CN101110584A - 一种驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种驱动电路，包括电压平移电路和驱动电压输出电路，其特征在于：所述驱动电压输出电路包括，与电压平移电路的输入端连接的第一输入线，与输出端连接的第二输入线，电源电压输入线；在第一输入线和第二输入线之间依次连接有P型的第一MOS管和N型的第二MOS管，第一MOS管的源极连接第二输入线，第二MOS管的源极连接第一输入线，第一MOS管和第二MOS管的栅极共同连接电源电压输入线，漏极共同连接，并作为驱动电压输出端子；在所述第一MOS管上并联有第一电流补偿电路，在所述第二MOS管上并联有第二电流补偿电路。本发明实现了0－2VDD范围内的驱动电压的线性输出，且每个管子的耐压不超过电源电压VDD。
Description
技术领域
本发明涉及一种CMOS集成电路的设计，具体涉及一种驱动电压为0到2倍电源电压的驱动电路输出级的电路结构，可实现输入输出的线性关系。
背景技术
现有技术中，常见的CMOS驱动电路，主要用于提高驱动负载的能力，提高驱动电流等等。其中，对于电压的驱动，驱动电压范围通常在0-VDD之内，能够实现驱动电压的提高的电路较为少见。电荷泵结构是一种能达到2倍电源电压的结构，它有倍压型和反压型2种基本电路，但是它是相对于2种状态而言的，即其输出的是高低电平，不能输出高低电平之间的驱动电压。
为了获得较高的输出电压，通常要求驱动电路中的MOS管具有更高的击穿电压，进而造成CMOS电路设计上的困难。
中国发明专利申请CN1440124A公开了一种驱动电路，包括电平平移电路(或称电压平移电路)和振幅放大电路，通过电压平移，在控制电路的控制下，可以实现2倍的驱动电压输出，而其中的MOS管可以采用较低击穿电压的元件。然而，这种用于PWM的驱动电路，其输出的是电压幅值为2倍的脉冲信号，并不能实现0-2VDD的驱动电压的连续输出。
因此，可以认为，要实现连续输出0-2VDD的驱动电压的电路是很困难的，特别是对于可以应用于CMOS集成电路设计的上述驱动电路的设计，是本领域所面临的一个难点。
发明内容
本发明目的是提供一种可以实现连续输出0-2VDD范围内的驱动电压的驱动电路，其中采用的功率开关元件的工作电压都不超过电源电压VDD。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种驱动电路，包括电压平移电路和驱动电压输出电路，所述驱动电压输出电路包括，与电压平移电路的输入端连接的第一输入线，与电压平移电路的输出端连接的第二输入线，电源电压输入线；在所述第一输入线和第二输入线之间依次连接有P型的第一MOS管和N型的第二MOS管，第一MOS管的源极连接第二输入线，第二MOS管的源极连接第一输入线，第一MOS管和第二MOS管的栅极共同连接电源电压输入线，漏极共同连接，并作为驱动电压输出端子；在所述第一MOS管上并联有第一电流补偿电路，在所述第二MOS管上并联有第二电流补偿电路。
上述技术方案中，利用N型场效应管和P型场效应管同时导通的工作状态，将传统的反向器结构加以改进，栅极输入改为源极输入，N管和P管的2个源极分别接第一输入和第二输入，2个管子的栅极接电源电压VDD，这样在保证每个管子的VDS，VGS都不超过电源电压的情况下，输出0-2VDD范围内的驱动电压。电流补偿电路可以保证输出驱动电压的线性。
上述技术方案中，所述第一电流补偿电路为P型的第三MOS管，第三MOS管的源极连接第一输入线，栅极和漏极共同连接至输出端子；所述第二电流补偿电路为N型的第四MOS管，第四MOS管的源极连接第二输入线，栅极和漏极共同连接至输出端子。
上述技术方案中，所述电压平移电路的输出电压与输入电压之差与所述电源电压相当。
上述技术方案中，所述电压平移电路的目的是通过对第一输入电压的平移获得第二输入电压，又可以称为自举升压电路，可以选用各种现有技术方案，为了便于制作CMOS集成电路，优选的技术方案是，所述电压平移电路包括相当于2倍电源电压的平移电路电源线，第五、第六、第七、第八4个P型的MOS管，所述第 MOS管的源极连接平移电路电源线，漏极和第六MOS管的源极连接，第六MOS管的漏极和第七MOS管的源极连接，第七MOS管的漏极和第八MOS管的源极连接，第八MOS管的漏极接地；第五、第六、第七3个MOS管的栅极和漏极连接，构成二极管方式，第八MOS管的栅极连接第一输入线；第五MOS管的漏极和第六MOS管的源极共同连接第二输入线，构成平移电路的输出端。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1.本发明通过对一对P型和N型MOS管的连接结构的设计，以及与电压平移电路的配合，实现了0-2VDD范围内的驱动电压的输出，而每个管子的耐压不超过电源电压VDD，因而当用于CMOS电路设计时，可以有效提高面积效率；
2.本发明输出的驱动电压，可以跟随输入电压，在0至2VDD之间变动，通过调节驱动级MOS管的参数，可以任意调整驱动电压的摆幅和斜率。
3.由于设置了第一和第二电流补偿电路，保证了驱动电压在0-2VDD范围内实现线性输出。
附图说明
附图1是本发明施例一的电路框图；
附图2是实施例一中电压平移电路的结构原理图；
附图3是实施例一中驱动电压输出电路的结构原理图；
附图4是图3中一种工作状态的等效电路图；
附图5是图3中另一种工作状态的等效电路图；
附图6是实施例一的电压平移电路的输入、输出情况示意图；
附图7是实施例一中驱动电路的输出结果测试图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：参见附图1所示，一种驱动电路，由电压平移电路和驱动电压输出电路构成，整个电路的输入是第一输入线Vin_L，输出是Vout。
如附图2所示，本实施例的电压平移电路包括相当于2倍电源电压VDD的平移电路电源线VDDH，第五、第六、第七、第八4个P型的MOS管，所述第五MOS管M5的源极连接平移电路电源线VDDH，漏极和第六MOS管M6的源极连接，第六MOS管M6的漏极和第七MOS管M7的源极连接，第七MOS管M7的漏极和第八MOS管M8的源极连接，第八MOS管M8的漏极接地；第五、第六、第七3个MOS管M5、M6、M7的栅极和漏极连接，构成二极管方式，第八MOS管M8的栅极连接第一输入线Vin_L；第五MOS管M5的漏极和第六MOS管M6的源极共同连接第二输入线Vin_H，构成平移电路的输出端。
该电压平移电路也可称为自举升压电路，用于产生图3所需要的输入值Vin_H。
通过调整4个管子的宽长比，可以得到合适的平移输入电压；调整M5和M8的宽长比可以保证在不同的情况下平移量是相等的。VDDH的取值为2VDD，图6所示为输入电压和抬升后的输出电压。
如附图3所示，本实施例的驱动电压输出电路包括，与电压平移电路的输入端连接的第一输入线Vin_L，与电压平移电路的输出端连接的第二输入线Vin_H，电源电压输入线VDD；在所述第一输入线和第二输入线之间依次连接有P型的第一MOS管M1和N型的第二MOS管M2，第一MOS管M1的源极连接第二输入线Vin_H，第二MOS管M2的源极连接第一输入线Vin_L，第一MOS管M1和第二MOS管M2的栅极共同连接电源电压输入线VDD，漏极共同连接，并作为驱动电压输出端子Vout；在所述第一MOS管M1上并联有第一电流补偿电路，在所述第二MOS管M2上并联有第二电流补偿电路。
本实施例中，所述第一电流补偿电路为P型的第三MOS管M3，第三MOS管M3的源极连接第一输入线Vin_H，栅极和漏极共同连接至输出端子Vout，构成二极管方式连接；所述第二电流补偿电路为N型的第四MOS管M4，第四MOS管的源极连接第二输入线Vin_L，栅极和漏极共同连接至输出端子Vout构成二极管方式连接。
上述驱动电压输出电路，不仅输出摆幅可以达到0-2VDD，而且输入输出呈线性关系。
上述电路结构保证了Vin_L和Vin_H之间始终存在通路，并且通路电流不变，从而使Vout随Vin_L和Vin_H的改变而线性改变。其中，由于电压平移电路的作用，Vin_H＝Vin_L+VDD。设MOS管的两个阈值电压分别为VL和VH，上述电路的工作过程解释如下：
1、当输入0≤Vin_L≤VL时，经电压平移电路的作用，VDD≤Vin_H≤VL+VDD，此时，M1关断，M2导通，M3与M2形成通路，构成了线性区的放大电路，由于M2上的压降很小，未达到M4的开启阈值，其等效电路图如图4所示。随着Vin_L的增大，输出电压Vout增大，M2的VGS减小，电流减小。
2、当输入VL≤Vin_L≤VH时，经电压平移，VDD+VL≤Vin_H≤VH+VDD，此时，M1、M2同时导通，M3，M4作为补偿，保证通路电流，由于M3、M4的补偿作用，输出的线性得以保证。
3、当输入VH≤Vin_L≤VDD时，经电压平移，VDD+VH≤Vin_H≤2VDD，此时，M1导通，M2关断，M1与M4形成通路，电流相等。其等效电路图如图5所示。
图7所示为本驱动电路的输出结果。在这里，Vin_L的范围为0-3.3v，Vin_H的范围为3.3v-6.6v。
从图7可以看出，本实施例的电路获得了0至2VDD范围内的线性输出。
Claims (4)
1.一种驱动电路，包括电压平移电路和驱动电压输出电路，其特征在于：所述驱动电压输出电路包括，与电压平移电路的输入端连接的第一输入线，与电压平移电路的输出端连接的第二输入线，电源电压输入线；在所述第一输入线和第二输入线之间依次连接有P型的第一MOS管和N型的第二MOS管，第一MOS管的源极连接第二输入线，第二MOS管的源极连接第一输入线，第一MOS管和第二MOS管的栅极共同连接电源电压输入线，漏极共同连接，并作为驱动电压输出端子；在所述第一MOS管上并联有第一电流补偿电路，在所述第二MOS管上并联有第二电流补偿电路。
2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于：所述第一电流补偿电路为P型的第三MOS管，第三MOS管的源极连接第一输入线，栅极和漏极共同连接至输出端子；所述第二电流补偿电路为N型的第四MOS管，第四MOS管的源极连接第二输入线，栅极和漏极共同连接至输出端子。
3.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于：所述电压平移电路的输出电压与输入电压之差与所述电源电压相当。
4.根据权利要求3所述的驱动电路，其特征在于：所述电压平移电路包括相当于2倍电源电压的平移电路电源线，第五、第六、第七、第八4个P型的MOS管，所述第石MOS管的源极连接平移电路电源线，漏极和第六MOS管的源极连接，第六MOS管的漏极和第七MOS管的源极连接，第七MOS管的漏极和第八MOS管的源极连接，第八MOS管的漏极接地；第五、第六、第七3个MOS管的栅极和漏极连接，构成二极管方式，第八MOS管的栅极连接第一输入线；第 MOS管的漏极和第六MOS管的源极共同连接第二输入线，构成平移电路的输出端。
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