一种集成电路节点的阻抗控制电路的制作方法
【专利摘要】一种集成电路节点的阻抗控制电路，可以在断电和暂态电能的条件下控制集成电路节点的阻抗。电路包括一个连接在电路节点与接地节点之间的PNP型三极管的发射极-集电极电路。
【专利说明】一种集成电路节点的阻抗控制电路
【技术领域】:
[0001]本发明涉及到电路被动控制集成电路节点的阻抗。尤其是涉及到控制集成电路节点的阻抗是在集成电路断电的条件下。
【背景技术】:
[0002]当集成电路没有充分供电时，许多情况下，在集成电路中一个特定节点的阻抗(即集成电路阻抗在节点和像地这样的参考点间)被控制时，如当没有能量来源加载到集成电路的电力供应端，或当集成电路是在一个短暂的状态后立即加载或取消电源。例如，当线路驱动器或复位电路没有动力或在一个短暂的开启或关闭状态时，一个系统设计要求集成电路的输出阻抗线路驱动器或复位电路连接到一个有源线路保持稳定(例如低或高)。
[0003]一些集成电路器件在断电和暂态条件下，设备的输出阻抗是内部节点阻抗的函数。这种情况下，有必要控制在断电条件下内部节点的阻抗使得设备的输出阻抗保持在理想的水平。例如，一个典型的集成电路设备的输出阶段可能包括一个输出三极管的集电极，该集电极连接到设备的输出节点，输出三极管的发射极连接到设备的接地节点，一个电容器连接到三极管的基极-集电极电路(例如频率补偿或控制转换率电路)。在断电条件下，用三极管的集电极-发射极电路来传导电流是不可取的，但这种传导可能发生，例如，一个交流信号由外部电路应用到设备的输出节点时。输出三极管在这种情况下可以传导，因为频率补偿电容耦合交流信号到输出三极管的基极，使三极管导通。
[0004]在过去有人希望在交流信号条件下控制输出阻抗等电路的断电，包括一个电容或在三极管的基极和接地节点间的一个并联的电阻电容网络，来降低从输出节点回到三极管的基极电流流动量。这些方法存在一些缺点。例如，如果一个电容单独使用，在通电条件下，电荷积聚在电容器产生远离三极管基极的传导电流，这可能干扰了设备的正常工作。如果一个并联电阻增加放电电容，在通电条件下，电阻不仅要有较高的电阻值来阻止它干扰电路的正常运行，还必须能够传导大量潜在的电容放电电流。这种电阻需要大量的芯片面积，因此就集成电路芯片的空间而言很昂贵，必须放弃实现该电阻。
[0005]另一个缺点是电容器和电阻电容网络不补偿温度升高对三极管基极-发射极导通电压的影响。当设备的工作温度升高时，需要导通三极管的基极-集电极电压下降。然而，在一定程度上，连接到整个基极-发射极电路的电容或电阻-电容网络衰减了耦合到三极管基极的交流信号，它没有随着温度而增加。因此在高工作温度下，现有的技术使得电容和电阻-电容网络变得不那么有效地防止三极管的传导电流来响应一个交流信号应用到设备的输出节点，因此变得不那么有效地控制设备的输出阻抗。
[0006]离散电路中，在断电的条件下，通过使用一个耗尽型FET三极管在节点和地间创建一个低阻抗电路路径，这已经解决了产生一个低阻抗节点的问题。在通电条件下，一个偏置电压应用到FET三极管的栅极，导致正常存在的导电沟道耗尽。但是，在一个单片的集成电路上实现对集成电路阻抗的控制是可取的。
【发明内容】
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[0007]本发明是一种新颖的电路，在断电和暂态电能条件下，控制集成电路节点的阻抗。该电路包括一个PNP型三极管，PNP型三极管的集电极-发射极连接在电路节点和接地节点之间。三极管的基极通过一个电阻连接到接地节点，在断电时，PNP型三极管的基极上的电压接近零电势。PNP型三极管发射极将电压钳位在节点处的值等于电阻上的电压降加上PNP型三极管的基极-发射极电路上的正向电压降，总和低于最小需要的以达林顿形式连接的NPN型三极管对的基极-发射极导通电压。PNP型三极管基极-发射极电路的正向电压降随着温度的升高而降低，从而降低了钳位电压来补偿NPN型三极管间基极-发射极的温度系数。当电源加载到集成电路时，电流源连接到PNP型三极管的基极产生电流，偏置PNP型三极管的基极-发射极电路，有效地切断PNP型三极管的电路节点。
[0008]本发明的技术解决方案:
[0009]因此，本发明提供了一种新的集成电路节点的阻抗控电路，工作时不需要单独的电源。在高的工作温度下，阻抗控制电路是有效的，在集成电路设备上可实施使用一个小面积的芯片，在通电条件下，其操作不会干扰其他连接到节点的电路的正常运行。
[0010]本发明提出的集成电路节点的阻抗控制电路，当集成电路在通电的条件下，第一个三极管的集电极-发射极电路在第一个节点和第二个节点之间传导电流，当集成电路在断电或暂态电能的条件下，电路直接控制第一节点和第二节点之间的阻抗；当第一个节点和第三个节点之间的电压差超过预定值时，第一个端子在第一个节点和第二个节点间连接第三个节点，在第一个节点和第二个节点之间传导的电流绕过第一个三极管的集电极-发射极电路；当集成电路在通电的条件下，第二个端子连接第三个节点并在第三个节点处产生电压，以此来阻止第一个端子在第一个和第二个节点间传导电流。
[0011]本发明提出的集成电路节点的阻抗控制电路，其中第一个端子包含一个PNP型三极管，或第一个端子由相反极性的第一个三极管所构成；其中第二个端子包含第三个和第二个节点之间的耦合电阻，当集成电路在通电的条件下，电流源连接传导电流到第三节点上。
[0012]本发明提出的集成电路节点的阻抗控制电路，其中PNP型三极管包含一个基极-发射极电路耦合到第一和第三节点，一个集电极-发射极电路耦合到第一和第二节点。
[0013]本发明提出的集成电路节点的阻抗控制电路，其中第二个端子是为了阻止PNP型三极管通过反向偏置PNP型三极管的基极-发射极传导电流。
[0014]本发明提出的集成电路节点的阻抗控制电路，其中电阻端子是由扩散致窄电阻器构成，或电阻端子是由晶体管提供的连接在第二个和第三个节点之间的路径构成。
[0015]本发明提出的集成电路节点的阻抗控制电路，集成电路具有通电、断电和暂态电能状态，包括第一个三极管的集电极-发射极电路连接到第一个节点和第二个节点的传导电流，集成电路进一步包括第三个节点适合接收一个驱动信号来控制第一个三极管的集电极-发射极电路的电流传导，信号路径能够耦合连接在第一个节点和第三个节点间的交流信号，在第二和第三个节点间产生一个电压差来足以使第一个三极管导通，电路可以防止第一个三极管转向响应电压差；当集成电路在断电或暂态电能条件下，第二个三极管的发射极-集电极电路连接到第三个和第二个节点间的传导电流来响应电压差，以此来阻止第一个三极管的导通；一个电阻端子连接在第二个三极管基极和节点间来传导电流；当集成电路在通电的条件下，电流源连接到电阻的端子，产生一个电压用来足以反向偏置第二个三极管的基极-发射极，表明增加的电压正从第一个三极管的驱动信号中分离。
[0016]本发明提出的集成电路节点的阻抗控制电路，其中第二个三极管是一个PNP型三极管，电阻端子由扩散致窄电阻器组成或由一个FET三极管组成，其中第一个和第二个节点分别连接到集成电路的输出和接地端子。
[0017]本发明提出的集成电路节点的阻抗控制电路，当集成电路在通电的环境下，集成电路具有通电、断电和暂态电能状态，第一个三极管的集电极-发射极电路连接到第一个节点和第二个节点间来传导电流，响应加载到第一个三极管的控制信号，当集成电路在断电和暂态电能的条件下，同时电压差适用于第一个和第二个节点时，电路用来降低第一个和第二个节点之间的阻抗，【具体实施方式】如下:当集成电路在断电或暂态电能条件下，第二个三极管的发射极-集电极电路连接到第一个和第二个节点间以传导电流，从而响应电压差，表明电流绕过了第一个三极管的集电极-发射极电路；电阻端子连接到第二个三极管的基极和第二个节点间来传导电流；当集成电路在通电的条件下，电流源连接到电阻的端子，产生一个电压用来足以反向偏置第二个三极管的基极-发射极。
[0018]本发明提出的集成电路节点的阻抗控制电路，其中第二个三极管是一个PNP型三极管，电阻端子由扩散致窄电阻器组成或由一个FET三极管组成，其中第一个和第二个节点分别连接到集成电路的输出和接地端子。
[0019]对比专利文献:CN202121557U电路阻抗控制器201120176466.9【专利附图】
【附图说明】:
[0020]附图将对本发明的优点作进一步的描述。部分器件的参考字符已在图中标明。
[0021]图1是传统的输出级电路原理图。
[0022]图2是一个电路原理图。体现了本发明的阻抗控制电路。
[0023]图3是一个输出级电路原理图，是本发明的阻抗控制电路的另一体现。
【具体实施方式】:
[0024]参考图1，常规输出级100是一种常用的集成电路器件，输出级100包括由NPN型三极管103和104组成达林顿NPN型三极管对102，达林顿NPN型三极管对102用来在输出节点106和接地节点108间传导电流。例如，在集成电路器件中，输出节点106和接地节点108可能分别连接到设备的输出和接地端子，端子适用于连接外部元件。
[0025]输出级100还包括电容器110，电容110的一端连接输出节点106到达林顿对102的集电极112。电容110的另一端连接节点114到达林顿对102的基极116，来驱动电路118。驱动电路118是一种常规的或其他的电路，提供一个驱动信号到达林顿对102的基极116来控制在输出节点106和接地节点108间的电流传导。
[0026]在断电条件下，驱动电路118不能提供一个驱动信号到达林顿对102的基极116，通常表现出比电容器110和达林顿对102基极116结合的阻抗(在节点114处)还高的输出阻抗。因此，在断电的条件下，驱动电路118不能极大地影响节点114的阻抗，并能有效地断开节点114。
[0027]在断电条件下，输出节点106处，输出级100的输出阻抗实现的功能是合并电容器110和达林顿对102的集电极112的阻抗。在直流信号条件下(例如，电路连接到输出级100引起一个直流电压，该电压加载到输出节点106和接地接点108间的输出级100)，电容器110和达林顿对102的集电极112都表现出很高的阻抗，这样就没有实质性的电流通过电容器或达林顿对传导。
[0028]然而，在交流信号条件下，电容器110具有阻抗，它的功能是电容和交流信号频率将在输出节点106和节点114间传导电流。因此，在断电条件下，电容器110工作将交流信号从输出节点106耦合到节点114。由于驱动电路118的高输出阻抗，有效地引起它从节点114断开，交流信号通过节点114耦合到达林顿对102的基极116，可提供足够的驱动到达林顿对102导致其导通，并在输出节点106和接地接点108间传导电流。从而达林顿对102的电流增益将引起输出级100放大交流信号，应用在输出节点106和接地接点108上，并在交流条件下表现出不必要的低输出阻抗。
[0029]图2显示了一种根据本发明得到的断电阻抗控制电路200，该电路连接到图1的输出级100。断电阻抗控制电路200包括PNP型三极管202，该三极管的发射极204连接到节点114，集电极连接到接地节点108。一个电流源209连接在PNP型三极管202的基极208和集成电路的电源供应器(图中未显示)间。基极208和电流源209都连接到电阻210的一端，电阻的另一端连接到节点108。
[0030]简单地说，在断电的条件下，PNP型三极管202的增益控制节点114的阻抗，来防止达林顿三极管对102导通。当一个积极的交流信号应加载到输出接点106并且通过电容110耦合到节点114时，增大的电压出现在节点114，在PNP型三极管202的基极-发射极间产生一个正向偏置电压，造成三极管的基极208传导一个小电流。电流源209可能是一个常规的恒定电流源或电流供应电路，在断电条件下保持关闭状态，因为集成电路没有驱动。因此，基极208传导电流流经电阻210，电阻210固定基极208 —个电压，该电压接近接地节点的电压。因此，当PNP型三极管202的发射极204(即节点114)略高于它的基极-发射极上的驱动电压(例如，在25°C下为0.6-0.7V)时，PNP型三极管202将导通。这个电压低于导致达林顿对102导通所需的电压(例如25°C下的1.4V)，这样在节点114处的交流信号上升到一个足以导通达林顿对102的值之前，PNP型三极管202导通。
[0031]虽然使达林顿对102导通所需的最低电压具有一个大约_4mV/C的温度系数，温度补偿由PNP型三极管202提供，PNP型三极管202的最小导通电压有一个_2mV/C的温度系数。因此，随着温度的升高，钳位电压以一速率接近达林顿对102的最小导通电压，该速率等于两个温度系数间的差。然而，以这样的速率，钳位电压将不能达到达林顿对102的最小导通电压。
[0032]PNP型三极管202的集电极-发射极电路在节点114和接地节点108间提供了一个低阻抗电流路径，来响应节点114处的交流信号，在节点114处，它的钳位电压值低于达林顿对102的导通电压。这个电流路径通过电容器110分流传导的电流，电容器110远离达林顿对102的基极116，并且在断电条件下，这个电流路径保持达林顿对102在一个不导通的状态。由于PNP型三极管202的电流增益，只有一个小电流必须由电阻210传导，导致PNP型三极管202的集电极-发射极电路传导电流，来响应在它的发射极处的交流信号。因此，电阻210不需要传导电容器110的充分放电电流，PNP型三极管202的基极维持在一个接近地电位的电压。[0033]在通电条件下，电流源209传导电流到基极208和电阻210，在PNP型三极管的基极处引起足够高的电压，来反向偏置它的基极-发射极。这有效地将PNP型三极管202从节点114处断开，并且在通电条件下，允许驱动电路118来控制达林顿对102。
[0034]在一个典型的集成电路实现图2阻抗控制电路中，一个衬底的PNP型三极管可以被用作PNP型三极管202和一个高阻值的扩散致窄电阻器可以被用作电阻210。扩散致窄电阻器的值不需要精确控制，因为它的值对电路的运作不是至关重要的。例如，电阻可以在25000-100000欧姆范围内。如果需要增加节点114处的钳位电压，更高的电阻值可以被使用。扩散致窄电阻器可以实现在一个小芯片面积上而不需要特殊的处理步骤，因此适合用在断电阻抗控制电路200的集成电路上实现。另外，其他导电手段，在集成电路断电的条件下保持传导，如FET三极管可以用来代替扩散致窄电阻，在三极管202的基极和接地节点108间提供一个电流导电电阻路径，用图2的图框210a表示。
[0035]根据发明的原则，在断电和暂态的情况下，断电阻抗控制电路也可以被用于直接控制常规的输出级电路输出节点的阻抗，这种类型的例子体现在图3。
[0036]图3显示了一个常规输出级300的简化电路图，包括一个NPN型三极管302，NPN型三极管302连接到节点304和接地节点306间的传导电流，来响应从连接到基极的驱动电路308的驱动信号。三极管302的集电极连接到输出节点304和三极管302的发射极连接到接地节点306。在断电条件下，输出节点304(参考地面节点306)的直流和交流阻抗通常是一个NPN型三极管302集电极的阻抗，当没有驱动信号提供到三极管的基极时，它是比较高的。
[0037]类似于图2的断电阻抗控制电路200，断电阻抗电路310包括一个PNP型三极管312，一个电阻314和一个电流源316。正如下文更详细的描述，当超过阈值的外部交流或直流信号加载在输出节点304和接地节点306间，PNP型三极管312的电流增益工作来降低输出节点304的阻抗。
[0038]PNP型三极管312的集电极-发射极电路连接在输出节点304和接地节点306之间，它的基极通过电阻314连接到接地节点304。当一个电压信号的阈值比用来导通PNP型三极管312的最小基极-发射极正向偏压稍大时(占据由PNP型三极管312的传导电流在电阻314上产生的电压)，PNP型三极管312的集电极-发射极在输出节点304和接地节点306之间传导。当PNP型三极管312以这种方式导通时，输出节点304处被钳位的电压比PNP型三极管312的基极-发射极的正向偏置电压稍大。因此，由于PNP型三极管312的电流增益，低阻抗的电流路径通过一个由电阻314和PNP型三极管的基极传导的电流，被创建在输出节点304和接地节点306之间。当一个超过阈值的交流或直流信号应用到输出节点304时，该电流路径降低了输出节点的阻抗，因此可以用来控制集成电路设备的输出阻抗。
[0039]在断电条件下，连接在集成电路的电路电源(图中未显示)和PNP型三极管312的基极与电阻314的一端间的电流源316不传导电流。相反，电流源316传导足够的电流到PNP型三极管312的基极和电阻314，导致PNP型三极管312反向偏置。因此，在通电的条件下，PNP型三极管312从输出级电路被有效地断开。
[0040]电流源316可以作为一个常规的恒定电流源或其他提供电流电路被实现。在一个实施集成电路中，PNP型三极管312可以作为一个衬底PNP型三极管被实现，电阻314可以作为一个具有阻值25000-100000欧姆的扩散致窄电阻被实现，或在集成电路断电条件下，通过其他导电方式保持导电性，如FET三极管，用图3的图框314a表示。
[0041]在暂态电能条件以及断电条件下，上述实施方案适合于控制电路节点的阻抗。例如，在集成电路导通下，断电阻抗控制电路可以用来控制集成电路的输出阻抗。在这种情况下，电流源用来反向偏置输出阻抗控制电路的PNP型三极管，输出阻抗控制电路可以被集成电路中的常规电路控制，以致阻抗控制电路不能有效地从节点断开直到一个预设的时间，该时间为集成电路达到一个稳定的通电状态。
[0042]为了说明集成电路在相关参考上已经简化，从而仅仅描述了输出级较大的部分，其中的细节与本发明的阻抗控制电路的原则和操作的讨论不相关。至于较大的电路，从上面的相关参考和参考译文很明显知道，这足以表明本发明的阻抗控制电路可以实现在各种集成电路设备中，而不局限于像线路驱动器、复位电路和运算放大器这样的设备类型；并且不限于使用在这样设备的输出级，同时可被用于控制内部和外部节点中其他设备的阻抗。
【权利要求】
1.一种集成电路节点的阻抗控制电路，其特征是:当集成电路在通电的条件下，第一个三极管的集电极-发射极电路在第一个节点和第二个节点之间传导电流，当集成电路在断电或暂态电能的条件下，电路直接控制第一节点和第二节点之间的阻抗；当第一个节点和第三个节点之间的电压差超过预定值时，第一个端子在第一个节点和第二个节点间连接第三个节点，在第一个节点和第二个节点之间传导的电流绕过第一个三极管的集电极-发射极电路；当集成电路在通电的条件下，第二个端子连接第三个节点并在第三个节点处产生电压，以此来阻止第一个端子在第一个和第二个节点间传导电流。
2.根据权利要求1所述的一种集成电路节点的阻抗控制电路，其特征是:其中第一个端子包含一个PNP型三极管，或第一个端子由相反极性的第一个三极管所构成；其中第二个端子包含第三个和第二个节点之间的耦合电阻，当集成电路在通电的条件下，电流源连接传导电流到第三节点上。
3.根据权利要求2所述的一种集成电路节点的阻抗控制电路，其特征是:其中PNP型三极管包含一个基极-发射极电路耦合到第一和第三节点，一个集电极-发射极电路耦合到第一和第二节点。
4.根据权利要求3所述的一种集成电路节点的阻抗控制电路，其特征是:其中第二个端子是为了阻止PNP型三极管通过反向偏置PNP型三极管的基极-发射极传导电流。
5.根据权利要求2所述的一种集成电路节点的阻抗控制电路，其特征是:其中电阻端子是由扩散致窄电阻器构成，或电阻端子是由晶体管提供的连接在第二个和第三个节点之间的路径构成。
6.根据权利要 求1所述的一种集成电路节点的阻抗控制电路，其特征是:集成电路具有通电、断电和暂态电能状态，包括第一个三极管的集电极-发射极电路连接到第一个节点和第二个节点的传导电流，集成电路进一步包括第三个节点适合接收一个驱动信号来控制第一个三极管的集电极-发射极电路的电流传导，信号路径能够耦合连接在第一个节点和第三个节点间的交流信号，在第二和第三个节点间产生一个电压差来足以使第一个三极管导通，电路可以防止第一个三极管转向响应电压差；当集成电路在断电或暂态电能条件下，第二个三极管的发射极-集电极电路连接到第三个和第二个节点间的传导电流来响应电压差，以此来阻止第一个三极管的导通；一个电阻端子连接在第二个三极管基极和节点间来传导电流；当集成电路在通电的条件下，电流源连接到电阻的端子，产生一个电压用来足以反向偏置第二个三极管的基极-发射极，表明增加的电压正从第一个三极管的驱动信号中分离。
7.根据权利要求6所述的一种集成电路节点的阻抗控制电路，其特征是:其中第二个三极管是一个PNP型三极管，电阻端子由扩散致窄电阻器组成或由一个FET三极管组成，其中第一个和第二个节点分别连接到集成电路的输出和接地端子。
8.根据权利要求1所述的一种集成电路节点的阻抗控制电路，其特征是:当集成电路在通电的环境下，集成电路具有通电、断电和暂态电能状态，第一个三极管的集电极-发射极电路连接到第一个节点和第二个节点间来传导电流，响应加载到第一个三极管的控制信号，当集成电路在断电和暂态电能的条件下，同时电压差适用于第一个和第二个节点时，电路用来降低第一个和第二个节点之间的阻抗，【具体实施方式】如下:当集成电路在断电或暂态电能条件下，第二个三极管的发射极-集电极电路连接到第一个和第二个节点间以传导电流，从而响应电压差，表明电流绕过了第一个三极管的集电极-发射极电路；电阻端子连接到第二个三极管的基极和第二个节点间来传导电流；当集成电路在通电的条件下，电流源连接到电阻的端子，产生一个电压用来足以反向偏置第二个三极管的基极-发射极。
9.根据权利要求8所述的一种集成电路节点的阻抗控制电路，其特征是:其中第二个三极管是一个PNP型三极管，电阻端子由扩散致窄电阻器组成或由一个FET三极管组成，其中第一个和第二个 节点分别连接到集成电路的输出和接地端子。
【文档编号】H03H7/38GK203813743SQ201320764928
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2013年11月27日 优先权日:2013年11月27日
【发明者】不公告发明人 申请人:苏州贝克微电子有限公司