108A、108B的柵氧化層擊穿電壓未被超過(guò)。因此，在這個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)比較器112AU12B可用于將每個(gè)輸入信號(hào)與參考電壓 114相比較。比較器112AU12B的輸出是邏輯OR’ d 202從而使得當(dāng)任一輸入信號(hào)的共模電壓降到低于參考電壓時(shí)，該開(kāi)關(guān)放大器110設(shè)置為產(chǎn)生一個(gè)更低的(例如4. 3伏)FETs 108AU08B的柵極電壓。在其他實(shí)施例中，系統(tǒng)200可被配置為在不同模式下運(yùn)作，例如，當(dāng)輸入信號(hào)中的共模電壓高于參考電壓時(shí)而另一個(gè)的低于參考電壓時(shí)，系統(tǒng)200可配置為維持更高的柵極電壓(例如7. 8伏)；而當(dāng)兩個(gè)輸入信號(hào)的共模電壓均低于參考電壓時(shí)，柵極電壓設(shè)置的更低。在其他實(shí)施例中，可以采用其他標(biāo)準(zhǔn)確定柵極電壓電平的設(shè)置，包括如前面提到的多個(gè)不同參考電壓。另外，在一些的實(shí)施例中，系統(tǒng)200可擴(kuò)展地包括多于兩個(gè)的信號(hào)線和多于兩個(gè)的FETs 108。在一些實(shí)施例中，每一個(gè)FETs 108可具有類似的特征從而使得它們可采用類似的閾值電壓開(kāi)關(guān)。類似于系統(tǒng)100，高阻值電阻器114AU14B可用于去除輸入信號(hào)中的比較器112AU12B的電容。
圖3示出了圖I和2中系統(tǒng)100或200中任一個(gè)的開(kāi)關(guān)放大器110示例。在這個(gè)實(shí)施例中，該開(kāi)關(guān)放大器Iio包括配置為向FET 108提供兩個(gè)離散柵極電壓電平的兩級(jí)電荷泵。該第一級(jí)，通常在302示出，可產(chǎn)生兩個(gè)離散柵極電壓電平中較低的一個(gè)。采用前面描述的實(shí)施例，該第一級(jí)302可配置成產(chǎn)生4. 3伏的柵極電壓電平。該第二級(jí)，通常在304 示出，可產(chǎn)生兩個(gè)離散柵極電壓電平中較高的一個(gè)。再次采用前面描述的實(shí)施例，該第二級(jí) 304可配置為產(chǎn)生7. 8伏。在這個(gè)實(shí)施例中，該第二級(jí)304可配置為接收來(lái)自該第一級(jí)302 的較低電壓(4.3伏)并將較低電壓提高到較高電壓(7.8伏)。因此，兩級(jí)302、304可用于產(chǎn)生較高電壓同時(shí)僅使用該第一級(jí)302產(chǎn)生較低電壓。開(kāi)關(guān)306可配置為選擇性地繞過(guò)第二級(jí)304且因此控制來(lái)自開(kāi)關(guān)放大器110的輸出電壓是在較低還是較高電壓電平。在一個(gè)實(shí)施例中，該開(kāi)關(guān)306可配置為接收來(lái)自比較器112的信號(hào)以設(shè)置該開(kāi)關(guān)306為關(guān)閉(繞過(guò)第二級(jí)304)或打開(kāi)(使能第二級(jí)304)。應(yīng)如所理解的，例如利用多于兩級(jí)的圖3的示例開(kāi)關(guān)放大器110可擴(kuò)展為產(chǎn)生多于兩個(gè)的離散電壓電平。在此外其他的實(shí)施例中，單級(jí)電荷泵可用于產(chǎn)生兩個(gè)或更多的用于開(kāi)關(guān)放大器的離散電壓電平。這里，利用單級(jí)電荷泵，可調(diào)整電荷泵中的飛電容(flying capacitor)運(yùn)行周期從而產(chǎn)生不同電壓。仍舊在其他實(shí)施例中，利用電荷泵，可使用其他方法產(chǎn)生多個(gè)離散電壓電平。而且，在一些實(shí)施例中，采用其他類型的開(kāi)關(guān)放大器(例如D類放大器)可產(chǎn)生多個(gè)離散電壓電平。圖4示出了圖示FET 108的Ron 402相對(duì)于系統(tǒng)100中FET 108的輸入信號(hào)的共模電壓404的示例曲線圖400。曲線圖400示出了基于輸入信號(hào)的共模電壓404，施加兩個(gè)離散柵極電壓到FET 108上的效果。假設(shè)柵極電壓為常數(shù)，隨著共模電壓404的增加，相應(yīng)地FET 108的Vgs減小且FET 108的Ron 402增加。這在曲線圖400中大體指數(shù)增長(zhǎng)的曲線中示出。如在曲線圖400中示出的，隨著共模電壓從O伏增加到I伏，Ron 402逐步增加同時(shí)柵極電壓具有施加其上的較低離散電壓電平。Ron的增加相應(yīng)于Vgs從4. 3伏到3. 3伏的減小。在這個(gè)實(shí)施例中，然而，當(dāng)共模電壓剛好達(dá)到超過(guò)I伏，達(dá)到參考電壓114且柵極電壓增加到較高的離散電壓電平(例如5. 3伏)。這種柵極電壓電平的增加將Vgs往回增加至4. 3伏。相應(yīng)地，Ron 402往回減小至約4. I歐。然后，隨著共模電壓404從I伏持續(xù)增加到4伏，相應(yīng)地Vgs從4. 3伏減小至I. 3伏且Ron增加。正如從曲線圖400所看到的，跨過(guò)不同的共模電壓，利用多個(gè)離散電壓電平可幫助維持Ron 402在一個(gè)期望范圍內(nèi)(例如在低阻值)。因而，例如通過(guò)設(shè)置柵極電壓為兩個(gè)離散電平中較低值，在O到O. 5伏的共模電壓范圍內(nèi)可維持Ron 402在低值，并且通過(guò)設(shè)置柵極電壓為兩個(gè)離散電平中較高值，在I. 5-3. O伏的共模電壓范圍內(nèi)也可維持Ron 402在低值。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)輸入信號(hào)具有超過(guò)零的共模電壓時(shí)，此處所描述的系統(tǒng)對(duì)于高速通信鏈中的開(kāi)關(guān)尤其有益。附加說(shuō)明在實(shí)施例I提供了一種電路，用于提供從源到匯點(diǎn)的信號(hào)。該電路包括具有導(dǎo)通狀態(tài)和非導(dǎo)通狀態(tài)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，該場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有柵極、源極和漏極。第一比較器可配置為基于該場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極處的源電壓與第一參考電壓之間的差值提供第一輸出。 開(kāi)關(guān)放大器可配置為向該場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極施加同該第一比較器的第一輸出成函數(shù)關(guān)系的第一柵極電壓。在實(shí)施例2中，實(shí)施例I中的源電壓可選地等于第一參考電壓，并且第一柵極電壓可選地設(shè)置為第一參考電壓與場(chǎng)效應(yīng)晶體管所需的Vgs電壓之和。在實(shí)施例3中，在實(shí)施例I和實(shí)施例2的任一個(gè)或多個(gè)中的第一比較器可選地配置為比較源極處的共模電壓與第一參考電壓。在實(shí)施例4中，當(dāng)源電壓低于第一參考電壓時(shí)，來(lái)自實(shí)施例1-3的任一個(gè)或多個(gè)中的第一比較器的第一輸出可選地包括第一信號(hào)以及當(dāng)源電壓高于第一參考電壓時(shí)，包括第二信號(hào)，其中第一信號(hào)引起施加到柵極的第二柵極電壓以及第二信號(hào)引起施加到柵極的第一柵極電壓，其中第一柵極電壓高于第二柵極電壓。在實(shí)施例5中，實(shí)施例4的第二柵極電壓可選地為場(chǎng)效應(yīng)晶體管所需的Vgs，提供低ON電阻，以及其中第一柵極電壓可選地為提供低ON電阻的Vgs電壓與第一參考電壓之和。在實(shí)施例6中，當(dāng)比較器輸出第一信號(hào)時(shí)，實(shí)施例5的開(kāi)關(guān)放大器可選地配置成將輸入電壓轉(zhuǎn)換為第二柵極電壓以及當(dāng)比較器輸出第二信號(hào)時(shí)，將輸入電壓轉(zhuǎn)換為第一柵極電壓。在實(shí)施例7中，當(dāng)?shù)谝槐容^器輸出第二信號(hào)時(shí)，實(shí)施例4-6的任一個(gè)或多個(gè)中的比較器可選地配置成被調(diào)整為比較第二參考電壓與源電壓，其中第二參考電壓高于第一參考電壓，從而使得當(dāng)源電壓高于第二參考電壓時(shí)，第三柵極電壓配置為施加到柵極，第三柵極電壓高于第一柵極電壓。在實(shí)施例8中，實(shí)施例4-7的任一個(gè)或多個(gè)中的開(kāi)關(guān)放大器可選地包括配置成提供實(shí)質(zhì)上等于場(chǎng)效應(yīng)晶體管所需的Vgs電壓的第二柵極電壓的第一電荷泵級(jí)。實(shí)施例4-7 的任一個(gè)或多個(gè)中的開(kāi)關(guān)放大器也可選地包括配置成提供第一柵極電壓的第二電荷泵級(jí)。 當(dāng)比較器輸出第一信號(hào)時(shí)，實(shí)施例4-7的任一個(gè)或多個(gè)中的開(kāi)關(guān)放大器還可選地包括配置成繞過(guò)第二電荷泵級(jí)的開(kāi)關(guān)，以及當(dāng)比較器輸出第二信號(hào)時(shí)，將第二柵極電壓連接到第二電荷泵級(jí)并且將來(lái)自第二電荷泵級(jí)的第一柵極電壓連接到場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極，從而使得第二電荷泵級(jí)配置成將第二柵極電壓轉(zhuǎn)換為第一柵極電壓。在實(shí)施例9中，實(shí)施例1-8的任一個(gè)或多個(gè)中的電路可選地包括第二比較器，基于源電壓與第三參考電壓之間的差值提供第二輸出，第三參考電壓高于第一參考電壓，其中當(dāng)源電壓高于第三參考電壓時(shí)，高于第一柵極電壓的第四柵極電壓被施加到柵極。在實(shí)施例10提供一種方法，該方法采用具有柵極、源極和漏極的場(chǎng)效應(yīng)晶體管提供從源到匯點(diǎn)的信號(hào)。該電路可包括比較場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極處的源電壓與第一參考電壓。當(dāng)源電壓低于第一參考電壓時(shí)，這個(gè)電路還可包括將第一柵極電壓施加到場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極。當(dāng)源電壓高于第一參考電壓時(shí)，這個(gè)電路可包括將第一電荷泵處的輸入電壓轉(zhuǎn)換為施加到場(chǎng)效應(yīng)晶體管柵極的第二柵極電壓，其中第二柵極電壓高于第一柵極電壓。在實(shí)施例11中，實(shí)施例10的第一柵極電壓可選地等于用于配置成場(chǎng)效應(yīng)晶體管所需的Vgs電壓，Vgs電壓配置為提供低ON電阻。在實(shí)施例12中，對(duì)于場(chǎng)效應(yīng)晶體管，實(shí)施例10和11的任一個(gè)或多個(gè)中的第二柵極電壓可選地等于第一參考電壓與場(chǎng)效應(yīng)晶體管所需的Vgs電壓之和，Vgs電壓配置成為場(chǎng)效應(yīng)晶體管提供低ON電阻。
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在實(shí)施例13中，實(shí)施例10-12的任一個(gè)或多個(gè)中的比較可選地包括將源極處的共模電壓與第一參考電壓比較。在實(shí)施例14中，實(shí)施例10-13的任一個(gè)或多個(gè)中的應(yīng)用可選地包括將第一電荷泵的輸入電壓轉(zhuǎn)換為第一柵極電壓。在實(shí)施例15中，當(dāng)源電壓高于第一參考電壓時(shí)，實(shí)施例10-14的任一個(gè)或多個(gè)中的方法可選地包括比較源電壓與第二參考電壓，其中第二參考電壓高于第一參考電壓。當(dāng)源電壓高于第二參考電壓時(shí)，實(shí)施例10-14的任一個(gè)或多個(gè)中的方法可選地包括向柵極施加第三柵極電壓，第三柵極電壓高于第一柵極電壓。在實(shí)施例16中，當(dāng)源電壓高于第一柵極電壓時(shí)，實(shí)施例10-15的任一個(gè)或多個(gè)中的方法可選地包括將第二電荷泵處的輸入電壓轉(zhuǎn)換為第三柵極電壓。在實(shí)施例17提供一種電路，用于提供從源到匯點(diǎn)的信號(hào)。該電路可包括具有第一柵極、第一源極和第一漏極的第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管，該第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管配置成提供從源到匯點(diǎn)的第一信號(hào)。該電路還包括具有第二柵極、第二源極和第二漏極的第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管， 該第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管配置成提供從源到匯點(diǎn)的第二信號(hào)。該電路還可包括配置成基于第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管的第一源極處的源電壓與第一參考電壓之間的差值提供第一輸出的第一比較器。該電路還可包括配置成基于第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管的第二源極處的源電壓與第一參考電壓之間的差值提供第二輸出的第二比較器。該電路還可包括一個(gè)或多個(gè)配置成接收第一輸出和第二輸出以及提供第三輸出的邏輯元件。該電路還可包括配置成向第一柵極和第二柵極施加同第三輸出成函數(shù)關(guān)系的第一柵極電壓的開(kāi)關(guān)放大器。在實(shí)施例18中,對(duì)于第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管,實(shí)施例17的第一柵極電壓可選地等于第一參考電壓與場(chǎng)效應(yīng)晶體管所需的Vgs電壓之和，Vgs電壓配置成為場(chǎng)效應(yīng)晶體管提供低 ON電阻，且其中當(dāng)?shù)谝辉礃O處的源電壓和第二源極處的源電壓都高于第一參考電壓時(shí)，開(kāi)關(guān)放大器配置成將第一柵極電壓施加到第一柵極和第二柵極。在實(shí)施例19中，當(dāng)?shù)谝辉礃O處的源電壓和第二源極處的源電壓中的任一個(gè)低于第一參考電壓時(shí)，實(shí)施例17和18的任一個(gè)或多個(gè)中的第二柵極電壓可選地配置成被施加到第一柵極和第二柵極，對(duì)于第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管，第二柵極電壓等于場(chǎng)效應(yīng)晶體管的Vgs 電壓，Vgs電壓用于配置成為第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管提供低ON電阻。在實(shí)施例20中，實(shí)施例17-19的任一個(gè)或多個(gè)中的第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管可選地具有實(shí)質(zhì)上類似的性質(zhì)。在實(shí)施例21中，實(shí)施例17-20的任一個(gè)或多個(gè)中的開(kāi)關(guān)放大器可選地包括第一電荷泵級(jí)，第一電荷泵級(jí)配置成提供場(chǎng)效應(yīng)晶體管所需的Vgs電壓，Vgs電壓提供低ON電阻。 實(shí)施例17-20的任一個(gè)或多個(gè)中的開(kāi)關(guān)放大器還可選地包括配置成提供第一柵極電壓的第二電荷泵。實(shí)施例17-20的任一個(gè)或多個(gè)中的開(kāi)關(guān)放大器可選地包括一個(gè)開(kāi)關(guān)，當(dāng)邏輯輸出一個(gè)信號(hào)表明第一源極處的源電壓或第二源極處的源電壓低于第一參考電壓時(shí)，該開(kāi)關(guān)配置成將第二柵極電壓連接到第一柵極和第二柵極，并且當(dāng)邏輯輸出一個(gè)信號(hào)表明第一源極處的源電壓和第二源極處的源電壓都高于第一參考電壓時(shí)，該開(kāi)關(guān)將第二柵極電壓連接到第二電荷泵級(jí)以及將第一輸出電壓連接到第一柵極和第二柵極，從而使得第一電荷泵將來(lái)自第二電荷泵的輸出電壓轉(zhuǎn)換為第一柵極電壓。在實(shí)施例22中，系統(tǒng)或設(shè)備可包括，或可選地被結(jié)合到實(shí)施例1-21的任一個(gè)或多個(gè)中包括的任何部分或同任何部分結(jié)合，用于執(zhí)行實(shí)施例1-21功能的任一個(gè)或多個(gè)的裝置，或者當(dāng)由一個(gè)計(jì)算機(jī)執(zhí)行時(shí)，包括使得計(jì)算機(jī)執(zhí)行實(shí)施例1-21功能的任一個(gè)或多個(gè)的指令的一個(gè)可讀計(jì)算機(jī)介質(zhì)。上述詳細(xì)說(shuō)明書參照了附圖，附圖也是所述詳細(xì)說(shuō)明書的一部分。附圖以圖解的方式顯示了可應(yīng)用本發(fā)明的具體實(shí)施例。這些實(shí)施例在本發(fā)明中被稱作“示例”。這些示例可包括除了那些示出或描述以外的元件。然而，本發(fā)明也關(guān)注了其中那些僅示出或描述的元件被提供的實(shí)施例。而且，本發(fā)明還關(guān)注了使用那些已經(jīng)示出或描述(或其中一個(gè)或多個(gè)方面)任意結(jié)合或排列的實(shí)施例，既涉及一個(gè)特定實(shí)施例(或其中一個(gè)或多個(gè)方面)，還涉及此處示出或描述的其他實(shí)施例(或其中一個(gè)或多個(gè)方面)。本發(fā)明所涉及的所有出版物、專利及專利文件全部作為本發(fā)明的參考內(nèi)容，盡管它們是分別加以參考的。如果本發(fā)明與參考文件之間存在用途差異，則將參考文件的用途視作本發(fā)明的用途的補(bǔ)充，若兩者之間存在不可調(diào)和的差異，則以本發(fā)明的用途為準(zhǔn)。在本發(fā)明中，與專利文件通常使用的一樣，術(shù)語(yǔ)“一”或“某一”表示包括一個(gè)或多個(gè)，但其他情況或在使用“至少一個(gè)”或“一個(gè)或多個(gè)”時(shí)應(yīng)除外。在本發(fā)明中，除非另外指明，否則使用術(shù)語(yǔ)“或”指無(wú)排他性的或者，使得“A或B”包括“A但不是B”、“B但不是A” 以及“A和B”。在所附權(quán)利要求中，術(shù)語(yǔ)“包含”和“在其中”等同于各個(gè)術(shù)語(yǔ)“包括”和“其中”的通俗英語(yǔ)。同樣，在下面的權(quán)利要求中，術(shù)語(yǔ)“包含”和“包括”是開(kāi)放性的，即，系統(tǒng)、 裝置、物品或步驟包括除了權(quán)利要求中這種術(shù)語(yǔ)之后所列出的那些元件以外的部件的，依然視為落在該條權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。而且，在下面的權(quán)利要求中，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”和 “第三”等僅僅用作標(biāo)簽，并非對(duì)對(duì)象有數(shù)量要求。上述說(shuō)明的作用在于解說(shuō)而非限制。例如上述示例(或示例的一個(gè)或多個(gè)方面) 可結(jié)合使用。可以在理解上述說(shuō)明書的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)有技術(shù)的某種常規(guī)技術(shù)來(lái)執(zhí)行其他實(shí)施例。遵照37C.F.R. § 1.72(b)的規(guī)定提供摘要，允許讀者快速確定本技術(shù)公開(kāi)的性質(zhì)。 提交本摘要時(shí)要理解的是該摘要不用于解釋或限制權(quán)利要求的范圍或意義。同樣，在上面的具體實(shí)施方式
中，各種特征可歸類成將本公開(kāi)合理化。這不應(yīng)理解成未要求的公開(kāi)特征對(duì)任何權(quán)利要求必不可少。相反，本發(fā)明的主題可在于的特征少于特定公開(kāi)的實(shí)施例的所有特征。因此，下面的權(quán)利要求據(jù)此并入具體實(shí)施方式
中，每個(gè)權(quán)利要求均作為一個(gè)單獨(dú)的實(shí)施例。應(yīng)參看所附的權(quán)利要求，以及這些權(quán)利要求所享有的等同物的所有范圍，來(lái)確定本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種晶體管控制電路，用于提供從源到匯點(diǎn)的信號(hào)，其特征在于，該電路包括具有導(dǎo)通狀態(tài)和非導(dǎo)通狀態(tài)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有柵極、源極和漏極；第一比較器，被配置成比較所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極處的源電壓與第一參考電壓以及基于所述源電壓和所述第一參考電壓之間的差值提供第一輸出；以及開(kāi)關(guān)放大器，被配置成向所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極施加同所述第一比較器的第一輸出成函數(shù)關(guān)系的柵極電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的晶體管控制電路，其中，當(dāng)所述源電壓等于所述第一參考電壓時(shí)，所述柵極電壓為所述第一參考電壓與所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管所需的柵源電壓(Vgs)之和。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的晶體管控制電路，其中，當(dāng)所述源電壓低于所述第一參考電壓時(shí)，所述開(kāi)關(guān)放大器被配置成向所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極施加第一柵極電壓；以及當(dāng)所述源電壓高于所述第一參考電壓時(shí)，所述開(kāi)關(guān)放大器被配置成向所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極施加第二柵極電壓，所述第二柵極電壓高于所述第一柵極電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的晶體管控制電路，其中，當(dāng)所述源電壓高于所述第一參考電壓時(shí)，所述第一比較器被配置成比較第二參考電壓與所述源電壓，所述第二參考電壓高于所述第一參考電壓；以及當(dāng)所述源電壓高于所述第二參考電壓時(shí)，所述開(kāi)關(guān)放大器被配置成向所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極施加第三柵極電壓，所述第三柵極電壓高于所述第二柵極電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的晶體管控制電路，其中，所述開(kāi)關(guān)放大器包括第一電荷泵級(jí)，配置成提供第一柵極電壓；第二電荷泵級(jí)，配置成將第一柵極電壓轉(zhuǎn)換為第二柵極電壓；以及開(kāi)關(guān)，配置成當(dāng)所述源電壓低于所述第一參考電壓時(shí)，繞過(guò)第二電荷泵級(jí)；以及當(dāng)所述源電壓高于所述第一參考電壓時(shí)，將第二柵極電壓連接到所述第二電荷泵級(jí)以及將來(lái)自所述第二電荷泵級(jí)的所述第二柵極電壓連接到所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的晶體管控制電路，包括第二比較器，被配置成比較所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極處的源電壓與第三參考電壓并基于所述源電壓和所述第三參考電壓之間的差值提供第二輸出，所述第三參考電壓高于所述第一參考電壓；以及其中，當(dāng)所述源電壓高于所述第三參考電壓時(shí)，所述開(kāi)關(guān)放大器被配置成向所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極施加第四柵極電壓，所述第四柵極電壓高于所述第一柵極電壓。
7.一種晶體管控制方法，用于提供從源到匯點(diǎn)的信號(hào)，其特征在于，包括比較將場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極處的源電壓與第一參考電壓；當(dāng)所述源電壓低于所述第一參考電壓時(shí)，將第一電荷泵處的輸入電壓轉(zhuǎn)換為第一柵極電壓并將所述第一柵極電壓施加到所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極；以及當(dāng)所述源電壓高于所述第一參考電壓時(shí)，將第一電荷泵處的輸入電壓轉(zhuǎn)換為第二柵極電壓并將所述第二柵極電壓施加到所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極，所述第二柵極電壓高于所述第一柵極電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的晶體管控制方法，包括當(dāng)所述源電壓高于所述第一參考電壓時(shí)，比較所述源電壓與第二參考電壓，所述第二參考電壓高于所述第一參考電壓；以及當(dāng)源電壓高于第一柵極電壓時(shí)，將第二電荷泵處的輸入電壓轉(zhuǎn)換為第三柵極電壓以及當(dāng)源電壓高于第二參考電壓時(shí)，將所述第三柵極電壓施加到所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極，所述第三柵極電壓高于所述第一柵極電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求3-6中任一項(xiàng)所述的晶體管控制電路或權(quán)利要求7或8所述的晶體管控制方法，其中，所述第一柵極電壓為所需的柵源電壓(Vgs)，配置成為所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管提供低ON電阻；以及所述第二柵極電壓為所需的Vgs與所述第一參考電壓之和。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的晶體管控制電路或權(quán)利要求7所述的晶體管控制方法，其中，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極處的源電壓包括共模電壓。
11.一種晶體管控制系統(tǒng)，用于提供從源到匯點(diǎn)的信號(hào)，其特征在于，該電路包括第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管，具有柵極、源極和漏極，所述第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管被配置成提供從源到匯點(diǎn)的第一信號(hào)；第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管，具有柵極、源極和漏極，所述第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管被配置成提供從源到匯點(diǎn)的第二信號(hào)；第一比較器，被配置成基于所述第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極處的源電壓和第一參考電壓之間的差值提供第一輸出；第二比較器，被配置成基于所述第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極處的源電壓和第一參考電壓之間的差值提供第二輸出；邏輯元件，被配置成接收第一輸出和第二輸出并提供第三輸出；以及開(kāi)關(guān)放大器，被配置成向第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極以及第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極施加同第三輸出成函數(shù)關(guān)系的第一柵極電壓。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的晶體管控制系統(tǒng)，其中，所述第一柵極電壓為所述第一參考電壓與所需的柵源電壓(Vgs)之和，Vgs被配置成為所述第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管提供低ON電阻；以及當(dāng)所述第一和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極處的源電壓高于所述第一參考電壓時(shí)，所述開(kāi)關(guān)放大器被配置成向第一和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極施加第一柵極電壓。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的晶體管控制系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述第一和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極處的源電壓低于所述第一參考電壓時(shí)，所述開(kāi)關(guān)放大器配置成向所述第一和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極施加第二柵極電壓，所述第二柵極電壓為所需的Vgs電壓，被配置成為所述第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管提供低ON電阻。
全文摘要
本發(fā)明提供一種晶體管控制電路，選擇性地提供從源到匯點(diǎn)的信號(hào)。該電路包括具有導(dǎo)通狀態(tài)和非導(dǎo)通狀態(tài)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，該場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有柵極、源極和漏極；第一比較器，被配置成比較場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極處的源電壓與第一參考電壓并基于源電壓和第一參考電壓之間的差值提供第一輸出；以及，開(kāi)關(guān)放大器，被配置成向場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極施加同第一比較器的第一輸出成函數(shù)關(guān)系的柵極電壓。
文檔編號(hào)H03F3/217GK102611397SQ20111046303
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者科奈斯·P·斯諾登 申請(qǐng)人:快捷半導(dǎo)體(蘇州)有限公司, 快捷半導(dǎo)體公司