专利名称：驱动一输出级的驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种驱动电路，且特别是涉及一种驱动一输出级的驱动电路。
背景技术：
在功率放大器电路中，拥有一个高效能且又具有小面积的输出级，是最
理想的情况。传统的输出级设计方式，是以一P型金属氧化物半导体(PMOS) 晶体管及一N型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管分别做为低侧及高侧的晶体 管。然而在新一代的技术中，输出级包含如图1所示的两个N型金属氧化物 半导体晶体管。这样的双N型金属氧化物半导体晶体管输出级1包含一高侧 N型金属氧化物半导体晶体管10及一低侧N型金属氧化物半导体晶体管U。 高侧N型金属氧化物半导体晶体管10包含一漏极、 一栅极及一源极，其中 漏极连接至一电压PVDD，对册极连接至一高側驱动级11,源极连接至一输出 端OUT。低侧N型金属氧化物半导体晶体管12包含一漏极、一栅极及一源极， 其中源极连接至一第二电压PVSS,栅极连接至一低侧驱动级13,漏极连接 至输出端0UT。虽然这样的设计可以改进原先的P型-N型输出级，而使面积 变小，效率更佳，但是也带来了新的问题。其中一项问题即是，N型金属氧 化物半导体晶体管的Vgs及Vds的最大值并不对称，其中Vgs无法承受至较 高的电压值。因此，如高侧N型金属氧化物半导体晶体管10的高侧驱动级 11没有适当的设计，高侧N型金属氧化物半导体晶体管IO将因为放大的功 效而使源极的输出电压远高于栅极的输入电压，进一步使高侧N型金属氧化 物半导体晶体管IO遭到损坏。
因此，如何设计一个新的驱动电路，能够在驱动输出级外，提供一个保 护的机制，使输出级不致损坏，乃为此一业界亟待解决的问题。
发明内容
因此本发明的目的就是在提供一种驱动电路，用以驱动一输出级，输出
4级包含一 高侧N型金属氧化物半导体晶体管及一低侧N型金属氧化物半导体 晶体管，驱动电路包含一二极管，包含一阳极端及一阴极端，其中阳极端 耦接于一第一电压；阴极端耦接于一第一 P型金属氧化物半导体晶体管及一 第二 P型金属氧化物半导体晶体管的一源极； 一第三P型金属氧化物半导体 晶体管及一第四P型金属氧化物半导体晶体管，各包含一漏极、 一源极及一 栅极，其中源极分别电连接于第二 P型金属氧化物半导体晶体管的一栅极及 第一 P型金属氧化物半导体晶体管的一栅极，漏极分别电连接于第一 P型金 属氧化物半导体晶体管的一漏极、高侧N型金属氧化物半导体晶体管的一栅 极及第二 P型金属氧化物半导体晶体管的一漏极； 一第一 N型金属氧化物半 导体晶体管及一第二 N型金属氧化物半导体晶体管分別包含一漏极、 一源极 及一栅极，其中漏极分別电连接于第四P型金属氧化物半导体晶体管的漏极 及第三P型金属氧化物半导体晶体管的漏极，源极均耦接于一第二电压，栅 极分別电连接于 一第 一输入及一第二输入。
在参考附图及随后描述的实施方式后，本领域技术人员便可了解本发明 的目的，以及本发明的技术手段及实施态样。
为使本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，附 图的详细说明如下
图1为现有技术中， 一包含双N型金属氧化物半导体晶体管的输出级的
示意图2为本发明的第一实施例的一驱动电路及一输出级的示意图；以及 图3为本发明的驱动电路中，不同点电压的时序图。
附图符号说明
1:双N型金属氧化物半导体晶体管输出级 12:低侧N型金属氧化物半导体晶体管 20:驱动电路
201:第一P型金属氧化物半导体晶体管 203:第三P型金属氧化物半导体晶体管 205:第一N型金属氧化物半导体晶体管207:电容 209:反相器 213:负载
210:高侧N型金属氧化物半导体晶体管 10:高侧N型金属氧化物半导体晶体管 11:高侧驱动级 13:低侧驱动级 200: 二极管
202:第二P型金属氧化物半导体晶体管 204:第四P型金属氧化物半导体晶体管 206:第二N型金属氧化物半导体晶体管 208:限压电路 211:电流镜 21:输出级
212:低侧N型金属氧化物半导体晶体管
具体实施例方式
请参考图2,其示出了依照本发明第一实施例的一驱动电路20及输出 级21的示意图，其中驱动电路20用以驱动输出级21，输出级21与图1所 示的驱动级相同，高侧N型金属氧化物半导体晶体管210的漏极与低侧N型 金属氧化物半导体晶体管212的源极及一输出端OUT电连接。驱动电路20 包含一二极管200、 一第一 P型金属氧化物半导体晶体管201、 一第二P 型金属氧化物半导体晶体管202、 一第三P型金属氧化物半导体晶体管203、 一第四P型金属氧化物半导体晶体管204、 一第一N型金属氧化物半导体晶 体管205、 一第二N型金属氧化物半导体晶体管206、 一电容207以及一限 压电路208。 二极管200包含一阳极端及一阴极端，其中阳极端耦接于一第 一电压AVDD;阴极端耦接于第一 P型金属氧化物半导体晶体管201及第二 P 型金属氧化物半导体晶体管202的源极。
第三P型金属氧化物半导体晶体管203包含一漏极、 一源极及一栅极， 其中源极电连接于第二P型金属氧化物半导体晶体管202的栅极，漏极电连 接于第一P型金属氧化物半导体晶体管201的漏极与高侧N型金属氧化物半导体晶体管210的栅极。第四P型金属氧化物半导体晶体管204包含一漏极、 一源极及一栅极，其中源极电连接于第一 P型金属氧化物半导体晶体管201 的栅极，漏极电连接于第二P型金属氧化物半导体晶体管202的一漏极。第 一N型金属氧化物半导体晶体管205包含一漏极、 一源极及一栅极，其中漏 极电连接于第四P型金属氧化物半导体晶体管204的漏极，源极耦接于一第 二电压(GND),栅极电连接于一第一输入(IN1)。第二N型金属氧化物半导 体晶体管206包含一漏极、 一源极及一栅极，其中漏极电连接于第三P型金 属氧化物半导体晶体管203的漏极，源极耦接于第二电压(GND),栅极电连 接于一第二输入(IN2 )。第一输入IN1及第二输入IN2在本实施例中实质上 由一电压源Vs通过四个反相器209提供。电压源Vs经过一反相器后，成为 第一输入IN1。而电压源Vs再经过剩下三个反相器后，成为第二输入IN2。 因此，第一输入IN1及第二输入IN2互为反相。
电容207电连接于输出端0UT及二极管200的阴极端。限压电^各208包 含一电流镜211及一负载213,其中负载213的一第一端点电连接于二极管 200的阴极端，负载213的一第二端点电连接于电流镜211与第三及第四P 型金属氧化物半导体晶体管203、 204的柵极。在本实施例中，负载213包 含三个二极管以限制负载213上的跨压于一个固定值。在其它实施例中，负
载也可由多个电阻串接以达到相同的功效。
为更清楚的描述驱动电路20的运作方式，下面以图2中的第二N型金 属氧化物半导体晶体管206的栅极为A点，第一 N型金属氧化物半导体晶体 管205的栅极为B点，第二N型金属氧化物半导体晶体管206的漏极为C点， 第一N型金属氧化物半导体晶体管205的漏极为D点，第二P型金属氧化物 半导体晶体管202的栅极为DG点，第一 P型金属氧化物半导体晶体管201 的栅极为CG点，以及二极管200的阳极端为CP点，同时参考图3，其为Vs、 A、 B、 C、 CG、 D、 DB、 CP及OUT各点的电压波型图，来进行说明。
在第一个时间区段中，第一输入及第二输入，即A点及B点，分别为低 态(Ov)及高态(Vh)。此时第一N型金属氧化物半导体晶体管205为导通， 第二N型金属氧化物半导体晶体管206为关闭，第一P型金属氧化物半导体 晶体管201为关闭，第二P型金属氧化物半导体晶体管202为导通，第三P 型金属氧化物半导体晶体管203为导通，第四P型金属氧化物半导体晶体管 204为关闭，高侧N型金属氧化物半导体晶体管210为导通，低侧N型金属氧化物半导体晶体管212为关闭。A点及B点的电压实质上由Vs所提供，因 此当Vs转换为反相时，A点及B点的电压也跟着转换。A点电压转换为高态 (Vh ),使第二 N型金属氧化物半导体晶体管206及低侧N型金属氧化物半 导体晶体管212导通。因此，OUT点电压持续地降低直至0为止。B点电压 变成0v,并使第一N型金属氧化物半导体晶体管205关闭。由于第二N型金 属氧化物半导体晶体管206的导通，C及CG点经由第二 N型金属氧化物半导 体晶体管206而开始放电(discharge )。 CG点电压开始下降直到第一 P型金 属氧化物半导体晶体管201导通且第三P型金属氧化物半导体晶体管203关 闭。若负载213两端的跨压为VI，第一时间区段的CP点电压为Vcpl，且P 型金属氧化物半导体晶体管及N型金属氧化物半导体晶体管的阈值电压为 Vt,则使第三P型金属氧化物半导体晶体管203关闭的电压约为Vcpl-Vl+Vt。 然而，C点电压将持续降至0而使高侧N型金属氧化物半导体晶体管210关 闭。因此，PVDD电压将与OUT点电压隔离。由于电容207的存在，CP点将 不会自OUT点放电。第一P型金属氧化物半导体晶体管201的导通将开始拉 低CP点的电压，但是第一 N型金属氧化物半导体晶体管205已经关闭，无 法做为一个放电路径以拉下CP点电压。因此，DG电压开始因接收CP点的放 电而升高，进而使第二P型金属氧化物半导体晶体管202关闭，及使第四P 型金属氧化物半导体晶体管204导通。DG点电压将最终达到Vcpl的值。须 注意的是，由于二极管200及第一电压源AVDD的存在，CP点电压的最小值 将不会降至AVDD的电压值Vavdd以下。因此，在第二时间区段中，A点与B 点分别位为高态(Vh)及低态(Ov)。此时第一 N型金属氧化物半导体晶体 管205为关闭，第二N型金属氧化物半导体晶体管206为导通，第一P型金 属氧化物半导体晶体管201为导通，第二 P型金属氧化物半导体晶体管202 为关闭，第三P型金属氧化物半导体晶体管203为关闭，第四P型金属氧化 物半导体晶体管204为导通，高侧N型金属氧化物半导体晶体管210为关闭， 低侧N型金属氧化物半导体晶体管212为导通。
当Vs再度于第三时间区段开始转换，A点及B点电压也跟着转换。B点 电压转换为高态(Vh),使第一 N型金属氧化物半导体晶体管205导通。A 点电压变成Ov,并使第二 N型金属氧化物半导体晶体管206关闭且低侧N 型金属氧化物半导体晶体管212也关闭。由于第一N型金属氧化物半导体晶 体管205的导通，D及DG点经由第一N型金属氧化物半导体晶体管205而开始放电。DG点电压开始下降直到第二P型金属氧化物半导体晶体管202导通 且第四P型金属氧化物半导体晶体管204关闭。如同前段所述，使第四P型 金属氧化物半导体晶体管203关闭的电压约为Vcpl-Vl+Vt。然而，d点电压 将持续降至O。由于第二P型金属氧化物半导体晶体管202的导通，CP点的 电压将开始对C点充电，并使高侧N型金属氧化物半导体晶体管210导通。 如PVDD的电压值为Vpvdd， PVDD将持续对OUT点充电直到达到Vpvdd,并进 一步提供CP点电压至Vpvdd+Vavdd。最后，C点电压也跟着提升至 Vpvdd+Vavdd。更进一步地，CG点电压也经由C点，提升至Vpvdd+Vavdd。 因此，CG点电压使第一 P型金属氧化物半导体晶体管201关闭而使第三P 型金属氧化物半导体晶体管203导通，而使第三时间区段与第一时间区段的 状态相同。
虽然本发明已以一较佳实施例披露如上，但其并非用以限定本发明，本 领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，当可作若干的更改 与修饰，因此本发明的保护范围应以本发明的权利要求为准。
权利要求
1.一种驱动电路，用以驱动一输出级，该输出级包含一高侧N型金属氧化物半导体晶体管及一低侧N型金属氧化物半导体晶体管，该驱动电路包含一二极管，包含一阳极端及一阴极端，其中该阳极端耦接于一第一电压；一第一P型金属氧化物半导体晶体管及一第二P型金属氧化物半导体晶体管，该第一及第二P型金属氧化物半导体晶体管的一源极均电连接于该二极管的该阴极端；一第三P型金属氧化物半导体晶体管包含一漏极、一源极及一栅极，其中该源极电连接于该第二P型金属氧化物半导体晶体管的一栅极，该漏极电连接于该第一P型金属氧化物半导体晶体管的一漏极及该高侧N型金属氧化物半导体晶体管的一栅极；一第四P型金属氧化物半导体晶体管包含一漏极、一源极及一栅极，其中该源极电连接于该第一P型金属氧化物半导体晶体管的一栅极，该漏极电连接于该第二P型金属氧化物半导体晶体管的一漏极；一第一N型金属氧化物半导体晶体管包含一漏极、一源极及一栅极，其中该漏极电连接于该第四P型金属氧化物半导体晶体管的漏极，该源极耦接于一第二电压，该栅极电连接于一第一输入；以及一第二N型金属氧化物半导体晶体管包含一漏极、一源极及一栅极，其中该漏极电连接于该第三P型金属氧化物半导体晶体管的漏极，该源极耦接于该第二电压，该栅极电连接于一第二输入。
2. 如权利要求1所述的驱动电路，该输出级的该高侧N型金属氧化物半导体晶体管的源极电连接于该低侧N型金属氧化物半导体晶体管的一漏极及一车lr出端。
3.如权利要求2所迷的驱动电路，还包含一电容，电连接于该输出端及该二极管的阴极端。
4. 如权利要求1所述的驱动电路，还包含一限压电路，该限压电路包含一电流镜及一 负载，其中该负载的一第 一端点电连接于该二极管的阴极端，该负载的一第二端点电连接于该电流镜及该第三及第四P型金属氧化物半导体晶体管的栅极。
5. 如权利要求4所述的驱动电路，其中该负载为至少一二极管。
6. 如权利要求4所述的驱动电路，其中该负载为至少一电阻。
7. 如权利要求1所述的驱动电路，其中该第一输入及该第二输入的电压波形为反相。
8. 如权利要求1所述的驱动电路，其中该低侧N型金属氧化物半导体晶体管的栅极电连接于该第二输入。
9. 如权利要求1所述的驱动电路，其中该第二电压为接地。
全文摘要
一种驱动一输出级的驱动电路，包含二极管，包含阳极端及阴极端，其中阳极端耦接于第一电压；阴极端耦接于第一P型MOS晶体管及第二P型MOS晶体管的源极；第三P型MOS晶体管及第四P型MOS晶体管，各包含漏极、源极及栅极，其中源极分别电连接于第二P型MOS晶体管的栅极及第一P型MOS晶体管的栅极，漏极分别电连接于第一P型MOS晶体管的漏极、高侧N型MOS晶体管的栅极及第二P型MOS晶体管的漏极；第一N型MOS晶体管及第二N型MOS晶体管分别包含漏极、源极及栅极，其中漏极分别电连接于第四P型MOS晶体管的漏极及第三P型MOS晶体管的漏极，源极均耦接于第二电压，栅极分别电连接于第一输入及第二输入。
文档编号H03F1/52GK101552593SQ20081017407
公开日2009年10月7日 申请日期2008年11月13日 优先权日2008年4月1日
发明者吴国宏, 曾冠仁 申请人:原景科技股份有限公司