TWI342671B - Current driver circuits for reducing substrate noise and methods of operating the same - Google Patents

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1342671 17484pifl 爲第94124467號中文說明書無劃線修正本 修正日期·· 99年1〇月20日 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於積體電路裝置及其操作方法，更具體 地說，疋有關於使用在一界面電路（interfaCe circuit)中的 電流驅動器電路以及其操作方法。 【先前技術】 一種可為一輸出端子提供恆定電流的電路，已被廣泛 應用於包含在一相同步回路（PhaseL〇ckedLoop,PLL)中 的充電泵（chargepump)、一數位-類比轉換器（dAC)、 一電流驅動界面以及其他的領域之中。以下將描述這樣的 電路之一個例子。 圖ΙΑ、1B和1C是電路圖，其繪示按照三種開關類 型之傳統的開放;及極驅動器(open drain drivers)。 凊參考圖ΙΑ、1B和1C ’在圖1A的一閘極開關類螌 (gate switching type)中’ 一輸出Ν型金屬氧化物半導體 (NMOS)之閘極到源極（gate_t〇_s〇urce)電壓的之變化 疋很大的。而由於介於一電流電源之兩端子之間的一迅速 的電壓變化，® 1B所示之汲極開關類型（drainswitching type)會引起一電流尖波。因此，圖lc所示的源極開關類 型（source switchingtype)就通常用以作為此開放汲極驅 動器。 一圖2是按照圖1A、汨和1(：所示的三種開關類型所 繪不之傳統的開放汲極驅動器之模擬波形。 請參考圖2,在閘極開關類型（圖2中表示為“G”）中， 17484pifl 修正日期:99年10月20曰 爲第94124467號中文說明書無劃線修正本 一輪出端子之電流並不跟隨一輸入訊號的變化，而汲極開 關類型（圖2中表示為“D”），如圖2所示，則引起一電 流尖波。 在源極開關類型（圖2中表示為“S”）中，一輸出端 子之電流可跟隨一輸入訊號的變化，並且不會發生一電流 尖波。 在源極開關類型的開和關之操作過程f，一輸出電流 有一長的上升時間和長的下降時間，這是因為在一開關和 一電流電源之間的節點有一較低的轉換率（slew rate); 因此’整體的系統邊限（system margin)可能會被減少。 為防止整體系統邊限的降低，經由利用圖1所示的源 極開關類型，可有幾個開放汲極驅動器的修改。圖3A是 一電路圖，其說明傳統的開放汲極驅動器之第一個修改。 經由比較圖3A的開放汲極驅動器以及圖ic所示之源極開 關類型的開放汲極驅動器’圖3A的開放汲極驅動器可以 藉由在一邏輯高電位的輸入訊號din以及一邏輯低電位的 輸入訊號din被重複地施加時，在切換的操作過程中維持 一參考電位ref來提供一恆定的電流。 請參考圖3A，此開放汲極驅動器包括—電流電源 310、一電流供應單元320、一第一下拉電晶體(pull_d〇wn transistor) M2 ’以及一第二下拉電晶體M6。此電流電源 310連接在一輸出端子OUT和一第一節點nl之間，並基 於這參考電位ref而提供一第一參考電流，而且是利用一 N 型金屬氧化物半導體Ml而實現。 1342671 17484pifl 修正日期:99年1〇月2〇日 爲第94124467號中文說明書無劃線修正本 此第一下拉電晶體M2，連接在此第一節點nl和一低 功率電壓Vss之間，並依據此輸入訊號din而執行開和關 的開關操作。

此電流供應單元320包括一個由P型金屬氧化物半導 體電晶體（diode coupled PMOS transistor) M9 所形成之 二極體，以及一 N型金屬氧化物半導體電晶體M5。此N 型金屬氧化物半導體電晶體M5相當於N型金屬氧化物半 導體電晶體]VII，並且當重複地施加有一邏輯高電位的輸 入訊號din以及有一邏輯低電位的輸入訊號din時，在開 關操作的過程中維持一參考電位ref。 此第二下拉電晶體M6相當於這第一下拉電晶體M2， 並且，據這第一下拉電晶體M2之開關操作來執行互補的 開，操作，以及允許這N型金屬氧化物半導體電晶體Μι 和kN型金屬氡化物半導體電晶體M5進行互補的操作。 因此，這參考電位ref可維持一電流狀態。 ★圖3B是一電路圖，其說明一傳統的開放汲極驅動 之第一個修改。圖3B所示之開放汲極驅動器提出了圖3 备之^放/及極驅動器的問題。圖3A所示之開放沒極< 、去器有這樣的—個問題，即流過此輸出端子之一 間增加了’這是因為當輸入訊號伽都具有 妝1f，N型金屬氧化物半導體電晶體Ml處於開, 二㈣到N型金屬氧化物半導體電晶體M1的-閘極 的的R带VgS變成小於N型金屬氧化物半導體電晶體λ 、β | -壓Vth。圖3Β所示之開放汲極驅動器，包括一 6 17484pifl 修正日期:99年10月20日 爲第94124467號中文說明書無劃線修正本 加的拉升P型金屬氧化物半導體電晶體（pull-up PMOS transistor) M4，當此輸入訊號din有一邏輯低的電平時， 這電晶體M4迅速地拉升此第一節點nl的電荷。因而，當 此輸入訊號din有一低電平時，由於此第一節點nl的電 壓被很快地拉升到一高功率電壓VDD，所以此N型金屬 氧化物半導體電晶體Ml可被迅速地關閉。 類似於圖3A所示之開放汲極驅動器，圖3B所示之開 放汲極驅動器利用一連接到這參考電位ref的電路372，來 減少這參考電位ref的變化，這種變化是由於此輸入訊號 din的開關操作而引起的。 圖3C是一電路圖’其說明一傳統的開放汲極驅動器 之第三個修改。圖3C所示之開放汲極驅動器，利用一 N 型金屬氧化物半導體電晶體M3作為一拉升電晶體，而不 是如圖3B所示那樣，利用一 P型金屬氧化物半導體電晶 體M4作為一拉升電晶體。 第一節點nl的電壓不被拉升到此高功率電壓vdd， 而是被拉升到（VDD_Vth)的電壓值。vth表示N型金屬 氧化物半導體電晶體M3的一臨界電壓。因此，當一輸入 =號之邏輯電平從一高狀態變為一低狀態時，可提升流過 讀。出端？ QUT之糕轉奴度。也歧說，當這輸 號從—高電平變為—低電平時，可提升流過這輸出端 子OUT之電流的轉換率。 類似於圖3B所示之開放汲極驅動器，圖3C所示之開 放及極驅動ϋ ’利用-連接到這參考電位ref的電路373， 1342671 17484ρίΠ 爲第94124467號中文說明書無劃線修正本 修正日期:99年1〇月2〇日 來將這參考電位ref的變化減到最少，這種變化是由於此 輸入訊號din的開關操作而引起的。 圖3D是一電路圖，其說明一傳統的開放沒極驅動器 之第四個修改。圖3D所示之開放汲極驅動器，利用一運 算放大器（operational amplifier)來拉升第一和第二節點 到一參考電位ref，並允許利用由N型金屬氧化物半導體 電晶體Ml和M5而實現的一電流電源可以快速地關閉。 儘管，上面描述了如圖3A至圖3D所示的此開放汲 極驅動器之修改，但是還有對此技術進行改進的空間。 圖3A所示之開放汲極驅動器有這樣的一個問題，即 在此輸出端子OUT之電流的下降時間是較長的，而圖3D 所示之開放汲極驅動器，由於包括一運算放大器，因此， 需要有一較大的晶片區域，並且電能的消耗會增加，還有 在此輸出端子OUT之電流的轉變速度是較低的。也就是 說，在此輸出端子OUT之電流的轉換率是較低的。 圖3B和3C所示之開放汲極驅動器有這樣的一個問 題，即一拉升電晶體和一下拉電晶體有可能同時地開啟。 請參考圖3B所示之開放汲極驅動器，這用一 p型金屬氧 化物半導體電晶體實現的拉升電晶體M4和一 金屬氧 化物半導體下拉電晶體M2相比，其具有一較低地活動性。 從而，當此輸入訊號的邏輯狀態從一邏輯低電位改變 到一邏輯高電位時，在開/關轉變的過程中，大量的電流可 能會流到接地處，這是因為即使在此下拉電晶體M2開啟 之後，此拉升電晶體M4也不會關閉之緣故，也就是說此 WWpifl 修正日期:99年10月20日 爲第94124467號中文說明書無劃線修正本 拉升電晶體M4和這下拉電晶體M2同時地開啟。 在圖3C所示之開放汲極驅動器中，此拉升電晶體M3 和這下拉電晶體M2兩者都是利用一 N型金屬氧化物半導 體電晶體來實現，然而N型金屬氧化物半導體電晶體m3 和M2兩者之間的轉換速度可能不相同。當此拉升電晶體 M3的轉換速度比這下拉電晶體M2的轉換速度要慢時，和 圖3B相同的問題就會產生。 在此拉升電晶體M3的轉換速度比這下拉電晶體M2 的轉換速度要快的情況下，當此輸入訊號din的邏輯狀態 攸一邏輯高電位改變到一邏輯低電位時，在開/關轉變的過 耘中，較大量的電流可能會流到接地處，這是因為當下拉 電晶體M2尚未開啟時’此拉升電晶體M3是關閉著的緣 故也就疋說此拉升電晶體M3和這下拉電晶體M2是同 時開啟的。 因此 在此咼功率電壓VDD和低功率電壓vss之間， 產生短的電流通道，並且流經此短路電流通道的電流帶 來一基底雜訊，而且可能會增加電能之消耗。 【發明内容】 按照本發明—些實施例，—種電流驅動器電路包括一 :拉開關單元’其連接在—節點和—第—參考電位之間， - Γ回應—輸人訊號而在—開狀態和—關狀態之間切換。 :拉升開關單心其連接在此節點和—第二參考電位之間， —開狀態和—關狀態之間切換，而且此拉升開關單 、乂下拉開關單元作互補。此拉升_單元之接通速度 1342671 17484pifl 爲第94] 24467號中文說明書無劃線修正本 修疋臼期，年1〇月 20日 關單元之關閉速 比這下拉開關單元的要慢，並且此拉升開 度比這下拉開關單元的要快。 ^本發明進一步的實施例中，一種電 括-弟-下拉開關單元，其連接在—第—心電路。 考電位之間，並可回庠一势入m少即點和一第一參 離之m刀拖·： 在—開狀態和-關狀 〜之_換’-第—拉升關單元， 和-第二參考電位之間，並可在一開狀態和== 切換，而且此第-拉升開關單\關狀態之間 ίί的ΐΓί1單元之接通速度比這第-下拉開關 一=::並且此第-拉升開關單元之關閉速度比這第 一:Ϊ早，要快；—第二下拉開關單S，其連接在 -邏第一參考電位之間，並回應此輸入訊號的 邏軏互補而在—開狀態和一關狀態之間切換 Πϋ其連接在此第二節點和這第二參考電位之 :單元斜、言：開狀態和一關狀態之間切換’此第二拉升開 _ 、廷—下拉開關單元作互補，此第二拉升開關單 接通速纟比這第二下拉開關單元的要慢，並且，此 =拉升開關單元之關閉速度，比這第二下拉開關單元的 一電流電源、電路，其連接在此第一節點和一輸出 子之間，並對—參考訊號作出回應；以及一電流供應電 丄其連接在此第二參考電位和這第二節點之間，並對此 參考訊號作出回應。 &本發明進—步的實施例中，—種電流驅動器電路的 呆作方法，其包括回應—輸人訊號而在—開狀態和一關狀 17484pifl * 爲第94124467號中文說明書無劃線修正本 修正曰期:99年丨〇月2〇曰 態之間切換一下拉開關單元；在一開狀態和一關狀態之間 切換一拉升開關單元，此切換係對這下拉開關單元作互 補，這樣此拉升開關單元之接通速度比這下拉開關單元的 要慢，並且此拉升開關單元之關閉速度’比這下拉開關單 元的要快。 在本發明進一步的實施例中，一充電泵包括—下電流 下拉開關單元，其連接在一下節點和一第一參考電位之 間，並回應一下輸入訊號而在一開狀態和一關狀態之間切 換；一下電流拉升開關單元，其連接在此下節點和—第 二參考電位之間，它對此下輸入訊號作出回應，並在—開 狀態和一關狀態之間切換，對這下電流下拉開關單元作出 互補’此下電流拉升開關單元之接通速度比這下電流下拉 開關單元的要慢，並且此下電流拉升開關單元之關閉速度 比這下電流下拉開關單元的要快；一上電流拉升開關^ 元，其連接在一上節點和這第二參考電位之間，並回應— 上輸入訊號的一邏輯互補，而在一開狀態和一關狀態之間 切換；一上電流下拉開關單元，其連接在這上節點和這 第一參考電位之間，它對此上輸入訊號作出回應，並在一 開狀態和一關狀態之間切換，對這上電流拉升開關單元作 出互補，此上電流下拉開關單元之接通速度比這上電流拉 升開關單元的要慢’並且此上電流下拉開關單元之關閉速 度比這上電流拉升開關單元的要快；一下電流電源電 路，其連接在此下節點和一輸出端子之間，並對一下參考 訊號作出附應；以及，一上電流電源電路，其連接在此上 1342671 17484pifl 修正曰期:99年10月20日 爲第94124467獅文翻s麵線修正本 節點和這輸出端子之間，並對一上參考訊號作出附應。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯 易丨蓳，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 明如下。 【實施方式】 雖然本發明在不脫離其精神和範圍内，當可作些許之 更，與潤飾’但下文將舉健實施例，並配合所附;式， 作詳細說明如下。然而，應該理解的是，本發明的主旨並 ΐ在限制於其所揭_較形式，相反地，本發明旨在涵 =所有在不麟後附之φ請專利範圍所界定之精神和範圍 一所作的些許之更動_飾。在制中貫穿所有的圖 不裡，相同的引用號代表相同的元件。 ，f解的疋’當1件或一層被提到為“接通連接 至,i : ±輕合W另一疋件或層時，它可直接地接通、連接 此另—元件或層，或其它可能存在的干涉元 ^層。相反’當-元件被指為“直接地接通”、“直接地連 =，或“直接輪合到，，另m層時，那麼，將沒有 干涉元件或層的存在。 列屮，裡所術語“和’或”包括任何以及所有相關 的 之衫。其中，相同的引用號代表相 將會得到理解的是，物這裡用術語“第一，，和“第二” 八：ί不同之區域、層和/或部分，這些區域、層和/或部 77不應被限制於這些術語。這些術語制以將-區域、層 12 1342671 17484pifl 修正日期:99年10月2〇日 爲第94124467號中文說明書無劃線修！e；^ 和部分從另一區域、層或部分區分開來。因此，以下所討 論的一第一區域、層或部分，也可稱為一第二區域、層或 部分，類似地，一第二區域、層或部分，也可稱為—第一 區域、層或部分，而這樣並不脫離本發明講述的宗旨。 此外，相對性之術語，比如“下部，，或“底部，，以及“上部，， 或“頂部’，，纟此可如圖式所示那#，用以描述一元件和另 一元件的關係。將會得到理解的是，相對性之術語，是旨 在說明此裝置在®式巾所繪示的方位之外，還包括其不同 的方位。例如，如果此裝置在圖式中是反轉的，那麼，描 述為處於其它元件之“下部，，旁邊的元件，可㈣為處於兑 它元件之“上部”的旁邊。因而，此示範性的術語“下部，/，、 依據圖式所示的具體綠，包括了“下部，，和“上部，，這兩個 方位。類似的’如果此裝置在其中—個圖式中是反轉的， 那麼’搞述為處於其它元件之“下方，，或“下面，，的元件 ‘可為處於於元件之“上方”。因而，此示範性的術語 下方或下面’包括了上方和下方這兩個方位。 這棱’本發明的實施例透過參考橫戴面關解而描述， 這=解是本發明理想化的實施例之示意圖。這樣，可以 預期存在這些圖解不同變化的形式，例如，製造技術和/ 的偏差之變化。因此，本發明的實施例不應解釋為 =^__區域之特定形式，而是包_為製造技術 的=而產生的變化。例如’圖示為—矩形的一植入區域， 典^地，在巧緣有-圓形的或曲_特徵和/或傾斜的植 入中心，而不疋從-植人的區域到—非植入區域的雙重變 13 1342671 17484pifl 修正日期:99年10月20臼 爲第94124467號中文說明書無劃線修正本 化二同樣地，經由植入而形成的一隱藏區域，可導致在如 下這樣的區域之-㈣植人，即纽賴區域以及透過复 上而進行植人之表面。因此，圖式中繪示的區域是示意;i 的’並且’其喊和形狀並不旨在繪示—裝置的區域之精 確的形狀，^且並不旨在限制本發明的範®。這裡所採用 的術語m描述特定實關之目的而用，並不旨在限 ‘制本發明。如這裡所採用的，單數形式“一，，，“一個，，以及 二此，，’旨在也包括其複數的形式，除非文章的内容明確地 私出。還將會被進-步理解的是，術語“包括，，和/或“含有，，， 當用於此說明書中，是指出如下這些事物的存在，即所陳 迹的特徵、整體、步驟、操作、元件，和/或組件，但並不 排除-或多個其它特徵、整體、步驟、操作、元件，組件 和/或它們的組合之存在或增加上它們。 除非另外的限定，這裡所使用之所有術語（包括技術 學上的術語）’具有和本發明所屬領域的普通技 藝者所共同理解的意義。還將會被進—步理解的是，如普 ίίΐ!所定義的術語’應該被解釋為有—與其相關技術 致的意義’而不應被解釋為-理想化的或過度正 式的思義，除非這裡明顯地如此限定。 圖4X t路圖’其說明按照本發明—些實施例的一 驅動器。請參考圖4，此開放跡驅動器包括一 電„〇、-電流供應單元、—第—下拉開關單元 ，、-第-拉升開關單元44〇、一第二下拉開關單元-以及一第二拉升開關單元460。 1342671 I7484pifl 修正曰期:99年丨0月20曰 爲第94124467號中文說明書無劃線修正本 而此营電m41G利用一 N型金屬氧化物半導體電晶體 其於夂去/、貞似於圖3A至3B所示的電晶體M卜並 ί 而提供一第—參考電流。此第-下拉 Ζ早=30利用- Ν型金屬氧化物半導體電晶體奶而 門關單：：ί f 3A i 3D所示的電晶體Μ2，第-下拉 二早心30相合在—第—節點η1和這低功率電愿-， 之間=且回應-輸入訊號din而執行一開關操作。 ^第一拉升開關單元440,轉合在_高功率縣聊 之間，並對這第—下拉開關單元謂之開/ 戸^乍執订互補的開/關轉換操作；因而，此第-拉升 速度’比這第一下拉開關單元430之 f通艺要慢，而此第—拉升_單以4。_閉速度， 比k第一下拉開關單元43〇之關閉速度要快。 日存這第一下拉開關單元430轉變到關閉狀態 2 :第-拉升開關單元44G轉變到開通狀態，而當這第 下拉開關早7G 430轉變到開通狀態時，此第一拉 單元440轉變到關閉狀態。 升竭關 由於t匕第一拉升開關單元_的接通速度，比這第一 下拉開關早TC43G之接通速度要慢，而 的關閉速度，比這第—下拉開關單元43〇::= ^要快，因此，當這第-下拉開關單元·由這開=能 =變到此關狀態時，此第—拉升開關單元4^ 態轉變到此開通狀態的速度，比這第— ^狀 由這開通狀態轉變到關閉狀態的速度要慢。汗早70 ° 15 I34267l I7484pifl 修正日期:99年1〇月2〇日 馬第94124467號中文說明書無劃線修正本 因此 _ ^ —下拉_單元4 3 G和此第-拉升開關單 = 440不會在同-時間開通’益且，這短路電流便可能不 <過這第-下拉開關單元430和此第一拉升開關單元物。 相反地，當這第-下拉開關單元43q由這關閉狀態轉 i到此開通狀態時，此第-拉制關單元44()由開通狀離 ，變到此關閉狀態的速度，比這第一下拉開關單元43〇^ 這關閉狀態轉變到開通狀態的速度要快。因此，這第一下 拉開關單元430和此第一拉升開關單元44〇不會在同一時 ，開通，並且，這短路電流便可能不流過這第一下拉開關 單元430和此第一拉升開關單元44〇。 此第一拉升開關單元440，包括一 p型金屬氧化物半 導體電晶體M4,其耦合在一高功率電壓VDD和這第一節 點nl之間，此開關單元440還包括一 N型金屬氧化物半 導體電晶體M3。此P型金屬氧化物半導體電晶體M4的 一個閘極’接收此輸入訊號din，並且，此N型金屬氧化 物半導體電晶體M3的一個閘極，接收一反轉的輸入訊號 dinb。因而’此第一拉升開關單元440 ’對這第一下拉開 關單元430之開關操作執行互補的開關操作。 詳細來說，當此輸入訊號din從這高狀態轉換到此低 狀態時’此第一拉升開關單元440由這關閉狀態轉變到此 開通狀態，然後，這第一節點nl之電勢，被迅速地拉升到 一電勢(VDD-Vth)。Vth表示這N型金屬氧化物半導體電 晶體M2的一臨界電壓。 當此輸入訊號din從這低狀態轉變為此高狀態時，此 16 1342671 17484pifl 修正日期:99年10月20日 爲第94124467號中文說明書無劃線修正本 第一拉升開關單元440關閉起來，並且此第一拉升開關單 元440不會流過一電流。 由於P型金屬氧化物半導體電晶體的一般特性，此第 一拉升開關單元440巾的P型金屬氧化物半導體電晶體 的操作速度，比這第一下拉開關單元43〇中的N型金 屬氧化物半導體電晶體M2的操作速度要慢。 此第一拉升開關單元440中的這n型金屬氧化物半導 ，電晶體M3的長寬比（寬/長，W/L)，比這第一下拉開關 單元430中的這n型金屬氧化物半導體電晶體M2的長寬 比(，/長，W/L)要小，因而，此第一拉升開關單元44〇中 的廷N型金屬氧化物半導體電晶體M3的開關速度，比這 第一下拉開關單元430中的這N型金屬氧化物半導體電晶 體M2的開關速度要快。 a由於這P型金屬氧化物半導體電晶體M4 (其操作速 度是比這第一下拉開關單元43〇中的這金屬氧化物半 導體電BB體M2之操作速度要慢）串聯地輕合到此n型金 屬氧化物半導體電晶體M3 (其操作速度，比這第一下拉 ，關單元430中的這N型金屬氧化物半導體電晶體％2的 操作速度要快），因此這第一拉升開關單元440的接通速 度比這第一下拉開關單元430之接通速度要慢，而此第一 拉升開關單元物的關閉速度比這第-下拉開關單元430 之關閉速度要快。 ▲概括來講，當此輸入訊號din從這高狀態轉變為此低 狀態時，此第一拉升開關單元440中的N型金屬氧化物半 17 1342671 17484ρίΠ 爲第94124467號中文說明親劃線修正本 修正日期:99年10月2〇日 導體電晶體M3 ’迅速地從這關閉狀態轉變為這開通狀態； 然而，這P型金屬氧化物半導體電晶體M4，卻緩慢^由 這關閉狀態轉變為這開通狀態，因而，此第一拉升開關單 元440，緩慢地由這關閉狀態轉變為這開通狀態。 ^相反地，當此輸入訊號din從這低狀態轉變為此高狀 態時，此第一拉升開關單元440中的這p型金屬氧化物半 =體電晶體M4，緩慢地由從這開通狀態轉變為這關閉狀 態；然而，此第一拉升開關單元440中的這N型金屬氧化 物半導體電晶體M3，卻迅速地由這開通狀態轉變為這關 閉狀態，因而，此第一拉升開關單元，迅速地由這開通狀 態轉變為這關閉狀態。 圖4所示的電流供應單元420，包括一 p型金屬氧化 物半導體電晶體M9和一 N型金屬氧化物半導體電晶體 M5’其類似於圖3八至3£>所示的電晶體M9*M5。此n 型金屬氧化物半導體電晶體M5相當於實現此電流電源 410的N型金屬氧化物半導體電晶體M1，其不管這第一 下拉開關單元430、此第一拉升開關單元44〇、這第二下拉 ，關單元450，以及這第二拉升開關單元46〇之開/關轉換 操作，而在一電流狀態中維持這參考電位比卜 這第二下拉開關單元450的一 N型金屬氧化物半導體 電晶體M6相當於這第一下拉開關單元43〇的N型金屬氧 化物半導體電晶體M2，並對此第一下拉開關單元430中 的N型金屬氧化物半導體電晶體M2之開/關轉換操作，執 行互補的開/關轉換操作’並允許這N型金屬氧化物半導體 18 1342671 17484pifl 爲第衝4467號中文說明書無劃線修正本 修正日期:99年1〇月2〇曰 電晶體Ml和這N型金屬氧化物半導體電晶體M5互相互 補地操作，從而，可在一電流狀態中維持這參考電位 而這第二拉升開關單元460相當於此第一拉升開關單 440 ° …在其它實施例中，這電流供應單元42〇，可利用一互 補式金屬氧化物半導體（CM〇s)電晶體M55來實現，其 源極和汲極如圖5所示那樣互相耦合起來。此互補金屬^ 化，半導體電晶體M55，可· — N型金屬氧化物半導體 電晶，或一 P型金屬氧化物半導體電晶體來實現。此互補 金屬氧化物半導體電晶體的一個閘極，可轉合到這第二節 ^ n2，而這參考電位ref可施加到一端子，在此端子上 此源極和祕互_合域。 &子上 圖6是一電路圖，其說明按照本發明其它實施例的一 及極驅動器。請參考圖6,此開放沒極驅動器包括一 —拉升開關單元_，與圖4所示之開放及極驅動器相 二，拉升開關單元640有一附加的電容元件，比如 一 ^谷ί C1。此電容器C1耦合到一反轉輸入訊號dinb和 勹二即點nl。此外，圖6中的一第二拉升開關單元66〇, 附加的電容器C2,其耦合到一輸入訊號din和一第 一郎點n2。 由=這電容器C1和電容器C2都加入到圖6的開放汲 一驅動器中，因此，當此輸入訊號din由這高狀態轉變為 這低狀態時’此第一節點nl的電勢被迅速地拉升起來。從 ，圖6所示之開放汲極驅動器的操作速度，變得比圖4 19 1342671 17484pifl 爲第94124467號中文說明書無劃線修正本 修正日期:99年10月20日 所示之開放沒極驅動器的操作速度要快。當此輸入訊號din 由追低狀態轉變為這高狀態時，在此第二節點n2處，可獲 得上述類似的效果。 在其它實施例中’這電容器C1和電容器C2，都可利 用一N型金屬氧化物半導體電晶體或一p型金屬氧化物半 導體電晶體來實現’而不是利用一互補金屬氧化物半導體 CMOS電晶體來實現。此互補金屬氧化物半導體電晶體的 源極和汲極可互相調換。 圖7繪示為與一傳統的開放汲極驅動器相比較之開放 /及極驅動器的模擬波形。這水平軸，即χ軸代表以秒為單 位的時間’而垂直軸，即y軸代表以毫安培（mA)為單位 的電流。符號“S，’指出圖3B、3C ,和圖4所示之開放汲 極驅動器的—模擬波形。符號“A”指出圖3D所示之開放 汲極驅動器的一模擬波形。符號“c”指出圖3A所示之開 放汲極驅動器的一模擬波形。符號“〇，’指出圖丨所示之開 放汲極驅動器的一模擬波形。 請參考圖7，按照本發明的一些實施例，圖4所示之 開放汲極驅動器的性能，實質上等於圖3B和3D所示之開 放汲極驅動器的性能。 圖8說明圖4所示的之開放汲極驅動器的模擬波形， 乂及g封裴模型連接到每一此傳統的開放沒極驅動器 時，此傳統開放汲極驅動器的模擬波形。符號“p”指出圖 3B所示之開放汲極驅動器的一模擬波形。符號％，，指出圖 3C所不之開放汲極驅動器的一模擬波形。符號、，，指出圖 20 17484pifl 爲第94麵號中文說明書無劃線修正本 修正日期:99年10月20日 4所示之開放汲極驅動器的一模擬波形。 請參考圖8，按照本發明的一些實施例，與圖3B和 3C所示之傳統開放汲極驅動器的雜訊相比較之下，圖$ 所示之開放汲極驅動器的雜訊被得以有效地減少。 圖9說明對於圖8的實施例，一流經接地的電流之模 j波形’其中此封裝模型連接到此每—開放汲極驅動器。 =號“P”指出圖3B所示之開放汲極驅動器的一模擬波形。 2號“η”指出圖3C所示之開放汲極驅動器的一模擬波形。 符號“s”繪示一虛線，其按照本發明的一些實施例，指出 圖4所示之開放汲極驅動器的一模擬波形。符號“〇，，指出 圖1所示之傳統開放汲極驅動器的一模擬波形。 請參考圖9，按照本發明的一些實施例，當一真實的 封裝模型連接到-輸出端子時，朗3Β和3C所示之傳統 開放汲極驅動器的基底雜訊相比較之 沒極驅動器雜訊，被有效地減少。0 放 概括來說’請參考圖7至圖9，按照本發明的一些實 施例之開放祕驅動器，可防止這短路電流通道並具有操 作速度（比如-上升時間和—下降時間）較快之優點而 :輸出電流_訊可被減少’並且與傳統之開放及極驅動 益的功率雜和基絲訊減較之下，本發明之—些實施 例之開放汲極驅動器的功料耗和基底雜訊都得以減少。 在圖4和圖6所示之開放汲極驅動器的一些實施例中， 此電流電源和這第—和第二下拉開關單元，可分別利用一 N型金魏化物半導體電晶體來實現。按照本發明的一些 21 1342671 17484pifl 爲第94124467號中文說明書無劃線修正本 修正日期·· 99年10月20日 實施例，圖4和圖6所示之電路，可用於一開放汲極驅動 器；然而，圖4和圖6所示之電路，可應用於任何需要一 電流驅動電路的裝置之中。例如，一充電泵之下開關，以 及一下電流電源，可利用圖4和圖6所示之電路來實現。 圖1〇是一電路圖唭說明按照本發明的一些實施例之 一電流驅動電路而實現的一充電泵。請參考圖10，此充電 泵包括一下電流驅動電路800，其對應一下訊號而允許一 下電流從一輸出端子流出，此充電泵還包括一上電流驅動 電路900，其對應一上訊號而允許一上電流流入到此輸出 端子。 此下電流驅動電路800，有一和圖6所示的開放汲極 驅動器類似的配置，其中除了施加一第二偏壓BIAS2而不 是這參考電位，以及施加這下訊號dn而不是此輸入訊號 din之外。符號“dnb”表示一反轉的下訊號。此下電流驅動 電路800 ’包括一下電流電源81〇、一下電流下拉開關單元 820 ’以及一下電流拉升開關單元83〇。此下電流電源81〇， 耦合在一下節點nd和這輸出端子OUT之間，並基於此第 二偏壓BIAS2而提供這下電流。此下電流下拉開關單元 820 ’其耗合在這下節點ncj和這功率電壓vss之間，並基 於此下訊號dn而執行開關操作，而且僅當這下訊號如被 啟動的時候’允許此下電流流過這輸出端子out。 此下電流拉升開關單元830，耦合在這下節點nd和這 咼功率電壓VDD之間，並對此下電流下拉開關單元82〇 之開關操作，執行互補的開關操作。此下電流拉升開關單 22 1342671 17484pifl 爲第94124467號中文說明書無劃線修正本 修正日期:99年1G月2〇日 元830之接通速度，比這下電流下拉開關單元82〇的接兩 速度要慢’而此下電流拉升開關單元83〇之關閉速度，^ 這下電流下拉開關單元820的關閉速度要快。 又’ k 這上電流驅動電路900，以和這下電流驅動電路8〇〇 對稱的配置模式而實現。特別地，在這上電流驅動電路簡 中，這下電流驅動電路800的P型金屬氧化物半導體 體，被以N型金屬氧化物半導體電晶體來取代，而這下= 流驅動電路800的N型金屬氧化物半導體電晶體，=以？ 型金屬氧化物半導體電晶體來取代。這±電流驅動電路 900之操作，可由這下核鶴電路_的操作而得以理 解。 這上電流驅動電路900，包括一上電流電源91〇、一 電流拉升開關單以2G ’以及—上電流下拉開關單元㈣。 此上電流電源910’輕合在-上節點凹和這輸出端子〇υτ 並基於-第-偏壓BIAS1而提供這上 流拉升開關單元920,耗合在這上節點帅 ^ VDD之間，並對瘅一反鯓的 k工虹 羊電壓 而曰禮—“ 轉 號叩而執行開關操作， 而且僅^上訊號up被啟動的時候，上電流 920才允許此上電流流過這輸出端子〇UT。開關早凡 功率流下㈣關單元_々合在這上節點⑽和這 鮮柞拙沾之間，並對此上電流拉升開關單元920之開 補的開難作。此上電流下拉開關單元93〇 電流拉升開關單元920的接通速度要 又而此上電％，L下拉開關單元930之關閉速度，比這上電 23 1342671 17484ρΐΠ 爲第94麵號中文說明書無劃線修正本 修正日期:"年1〇月2〇曰 流拉升開關單元920的關閉速度要快。 如上所述’按照本發明的一些實施例，整合此 触 動電路之充電H夠減少基底的雜訊。按照本發日^二 些實施例’此财祕麟ρ和這紐购方法 _ 短路電流並可減少此輪出電流_訊以及這基底 ^ 因此’透過減少這短路電流，也可減少功率的馳^。’ 雖然本發明已以較佳實施例揭露 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離非用以 :範圍内，當可作些許之更動與‘不神 乾圍當視后附之申請專利範圍所界定者為準。 ’、，蔓 【圖式簡單說明】 圖ΙΑ、1B和1C是電路圖’其說明按昭= 型之傳統關歧極驅動ϋ。 種開關類 圖2按照圖1Α、1Β和lc所示的三種開關類 月傳統的開放汲極驅動器之模擬波形。 δ 第是1路圖’其說明傳統的開魏極驅動器之 之第二：電路圖’其說明-傳統的開歧極_ 之第電路圖’其說明-―動器 圖3D是一電路圖，其說明—傳 之第四個修改。 賊的開放沒極驅動器 圖4是一電路圖，其說明按照本發明一些實施例的— 24 1342671 17484pifl 爲第94124467號中文說明書無劃線修正本 修正日期:99年10月20日 開放汲極驅動器。 圖5是一電路圖’其說明按照本發明的一些實施例， 圖4所示的一電流供應單元。 圖6是一電路圖，其說明按照本發明進一步實施例的 一開放汲極驅動器。 圖7說明與一傳統的開放汲極驅動器相比較，圖4所 示的之開放汲極驅動器實施例的模擬波形。 圖8說明圖4所示的之開放汲極驅動器實施例的模擬 波形，以及當一包裝模型連接到每一此傳統的開放汲極驅 動器時，此傳統開放汲極驅動器的模擬波形。 圖9說明對於圖8的實施例，一流經接地的電流之模 擬波形，其中，此包裝模型連接到此每一開放汲極驅動器。 圖10是一電路圖，其說明按照本發明的一些實施例， 利用一電流驅動電路而實現的一充電泵。 【主要元件符號說明】 din :輸入訊號 dinb :反轉的輸入訊號 dn :向下訊號 ref :參考電位 310 :電流電源 320 ·電流供應單元 Vgs :閘極到源極電壓

Ml、M2、M3、M5、Μό、M7 : N型金屬氧化物半導 體電晶體 25 -1342671 17484pifl 爲第94124467號中文說明書無劃線修正本 修正日期:99年10月20曰 M4、M8、M9 : P型金屬氧化物半導體電晶體 OUT :輸出端子 η 1 :第一節點 η2 :第二節點

Vss :低功率電壓 372，373 :電路

Vth :臨界電壓 VDD :高功率電壓 BIAS1 :第一偏壓 BIAS2 :第二偏壓 nd :下部節點 upb :反轉的向上訊號 nu :上部節點 up :向上訊號

Cl、C2、C3、C4 :電容器 410 :電流電源 420 :電流供應單元 430 :第一下拉開關單元 440 :第一拉升開關單元 450 :第二下拉開關單元 460 :第二拉升開關單元 800 :下電流驅動電路 810 :下電流電源 820 :下電流下拉開關單元 26 1342671 17484pifl 修正日期:99年10月20曰 爲第94124467號中文說明書無劃線修正本 830 :下電流拉升開關單元 900 :上電流驅動電路 910 :上電流電源 920 :上電流拉升開關單元 930 :上電流下拉開關單元 27

Claims (1)

1. -1342671 17484pifl , 爲第知24467號中文_書無劃線修W 9犖％2§修正本 修正日期:99年1〇月20日 七、申請專利範圍： ^一種電流驅動器電路，包括： 一下拉開關單元，其連接在一節點和一第一參考電位 ，並對應一輸入訊號而在一開狀態和一關狀態之 :以及 一拉升開關單元，其連接在此節點和一第二參考電位 之間’並在1狀態和—關狀態之間切換，而且此拉升開 關單元料下拉關單元作互補，缝升開，S之接通 速度，比這下拉開關單元的要慢，並且此拉升開關單元之 關閉速度比這下拉開關單元的要快。 2·如申吻專利範圍第1項所述之電流驅動器電路，還 包括-電流電源電路，其連接在此節點和―輸出端子之間。 3. 如申明專利範圍第1項所述之電流驅動器電路，其 中的拉升開關單元包括串聯地耗合在此節點和這第二參考 電位之間的-Ρ型金屬氧化物半導體電晶體以及一金 屬氧化物半導體電晶體。 4. 如申請專利範圍第3項所述之電流驅動器電路，其 中此Ρ型金屬氧化物半導體電晶體的一閘極，接收一輸入 訊號’而此Ν型金屬氧化物轉體電晶_—閘極，接收 這輸入訊號的一邏輯互補。 5. 如申明專利範圍第4項所述之電流驅動器電路，還 包括： 一電容元件，其連接在此Ν型金屬氧化物半導體電晶 體的閘極和這節點之間。 28 17484pifl 爲第麵㈣中文麵書無劃線修正本 修正日㈣年10月2〇日 6. 如申請專職_ 5項所述之電流驅動器電路，直 中此電容70件’包括—互補金屬氧化物半導體電晶體，i 源極和及極互相耦合起來。 ^ 7. 如申#專利範圍第3項所述之電流驅動器電路，盆 ^ P型金屬氧化物半導體電晶體之開關速度比這下拉開 :70之開關速度要慢，而此N型金屬氧化物半導體電晶 體的開關速度比這下拉開關單元的開關速度要快。 8. 如申請專利_第7項所述之電流驅動器電路，並 物物半導體電晶體是一第一 N型金屬氧;匕 導這下拉開關單元包括—第二Μ金屬氧 曰半導體電晶體，並且此第一_金屬氧化物半導體 2的長寬比（¾:度/長度），比這第二金屬氧化物半 導體電晶體的長寬比要小。 + 9‘如申請專利範圍第1項所述之電流驅動器電路，A 中這第二參考電位，大於此第—參考電位。 - 10·—種電流驅動器電路，包括： 一第一下拉開關單元，其連接在一第一節點和一第一 三考電位之間’並對應—輸人訊號而在一開狀態和一關狀 恕之間切換； 一第一拉升開關單元，其連接在此第一節點和一第二 電位之間’並在—開狀態和—關狀態之間切換，而且 -拉升開關單元係對這第一下拉開關單元作互補，此 拉升開關單疋之接通速度比這第一下拉開關單元的要 又’並且此第-拉升開關單元之關閉速度，比這第一下拉 29 17484pifl 修正日期:料K)月2〇q 爲第州24467號中文說明書無劃線修正本 開關單元的要快； 開 一第二下拉開關單元’其連接在一第二節點和這洁 參考電位之間，並對應此輸入訊號的一邏輯互補而^ 狀態和一關狀態之間切換； 〜 教 的要快 一第二拉升開關單元，其連接在此第二節點和、言 參考電位之間，並在一開狀態和一關狀態之間切換\二 一拉升開關單元對這第二下拉開關單元作互補，此第第 升開關單元之接通速度比這第二下拉開關單元的要慢了 且此第二拉升開關單元之關閉速度比這第二下拉開^單歲 一電流電源電路，其連接在此第一節點和一輸出 之間’並對一參考訊號作出回應；以及 子 ^ 一電流供應電路，其連接在此第二參考電位和這第一 節點之間，並對此參考訊號作出回應。 〜 11.如申請專利範圍第10項所述之電流驅動器電路， 中的第一拉升開關單元包括串聯地耦合在此第一節點和 k第一參考電位之間的一第一 p型金屬氧化物半導體電曰曰 體=及一第一N型金屬氧化物半導體電晶體，第二拉升= 關單π包括串聯地耦合在此第二節點和這第二參考電位之 間的一第二Ρ型金屬氧化物半導體電晶體，以及一第二Ν 型金屬氧化物半導體電晶體。 12_如申請專利範圍第11項所述之電流驅動器電路， /、=，此第一ρ型金屬氧化物半導體電晶體的一閘極，以 及敁第二Ν型金屬氧化物半導體電晶體的一閘極，接收此 1342671 17484pifl 修正日期:99年10月20日 爲第94124467號中文說明書無劃線修正本 輸入訊號，而此第一 N型金屬氧化物半導體電晶體的一閘 極，以及這第二P型金屬氧化物半導體電晶體的一閘極， 接收這輸入訊號的一邏輯互補。 13.如申請專利範圍第12項所述之電流驅動器電路， 還包括： 一第一電容7G件，其連接在此第一 N型金屬氧化物半 導體電晶體的閘極和這第一節點之間；以及 、一第二電容元件’其連接在此第二N型金屬氧化物半 導體電晶體的閘極和這第二節點之間。 14’如申％專利範圍第13項所述之電流驅動器電路， ^ 一此第第二電容性元件，分別地包括—第一和-導氧化物半導體，所述第-互補金屬氧化物半 極係互相輕合在-起，且所述第二互補金 屬氧匕=導體的沒極和源極係互相輕合在一起。 1中，1請專利範圍第U項所述之電流鶴器電路， 這第二導體電晶體之開關速度比 開關速度持；關速収這第—下拉開關單元的 晶體之開關涉;S： /、中這第二Ρ型金屬氧化物半導體電 此第二ν型金d第二下拉開關單元之開關速度要慢， 下拉電晶體的開關速度比這第二 其中，這第15項所述之電流驅動器電路， 下妆開關單元，包括一第三N型金屬氧化物 31 1342671 17484pitt 修正日期:99年1〇月2〇日 爲第94124467號中文說明書無劃線修正本 半導體電晶體，並且此第一 N型金屬氧化物半導體電晶體 的長寬比（寬度/艮度），比這第三N型金屬氧化物半導體 電晶體的長寬比要小；而且，其中這第二下拉開關單元， 包括一第四N型金屬氧化物半導體電晶體，並且此第二n 型金屬氧化物半導體電晶體的長寬比（寬度/長度）比這 四N型金屬氧化物半導體電晶體的長寬比要小。 1^如申請專利範圍第1G項所述之電流驅動器電路， 其中這第二參考電位’大於此第一參考電位。 18.—種電流驅動器電路的操作方法，包括： -：關而在-開狀態和-關狀態之間切換 在一開狀態和一關狀態之間， 此切換係對這下拉開關單元J補： 兀之接通速度比這下拉開關單元早 單元之義速度比這下拉_單元的^。拉升開關 操項:述之電流驅動器電路的 - P型金觀化物半導 ^串聯地齡在一起的 導體電晶體，而且及-_金屬氧化物半 開關速度比這下拉開半導趙電晶體： 關速度要快。 的開關逮度比這下拉開關單元的開 20.-種充電泵，包括： 點和一第 一下電流下拉開關單元，其連接在一下節 32 ^42671 17484pifl · 爲第94〗24467號中文說明書無劃線修正本 修正日期:99年1〇月2〇日 參考電位之間，並回應一下輸入訊號而在一開狀態和/關 狀態之間切換； 一下電流拉升開關單元，其連接在此下節點和一第二 ，考電位之間，它對此下輸入訊號作出回應，並在一開狀 態和一關狀態之間切換，下電流拉升開關單元對這下電流 下拉開關單元作出互補，此下電流拉升開關單元之接通速 度比這下電流下拉開關單元的要慢，並且此下電流拉升開 關單元之關閉速度比這下電流下拉開關單元的要快； 一上電流拉升開關單元，其連接在一上節點和這第二 參考電位之間’並回應—上輸人訊號的—邏輯互補，而在 一開狀態和一關狀態之間切換； 一上電流下拉開關單元，其連接在這上節點和這第一 參考電位之間’它對此上輸人訊號作出回應’在一開狀態 和-關狀態之間切換，此上電流下拉開關單元對這上電流 拉升開關單元作出互補，此上電流下拉開關單 度，上電流拉升開關單元的要慢，並且此Μ』: 關單7L之關閉速度比這上電流拉升開關單元的要快； 一下電流電源電路，其連接在此下節點和一輸出端子 之間，並對一下參考訊號作出回應：以及 —上U電源電路，其連接在此上節點和這輸出端子 之間，並對一上參考訊號作出回應。 21.如申請專利範圍第2〇項所述之充電泵其中 電流拉升開關單元包括串聯地福合在此下節點和這第二參 考電位之間的一第一 P型金屬氧化物半導體電晶體以及一 33 1342671 17484pifl 爲第94124467號中文說明書無劃線修正本 修正日期:99年丨0月20日 第一 N型金屬氧化物半導體電晶體，而此上電流下拉開關 单7G包括串聯地轉合在此上節點和這第一參考電位之間的 一第二P型金屬氧化物半導體電晶體以及一第二N型金屬 氧化物半導體電晶體。 22.如申請專利範圍第21項所述之充電泵’其中，此 第一 P型金屬氧化物半導體電晶體的一閘極，接收此下輸 入訊號’而這第二P型金屬氧化物+導體電晶體的一閘 極，接收這上輸入訊號。 23‘如申請專利範圍第22項所述之充電泵，還包括： 一第一電容元件，其連接在此第一 N型金屬氧化物半 導體電晶體的閘極和這下節點之間；以及 一第二電容元件，其連接在此第二p型金屬氧化物半 導體電晶體的閘極和這上節點之間。 24.如申請專利範圍第23項所述之充電泵，其中，此 第一和第二電容性元件分別包括一第一和一第二互補金屬 氧化物半導體，所述第一互補金屬氧化物半導體的汲極和 源極互相地耦合在一起，且所述第二互補金屬氧化物半導 體的汲極和源極互相地耦合在一起。 25.如申請專利範圍第21項所述之充電泵，其中，這 第- P型金屬氧化物半導體電晶體之開關速度比這下電流 了拉開關單元之關速度要慢，而此第—N型金 =導體電晶體的開關速度比這下電流下拉開關單元的開關 體Ϊ ^ ^其中這第二P型金屬氧化物半導體電晶 體之開關速度“上電流拉升_單元之關速度要慢， 34 1342671 17484ρϊΩ 爲第94124467號中文說明書無劃線修正本 修正日期:99年10月20臼 此第二Ν型金屬氧化物半導體電晶體的開關速度比這上電 流拉升開關單元的開關速度要快。 26. 如申請專利範圍第25項所述之充電泵，其中，這 下電流下拉開關單元包括一第三Ν型金屬氧化物半導體電 晶體，並且此第一Ν型金屬氧化物半導體電晶體的長寬比 (寬度/長度）比這第三Ν型金屬氧化物半導體電晶體的長 寬比要小；而且，其中這上電流拉升開關單元包括一第三 Ρ型金屬氧化物半導體電晶體，並且此第二Ρ型金屬氧化 物半導體電晶體的長寬比（寬度/長度）比這第三Ρ型金屬 氧化物半導體電晶體的長寬比要小。 27. 如申請專利範圍第20項所述之充電泵，其中這第 二參考電位大於此第一參考電位。 35