可调整翻转点的反相器、或非门以及与非门的制作方法

专利名称：可调整翻转点的反相器、或非门以及与非门的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种可调整翻转点的反相器，特别涉及的是一种可调整翻 转点也同时不受温度影响的反相器。
背景技术：
请参考图1所示。其为一背景技术的反相器100。如图所示，反相器100是 由一N型金氧半导体晶体管(NMOS)Qnl与一P型金氧半导体晶体管(PMOS)Qpl 所组成，并包含一输入端用以接收一输入信号Vin与一输出端用以传送一输出 信号Vout。金氧半导体晶体管Qpl的源极耦接在偏压VDD、栅极耦接在输入端 用以接收输入信号Vin、漏极耦接在输出端。金氧半导体晶体管Qnl的源极耦 接在一地端、 一册极耦接在输入端用以^接收输入信号Vin、漏极耦接在输出端。请参考图2所示，其为说明背景技术的反相器100的输入信号与输出信号 的关系的示意图。如图所示，VT为翻转点(threshold)的电位。当输入信号Vin 的电压高于翻转点VT时，输出信号Vout便为低电位VL;当输入信号Vin的电 压低在翻转点VT时，输出信号Vout便为高电位VH。举例来说，设高电位VH 为5伏特、低电位VL为0伏特、翻转点VT为2.5伏特；则当输入信号Vin超 过2.5伏特时，输出信号Vout便成为0伏特；当输入信号Vin低在2.5伏特时， 输出信号Vout便成为5伏特。如此运作方式，达成信号反相操作的目的。然而一般来说，翻转点VT的电压值为固定，在制造反相器100中的P型金 氧半导体晶体管与N型金氧半导体晶体管时，二者的通道长宽比，就已经决定 翻转点VT的大小。因此，使用者若想将输入信号Vin操作在比较高电位的地方， 例如3~4伏特的范围，而翻转点VT的电位始终为2.5伏特，如此一来输出信号 Vout便只能维持在低电位VL;或者使用者若想将输入信号Vin操作在比较低电 位的地方，例如1~2伏特的范围，如此一来输出信号Vout便只能维持在低电位 VH。而由于上述原因，致使背景技术的反相器100的使用范围有所限制。再者，不同加工所产生的反相器，其翻转点不尽相同。而且实际上即使是同一加工，翻转点也不会都相同。还明确地说，以P型金氧半导体晶体管为例， 即使是同一种加工，不同批的P型金氧半导体晶体管，在相同的偏压下，所输 出的电流，都不一定会一样。因此，使用者在应用上，将无法明确得知背景技 术的反相器其翻转点为何，造成使用者不便。发明内容本发明提供一种与电压、温度、加工不敏感的可调整翻转点的反相器。所 述的反相器包含一输入端，用以接收一输入信号； 一输出端，用以输出所述的输入信号的反相信号； 一第一P型金氧半导体晶体管，其栅极耦接在所述的输 入端，漏极耦接在所述的输出端，源极耦接在一偏压电源； 一第一N型金氧半 导体晶体管，其栅极耦接在所述的输入端，漏极耦接在所述的输出端，源极耦 接在一地端；与一可调电流源，耦接在所述的输出端，用以输出一可调大小的 电流以调整所述的反相器的翻转点。本发明另提供一种与电压、温度、加工不敏感的可调整翻转点的与非门。 所述的与非门包含一第一输入端，用以接收一第一输入信号； 一第二输入端， 用以接收一第二输入信号； 一输出端，用以输出所述的第一输入信号与所述的 第二输入信号经互与运算后的信号； 一第一N型金氧半导体晶体管，其栅极耦 接在所述的第一输入端，源极耦接在一地端； 一第二N型金氧半导体晶体管， 其栅极耦接在所述的第二输入端，源极耦接在所述的第一N型金氧半导体晶体 管的漏极，漏极耦接在所述的输出端； 一第一P型金氧半导体晶体管，其栅极 耦接在所述的第一输入端，源极耦接在一偏压电源，漏极耦接在所述的输出端； 一第二P型金氧半导体晶体管，其栅极耦接在所述的第二输入端，源极耦接在 所述的偏压电源，漏极耦接在所述的输出端；与一可调电流源，耦接在所述的 输出端，用以输出 一可调大小的电流以调整翻转点。本发明另提供一种与电压、温度、加工不敏感的可调整翻转点的或非门。 所述的或非门包含一第一输入端，用以接收一第一输入信号； 一第二输入端， 用以接收一第二输入信号； 一输出端，用以输出所述的第一输入信号与所述的 第二输入信号经互或运算后的信号； 一第一N型金氧半导体晶体管，其栅极耦 接在所述的第一输入端，其源极耦接在一地端，其漏极耦接在所述的输出端； 一第二N型金氧半导体晶体管，其栅极耦接在所述的第二输入端，其源极耦接 在所述的地端，其漏极耦接在所述的输出端； 一第一P型金氧半导体晶体管，其栅极耦接在所述的第 一输入端，其源极耦接在一偏压电源； 一第二 P型金氧 半导体晶体管，其栅极耦接在所述的第二输入端，其源极耦接在所述的第一P型金氧半导体晶体管的漏极，其漏极耦接在所述的输出端；与一可调电流源，耦接在所述的输出端，用以输出 一可调大小的电流以调整翻转点。


图1为一背景技术的反相器的示意图；图2为说明背景技术的反相器的输入信号与输出信号的关系的示意图； 图3为本发明的可调整翻转点的反相器的示意图；图4为本发明的可调整翻转点的反相器的可调电流源的第 一实施例的示意图；图5为本发明的可调整翻转点的反相器的可调电流源的第二实施例的示意图；图6为本发明的可调整翻转点的反相器的可调电流源的第三实施例的示意图；图7为本发明的可调整翻转点的与非门的示意图；图8为本发明的可调整翻转点的与非门的可调电流源的第 一 实施例的示意图；图9为本发明的可调整翻转点的或非门的示意图；图10为本发明的可调整翻转点的或非门的可调电流源的第 一 实施例的示意图。附图标记说明QnlQn2Qn3Qn4N-型金氧半导体晶体管；QplQp2Qp3Qp4P -型金氧半导体晶体管；VinVinaVinb-输入信号；Vout-输出信号；VDD -偏 压；VT-翻转点；VH-高电位；VL-低电位；I-电流；x-控制电压；100、 300-反相器；310610810 -可调电流源；600、 620 -与非门；800、 820-或非 门。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。 请参考图3。图3为本发明的可调整翻转点的反相器300的示意图。如图所 示，反相器300包含一反相器100与一可调电流源310。反相器300运作方式为在反相器100的输出端，加入一可调电流源310以提供电流I到晶体管Qpl或 者Qnl以改变翻转点VT。举例来说，当输入信号Vin从低电位慢慢往高电位爬 升时，晶体管Qpl所输出的电流将逐渐变小而晶体管Qnl所输出的电流将逐渐 变大，也就是说输出信号Vout的电位将逐渐往低电位VL趋近；直到输入信号 Vin高于翻转点VT(设为2.5伏特)，晶体管Qpl所导通的电流将小于晶体管Qnl 所导通的电流，此时输出信号Vout完全被晶体管Qnl拉低至低电位VL。因此， 本发明所提供的可调电流源310可提供电流I在输出端，以将输出信号Vout的 电位往上提升，如此一来，输入信号Vin的电位就必须在还高而使得晶体管Qnl 导通的程度还大、将输出信号Vout的下拉电流还大，才能将输出信号下拉至低 电位VL。这样一来，就能提升翻转点VT的大小。所以若原先的反相器100的 翻转点VT设在2.5伏特，偏压VDD设为5伏特，则经由本发明的设计，可以 将翻转点VT调高为3.5伏特以方便输入信号Vin可操作在还高的范围(3 4伏 特)。反过来说，当输入信号Vin从高电位慢慢往低电位下降时，晶体管Qnl所 输出的电流将逐渐变小而晶体管Qp 1所输出的电流将逐渐变大，也就是说输出 信号Vout的电位将逐渐往高电位VH趋近；直到输入信号Vin低在翻转点VT， 晶体管Qnl所导通的电流小于晶体管Qpl所导通的电流，此时输出信号Vout 完全被晶体管Qpl拉高至高电位VH。因此，本发明所提供的可调电流源310 也可提供电流I在输出端，以将输出信号Vout的电位往下拉低，如此一来，输 入信号Vin的电位就必须在还低而使得晶体管Qpl导通的程度还大、将输出信 号Vout的提升电流还大，才能将输出信号Vout提升至高电位VH。这样一来， 就能降低翻转点VT的大小。所以若原先的反相器100的翻转点VT设在2.5伏 特且偏压VDD设为5伏特，则经由本发明的设计，可以将翻转点VT降低为1.5 伏特以方便输入信号Vin可操作在还低的范围(1 2伏特)。而可调电流源310所 输出的电流I越大，翻转点提升/下降的程度就越高。而本发明所提供的反相器 300,便可根据使用者实际上所需操作输入信号的电压范围，来控制可调电流源 310输出的电流大小，进而调整翻转点VT，以符合使用者的需要。请参考图4。图4为本发明的可调整翻转点的反相器300的可调电流源310 第一实施例的示意图。如图所示，可调电流源310包含二N型金氧半导体晶体 管Qn2、 Qn3与一P型金氧半导体晶体管Qp4。 P型金氧半导体晶体管Qp4的 源极耦接在偏压VDD、栅极用以接收一控制电压Vx、漏极耦接在N型金氧半 导体晶体管Qn3的漏极。N型金氧半导体晶体管Qn3的栅极耦接在P型金氧半导体晶体管Qp4的漏极、源极耦接在地端、漏极耦接在P型金氧半导体晶体管Qp4的漏极。N型金氧半导体晶体管Qn2的栅极耦接在P型金氧半导体晶体管 Qp4的漏极、源极耦接在地端、漏极耦接在反相器100的输出端。晶体管Qn2 与晶体管Qn3的耦接方式是形成一电流镜，用以复制晶体管Qp4所导通的电流 至反相器100的输出端；控制电压Vx用以控制晶体管Qp4所导通的电流大小。 如此便可以控制可调电流源310输出至反相器100的电流大小并进而控制翻转 点VT。在此实施例中，可调电流源310所输出的电流将会将反相器100的输出 信号拉低，也就是说，会把翻转点VT降低。因此，当使用者欲将输入信号Vin 操作在较低的电压范围时，可使用此实施例来将翻转点VT调低。而除了改变控 制电压Vx来调整电流外，本发明的反相器300,也可以将控制电压Vx设为0 伏特(接地)，靠着调整晶体管Qp4的通道长度与宽度，来调整可调电流源310 所输出的电流以调整翻转点VT。实际上的应用中，将晶体管Qp4的栅极接地然 后靠着改变晶体管Qp4的通道长度或宽度是较容易供使用者应用。另外，在此 实施例中，由于金氧半导体晶体管所导通的电流大小，除了与导通电压有关的 外，还与温度、信道长度、信道宽度有关。也就是说金氧半导体晶体管在温度 上升时，所导通的电流大小也会跟着上升，而其上升的幅度，是跟所述的金氧 半导体晶体管的通道长度、宽度等成一正相关的关系。因此，在背景技术的反相器100中，会因为温度的不同，其翻转点VT也会跟着变动。如此将会影响使 用者操作时的困难。而本发明的反相器300,可利用可调电流源310中的P型金 氧半导体晶体管Qp4来抵消对于温度的变化。在以本发明的反相器来要补偿温 度的变化时，因为晶体管Qpl与Qp4因为实际制作时在同一个小块区域内，所 以温度会一致，使得所有的参数因温度的变动而有相同的改变，因此会对温度 不敏感，而也可利用晶体管Qpl与Qp4之间绝对的信道长度与信道宽度的相同 或是晶体管Qpl与Qp4之间绝对的通道宽度仅稍微相异而长度相同来得到最佳 的与温度不相关效果。还明确地说，本发明的反相器300可将P型金氧半导体 晶体管Qpl与Qp4的信道长度、信道宽度设为一比例关系，如此一来，当温度 上升时，晶体管Qpl所导通的提升电流将变大；而同时晶体管Qp4所导通的上 升电流也跟着变大(在控制电压Vx不改变的情况下)，所以所复制的下拉电流I 也跟着变大。下拉电流I与晶体管Qpl所导通的电流变大的幅度一样，且同时 交会在反相器100的输出端，因此会互相抵消。所以对于输出信号Vout来说， 并不会因为任何温度的变化而产生变动。因此，反相器300的翻转点VT也就不11会有任何的变化。另外，在实际状况中，偏压电源VDD也有可能漂移。因此， 背景技术的反相器100的翻转点仍会受到偏压电源VDD的影响。而本发明的反 相器300,由于有晶体管Qp4的设计，在偏压电源VDD漂移时，晶体管Qpl 所流通的电流变动将会被晶体管Qp4的电流变动抵消。因此，翻转点仍能维持 原先设定的值。再者，如先前所述，不同加工或者同一加工但不同批的晶体管， 其电流与偏压的关系会有些许漂移。因此，背景技术的反相器100的翻转点仍 会受到加工上的漂移的影响。而本发明的反相器300,由于有晶体管Qp4是与 晶体管Qp 1 —起制造，也就是说一定是同 一加工同 一批的晶体管，因此两者即 使会漂移，漂移的幅度也会是一样的。而本发明便利用此点，将两者漂移的程 度互相抵消。因此，翻转点仍能维持原先设定的值。在以本发明的反相器来要 补偿温度、电压、加工的变化时，可利用晶体管Qpl与Qp4之间绝对的信道长 度与信道宽度的相同或是晶体管Qpl与Qp4之间绝对的通道宽度仅稍微相异而 长度相同来得到最佳的与温度、电压、加工不相关效果。如此对于使用者来说， 明显地能够方便的使用本发明的反相器300来操作。请参考图5。图5为本发明的可调整翻转点的反相器300的可调电流源310 第二实施例的示意图。如图所示，可调电流源310包含二P型金氧半导体晶体 管Qp2、 Qp3与一N型金氧半导体晶体管Qn4。 N型金氧半导体晶体管Qn4的 源极耦接在地端、栅极用以接收一控制电压Vx、漏极耦接在P型金氧半导体晶 体管Qp3的漏极。P型金氧半导体晶体管Qp3的栅极耦接在N型金氧半导体晶 体管Qn4的漏极、源极耦接在偏压VDD、漏极耦接在N型金氧半导体晶体管 Qn4的漏极。P型金氧半导体晶体管Qp2的栅极耦接在N型金氧半导体晶体管 Qn4的漏极、源极耦接在偏压VDD、漏极耦接在反相器100的输出端。晶体管 Qp2与晶体管Qp3的耦接方式是形成一电流镜，用以复制晶体管Qn4所导通的 电流至反相器100的输出端；控制电压Vx用以控制晶体管Qn4所导通的电流 大小。如此便可以控制可调电流源310输出至反相器100的电流大小并进而控 制翻转点VT。在此实施例中，可调电流源310所输出的电流将会将反相器100 的输出信号提升，也就是说，会把翻转点VT提升。因此，当使用者欲将输入信 号Vin操作在较高的电压范围时，可使用此实施例来将翻转点VT调高。而除了 改变控制电压Vx来调整电流外，本发明的反相器300,也可以将控制电压Vx 设为O伏特(接地)，靠着调整晶体管Qn4的信道长度、信道宽度，来调整可调电 流源310所输出的电流以调整翻转点VT。实际上的应用中，将晶体管Qn4的栅极接地然后靠着改变晶体管Qn4的信道长度、信道宽度是较容易供使用者应用。 另外，在此实施例中，由于金氧半导体晶体管所导通的电流大小，除了与导通 电压有关的外，还与温度、信道长度、信道宽度有关。也就是说金氧半导体晶 体管在温度上升时，所导通的电流大小也会跟着上升，而其上升的幅度，是跟 所述的金氧半导体晶体管的信道长度、信道宽度等成一正相关的关系。因此， 在背景技术的反相器100中，会因为温度的不同，其翻转点VT也会跟着变动。 如此将会影响使用者操作时的困难。而本发明的反相器300，可利用可调电流源 310中的N型金氧半导体晶体管Qn4来抵消对于温度的变化。在以本发明的反 相器来要补偿温度的变化时，因为晶体管Qnl与Qn4因为实际制作时在同一个 小块区域内，所以温度会一致，使得所有的参数因温度的变动而有相同的改变， 因此会对温度不敏感，而也可利用晶体管Qnl与Qn4之间绝对的信道长度与信 道宽度的相同或是晶体管Qnl与Qn4之间绝对的通道宽度仅稍微相异而长度相 同来得到最佳的与温度不相关效果。还明确地说，本发明的反相器300可将N 型金氧半导体晶体管Qnl与Qn4的通道长宽比设为一比例关系，如此一来，当 温度上升时，晶体管Qnl所导通的下拉电流将变大；而同时晶体管Qn4所导通 的下拉电流也跟着变大(在控制电压Vx不改变的情况下)，所以所复制的提升电 流I也跟着变大。提升电流I与晶体管Qnl所导通的电流变大的幅度一样，且同 时交会在反相器100的输出端，因此会互相抵消。所以对于输出信号Vout来说， 并不会因为任何温度的变化而产生变动。因此，反相器300的翻转点VT也就不 会有任何的变化。另外，在实际状况中，偏压电源VDD也有可能漂移。因此， 背景技术的反相器100的翻转点仍会受到偏压电源VDD的影响。而本发明的反 相器300,由于有晶体管Qn4的设计，在偏压电源VDD漂移时，晶体管Qnl 所流通的电流变动将会被晶体管Qn4的电流变动抵消。因此，翻转点仍能维持 原先设定的值。再者，如先前所述，不同加工或者同一加工但不同批的晶体管， 其电流与偏压的关系会有些许漂移。因此，背景技术的反相器100的翻转点仍 会受到加工上的漂移的影响。而本发明的反相器300,由于有晶体管Qn4是与 晶体管Qnl—起制造，也就是说一定是同一加工同一批的晶体管，因此两者即 使会漂移，漂移的幅度也会是一样的。而本发明便利用此点，将两者漂移的程 度互相抵消。因此，翻转点仍能维持原先设定的值。在以本发明的反相器来要 补偿温度、电压、加工的变化时，可利用晶体管Qnl与Qn4之间绝对的信道长 度与信道宽度的相同或是晶体管Qnl与Qn4之间绝对的通道宽度仅稍微相异而长度相同来得到最佳的与温度、电压、加工不相关效果。如此对于使用者来说，明显地能够方便的使用本发明的反相器300来操作。请参考图6。图6为本发明的可调整翻转点的反相器300的可调电流源310 第三实施例的示意图。如图6所示，本发明的可调电流源310的第三实施例为 由图4的可调电流源310的第一实施例与与图5的可调电流源310的第二实施 例所构成。相关工作原理的描述如同图4的描述与图5的描述，在此不再赘述。 因此，本发明的可调整翻转点反相器300可利用图6的可调电流源310，来提供 给使用者还方便的操作。请参考图7。图7为本发明的可调整翻转点的与非门600的示意图。如图所 示，与非门600包含一与非门620与一可调电流源610。与非门620包含二N 型金氧半导体晶体管Qnl与Qn2、 二 P型金氧半导体晶体管Qpl与Qp2。晶体 管Qnl的源极耦接在地端、漏极耦接在晶体管Qn2的源极、栅极耦接在与非门 620的第一输入端用以接收输入信号Vina;晶体管Qn2的源极耦接在晶体管Qnl 的漏极、漏极耦接在与非门620的输出端、栅极耦接在与非门620的第二输入 端用以接收输入信号Vinb;晶体管Qpl的源极耦接在偏压VDD、漏极耦接在与 非门620的输出端、栅极耦接在第一输入端用以接收输入信号Vina;晶体管Qp2 的源极耦接在偏压VDD 、漏极耦接在与非门620的输出端、栅极耦接在第二输 入端用以接收输入信号Vinb。与非门620用以输入信号Vina、 Vinb;然后将 Vina与Vinb作反与运算(NAND)后，在输出端输出运算结果。与非门600的运 作方式为在与非门620的输出端，加入一可调电流源610以提供电流I到与非门 620的输出端以改变翻转点VT。因此，与非门600可根据使用者的需求，调整 翻转点的高低。若使用者欲将输入信号操作在较高的电压范围，与非门600便 可调高可调电流源的电流以调高翻转点。而可调电流源610所输出的电流I越大， 翻转点提升的程度就越高。而本发明所提供的与非门600,便可根据使用者实际 上所需操作输入信号的电压范围，来控制可调电流源610输出的电流大小，进 而调整翻转点VT，以符合使用者的需要。请参考图8。图8为本发明的可调整翻转点的与非门600的可调电流源610 第一实施例的示意图。如图所示，可调电流源610包含二N型金氧半导体晶体 管Qn2与Qn3、 二 P型金氧半导体晶体管Qp3与Qp4。晶体管Qp4的源极耦接 在偏压VDD、栅极耦接在晶体管Qp3的栅极、漏极耦接在与非门620的输出端； 晶体管Qp3的源极耦接在偏压VDD、栅极耦接在晶体管Qn4的漏极、漏极耦接在晶体管Qn4的漏极；晶体管Qn4的源极耦接在晶体管Qn3的漏极、栅极用以 接收一控制电压Vx、漏极耦接在晶体管Qp3的漏极；晶体管Qn3的源极耦接在 地端、栅极用以接收控制电压Vx、漏极耦接在晶体管Qn4的源极。晶体管Qp3 与晶体管Qp4的耦接方式是形成一电流镜，用以复制晶体管Qn3与Qn4所导通 的电流至与非门620的输出端；控制电压Vx用以控制晶体管Qn3、 Qn4所导通 的电流大小。如此便可以控制可调电流源610输出至与非门620的电流大小并 进而控制翻转点VT。在此实施例中，可调电流源610所输出的电流将会将与非 门620的输出信号提升，也就是说，会把翻转点VT提升。因此，当使用者欲将 输入信号Vin操作在较高的电压范围时，可使用此实施例来将翻转点VT调高。 而除了改变控制电压Vx来调整电流外，本发明的与非门600,也可以将控制电 压Vx设为O伏特(接地)，靠着调整晶体管Qn3、 Qn4的信道长度、信道宽度， 来调整可调电流源610所输出的电流以调整翻转点VT。实际上的应用中，将晶 体管Qn3、 Qn4的栅极接地然后靠着改变晶体管Qn3、 Qn4的长宽比是较容易供 使用者应用。另外，在此实施例中，由于金氧半导体晶体管所导通的电流大小， 除了与导通电压有关的外，还与温度、信道长宽比有关。也就是说金氧半导体 晶体管在温度上升时，所导通的电流大小也会跟着上升，而其上升的幅度，是 跟所述的金氧半导体晶体管的信道长度信道宽度等成一正相关的关系。因此， 在背景技术的与非门620中，会因为温度的不同，其翻转点VT也会跟着变动。 如此将会影响使用者操作时的困难。而本发明的与非门600，可利用可调电流源 610中的N型金氧半导体晶体管Qn3、Qn4来抵消对于温度的变化。还明确地说， 本发明的与非门600可将N型金氧半导体晶体管Qnl、 Qn2、 Qn3、 Qn4的信道 长度、信道宽度设为一比例关系，如此一来，当温度上升时，晶体管Qnl、 Qn2 所导通的下拉电流将变大；而同时晶体管Qn3、 Qn4所导通的下拉电流也跟着 变大(在控制电压Vx不改变的情况下)，所以所复制的提升电流I也跟着变大。 下拉电流I与晶体管Qnl、 Qn2所导通的电流变大的幅度一样，且同时交会在与 非门620的输出端，因此会互相抵消。所以对于输出信号Vout来说，并不会因 为任何温度的变化而产生变动。因此，与非门600的翻转点VT也就不会有任何 的变化。另外，在实际状况中，偏压电源VDD也有可能漂移。而本发明的与非 门600，由于有晶体管Qp3、 Qp4的设计，在偏压电源VDD漂移时，晶体管Qpl、 Qp2所流通的电流变动将会被晶体管Qp3、 Qp4的电流变动抵消。因此，翻转点 仍能维持原先设定的值。再者，如先前所述，不同加工或者同一加工但不同批15的晶体管，其电流与偏压的关系会有些许漂移。而本发明的与非门600,由于有 晶体管Qn3、 Qn4是与晶体管Qnl、 Qn2—起制造，也就是说一定是同一加工同 一批的晶体管，因此即使会漂移，漂移的幅度也会是一样的。而本发明便利用 此点，将此四晶体管漂移的程度互相抵消。因此，翻转点仍能维持原先设定的 值。在以本发明的反相器来要补偿温度、电压、加工的变化时，可利用晶体管 Qn3、 Qn4与晶体管Qpl、 Qp2之间绝对的信道长度与信道宽度的相同或是晶体 管Qn3、 Qn4与晶体管Qpl、 Qp2之间绝对的通道宽度仅稍微相异而长度相同来 得到最佳的与温度、电压、加工不相关效果。如此对于使用者来说，明显地能 够方便的使用本发明的与非门600来操作。请参考图9。图9为本发明的可调整翻转点的或非门800的示意图。如图所 示，或非门800包含一或非门820与一可调电流源810。或非门820包含二 N 型金氧半导体晶体管Qnl与Qn2、 二 P型金氧半导体晶体管Qpl与Qp2。晶体 管Qnl的源极耦接在地端、漏极耦接在或非门820的输出端、棚-极耦接在或非 门820的第 一输入端用以接收输入信号Vina;晶体管Qn2的源极耦接在地端、 漏极耦接在或非门820的输出端、栅极耦接在或非门820的第二输入端用以才妄 收输入信号Vinb;晶体管Qpl的源极耦接在晶体管Qp2的漏极、漏极耦接在或 非门820的输出端、栅极耦接在第二输入端用以接收输入信号Vinb;晶体管Qp2 的源极耦接在偏压VDD、漏极耦接在晶体管Qpl的源极、栅极耦接在第一输入 端用以接收输入信号Vina。或非门820用以输入信号Vina、 Vinb;然后将Vina 与Vinb作反与运算(NOR)后，在输出端输出运算结果。或非门800的运作方式 为在或非门820的输出端，加入一可调电流源810以提供电流I以改变翻转点 VT。因此，或非门800可根据使用者的需求，调整翻转点的高低。若使用者欲 将输入信号操作在较低的电压范围，或非门800便可调大可调电流源的电流以 调低翻转点。而可调电流源810所输出的电流I越大，翻转点下降的程度就越高。 而本发明所提供的或非门800,便可根据使用者实际上所需操作输入信号的电压 范围，来控制可调电流源810输出的电流大小，进而调整翻转点VT，以符合使 用者的需要。请参考图10。图10为本发明的可调整翻转点的或非门800的可调电流源 810第一实施例的示意图。如图所示，可调电流源810包含二N型金氧半导体 晶体管Qn3与Qn4、 二 P型金氧半导体晶体管Qp3与Qp4。晶体管Qp4的源极 耦接在偏压VDD、栅极用以接收一控制电压Vx、漏极耦接在晶体管Qp3的源极；晶体管Qp3的源极耦接在晶体管Qp4的漏极、栅极用以接收控制电压Vx、 漏极耦接在晶体管Qn4的漏极；晶体管Qn4的源极耦接在地端、栅极耦接在晶 体管Qp3的漏极、漏极耦接在晶体管Qn3的漏极；晶体管Qn3的源极耦接在地 端、栅极耦接在晶体管Qn3的漏极、漏极耦接在或非门820的输出端。晶体管 Qn3与晶体管Qn4的耦接方式是形成一电流镜，用以复制晶体管Qp3与Qp4所 导通的电流至或非门820的输出端；控制电压Vx用以控制晶体管Qp3、 Qp4所 导通的电流大小。如此便可以控制可调电流源810输出至或非门820的电流大 小并进而控制翻转点VT。在此实施例中，可调电流源810所输出的电流将会将 或非门820的输出信号降低，也就是说，会把翻转点VT降低。因此，当使用者 欲将输入信号Vin操作在较低的电压范围时，可使用此实施例来将翻转点VT调 低。而除了改变控制电压Vx来调整电流外，本发明的或非门800,也可以将控 制电压Vx设为O伏特(接地)，靠着调整晶体管Qp3、 Qp4的信道长度、信道宽 度，来调整可调电流源810所输出的电流以调整翻转点VT。实际上的应用中， 将晶体管Qp3、 Qp4的栅极接地然后靠着改变晶体管Qp3、 Qp4的信道长度、信 道宽度是较容易供使用者应用。另外，在此实施例中，由于金氧半导体晶体管 所导通的电流大小，除了与导通电压有关的外，还与温度、信道长度、信道宽 度有关。也就是说金氧半导体晶体管在温度上升时，所导通的电流大小也会跟 着上升，而其上升的幅度，是跟所述的金氧半导体晶体管的信道长度、信道宽 度等成一正相关的关系。因此，在背景技术的或非门820中，会因为温度的不 同，其翻转点VT也会跟着变动。如此将会影响使用者操作时的困难。而本发明 的或非门800,可利用可调电流源810中的P型金氧半导体晶体管Qp3、 Qp4来 抵消对于温度的变化。还明确地说，本发明的或非门800可将P型金氧半导体 晶体管Qp3、 Qp4的信道长度、信道宽度与晶体管Qpl、 Qp2设为一比例关系， 如此一来，当温度上升时，晶体管Qpl、 Qp2所导通的提升电流将变大；而同 时晶体管Qp3、 Qp4所导通的提升电流也跟着变大(在控制电压Vx不改变的情 况下)，所以所复制的下拉电流I也跟着变大。下拉电流I与晶体管Qpl、 Qp2 所导通的电流变大的幅度一样，且同时交会在或非门820的输出端，因此会互 相抵消。所以对于输出信号Vout来说，并不会因为任何温度的变化而产生变动。 因此，或非门820的翻转点VT也就不会有任何的变化。另外，在实际状况中， 偏压电源VDD也有可能漂移。而本发明的与非门600，由于有晶体管Qp3、 Qp4 的设计，在偏压电源VDD漂移时，晶体管Qpl、 Qp2所流通的电流变动将会被晶体管Qp3、 Qp4的电流变动抵消。因此，翻转点仍能维持原先设定的值。再 者，如先前所述，不同加工或者同一加工但不同批的晶体管，其电流与偏压的 关系会有些许漂移。而本发明的与非门600,由于有晶体管Qp3、 Qp4是与晶体 管Qpl、 Qp2—起制造，也就是说一定是同一加工同一批的晶体管，因此即使 会漂移，漂移的幅度也会是一样的。而本发明便利用此点，将此四晶体管漂移 的程度互相抵消。因此，翻转点仍能维持原先设定的值。在以本发明的反相器 来要补偿温度、电压、加工的变化时，可利用晶体管Qp3、 Qp4与晶体管Qpl、 Qp2之间绝对的信道长度与信道宽度的相同或是晶体管Qp3、Qp4与晶体管Qpl、 Qp2之间绝对的通道宽度仅稍微相异而长度相同来得到最佳的与温度、电压、 加工不相关效果。如此对于使用者来说，明显地能够方便的使用本发明的或非 门800来操作。综上述，利用本发明的设计，可以有效地调整逻辑闸的翻转点，也能抵抗 温度效应、电压、加工所造成的翻转点漂移，给予使用者较高的便利性。以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非 限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可 对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种与电压、温度、加工不敏感的可调整翻转点的反相器，其特征在于其包含一输入端，用以接收一输入信号；一输出端，用以输出所述的输入信号的反相信号；一第一P型金氧半导体晶体管，其栅极耦接在所述的输入端，漏极耦接在所述的输出端，源极耦接在一偏压电源；一第一N型金氧半导体晶体管，其栅极耦接在所述的输入端，漏极耦接在所述的输出端，源极耦接在一地端；与一可调电流源，耦接在所述的输出端，用以输出一可调大小的电流以调整所述的反相器的翻转点。
2. 根据权利要求1所述的与电压、温度、加工不敏感的可调整翻转点的反 相器，其特征在于所述的可调电流源包含一附属金氧半导体晶体管，其栅极耦接在一控制电压源，用以根据所述的 控制电压源所输出的控制电压的大小来输出 一第 一 电流；与一电流镜，耦接在所迷的附属金氧半导体晶体管与所述的输出端之间，用 以根据所述的第 一 电流产生一第二电流至所述的输出端。
3. 根据权利要求2所述的与电压、温度、加工不敏感的可调整翻转点的反 相器，其特征在于所述的电流镜包含一第二N型金氧半导体晶体管，其漏极耦接在所述的输出端，源极耦接在 所述的地端；与一第三N型金氧半导体晶体管，其栅极耦接在所述的第二 N型金氧半导体 晶体管的栅极，漏极耦接在所述的第二N型金氧半导体晶体管的栅极，源极耦 接在所述的地端。
4. 根据权利要求3所述的与电压、温度、加工不敏感的可调整翻转点的反 相器，其特征在于所述的附属金氧半导体晶体管为一P型金氧半导体晶体管， 其漏极耦接在所述的第二N金氧半导体晶体管的栅极，源极耦接在所述的偏压 电源，栅极耦接在所述的控制电压源。
5. 根据权利要求2所述的与电压、温度、加工不敏感的可调整翻转点的反 相器，其特征在于所述的电流镜包含一第二P型金氧半导体晶体管，其漏极耦接在所述的输出端，源极耦接在所述的偏压电源；与一第三p型金氧半导体晶体管，其栅极耦接在所述的第二p型金氧半导体 晶体管的栅极，漏极耦接在所述的第二p型金氧半导体晶体管的栅极，源极耦 接在所述的偏压电源。
6. 根据权利要求5所述的与电压、温度、加工不敏感的可调整翻转点的反 相器，其特征在于所述的附属金氧半导体晶体管为一N型金氧半导体晶体管， 其漏极耦接在所述的第二P金氧半导体晶体管的栅极，源极耦接在所述的地端， 其^H及耦接在所述的控制电压源。
7. 根据权利要求1所述的与电压、温度、加工不敏感的可调整翻转点的反 相器，其特征在于所述的可调电流源包含一第一附属金氧半导体晶体管，其栅极耦接在一第一控制电压源，用以根 据所述的第 一控制电压源所输出的第 一控制电压的大小来输出 一第 一电流；一第二附属金氧半导体晶体管，其栅极耦接在一第二控制电压源，用以根 据所述的第二控制电压源所输出的第二控制电压的大小来输出 一第二电流；一第 一电流镜，用以根据所述的第 一电流产生一第三电流至所述的输出端；与一第二电流镜，用以根据所述的第二电流产生一第四电流至所述的输出端。
8. 根据权利要求7所述的与电压、温度、加工不敏感的可调整翻转点的反 相器，其特征在于所述的第一电流镜包含一第二N型金氧半导体晶体管，其漏极耦接在所述的输出端，其源极耦接 在所述的地端；与一第三N型金氧半导体晶体管，其栅极耦接在所述的第二N型金氧半导体 晶体管的栅极，其漏极耦接在所述的第二N型金氧半导体晶体管的栅极，其源 极耦接在所述的地端。
9. 根据权利要求8所述的与电压、温度、加工不敏感的可调整翻转点的反 相器，其特征在于所述的第一附属金氧半导体晶体管为一P型金氧半导体晶 体管，其漏极耦接在所述的第二N金氧半导体晶体管的栅极，源极耦接在所述 的偏压电源，栅极耦接在所述的第 一控制电压源。
10. 根据权利要求7所述的与电压、温度、加工不敏感的可调整翻转点的反 相器，其特征在于所述的第二电流镜包含一第三P型金氧半导体晶体管，其漏极耦接在所述的输出端，源极耦接在 所述的偏压电源；与一第四P型金氧半导体晶体管，其栅极耦接在所述的第三P型金氧半导体 晶体管的栅极，漏极耦接在所述的第三P型金氧半导体晶体管的栅极，源极耦 接在所述的偏压电源。
11. 根据权利要求IO所述的反相器，其特征在于所述的第二附属金氧半 导体晶体管为一N型金氧半导体晶体管，其漏极耦接在所述的第三P金氧半导 体晶体管的栅极，源极耦接在所述的地端，栅极耦接在所述的第二控制电压源。
12. —种与电压、温度、加工不敏感的可调整翻转点的与非门，其特征在于: 其包含一第一输入端，用以接收一第一输入信号； 一第二输入端，用以接收一第二输入信号；一输出端，用以输出所述的第一输入信号与所述的第二输入信号经互与运 算后的信号；一第一N型金氧半导体晶体管，其栅极耦接在所述的第一输入端，源极耦 接在一地端；一第二N型金氧半导体晶体管，其栅极耦接在所述的第二输入端，源极耦 接在所述的第一 N型金氧半导体晶体管的漏极，漏极耦接在所述的输出端；一第一P型金氧半导体晶体管，其栅极耦接在所述的第一输入端，源极耦 接在一偏压电源，漏极耦接在所述的输出端；一第二P型金氧半导体晶体管，其栅极耦接在所述的第二输入端，源极耦 接在所述的偏压电源，漏极耦接在所述的输出端；与一可调电流源，耦接在所述的输出端，用以输出一可调大小的电流以调整 翻转点。
13. 根据权利要求12所述的与电压、温度、加工不敏感的可调整翻转点的 与非门，其特征在于所述的可调电流源包含一附属金氧半导体晶体管对，耦接在一控制电压源，用以根据所述的控制 电压源所输出的控制电压的大小来输出一第一电流，包含一第一附属金氧半导体晶体管，其源极耦接在所述的地端，栅极耦接在所 述的控制电压源；与一第二附属金氧半导体晶体管，其源极耦接在所述的第一附属金氧半导体晶体管的漏极，栅极耦接在所述的控制电压源；一电流镜，耦接在所述的第二附属金氧半导体晶体管的漏极与所述的输出 端之间，用以根据所述的第一电流产生一第二电流至所述的输出端。
14. 根据权利要求13所述的与电压、温度、加工不敏感的可调整翻转点的 与非门，其特征在于所述的电流镜包含一第三P型金氧半导体晶体管，其漏极耦接在所述的输出端，源极耦接在 所述的偏压电源；与一第四P型金氧半导体晶体管，其栅极耦接在所述的第三P型金氧半导体 晶体管的栅极，漏极耦接在所述的第三P型金氧半导体晶体管的栅极与所述的 第二附属金氧半导体晶体管的漏极，源极耦接在所述的偏压电源。
15. 根据权利要求14所述的与电压、温度、加工不敏感的可调整翻转点的 与非门，其特征在于所述的第一、第二附属金氧半导体晶体管为N型金氧半 导体晶体管。
16. —种与电压、温度、加工不敏感的可调整翻转点的或非门，其特征在于: 其包含一第一输入端，用以接收一第一输入信号； 一第二输入端，用以接收一第二输入信号；一输出端，用以输出所述的第一输入信号与所述的第二输入信号经互或运 算后的信号；一第一N型金氧半导体晶体管，其栅极耦接在所述的第一输入端，其源极 耦接在一地端，其漏极耦接在所述的输出端；一第二N型金氧半导体晶体管，其栅极耦接在所述的第二输入端，其源极 耦接在所述的地端，其漏极耦接在所述的输出端；一第一P型金氧半导体晶体管，其栅极耦接在所述的第一输入端，其源极 耦接在一偏压电源；一第二P型金氧半导体晶体管，其栅极耦接在所述的第二输入端，其源极 耦接在所述的第一P型金氧半导体晶体管的漏极，其漏极耦接在所述的输出端; 与一可调电流源，耦接在所述的输出端，用以输出一可调大小的电流以调整 翻转点。
17. 根据权利要求16所述的与电压、温度、加工不敏感的可调整翻转点的或非门，其特征在于所述的可调电流源包含一附属金氧半导体晶体管对，耦接在一控制电压源，用以根据所述的控制 电压源所输出的控制电压的大小来输出一第一电流，包含一第一附属金氧半导体晶体管，其源极耦接在所述的偏压电源，栅极耦接 在所述的控制电压源；与一第二附属金氧半导体晶体管，其源极耦接在所述的第一附属金氧半导体 晶体管的漏极，栅极耦接在所述的控制电压源；与一电流镜，耦接在所述的第二附属金氧半导体晶体管的漏极与所述的输出 端之间，用以根据所述的第 一电流产生一第二电流至所述的输出端。
18. 根据权利要求17所述的与电压、温度、加工不敏感的可调整翻转点的 或非门，其特征在于所述的电流镜包含一第三N型金氧半导体晶体管，其漏极耦接在所述的输出端，源极耦接在 所述的地端；与一第四P型金氧半导体晶体管，其栅极耦接在所述的第二 N型金氧半导体 晶体管的栅极，漏极耦接在所述的第二N型金氧半导体晶体管的栅极与所述的 第二附属金氧半导体晶体管的漏极，源极耦接在所述的地端。
19. 根据权利要求18所述的与电压、温度、加工不敏感的可调整翻转点的 或非门，其特征在于所述的第一、第二附属金氧半导体晶体管为P型金氧半 导体晶体管。
全文摘要
本发明为一种可调整翻转点的反相器、或非门以及与非门。所述的反相器包含一输入端，用以接收一输入信号；一输出端，用以输出所述的输入信号的反相信号；一第一P型金氧半导体晶体管，其栅极耦接在所述的输入端，漏极耦接在所述的输出端，源极耦接在一偏压电源；一第一N型金氧半导体晶体管，其栅极耦接在所述的输入端，漏极耦接在所述的输出端，源极耦接在一地端；与一可调电流源，耦接在所述的输出端，用以输出一可调大小的电流以调整所述的反相器的翻转点。
文档编号G05F3/08GK101262223SQ200810082748
公开日2008年9月10日 申请日期2008年3月5日 优先权日2008年3月5日
发明者黄贤生 申请人:钰创科技股份有限公司