一種高速緩沖器的保護電路及其實現方法
【專利摘要】本發明公開了一種高速緩沖器的保護電路及其實現方法，電路包括工作點建立檢測電路、工作點保護電路、多電源上電檢測電路、鉗位電路、第一主電流通路開關、第二主電流通路開關，工作點建立檢測電路，用于檢測正常的工作點是否建立；工作點保護電路，用于在正常工作點建立之前，使MOSFET不會超出耐壓范圍；多電源上電檢測電路，用于檢測關聯的多電源是否全部正常上電；多電源上電檢測電路，用于檢測多電源是否均完成上電。可以保證高速緩沖器在工作點建立完成之前以及多電源上電完成之前，其源隨MOSFET管的各端口耐壓不會超過耐壓范圍。
【專利說明】
一種高速緩沖器的保護電路及其實現方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種高速緩沖器的保護電路及其實現方法。
【背景技術】
[0002]由于高速模數轉換器(簡稱高速ADC)在進行采樣/保持切換時，對應的輸入阻抗差距較大，這種差距將會導致在切換時，高速ADC對外部無源阻抗匹配網絡進行瞬時沖擊，沖擊強度與輸入信號直接相關，最終造成高速ADC以及與其連接到同一阻抗匹配網絡上的其他轉換器或者信號處理器件的性能產生較大下降。
[0003]為了解決上述問題，引入了高速緩沖器，用于隔離ADC內核與外部無源阻抗匹配網絡。對于高性能的高速緩沖器，設計要求其在指定的輸入信號擺幅范圍內既必須有良好的隔離度，同時又必須在驅動ADC內核時擁有極高的帶寬以幫助其在指定采樣時間內將沖擊所帶來的誤差降至最低。隨著集成電路工藝的進步，更小工藝線寬的MOSFET可以被用來同時滿足這兩個方面的要求，但是更小工藝線寬的MOSFET也有不可回避的問題，那就是更低的耐壓，當使用這種MOSFET時，必須使其工作在可承受的耐壓范圍內。然而在多電源設計時，由于不同電源的上電速度不可能做到完全一致，甚至在同一電源域下，正常工作點的建立也可能會有比較長的過程，如果沒有保護電路，MOSFET各極之間將在上電過程中承受超出承受范圍的電壓差而導致損壞。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于克服現有技術上電過程中由于工作點建立以及多電源上電時間不一致所導致的MOSFET超出耐壓范圍的不足，提供一種高速緩沖器的保護電路及其實現方法。
[0005]本發明的目的是通過以下技術方案來實現的:一種高速緩沖器的保護電路，它包括工作點建立檢測電路、工作點保護電路、多電源上電檢測電路、鉗位電路、第一主電流通路開關、第二主電流通路開關，工作點建立檢測電路的輸入端與輸入工作點連接，工作點建立檢測電路的輸出端分別與工作點保護電路的輸入端以及第一主電流通路開關的第一端連接，工作點保護電路的輸出端、第一主電流通路開關的第二端與第一 MOS管的漏極連接，第一主電流通路開關的第一端還與第一電源電壓連接，第一 MOS管的柵極與輸入工作點連接，第一 MOS管的源極與鉗位電路的輸出端、第二主電流通路開關的第一端連接，第二主電流通路開關的第二端接地;所述的多電源上電檢測電路的輸入端與第一電源電壓和第二電源電壓連接，多電源上電檢測電路的輸出端與第二主電流通路開關的第一端、鉗位電路的輸入端連接。
[0006]所述的保護電路還包括第一偏置電路、第二偏置電路、第三偏置電路、負載電路和第一電流源;第一主電流通路開關的第一端通過第一偏置電路與第一電源電壓連接，第一MOS管的源極通過第二偏置電路與第二主電流通路開關的第一端連接，第二主電流通路開關的第二端與第一電流源連接，第一電流源的另一端接地，第一 MOS管的源極還與負載電路連接，負載電路的輸入端與第二電源電壓連接，第三偏置電路的輸入端與輸入工作點連接。
[0007]所述的工作點建立檢測電路包括比較器，比較器的第一輸入端輸入預設電壓，第二輸入端連接輸入工作點，比較器的輸出端與第三開關的第一端連接，同時比較器的輸出端還通過一個反相器后與第一主電流通路開關的第一端連接。
[0008]所述的工作點保護電路包括第二電流源、源隨PM0SFET管以及第三開關，源隨PM0SFET管的柵極與比較器的第二輸入端連接，源隨PM0SFET管的源極與第三開關的第一端和第二電流源連接，第二電流源的另一端與第一電源電壓連接，源隨PM0SFET管的漏極接地，第三開關的第二端與第二主電流通路開關的第二端連接。
[0009]所述的多電源上電檢測電路包括第一電阻、第二電阻、第三MOS管、第四MOS管和或非門，第三MOS管的柵極與第二電源電壓連接，源極接地，漏極與第一電阻、或非門的第一輸入端連接，第一電阻的另一端與第一電源電壓連接;第四MOS管的柵極與第一電源電壓連接，源極接地，漏極與第二電阻、或非門的第二輸入端連接，第二電阻的另一端與第二電源電壓連接。
[0010]—種高速緩沖器的保護電路的實現方法，它包括與工作點建立相關的保護和與多電源上電相關的保護兩部分，兩部分相互獨立運行；
所述的與工作點建立相關的保護包括如下步驟:
Sll:工作點建立檢測電路將輸入工作點輸入比較器與預設的電壓進行比較，當輸入工作點電壓值低于預設電壓值時，工作點檢測電路認為輸入工作點電壓未建立完成，并跳轉步驟S12，反之則建立完成，在建立完成狀態下，工作點保護電路關閉，第三開關斷開，第一主電流通路開關閉合；
S12:工作點建立檢測電路發出控制信號控制工作點保護電路開啟，并且使第三開關閉合，第一主電流通路開關斷開；
S13:工作點保護電路開啟時，使VD1=VG1+VTH2，其中VDl為第一 MOS管的漏極電壓，VGl為第一 MOS管柵極電壓，VTH2為源隨PM0SFET管的閾值電壓；
S14:在工作點保護電路開啟后，如果輸入工作點高于預設電壓，工作點檢測電路認為工作點電壓建立完成，同時控制保護電路關閉，回到Sll中所描述的建立完成狀態；
所述的與多電源上電相關的保護包括如下步驟:
S21:多電源上電檢測電路檢測多個電源是否都全部上電完成，如果多個電源沒有全部上電完成，多電源上電檢測電路認為電源未全部上電完成，并跳轉步驟S22，反之則全部上電完成，在全部上電完成的狀態下，鑰'位電路關斷，第一■主電流通路開關閉合；
S22:多電源上電檢測電路將發出控制信號使緩沖器中用于為主電流通路提供電流的第一電流源斷開，也就是將第二主電流通路開關斷開，同時鉗位電路開啟，將緩沖器輸出鉗位在指定電平上；
S23:在多電源上電保護電路開啟后，如果所有電源全部上電完成，電路將會回到S21中描述的全部上電完成狀態。
[0011]所述的工作點保護電路開啟時第三開關閉合，第一主電流通路開關斷開，此時第一 MOS管的漏極電壓由源隨PM0SFET管的源極電壓決定，由于源隨PM0SFET管與第二電流源相連，源隨PM0SFET管使得VD1=VG1+VTH2。
[0012]所述的多電源上電檢測電路進行檢測時，僅當第一電源電壓和第二電源電壓均上電完成時，或非門第一輸入端和第二輸入端同時為低電平，或非門輸出為高。
[0013]本發明的有益效果是:本發明提供了一種高速緩沖器保護電路及其實現方法，其包括應對電路工作中以下兩種不同情況的保護方案，使電路中最小線寬的MOSFET在這兩種狀態下不會由于超出耐壓范圍而損壞。
[0014]1.當高速緩沖器的工作點沒有建立完成時，保護MOSFET避免其超出耐壓范圍；
2.當采用多電源設計時，當多電源沒有全部上電完成時，保護MOSFET避免其超出耐壓范圍。
【附圖說明】
[0015]圖1為高速緩沖器的保護電路結構圖；
圖2為工作點建立檢測電路和工作點建立保護電路結構圖；
圖3多電源上電檢測電路結構圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖進一步詳細描述本發明的技術方案，但本發明的保護范圍不局限于以下所述。
[0017]如圖1所示，一種高速緩沖器的保護電路，它包括工作點建立檢測電路、工作點保護電路、多電源上電檢測電路、鉗位電路、第一主電流通路開關SW1、第二主電流通路開關SW2，工作點建立檢測電路的輸入端與輸入工作點連接，工作點建立檢測電路的輸出端分別與工作點保護電路的輸入端以及第一主電流通路開關SWl的第一端連接，工作點保護電路的輸出端、第一主電流通路開關SWl的第二端與第一 MOS管Ml的漏極連接，第一主電流通路開關SWl的第一端還與第一電源電壓VDDl連接，第一 MOS管Ml的柵極與輸入工作點連接，第一 MOS管Ml的源極與鉗位電路的輸出端、第二主電流通路開關SW2的第一端連接，第二主電流通路開關SW2的第二端接地;所述的多電源上電檢測電路的輸入端與第一電源電壓VDDI和第二電源電壓VDD2連接，多電源上電檢測電路的輸出端與第二主電流通路開關SW2的第一端、鉗位電路的輸入端連接。
[0018]所述的保護電路還包括第一偏置電路、第二偏置電路、第三偏置電路、負載電路和第一電流源idcl;第一主電流通路開關SWl的第一端通過第一偏置電路與第一電源電壓VDDl連接，第一 MOS管Ml的源極通過第二偏置電路與第二主電流通路開關SW2的第一端連接，第二主電流通路開關SW2的第二端與第一電流源i dc I連接，第一電流源i dc I的另一端接地，第一MOS管Ml的源極還與負載電路連接，負載電路的輸入端與第二電源電壓VDD2連接，第三偏置電路的輸入端與輸入工作點連接。
[0019]如圖2所示，所述的工作點建立檢測電路包括比較器CMP，比較器CMP的第一輸入端輸入預設電壓Vl，第二輸入端連接輸入工作點，比較器CMP的輸出端與第三開關SW3的第一端連接，同時比較器CMP的輸出端還通過一個反相器后與第一主電流通路開關SWl的第一端連接。
[0020]所述的工作點保護電路包括第二電流源idc2、源隨PM0SFET管M2以及第三開關SW3，源隨PM0SFET管M2的柵極與比較器CMP的第二輸入端連接，源隨PM0SFET管M2的源極與第三開關SW3的第一端和第二電流源idc2連接，第二電流源idc2的另一端與第一電源電壓VDDl連接，源隨PMOSFET管M2的漏極接地，第三開關SW3的第二端與第二主電流通路開關SW2
的第二端連接。
[0021]如圖3所示，所述的多電源上電檢測電路包括第一電阻RO、第二電阻Rl、第三MOS管M3、第四MOS管M4和或非門NORl，第三MOS管M3的柵極與第二電源電壓VDD2連接，源極接地，漏極與第一電阻RO、或非門NORl的第一輸入端連接，第一電阻RO的另一端與第一電源電壓VDDl連接;第四MOS管M4的柵極與第一電源電壓VDDl連接，源極接地，漏極與第二電阻R1、或與_門NORl的第二輸入端連接，第二電阻Rl的另一端與第二電源電壓i dc2連接。
[0022]—種高速緩沖器的保護電路的實現方法，它包括與工作點建立相關的保護和與多電源上電相關的保護兩部分，兩部分相互獨立運行；
所述的與工作點建立相關的保護包括如下步驟:
Sll:工作點建立檢測電路將輸入工作點輸入比較器與預設的電壓進行比較，當輸入工作點電壓值低于預設電壓值時，工作點檢測電路認為輸入工作點電壓未建立完成，并跳轉步驟S12，反之則建立完成，在建立完成狀態下，工作點保護電路關閉，第三開關SW3斷開，第一主電流通路開關SWl閉合；
S12:工作點建立檢測電路發出控制信號控制工作點保護電路開啟，并且使第三開關SW3閉合，第一主電流通路開關SWl斷開；
S13:工作點保護電路開啟時，使VD1=VG1+VTH2，其中VDl為第一MOS管Ml的漏極電壓，VGI為第一 MOS管Ml柵極電壓，VTH2為源隨PM0SFET管M2的閾值電壓；
S14:在工作點保護電路開啟后，如果輸入工作點高于預設電壓，工作點檢測電路認為工作點電壓建立完成，同時控制保護電路關閉，回到Sll中所描述的建立完成狀態；
所述的與多電源上電相關的保護包括如下步驟:
S21:多電源上電檢測電路檢測多個電源是否都全部上電完成，如果多個電源沒有全部上電完成，多電源上電檢測電路認為電源未全部上電完成，并跳轉步驟S22，反之則全部上電完成，在全部上電完成的狀態下，鑰'位電路關斷，第一■主電流通路開關SW2閉合；
S22:多電源上電檢測電路將發出控制信號使緩沖器中用于為主電流通路提供電流的第一電流源idcl斷開，也就是將第二主電流通路開關SW2斷開，同時鉗位電路開啟，將緩沖器輸出鉗位在指定電平上；
S23:在多電源上電保護電路開啟后，如果所有電源全部上電完成，電路將會回到S21中描述的全部上電完成狀態。
[0023]所述的工作點保護電路開啟時第三開關SW3閉合，第一主電流通路開關SW2斷開，此時第一 MOS管Ml的漏極電壓由源隨PM0SFET管M2的源極電壓決定，由于源隨PM0SFET管M2與第二電流源idc2相連，源隨PM0SFET管M2使得VD1=VG1+VTH2。
[0024]所述的多電源上電檢測電路進行檢測時，僅當第一電源電壓VDDl和第二電源電壓VDD2均上電完成時，或非門NORl第一輸入端和第二輸入端同時為低電平，或非門輸出為高。
【主權項】
1.一種高速緩沖器的保護電路，其特征在于:它包括工作點建立檢測電路、工作點保護電路、多電源上電檢測電路、鉗位電路、第一主電流通路開關、第二主電流通路開關，工作點建立檢測電路的輸入端與輸入工作點連接，工作點建立檢測電路的輸出端分別與工作點保護電路的輸入端以及第一主電流通路開關的第一端連接，工作點保護電路的輸出端、第一主電流通路開關的第二端與第一 MOS管的漏極連接，第一主電流通路開關的第一端還與第一電源電壓連接，第一 MOS管的柵極與輸入工作點連接，第一 MOS管的源極與鉗位電路的輸出端、第二主電流通路開關的第一端連接，第二主電流通路開關的第二端接地;所述的多電源上電檢測電路的輸入端與第一電源電壓和第二電源電壓連接，多電源上電檢測電路的輸出端與第二主電流通路開關的第一端、鉗位電路的輸入端連接。2.根據權利要求1所述的一種高速緩沖器的保護電路，其特征在于:所述的保護電路還包括第一偏置電路、第二偏置電路、第三偏置電路、負載電路和第一電流源;第一主電流通路開關的第一端通過第一偏置電路與第一電源電壓連接，第一 MOS管的源極通過第二偏置電路與第二主電流通路開關的第一端連接，第二主電流通路開關的第二端與第一電流源連接，第一電流源的另一端接地，第一 MOS管的源極還與負載電路連接，負載電路的輸入端與第二電源電壓連接，第三偏置電路的輸入端與輸入工作點連接。3.根據權利要求1所述的一種高速緩沖器的保護電路，其特征在于:所述的工作點建立檢測電路包括比較器，比較器的第一輸入端輸入預設電壓，第二輸入端連接輸入工作點，比較器的輸出端與第三開關的第一端連接，同時比較器的輸出端還通過一個反相器后與第一主電流通路開關的第一端連接。4.根據權利要求1所述的一種高速緩沖器的保護電路，其特征在于:所述的工作點保護電路包括第二電流源、源隨PM0SFET管以及第三開關，源隨PM0SFET管的柵極與比較器的第二輸入端連接，源隨PM0SFET管的源極與第三開關的第一端和第二電流源連接，第二電流源的另一端與第一電源電壓連接，源隨PM0SFET管的漏極接地，第三開關的第二端與第二主電流通路開關的第二端連接。5.根據權利要求1所述的一種高速緩沖器的保護電路，其特征在于:所述的多電源上電檢測電路包括第一電阻、第二電阻、第三MOS管、第四MOS管和或非門，第三MOS管的柵極與第二電源電壓連接，源極接地，漏極與第一電阻、或非門的第一輸入端連接，第一電阻的另一端與第一電源電壓連接;第四MOS管的柵極與第一電源電壓連接，源極接地，漏極與第二電阻、或非門的第二輸入端連接，第二電阻的另一端與第二電源電壓連接。6.如權利要求1-5中任意一項所述的一種高速緩沖器的保護電路的實現方法，其特征在于，它包括與工作點建立相關的保護和與多電源上電相關的保護兩部分，兩部分相互獨立運行； 所述的與工作點建立相關的保護包括如下步驟: Sll:工作點建立檢測電路將輸入工作點輸入比較器與預設的電壓進行比較，當輸入工作點電壓值低于預設電壓值時，工作點檢測電路認為輸入工作點電壓未建立完成，并跳轉步驟S12，反之則建立完成，在建立完成狀態下，工作點保護電路關閉，第三開關斷開，第一主電流通路開關閉合； S12:工作點建立檢測電路發出控制信號控制工作點保護電路開啟，并且使第三開關閉合，第一主電流通路開關斷開； S13:工作點保護電路開啟時，使VD1=VG1+VTH2，其中VDl為第一 MOS管的漏極電壓，VGl為第一 MOS管柵極電壓，VTH2為源隨PM0SFET管的閾值電壓； S14:在工作點保護電路開啟后，如果輸入工作點高于預設電壓，工作點檢測電路認為工作點電壓建立完成，同時控制保護電路關閉，回到Sll中所描述的建立完成狀態； 所述的與多電源上電相關的保護包括如下步驟: S21:多電源上電檢測電路檢測多個電源是否都全部上電完成，如果多個電源沒有全部上電完成，多電源上電檢測電路認為電源未全部上電完成，并跳轉步驟S22，反之則全部上電完成，在全部上電完成的狀態下，鑰'位電路關斷，第一■主電流通路開關閉合； S22:多電源上電檢測電路將發出控制信號使緩沖器中用于為主電流通路提供電流的第一電流源斷開，也就是將第二主電流通路開關斷開，同時鉗位電路開啟，將緩沖器輸出鉗位在指定電平上； S23:在多電源上電保護電路開啟后，如果所有電源全部上電完成，電路將會回到S21中描述的全部上電完成狀態。7.根據權利要求6所述的一種高速緩沖器的保護電路的實現方法，其特征在于:所述的工作點保護電路開啟時第三開關閉合，第一主電流通路開關斷開，此時第一 MOS管的漏極電壓由源隨PM0SFET管的源極電壓決定，由于源隨PM0SFET管與第二電流源相連，源隨PM0SFET管使得 VD1=VG1+VTH2。8.根據權利要求6所述的一種高速緩沖器的保護電路的實現方法，其特征在于:所述的多電源上電檢測電路進行檢測時，僅當第一電源電壓和第二電源電壓均上電完成時，或非門第一輸入端和第二輸入端同時為低電平，或非門輸出為高。
【文檔編號】H03M1/18GK106067821SQ201610572272
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年7月20日
【發明人】譚昭禹, 蔣奇
【申請人】成都博思微科技有限公司