使用电容反馈的信号驱动器的方法以及系统的利记博彩app

专利名称：使用电容反馈的信号驱动器的方法以及系统的利记博彩app
技术领域：
本发明一般涉及输出信号驱动器，更具体地，涉及釆用电容反馈 的信号驱动器的实现。
背景技术：
电子系统通常使用互连以在系统的部件之间传输信息。这样的互 连通常包括一条或更多条信号线，所述一条或更多条信号线还总称为 总线。为了传输信息，系统的部件必须将总线线路的电压电平驱动至
合适的电平。通常存在这样的规范确定了在特定系统中电压能够多 快或多慢地进行改变。例如， 一些系统使用称作集成电路间总线或^C 总线的总线协议。
^C总线是在系统中的集成电路之间提供通信链路的控制总线。飞 利浦在二十世纪八十年代早期开发的采用软件定义协议的这个简单的 双线总线已经发展成为实际上世界范围的系统控制标准，这在从温度
传感器和电压电平变换器到EEPROM、通用的I/0、 A/D和D/A转换器、 CODEC以及所有类型的微处理器的所有领域得以应用。标题为 "Two-Wire Bus-System Comprising a Clock Wire and a Data Wire for Interconnecting a Number of Stations"的Moelands等人的美国专禾廿 4，689,740描述了一种计算机系统，包括由时钟总线接线(clock bus wrie)和数据总线接线(databus wire)互连的多个站，以根据由站在 所述时钟总线接线和数据总线接线上产生的信号组成布线逻辑总线 (wired logic bus),并且其全部内容结合于此用作参考。It总线还节省空间并且降低总体成本。使用^C规范，设计者能 够从方框图快速进行到最终硬件，简化了新设备和功能向已有总线接 口的添加。随着系统发展了数代，能够容易地添加和去除^C设备而不 影响系统的其余部分。双线结构意味着迹线更少，所以PCB可以更小。 同样因为迹线更少且协议相对简单，所以调试和测试也更加容易。
I"C总线持续超过20年存在若干原因。首先，最近引入的集线器、
总线转发器、双向开关以及复用器增大了总线能够支持的设备的数目，
扩展了最初受到400pF的最大总线电容限制的设备数目。此外，软件 控制的冲突检测和仲裁防止数据损坏并且保证可靠的性能，即便在复 杂的系统中。除了性能之外，还易于使用。两条简单的线路连接系统 中的所有IC。能够将任何I^设备连到公共的fC总线，并且任何主设 备能够与任何从设备交换信息。软件控制的寻址方案无需地址解码硬 件，并且不需要对外部控制逻辑进行设计和调试，因为fc协议业已提 供了外部控制逻辑。此外，总线跟上了性能的发展，并且目前使用提 高的时钟速度提供了四级数据率传输。例如，时钟速度可以在标准模 式中高达100KHz、在快速模式中高达400KHz、在快速模式加中高达 1Mhz、以及在高速模式中高达3.4MHz。
按照快速模式加规范，片上(on-chip)fC接口包括开路漏极NMOS
下拉器件，同时单个上拉电阻器是fc总线上所有设备所公用的。为了
对快速模式加的提高总线速度进行补偿，该规范对于总线信号要求最 大边沿速率转换时序(edge-rate transition timing)。通过选择合适的强 (小电阻)上拉电阻器，能够满足最大上升回转转换时序(rising slew transition timing)。快速模式加规范要求最大下降沿转换(70%-30%) 不超过120ns。此外，为了避免对电磁干扰和信号反射的敏感度，最小 下降沿转换(70°/。-30%)不能小于20ns。因此，NMOS下拉器件必须 能够控制边沿速率以提供最大和最小要求之内的下降沿转换。因为上
拉电阻器值和总线电容值在各fc模式以及各fc总线应用之间不同，
所以使该要求进一步复杂化。
一个用于对NMOS下拉器件的最小下降沿速率进行控制的方法在 输出信号与栅极之间使用电容反馈。尽管该方法对于控制下降沿转换的边沿速率而言是有用的，然而该方法也有其缺点。例如，通过增大 达到NMOS下拉器件阈值电压所必需的充电时间，电容反馈能够减小 使能器件的快速程度。此外，在上升沿转换期间，电容反馈能够使
NMOS下拉器件使能，下拉信号并在信号中引起假信号(glitch)。随
着总线速度的提高(例如，对于快速模式加)，下拉器件的这种不期望 的使能越来越成问题。
这些和其它问题给控制信号驱动器电路的边沿速率带来了问题。 因此，在对下拉器件的边沿速率进行控制方面还有改进的余地。

发明内容
本发明的各方面针对能解决和克服上述问题的边沿控制方法和 设备。
根据一个示例实施例，实现一种用于对总线的输出信号进行控制
的电路设备。该电路设备包括用于控制输出信号的晶体管。反馈电 容器与输出信号耦合，并且使用隔离开关选择性地与晶体管的栅极耦 合。使用开关将第一电荷分配电容器选择性地与反馈电容器耦合。响 应于输出信号达到输出电压，使能开关，并且响应于第一电荷分配电 容器达到基准电压，禁用开关。
根据另一示例实施例，实现了一种对总线的输出信号进行控制的 方法。使用隔离开关将反馈电容器从晶体管的栅极去耦合。晶体管用 于控制输出信号。使用电荷分配电容器，将预定量的电荷从反馈电容 器去除。使用开关将电荷分配电容器选择性地与反馈电容器耦合，其 中响应于输出信号达到输出电压，使能开关，并且响应于第一电荷分 配电容器达到基准电压，禁用开关。
以上对本发明的概括并非旨在描述每个实施例或本发明的每个 实现。通过参考以下结合附图的详细说明和权利要求，本发明的优点 和成就以及对本发明更完整的理解将变得明显且被认可。


通过以下结合附图对本发明的各个实施例的详细说明，可以更完整地理解本发明，附图中-
图l示出了根据本发明示例实施例的边沿速率控制电路的方框 图；以及
图2是出了根据本发明示例实施例的边沿速率控制电路的示意图。
具体实施例方式
尽管本发明可遵循各种修改和替换形式，然而在图中以示例的方 式示出了本发明的详细说明，并且将此进行了详细的描述。然而，应 该理解，并非旨在将本发明限于所描述的特定实施例。相反，旨在覆 盖落入权利要求所描述的本发明的范围内的所有修改、等同以及替换。
确信本发明适用于各种边沿速率控制器件和方法。尽管本发明不 一定限于这样的应用，然而通过在这样的环境中对示例进行讨论，最 好地获得了对本发明各方面的理解。
根据本发明的示例实施例，实现了一种用于对^C总线的输出信号 进行控制的电路设备。该电路设备包括用于(例如通过用作下拉)控 制输出信号的晶体管。反馈电容器一端与输出信号耦合，另一端与开 关耦合。开关与晶体管的栅极连接。反馈电容还通过一对开关与一对 电荷分配电容器连接。各开关部分地相对于相应电容器的电压和相应 基准电压而使能。
根据本发明的另一示例实施例，下拉NMOS器件用作电路中的开 路集电极下拉，其中所述电路配置用于fC总线系统。当NMOS器件用 作fC总线信号下拉时，将电容反馈部件连接在fC总线信号与NMOS 器件的栅极之间。当器件不用作将^C总线信号下拉时，将电容反馈部 件从NMOS器件的栅极断开。这对于避免由^C总线信号上的电压变化 (dv/dt)引起的不必要的栅极电压而言是尤其有用的。
在一个示例中，在将电容反馈部件从NMOS器件的栅极断开之后，
能够将电容反馈部件设定为预充电电压。因此，在电容反馈部件随后 与NMOS器件的栅极连接时，预充电电压减少了NMOS器件的使能时 间。在具体示例中， 一个或更多个放电电容器对电容反馈部件上存储的电荷进行分配，从而设定预充电电压。这对于在使能NMOS器件之 前将电容反馈部件上的电荷减小至预充电电压而言是尤其有用的。
图l示出了根据本发明示例实施例的边沿速率控制电路的方框
图。图描述了数个元件，包括输入102、电流源104、隔离开关106、 信号驱动器108、负载IIO、充电开关112、充电电路114以及反馈电容 部件116。响应于输入102，电路驱动与负载110连接的信号。例如，通 过使能或禁用信号驱动器108中的下拉器件，能够驱动负载IIO。信号 驱动器108产生与输入信号和负载110成比例的输出信号边沿速率的边 沿速率。电流源104和电容反馈部件116影响输入信号，并且从而影响
输出信号的边沿速率。
在^C总线信号的情况下，信号驱动器108是下拉器件，并且负载 110包括上拉电阻器以及总线上的一个或更多个设备。上拉电阻器值在 不同的应用中可不同，并且通常对于较快总线模式为较强上拉。其它 设备的数目及它们在总线上的相应负载在不同的应用中也可不同。
隔离开关106用于将反馈部件116与信号驱动器108连接或断开。 在连接时，反馈部件116通过将输出信号耦合到信号驱动器108的输入，
来限制输出信号的边沿速率。因此，电路将输出信号的边沿速率 (dv/dt)限制为输入信号和反馈部件116的电容的函数。 一旦输出信 号完成了信号转换，就不再需要使用反馈部件116来限制边沿速率。从 而，隔离幵关116将反馈部件从信号驱动器108断开。
在信号驱动器108发起下一转换之前，通过充电开关元件112将反 馈部件116上存储的一部分电压传送至充电电路114。能够响应于输出 信号达到由于信号驱动器108变成非激活而得到的电压电平，激活开关 元件112。例如，如果信号驱动器108是接近0伏的下拉，则将开关元件 112配置为在输出信号达到高信号电压的75%时激活。
在本发明的一个实施例中，充电电路114包括具有相应充电开关 元件112的的一个或更多个电容器。将开关元件112布置为允许电荷在 反馈部件116与充电电路114的电容器之间流动。反馈部件116所存储的 电荷的量等于反馈部件116的电容乘以施加到信号驱动器108的最终 电压与最终输出信号电压之差。施加到信号驱动器108的最终电压通常取决于边沿控制电路的供电电压，最终输出电压通常接近0。使用充电 电路114和开关元件112将反馈部件116上的一部分电荷去除，以对反馈
部件116上存储的电荷进行分配。因此，能够独立于输出信号电压对从 反馈部件116上去除的电荷的量进行控制。这对于设计为与各种信号电
压兼容的电路而言是尤其有用的。
在一个示例中，将开关元件112配置为根据相应电容器的电压控 制电荷的流动。例如，能够采用两个电容器和两个开关元件来设计充 电电路。能够将第一开关元件配置为激活，直到第一电容器达到电压 X，并且能够将第二开关元件配置为激活，直到第二电容器达到电压Y。 能够根据各种标准(如供电电压和信号驱动器108的导通特性)来设定 电压X和Y。从反馈部件116去除的电荷的总量等于存储在每个电容器 上的电容之和，每个电容器具有的电荷等于电容器的电容乘以电容器 的电压。
在本发明的另一示例实施例中，所分配的电荷量还能够受到每个 电容器的初始电压(也就是在激活开关元件112之前)的影响。因此， 能够结合最终分配电压对每个电容器的初始电压进行控制，以确定所 分配的电荷量。
在充电开关元件112传送了电荷之后，开关元件112将充电电路114 与反馈部件116隔离。充电电路对来自充电电路的分配电荷放电，以进 行随后的分配。在边沿速率控制电路随后驱动与负载110连接的信号 时，反馈部件116的剩余电荷用作施加到信号驱动器108的初始电荷(电 压)。这样，能够减小信号驱动器108的初始导通时间，同时仍然可以 进行边沿速率控制。
在本发明的一个示例中，从反馈部件116去除的电荷量与电路的 供电电压成反比。这可以如下实现使得开关元件中的一个或更多个 禁用时的充电电路电压根据电路的供电电压而确定。在该示例中，随 着供电电压的增大，将充电电路充电至更高的电压，导致从反馈部件 116去除的电荷量增大。所去除电荷量的增大有助于对由于更高供电电 压引起的电路的提高驱动能力进行补偿。这对于设计为以不同供电电 压进行操作的电路而言是尤其有用的。在本发明的另一实施例中，在输出电压达到特定电平之后，将开 关元件112和充电电路114激活有限的时间段。响应于激活，使能诸如
基准电压发生电路之类的特定功率耗散部件。在该有限时间段之后， 禁用功率耗散部件。能够使用多个延迟或时钟电路来控制该有限时间
段。在一个示例中，能够将单触发(one-shot)电路配置为产生激活脉 冲，在所述激活脉冲期间功率耗散部件是激活的。其它示例定时电路
包括通过电阻元件将电容器充电至一电压，以及使用时钟驱动定时电路。
图2示出了根据本发明示例实施例的边沿速率控制电路的示意 图。器件M5用于响应于输入信号将输出信号驱动至低。反馈电容器 Co用于对输出信号的边沿速率进行限制，并且还用作将初始导通电压 提供给器件M5。在开路漏极总线系统(例如I20中，输出依靠上拉 电阻器，该上拉电阻器在没有器件驱动输出时将输出拉高。
对于数据总线上的高至低电压转换，边沿速率控制电路将输出器 件的栅极节点粗略地充电至通过电阻器R0和R1使用器件M8给栅极节 点充电的部分的供电电压。 一旦输入从低转换至高，器件M9就用作隔 离开关，以将反馈电容器与器件M5的栅极隔离，从而允许反馈电容器 上存储的电荷保持与器件M5的栅极电压相独立。器件M9上的阈值电
压降将存储的电荷限制为Qfeedbaek = Cfeedbaek * ( Vpart_
supply—voltage 一
Vthresh。ldM9 - V0L—M5)，其中V0L—M5是隔离反馈电容器时的输出信号电压。
响应于输入变高，通过使能器件M3禁用器件M5，其中器件M3将 器件M5的栅极驱动至地，允许将输出信号拉高。比较器210用于确定 输出何时达到其最终值的75%。当这出现时，利用单触发电路212创建 脉冲。脉冲将M14和M13截止，使能器件M15并且将器件M16和M19 截止。在使能M15并且禁用器件M16和M19期间创建两个基准电压。 第一基准电压是Vp(
supply—voltage一 2*Vthresh。ld。第二基准电压是"Vthresho,d。
假设两个基准电压中的每个超过它们所连接的相应器件M11或M12的
阈值电压，电荷开始流入电容器C,和C2。将电容器上的电压限制为基
准电压减去通过栅极(pass gate)的阈值电压。 一旦将C2充满电，则电容器上的电压将粗略地为Vth^h。,d，而电容器C,上的电压将粗略地为 Vpart—supply—voltage
-3*Vtoesh。ld。因此，通过在电容器Co、 d和C2的电容之 间建立合适的比例，能够从反馈电容器去除根据供电电压和阈值电压 得出的数量的电荷。在图2所示的实施例中，去除的电压的量随着供电 电压的增大而增大。该示例并非旨在限制，因为供电电压与去除的电 压的量之间的各种其它关系是可能的。
图2的电路在单触发电路212的脉冲期间将电荷从Co分配到电容 器d和C2。在脉冲之后，禁用基准电压，并且通过激活器件M14和M13 去除电容器上的任何电荷。因此，为了保证适当的电荷分配，单触发 电路212产生足够长的脉冲以允许进行电荷分配。脉冲长度还能够影响 电路的功率需求，因为通过禁用基准电压能够减小电路的电流吸收。 因此，为了减小电路耗散的功率，应该将脉冲长度保持足够短。
在输入上的下一高至低转换期间，将隔离开关M9短路，并且将反 馈电容器C。上的电荷施加到节点n5。在节点n5上得到的电压是Q)、 Cgs—M5 (其中Cgs一M5等于器件M5的栅极电容)、Qfeedbaek、以及输出信号 处的电压的函数。将反馈电容器C。上的该初始电荷传送至器件M5的栅 极，并且引起初始栅极电压，所述初始栅极电压不取决于电路提供的 边沿速率控制电流。 一旦将初始电荷传送至器件M5的栅极，则在对器 件M5和输出信号的控制中，边沿速率控制电流变成主导因素。因此， 能够对反馈电容器电荷进行选择以便减小器件的导通时间，同时将对 于最小下降沿速率的不利影响最小化。该减小的导通时间在输出处出 现重负载时可以是尤其有用的。
在本发明的一个实施例中，能够使用多于2个电容器和2个开关元 件进行电荷分配来实现边沿速率控制电路。这些附加的电容器和开关 部件能够具有不同的基准电压和电容值以提供不同的电荷分配。例如，
附加的部件可以用于在得到不同电荷电平(Qfeedbadc)的模式下操作的 边沿速率电路。为了考虑不同电平，可以根据Qfeedback的电平选择性地 使用附加的部件。
在本发明的另一实施例中，能够使用电阻器网络或其它电压控制 电路以产生基准电压，来实现电荷分配电路。这对于在使用标准电容器值时对期望的分配电荷进行匹配而言是尤其有用的。
仅以示例的方式提供了以上描述的和图示的各实施例，并且不应 该将所述各实施例解释为对本发明的限制。根据以上的讨论和说明， 本领域技术人员将容易认识到，可以对本发明进行各种修改和改变， 而不用严格遵循这里示出和描述的示例实施例以及应用。例如，使用
类似方式，可以实现除fc总线以外的应用。这样的修改和改变不脱离
所附权利要求所阐述的本发明的真实范围。
权利要求
1、一种对总线的输出信号进行控制的电路设备，包括具有栅极的晶体管(108)，晶体管(108)用于控制输出信号；反馈电容器(116)，反馈电容器(116)与输出信号耦合并且使用隔离开关(106)选择性地与晶体管(108)的栅极耦合；以及使用第一开关(112)选择性地与反馈电容器耦合的第一电荷分配电容器，其中响应于输出信号达到输出电压，使能第一开关(112)，并且响应于第一电荷分配电容器达到第一基准电压，禁用第一开关(112)。
2、 根据权利要求l的电路设备，还包括使用第二开关选择性地 与反馈电容器耦合的第二电荷分配电容器，其中响应于输出信号达到 输出电压，使能第二开关，并且响应于第二电荷分配电容器达到第二 基准电压，禁用第二开关。
3、 根据权利要求l的电路设备，其中，在电路设备对输出信号进 行下降沿转换时，反馈电容器(116)与晶体管(108)的栅极耦合。
4、 根据权利要求3的电路设备，其中，在电路布置对输出信号进 行上升沿转换时，将反馈电容器(116)从晶体管(108)的栅极去耦合o
5、 根据权利要求2的电路设备，其中，第一基准电压是用于电路 设备的供电电压的函数。
6、 根据权利要求5的电路设备，其中，第二基准电压是半导体器 件的阈值电压的函数。
7、 根据权利要求2的电路设备，其中，在单触发脉冲完成之后， 对第一电荷分配电容器上存储的电压和第二电荷分配电容器上存储的 电压进行放电。
8、 根据权利要求l的电路设备，其中，输出信号是集成电路间信号。
9、 一种对总线的输出信号进行控制的方法，该方法包括 使用隔离开关(106)将反馈电容器(116)从晶体管(108)的栅极去耦合，晶体管(108)用于控制输出信号；以及使用第一电荷分配电容器(114)将预定量的电荷从反馈电容器 (116)去除，其中使用第一开关(112)将第一电荷分配电容器(114) 选择性地与反馈电容器耦合，响应于输出信号达到输出电压，使能第一开关(112)，并且响应于第一电荷分配电容器(114)达到第一基准 电压，禁用第一开关(112)。
10、根据权利要求9的方法，其中，去除预定量的电荷的步骤进一步包括使用第二电荷分配电容器，其中使用第二开关将所述第二电荷分配电容器选择性地与反馈电容器(116)耦合，响应于输出信号达到输出电压，使能第二幵关，并且响应于第二电荷分配电容器达到 第二基准电压，禁用第二开关。
11、根据权利要求9的方法，还包括步骤在电路设备对输出信 号进行下降沿转换时，将反馈电容器与晶体管(108)的栅极耦合。
12、 根据权利要求ll的方法，还包括步骤在电路设备对输出信号进行上升沿转换时，将反馈电容器(112)从晶体管(108)的栅极去牵禺t o
13、 根据权利要求10的方法，其中，第一基准电压是用于电路设 备的供电电压的函数。
14、 根据权利要求13的方法，其中，使用一个或更多个半导体器 件的阈值电压产生第二基准电压。
15、 根据权利要求10的方法，还包括步骤响应于激活信号的不 存在，对第一电荷分配电容器(114)上存储的电压和第二电荷分配电 容器上存储的电压进行放电，其中所述激活信号使能对第一和第二电 荷分配电容器的充电。
16、 根据权利要求9的方法，其中，输出信号是集成电路间信号。
17、 一种对总线的输出信号进行控制的电路设备，包括用于控制输出信号的信号驱动器装置(108);用于根据输出信号提供反馈的反馈装置，反馈装置具有反馈电容器(116)，反馈电容器与输出信号耦合并且使用隔离开关(106)选择 性地与信号驱动器装置的栅极耦合；以及用于对来自反馈电容器(106)的电荷进行分配的第一电荷分配装置，其中使用第一开关(112)将第一电荷分配装置选择性地与反馈 电容器(116)耦合，响应于输出信号达到输出电压，使能第一开关 (112)，并且响应于第一电荷分配电容器(114)达到第一基准电压， 禁用第一开关(112)。
全文摘要
使用多种设备和方法实现了边沿速率控制电路和方法。使用一个这样的方法，通过使用隔离开关(106)将反馈电容器(116)从晶体管(108)的栅极去耦合，对总线的输出信号进行控制。晶体管(108)用于控制输出信号。使用电荷分配电容器(114)将预定量的电荷从反馈电容器(116)去除，其中使用开关(112)将所述电荷分配电容器(114)选择性地与反馈电容器(116)耦合。响应于输出信号达到输出电压，使能开关(112)，并且响应于电荷分配电容器(114)达到基准电压，禁用开关(112)。
文档编号H03K19/003GK101416391SQ200780011884
公开日2009年4月22日 申请日期2007年3月31日 优先权日2006年3月31日
发明者约瑟夫·茹科夫斯基, 阿尔玛·安德森 申请人:Nxp股份有限公司