一种输出可调驱动器电路的制作方法

文档序号:11153657
一种输出可调驱动器电路的制造方法与工艺

本发明涉及一种输出可调驱动器电路,即一种高速大电流限幅驱动电路,属于驱动电路的技术领域。



背景技术:

数据通信总线驱动器电路的作用为将经数据编码器编码的信号转换为符合总线传输特性要求的数据通信总线信号。在集成电路中,普通结构的驱动电路一般采用常规功率放大实现一定驱动能力的输出驱动,而且参数指标极大依赖于工艺条件,很难满足数据通信总线传输中要求的驱动速度,驱动能力,输出对称性,过零稳定性,输出过冲和振铃参数指标要求。



技术实现要素:

本发明的技术解决问题为:克服现有技术不足,提出一种输出可调驱动器电路,即一种新的主要用于适合数据通信总线传输特型指标要求的高速大电流限幅驱动电路,可以克服工艺容差实现满足数据通信协议电参数参数指标要求。主要电参数指标满足最大输出驱动电流800mA,信号速率1M的总线驱动特征,输出幅度18V至27V(变压器耦合模式),上升速率100ns至300ns,过零稳定性小于25ns。

本发明的技术解决方案为:一种输出可调驱动器电路,包括:差分运放111A、差分运放112A、电阻120A、电阻121A、PMOS管123A、NMOS管115A、NMOS管124A、差分反馈运放113A、差分反馈运放114A、反馈电阻122A、反馈电阻116A、限幅二极管D32、基准源118、输出参数调整电路117、缓冲运算放大器119、差分运放111B、差分运放112B、电阻120B、电阻121B、PMOS管123B、NMOS管115B、NMOS管124B、差分反馈运放113B、差分反馈运放114B、反馈电阻122B、反馈电阻116B、偏置二极管D32、基准源118、缓冲运算放大器119;

外部差分信号输入正端IN+连接差分运放111A的正端,外部差分信号输入负端IN-连接差分运放111A的负端;

差分运放111A输出正端连接电阻120A的一端和差分运放112A的正输入端,接地电阻120A的另一端接地GND;

差分运放111A输出负端连接电阻121A的一端和差分运放112A的负输入端,接地电阻121A的另一端接地GND;

差分运放112A的输出端连接PMOS管123A的栅极,PMOS管123A的源极连接电源VDD;,PMOS管123A的漏极连接NMOS管115A栅极和NMOS管124A的漏极;NMOS管115A源极接地;漏级接外部输出TXOUT-和反馈电阻122A的一端,122A的另一端连接限幅二极管D32的正极和反馈电阻116A的一端;反馈电阻116A的另一端连接差分运放114A的正输入端,差分运放114A的负输入端连接输出参数调整电路117的输出;差分反馈运放114A的正输出连接差分反馈运放113A的负输入端,差分反馈运放114A的负输出端连接差分反馈运放113A的正输入端;差分反馈运放113A的输出连接NMOS管124A的栅极,NMOS管124A的源极接地;

外部差分信号输入正端IN+连接差分运放112B的负端,外部差分信号输入负端IN-连接差分运放112B的正端;

差分运放112B输出正端连接电阻120B的一端和差分运放111B的正输入端,接地电阻120B的另一端接地GND;

差分运放112B输出负端连接电阻121B的一端和差分运放111B的负输入端,接地电阻121B的另一端接地GND;

差分运放111B的输出端连接PMOS管123B的栅极,PMOS管123B的源极连接电源VDD;PMOS管123B的漏极连接NMOS管115B栅极和NMOS管124B的漏极;NMOS管115B源极接地;漏级接外部输出TXOUT+和反馈电阻122B的一端,122B的另一端连接限幅二极管D32的正极和反馈电阻116B的一端;反馈电阻116B的另一端连接差分运放114B的正输入端,差分运放114B的负输入端连接输出参数调整电路117的输出;差分反馈运放114B的正输出连接差分反馈运放113B的负输入端,差分反馈运放114B的负输出端连接差分反馈运放113B的正输入端;差分反馈运放113B的输出连接NMOS管124B的栅极,NMOS管124B的源极接地;

基准源118的输出1.25V的参考电压连接缓冲运算放大器119的正输入端,缓冲运算放大器119的负输入端连接缓冲运算放大器119的输出和偏置二极管D32的负极。

输出参数调整电路,包括:读写开关K1、读出电流源I32、齐纳反熔丝二极管D0、D1、……、DN、……、D31,N为大于1且小于31的整数、对地电流源I0,I1、……、IN、……、I31、开关S<0>、S<1>、……、S<N>、……、S<31>;

读写输入电源信号输入到读写开关K1的一端,读写开关K1的另一端连接并联连接的齐纳反熔丝二极管D0、D1、……、DN、……、D31的负极,读出电流源I32电流流入端连接工作电源,读出电流源I32电流流出端接接齐纳反熔丝二极管序列D0,D1……DN……D31的负极并与读写开关K1的另一端连接为读出序列D<0,31>提供偏置。

齐纳反熔丝二极管D0、D1、……、DN、……、D31的正极连接对地电流源I0、I1、……、IN、……、I31的电流流入端分别和开关S<0>、S<1>、……、S<N>、……、S<31>的一端,对地电流源I0,I1、……、IN、……、I31的电流流出端连接开关S<0>、S<1>、……、S<N>、……、S<31>的另一端并接地;

齐纳反熔丝二极管D0、D1、……、DN、……、D31的正极作为输出参数调整电路的输出配置位送给差分反馈运放114A和114B的负输入端来调整负端输入偏置实现对输出驱动电参数的调整;开关S<0>、S<1>、……、S<N>、……、S<31>的开关键分别连接脉冲序列信号S<0,31>,脉冲序列信号S<0,31>作为开关S<0>、S<1>、……、S<N>、……、S<31>的输入信号,脉冲序列信号控制S<0>,S<1>、……、S<N>、……、S<31>在K1闭合导通时仅有其中一个导通,对需要编程写入数据的对应的反熔丝齐纳二极管D0、D1、……、DN、……、D31热击穿形成低阻通路,这样需要电路工作时经过编程数据写入的反熔丝齐纳二极管对应的数据输出位就输出高电平,而没有经过编程数据写入的反熔丝齐纳二极管输出位输出低电平,通过这种方式实现了驱动参数配置。

本发明相对现有技术的优点在于:

(1)本发明提供一种应用于数据通信总线驱动传输的电路,它采用一种高速大电流限幅输出结构、输出驱动电参数(幅度,沿时间,对称性)后调整结构、内置基准电流源和电压源、增益幅度以及速度调整电路。

(2)幅度调整放大器用于提供幅度的阶梯性大动态范围的调整,引入了高速限幅反馈运算放大器,既实现了反馈环路的限幅要求,又能保证高速大电流输出驱动信号满足稳定性要求,降低过冲和振铃,通过差异不对称补偿使得输出差分信号对称性满足指标要求,通过电流源输出IV转换调整限幅反馈参考电平。

(3)可以进行电路在线测试后调整,使得由于芯片工艺离散,封装引入误差,以及管壳阻抗误差等因素导致电参数指标不满足要求的问题,大大提高封装后成测成品率,克服了高速大电流驱动的稳定性问题和对称性问题,使得驱动器在较高的频率下输出满足数据通信总线传输电参数指标要求。

(4)本发明电路满足以下数据通信总线驱动输出电参数指标:具有最大输出驱动电流800mA,信号速率1M的总线驱动特征,输出幅度18V至27V(变压器耦合模式),上升速率100ns至300ns,过零稳定性小于25ns。满足数据通信总线电参数指标要求的总线驱动器电路应用。

附图说明

图1为本发明高速大电流限幅驱动电路的总体结构框图;

图2为本发明高速大电流限幅驱动电路中的输出幅度参数调整电路;

图3为限幅输出可调驱动电路驱动输出外部应用连接图。

具体实施方式

本发明的基本思路为:提供一种输出可调驱动器电路,它具有反熔丝后调整数字校正网络电路,可调整输出电压幅度,输出电流,上升速率,输出对称性。限幅输出放大器用于提供符合总线传输要求的驱动信号。反熔丝后调整数字校正网络电路可以实现反熔丝调整位的写入和读出,输出电压幅度调整可以实现对输出幅度的宽范围高精度调整,上升速率调整可以调整驱动器输出的驱动速度,输出对称性调整通过调整正负端输出限幅电路的限幅幅度来调整由于芯片驱动输出不对称,芯片正负端PAD引线键合,电路管壳布线,以及外接变压器等芯片外围输出阻抗差异引起的输出对称性问题。通过对高速大电流输出驱动总线信号的在线测试后调整,检测调整峰值幅度,限幅输出运放用于对输出驱动总线信号进行限幅输出,提高信号参数性能。

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明为一种输出可调驱动器电路,如图1所示,为本发明的总体电路图,即本发明的基本形式,它由反馈控制电流源电阻网络组成的反馈电路,包括反馈运算放大器113A,113B,114A,114B,缓冲运算放大器117,反馈电阻116A,116B、功率MOS管115A,115B、基准电流源和电压源118、输出幅度控制电流、输出对称性输出速度调整部分117组成。

其线路连接如图1所示,线路元件尾缀A,B代表差分信号镜像结构部分。线路图中,外部差分信号输入正端IN+连接差分运放111A正端,外部差分信号输入正端IN-连接差分运放111A负端,差分运放111A输出端正端,负端分别连接接地电阻120A,121A,通过IV转换驱动差分运放112A,差分运放111A输出端正端,负端分别连接差分运放112A的正输入端和负输入端。112A的输出控制源极接电源的PMOS管123A为输出功率NMOS管115A栅极提供充电电流,输出功率NMOS管115A源极接地,漏级接外部隔离变压器和反馈电阻122A。122A另一端连接限幅二极管D32和反馈电阻116A。反馈电阻116A的另一端连接差分运放114A的正输入端,差分运放114A的负输入端连接输出参数调整电路117的输出,差分反馈运放114A的正输出连接差分反馈运放113A的负输入端,差分反馈运放的负输入端连接差分反馈运放113A的正输入端,差分反馈运放113A的输出连接源极接地NMOS管124A的栅极,漏极连接输出功率NMOS管115A栅极,为栅极提供对地放电电流通路。线路图中,外部差分信号输入正端IN+连接差分运放111B负端,外部差分信号输入正端IN-连接差分运放111B负端,差分运放111B输出端正端,负端分别连接接地电阻120B,121B,通过IV转换驱动差分运放112B,差分运放111B输出端正端,负端分别连接差分运放112B的正输入端和负输入端。112B的输出控制源极接电源的PMOS管123B为输出功率NMOS管115B栅极提供充电电流,输出功率NMOS管115B源极接地,漏级接外部隔离变压器和反馈电阻122B。122B另一端连接限幅二极管D32和反馈电阻116B。反馈电阻116B的另一端连接差分运放114B的正输入端,差分运放114B的负输入端连接输出参数调整电路117的输出,差分反馈运放114A的正输出连接差分反馈运放113B的负输入端,差分反馈运放的负输入端连接差分反馈运放113B的正输入端,差分反馈运放113B的输出连接源极接地NMOS管124B的栅极,漏极连接输出功率NMOS管115B栅极,为栅极提供对地放电电流通路。基准源118产生输出参考电压作为缓冲运算放大器119的输入,缓冲运放输出连接偏置二极管D32的负极,为取样反馈提供共模偏置。

经过差分负反馈输出的电压信号控制功率MOS管(115A,115B)栅驱动电流源进行功率驱动,该电压信号经过驱动预放大器(111A,112A,111B,112B)进行相应增益带宽控制后,其输出控制MOS管栅驱动电流源,从而控制驱动输出速度,起到了决定输出驱动速度的作用,经过转换的预放大信号通过控制驱动功率MOS管栅电流源的大小来控制输出速度,负反馈放大器第一级差分运放114A,114B输出信号幅度可调,所以功率MOS管输出速度可调。

幅度调整电路和输出对称性调整整电路控制差分运放114A,114B中的负输入端的3类各6档共32位可调偏置电流源,通过电流源的电流电压转换幅度控制输出幅度,114A,114B中负输入端的偏置电流源来自于基准电流源由输出参数调整电路输出的32位数字控制信号控制通断,电流镜优选比例关系为1:2:4:4:8:16,保证参数可宽范围高精度调整,用来消除由于工艺离散,键合封装带来的驱动器输出参数漂移问题。

作为输出参数调整部分结构具体实现如图2所示。输出驱动参数后调整电路(包括幅度控制,对称性控制,驱动速度控制),通过32位数据位(分别对应10位幅度控制,10位对称性控制和12位驱动速度控制)调整运放负输入端的偏置电流源实现IV转换,等效于调节负反馈差分运放负输入端信号的方式来满足数据通信电路对输出驱动电参数指标要求:优选输出对称性失调参数指标小于250mV,驱动速度优选在100ns至300ns之间,驱动幅度优选在18V至27V之间,过零稳定性小于25ns。

如图1所示的高速大电流限幅输出驱动电路,通过对输出电压采样在预设置限幅反馈阈值进行幅度限制,使得输出差分电压幅度满足指标要求,通过调整运放输出电流能力的方式改变输出驱动管栅极电压驱动电流源的电流能力来改变驱动管电压变化速度从而改变驱动管导通电阻来控制输出驱动能力。

如图3所示,为限幅输出可调驱动电路驱动输出外部应用连接图,TXOUT+、TXOUT-、VCC能够通过隔离变压器和耦合网络连接至数据总线。

输出参数调整电路,即反熔丝后调整电路,齐纳反熔丝二极管D0、D1、……、DN、……、D31的正极作为输出参数调整电路的输出配置位送给差分反馈运放114A和114B的负输入端来调整负端输入偏置实现对输出驱动电参数的调整;开关S<0>、S<1>、……、S<N>、……、S<31>的开关键分别连接脉冲序列信号S<0,31>,脉冲序列信号S<0,31>作为开关S<0>、S<1>、……、S<N>、……、S<31>的输入信号,脉冲序列信号控制S<0>,S<1>、……、S<N>、……、S<31>在K1闭合导通时仅有其中一个导通,对需要编程写入数据的对应的反熔丝齐纳二极管D0、D1、……、DN、……、D31热击穿形成低阻通路,这样需要电路工作时经过编程数据写入的反熔丝齐纳二极管对应的数据输出位就输出高电平,而没有经过编程数据写入的反熔丝齐纳二极管输出位输出低电平。作为参数配置位实现灵活的输出参数调整配置。该结构中采用反向击穿齐纳管反熔丝结构,利用齐纳管高压大电流反向击穿后形成的低阻特性实现反熔丝数据编程写入,输出参数调整电路由击穿控制开关管和相应逻辑电路组成,编程完成后,数据从相应的齐纳管读出,由于读出电流源的存在,在高压大电流反向击穿后的齐纳管位置输出为高电平,未经高压大电流反向击穿处的齐纳管位置输出为低电平。这样就可以实现输出参数调整电路的32位控制数据编程。

由于常规的反馈电路采用幅度采样电路无法精确控制采样信号的混叠信号噪声,从而影响相位裕度和输出幅度精度,无法满足输出信号过冲和振铃信号幅度指标要求,稳定性差。本发明采用的电路结构设计了一种先进的幅度反馈放大器,通过控制由输出幅度采样反馈电路(116A,116B),基准源缓冲放大器(119)、输出限幅参考电压调整部分、对称性调整部分(117)等电路实现。输出幅度采样电路将输出结果与预设置的输出幅度控制阈值进行限幅,限幅结果反馈到功率MOS管(115A,115B)输出端。克服了上述问题,驱动器的限幅输出幅度和振铃过冲都能符合数据通信总线传输电参数特性指标要求。该输出可调驱动器可以进行电路在线测试后调整,通过对第一级差分输入运放偏置电流源差异不对称补偿使得输出差分信号对称性满足指标要求,通过电流源输出IV转换调整限幅反馈参考电平。使得由于芯片工艺离散,封装引入误差,以及管壳阻抗误差等因素导致的低成品率问题明显改善,大大提高封装后成测成品率。

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