专利名称：自适应噪声抑制驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自适应噪声抑制驱动电路。
背景技术：
同步开关噪声(Simultaneous Switch Noise, SSN)已经成为现代集成电路设计中一个非常重要的问题。当多个器件同时处于开关状态，产生瞬间变化的电流(d i/dt)，在经过回流途径上存在的电感时，形成交流压降，从而引起的噪声，有时也称为同步开关输出噪声(Simultaneous Switch Output Noise, SS0N)。如果由于封装电感而引起地平面波动，造成芯片地和系统地不一致的,我们称这种现象为地弹(Ground Bounce);如果是由于封装电感引起的芯片和系统的电源差异的，就称为电源弹跳(Power Bounce )。附图I为芯片封装引脚的等效模型，其中C1、C2为封装上的寄生电容，R代表压焊接触、压焊丝、引线的寄生电阻，对SSN来说，CI、C2、R可以忽略。L代表采用封装技术而存在的寄生电感，一般DIP封装技术其寄生电感L为2-18nH，是SSN产生的根源。附图2为驱动电路考虑封装时的等效模型。在输出信号逻辑转变的瞬间，有一定电流流过电源或者地线。这时寄生电感L上将会产生相应的压降，大小为L(di/dt)。当芯片有多个输出共用一个电源时，L上的压降等于L [ ((Ii1/dt) + (di2/dt) ++ (din/ dt) ] (I)由于芯片输出不同数据，总的di/dt是不同的，因此相当于在电源和地线上串连了一个变化的噪声电源，就是SSN。SSN给信号传输带来很多影响，如使芯片内的参考地与系统的参考地不一致，同时地弹噪声会影响信号的下降沿变缓，信号的波形同样会受到地弹噪声的干扰，在一些存储性器件里，还有可能因为电源和地弹噪声的影响发生意外翻转。SSN还会导致信号失真，从而产生门延迟。附图3为反相器驱动电路，是当今最常用的一种驱动电路，该电路作为高频信号的输出级具有许多缺点。当M3、M4管子尺寸较大时，反相器驱动能力较强，流过反相器的电流变化率较快，根据公式(I)可知，其产生的同步开关噪声较大。当M3、M4管子尺寸较小时，反相器驱动能力降低，流过反相器的电流变小，因此相同时间内电流变化率减小，同步开关噪声降低。此时，如驱动电路负载较重，反相器无法正常驱动，会使输出信号存在较大的失真。附图4为上述反相器驱动电路的输出波形,Vinl处输入一个IOMHz的方波,负载电容Cl = IOOpF,可以看出信号出现较大的失真，当负载电容继续增大,贝U失真进一步增加。因此该结构无法随外界负载变化进行相应调整。附图5为现有的具有同步开关噪声抑制功能的驱动电路，该电路能对输出信号的上升时间(O和下降时间(tf)进行调节，从而抑制同步开关噪声的影响。但其驱动能力依然有限，当负载较重的时候，同样会使输出信号产生较大的失真，因此限制了其应用范围。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用范围广、可自动调节输出信号的上升时间和下降时间来抑制噪声的自适应噪声抑制驱动电路。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是一种自适应噪声抑制驱动电路，包括驱动模块、增加所述的驱动模块的输出信号的上升时间和下降时间的减速模块，所述的减速模块的输出端与所述的驱动模块相连接，所述的自适应噪声抑制驱动电路还包括感应模块，所述的感应模块的输入端与所述的驱动模块的输出端相连接，所述的感应模块感应所述的驱动模块的输出信号的上升时间和下降时间的变化并输出感应信号;加速模块，所述的加速模块的输入端与所述的感应模块的输出端相连接，所述的 加速模块的输出端反馈至所述的驱动模块，所述的加速模块根据所述的感应信号自动减小所述的驱动模块的输出信号的上升时间和下降时间并增大所述的驱动模块的驱动能力。优选的，所述的自适应噪声抑制驱动电路具有三种工作状态当其负载小于第一临界值时，所述的减速模块起主要作用而调节所述的驱动模块的输出信号的上升时间和下降时间；当其负载大于第二临界值时，所述的感应模块和所述的加速模块起主要作用而调节所述的驱动模块的输出信号的上升时间和下降时间；当其负载大于或等于所述的第一临界值且小于或等于所述的第二临界值时，所述的减速模块、所述的感应模块、所述的加速模块共同作用而调节所述的驱动模块的输出信号的上升时间和下降时间。优选的，所述的感应模块包括第一感应单元和第二感应单元，所述的加速模块包括第一加速单元和第二加速单元，所述的第一感应单元的输入端和所述的第二感应单元的输入端分别与所述的驱动模块的输出端相连接，所述的第一加速单元的输入端与所述的第一感应单元的输出端相连接，所述的第二加速单元的输入端与所述的第二感应单元的输出端相连接，所述的第一加速单元的输出端和所述的第二加速单元的输出端分别反馈至所述的驱动模块；所述的第一感应单元和所述的第一加速单元构成上升时间减小部分，所述的第二感应单元和所述的第二加速单元构成下降时间减小部分。优选的，所述的第一感应单元包括第一感应管，所述的第一感应管的栅极与所述的驱动模块相连接，所述的第一感应管的漏极与所述的驱动模块相连接，所述的第一感应管的衬底与电源相连接，所述的第一感应管的源极为所述的第一感应单元的输出端与所述的第一加速单元相连接；所述的第一加速单元包括第一辅助驱动管，所述的第一辅助驱动管的栅极与所述的第一感应管的源极相连接，所述的第一辅助驱动管的漏极和衬底共同与电源相连接，所述的第一辅助驱动管的源极为所述的第一加速单元的输出端反馈至所述的驱动模块的输出端；所述的第二感应单元包括第二感应管，所述的第二感应管的栅极与所述的驱动模块相连接，所述的第二感应管的漏极与所述的驱动模块相连接，所述的第二感应管的衬底与地相连接，所述的第二感应管的源极为所述的第二感应单元的输出端与所述的第二加速单元相连接；所述的第二加速单元包括第二辅助驱动管，所述的第二辅助驱动管的栅极与所述的第二感应管的源极相连接，所述的第二辅助驱动管的漏极和衬底共同接地，所述的第二辅助驱动管的源极为所述的第二加速单元的输出端反馈至所述的驱动模块的输出端。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点本发明的驱动电路具有自适应能力，根据外接负载电容的不同，自动调节输出信号的上升时间和下降时间，进而减小输出信号的同步开关噪声并增大其驱动能力，减少信号的失真。
附图I为芯片封装引脚的等效模型。附图2为驱动电路考虑封装时的等效模型。附图3为反相器驱动电路图。附图4为反相器驱动电路的仿真图。附图5为现有技术中具有同步开关噪声抑制功能的驱动电路图。 附图6为本发明的自适应噪声抑制驱动电路的结构框图。附图7为本发明的自适应噪声抑制驱动电路的实施例一的电路原理图。附图8为反相器驱动电路与本申请的自适应噪声抑制驱动电路在各管尺寸相同、负载电容不同下输出信号对比图。
具体实施例方式下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。实施例一参见附图6所示。 一种自适应噪声抑制驱动电路，包括驱动模块，该驱动模块采用现有的驱动电路；减速模块，减速模块的输出端与驱动模块相连接，减速模块增加驱动模块的输出信号的上升时间tr和下降时间tf ；上述驱动模块和减速模块与现有的具有同步开关噪声抑制功能的驱动电路相同，在此基础上，该自适应噪声抑制驱动电路还包括感应模块，感应模块的输入端与驱动模块的输出端相连接，感应模块感应驱动模块的输出信号的上升时间和下降时间的变化并输出感应信号；加速模块，加速模块的输入端与感应模块的输出端相连接，加速模块的输出端反馈至驱动模块，加速模块根据感应信号自动减小驱动模块的输出信号的上升时间和下降时间并增大驱动模块的驱动能力。具体的，感应模块包括第一感应单元和第二感应单元，加速模块包括第一加速单元和第二加速单元，第一感应单元的输入端和第二感应单元的输入端分别与驱动模块的输出端相连接，第一加速单元的输入端与第一感应单元的输出端相连接，第二加速单元的输入端与第二感应单元的输出端相连接，第一加速单元的输出端和第二加速单元的输出端分别反馈至驱动模块；第一感应单元和第一加速单元构成上升时间减小部分，第二感应单元和第二加速单元构成下降时间减小部分。该自适应噪声抑制驱动电路具有三种工作状态当其负载小于第一临界值时，减速模块起主要作用而调节驱动模块的输出信号的上升时间tr和下降时间tf ;当其负载大于第二临界值时，感应模块和加速模块起主要作用而调节驱动模块的输出信号的上升时间tr和下降时间tf ;当其负载大于或等于第一临界值且小于或等于第二临界值时，减速模块、感应模块、加速模块共同作用而调节驱动模块的输出信号的上升时间tr和下降时间
tf O参见附图7所示的本自适应噪声抑制驱动电路的一种实现方式，第一感应单元包括第一感应管M17，第一感应管M17的栅极与驱动模块相连接，第一感应管M17的漏极与驱动模块相连接，第一感应管 M17的衬底与电源vdd相连接，第一感应管M17的源极为第一感应单元的输出端与第一加速单元相连接；第一加速单元包括第一辅助驱动管M19，第一辅助驱动管M19的栅极与第一感应管M17的源极相连接，第一辅助驱动管M19的漏极和衬底共同与电源vdd相连接，第一辅助驱动管M19的源极为第一加速单元的输出端反馈至驱动模块的输出端。第二感应单元包括第二感应管M18，第二感应管M18的栅极与驱动模块相连接，第二感应管M18的漏极与驱动模块相连接，第二感应管M18的衬底与地gnd相连接，第二感应管M18的源极为第二感应单元的输出端与第二加速单元相连接；第二加速单元包括第二辅助驱动管M20，第二辅助驱动管M20的栅极与第二感应管M18的源极相连接，第二辅助驱动管M20的漏极和衬底共同接地gnd，第二辅助驱动管M20的源极为第二加速单元的输出端反馈至驱动模块的输出端。而减速模块包括用于增加驱动模块的输出信号的下降时间tf的电阻R3和用于增加驱动模块的输出信号的上升时间tr的电阻R4。本自适应噪声抑制驱动电路的工作原理是驱动模块输出方波信号驱动容性负载C3，感应模块感应输出信号Vout3的上升时间tr及下降时间tf的变化，并将结果输出给加速模块，加速模块则根据其上升时间tr和下降时间tf的大小对输出信号Vout3进行自动调节。当驱动电路的负载C3较轻时，驱动模块的输出信号的上升时间tr及下降时间tf较小。此时感应模块及加速模块虽然工作，但能力很弱，对输出信号Vout3起主要作用的是减速模块，其目的是增大输出信号Vout3的上升时间tr及下降时间tf，减小驱动电路的同
步开关噪声。当驱动电路的负载C3较重时，驱动模块的输出信号Vout3的上升时间tr及下降时间tf较大。此时，感应模块、加速模块、减速模块共同调节输出信号Vout3的上升时间tr及下降时间tf。当驱动电路的负载C3进一步加大时，驱动模块的输出信号Vout3由于驱动能力限制会产生失真。此时，感应模块、加速模块在电路中起主要作用，其对电路的加速作用要大于减速模块对电路的减速作用。加速模块对电路驱动能力进行补偿，减弱电路由于大负载而造成信号失真的影响，实现自动调节的目的。结合附图7所示的实现电路来说，该自适应噪声抑制驱动电路的原理为定义第一感应管M17的漏极电压为VII，第一辅助驱动管M19的栅极电压为V13，而第二感应管M18的漏极电压为V12,第二辅助驱动管M20的栅极电压为V14。第一感应管M17、第二感应管M18感应驱动模块的输出信号Vout3的摆率，从而改变自身等效电阻的大小，进而改变第一辅助驱动管M19、第二辅助驱动管M20栅压大小，根据外接负载电容C3的不同，判断是否需要增大输出信号Vout3的驱动能力，自动调节输出信号Vout3的摆率，从而既能调节芯片的开关噪声，又能保证信号的传输速率。
具体地说，在容性负载C3较小的情况下(即小于第一临界值时)，当输出信号Vout3从低电平升为高电平时，其上升时间tr较短，驱动模块的输出端处电压即第一感应管M17的栅压由低变高速度较快，第一感应管M17由饱和到截止，其导通电阻Rm17逐渐增大，由于V13=V11-IRm17，所以第一辅助驱动管M19的栅极电压V13降低。而V13下降速度慢，第一感应管M17提前截止，之后V13保持第一感应管M17截止时的电压大小不变。由于输出信号Vout3的上升时间tr短，第一辅助驱动管M19的栅极电压V13不足以使第一辅助驱动管M19导通，此时电路主要起作用的是减速模块的电阻R1，其作用是增加输出信号Vout3的下降时间tf。同理第二感应管M18、第二辅助驱动管M20、电阻R2的作用是增加输出信号Vout3的上升时间tr。因此在负载电容较小时,该电路能有效的增大输出信号Vout3的上升时间tr和下降时间tf。在容性负载C3较大的情况下(即大于第二临界值时)，输出信号Vout3从低电平升为高电平时，其上升时间tr较长，第一感应管M17的栅压变化较慢，因此第一感应管M17由完全导通到截止所用时间较长，导致V13电压较低，此时该电压V13使得第一辅助驱动管M19导通，电流从第一辅助驱动管M19流入负载电容C3，增强了输出信号Vout3的驱动能力，减·小了输出信号Vout3的上升时间。此时起主要作用的是第一辅助驱动管M19而不是电阻Rl0同理第二感应管M18、第二辅助驱动管M20能有效的减小输出信号Vout3的下降时间tf。因此该电路在负载电容C3较大时，能有效的减小输出信号Vout3的上升时间tr和下降时间tf。在容性负载C3大于或等于第一临界值且小雨或等于第二临界值时，减速模块、感应模块、加速模块共同作用与驱动电路来对其输出信号Vout3进行调节。参见附图8的反相器驱动电路(附图3所示)与本申请的自适应噪声抑制驱动电路(附图7所示)在各管尺寸相同、负载电容不同下输出信号对比图，其输入信号为IOMHz方波，tr=tf = 0. Ins。Voutl为反相器电路的输出，Vout3为本发明的自适应噪声抑制驱动电路的输出，负载电容分别为5pF、40pF、80pF、120pF。上述两个电路的仿真结果参见下表所示。
权利要求
1.一种自适应噪声抑制驱动电路，包括驱动模块、増加所述的驱动模块的输出信号的上升时间和下降时间的減速模块，所述的减速模块的输出端与所述的驱动模块相连接，其特征在于所述的自适应噪声抑制驱动电路还包括 感应模块，所述的感应模块的输入端与所述的驱动模块的输出端相连接，所述的感应模块感应所述的驱动模块的输出信号的上升时间和下降时间的变化并输出感应信号； 加速模块，所述的加速模块的输入端与所述的感应模块的输出端相连接，所述的加速模块的输出端反馈至所述的驱动模块，所述的加速模块根据所述的感应信号自动减小所述的驱动模块的输出信号的上升时间和下降时间并增大所述的驱动模块的驱动能力。
2.根据权利要求I所述的自适应噪声抑制驱动电路，其特征在于所述的自适应噪声抑制驱动电路具有三种工作状态当其负载小于第一临界值时，所述的减速模块起主要作用而调节所述的驱动模块的输出信号的上升时间和下降时间 ；当其负载大于第二临界值时，所述的感应模块和所述的加速模块起主要作用而调节所述的驱动模块的输出信号的上升时间和下降时间；当其负载大于或等于所述的第一临界值且小于或等于所述的第二临界值时，所述的减速模块、所述的感应模块、所述的加速模块共同作用而调节所述的驱动模块的输出信号的上升时间和下降时间。
3.根据权利要求I或2所述的自适应噪声抑制驱动电路，其特征在于所述的感应模块包括第一感应单元和第二感应单元，所述的加速模块包括第一加速単元和第二加速单元，所述的第一感应单元的输入端和所述的第二感应单元的输入端分别与所述的驱动模块的输出端相连接，所述的第一加速単元的输入端与所述的第一感应单元的输出端相连接，所述的第二加速単元的输入端与所述的第二感应单元的输出端相连接，所述的第一加速单元的输出端和所述的第二加速単元的输出端分别反馈至所述的驱动模块；所述的第一感应単元和所述的第一加速单元构成上升时间减小部分，所述的第二感应单元和所述的第二加速单元构成下降时间减小部分。
4.根据权利要求3所述的自适应噪声抑制驱动电路，其特征在于所述的第一感应单元包括第一感应管，所述的第一感应管的栅极与所述的驱动模块相连接，所述的第一感应管的漏极与所述的驱动模块相连接，所述的第一感应管的衬底与电源相连接，所述的第一感应管的源极为所述的第一感应单元的输出端与所述的第一加速単元相连接；所述的第一加速単元包括第一辅助驱动管，所述的第一辅助驱动管的栅极与所述的第一感应管的源极相连接，所述的第一辅助驱动管的漏极和衬底共同与电源相连接，所述的第一辅助驱动管的源极为所述的第一加速単元的输出端反馈至所述的驱动模块的输出端； 所述的第二感应单元包括第二感应管，所述的第二感应管的栅极与所述的驱动模块相连接，所述的第二感应管的漏极与所述的驱动模块相连接，所述的第二感应管的衬底与地相连接，所述的第二感应管的源极为所述的第二感应单元的输出端与所述的第二加速単元相连接；所述的第二加速単元包括第二辅助驱动管，所述的第二辅助驱动管的栅极与所述的第二感应管的源极相连接，所述的第二辅助驱动管的漏极和衬底共同接地，所述的第二辅助驱动管的源极为所述的第二加速単元的输出端反馈至所述的驱动模块的输出端。
全文摘要
本发明涉及一种自适应噪声抑制驱动电路，包括驱动模块、输出端与驱动模块相连接用于增加驱动模块的输出信号的上升时间和下降时间的减速模块、感应模块、加速模块；感应模块的输入端与驱动模块的输出端相连接，感应模块感应驱动模块的输出信号的上升时间和下降时间的变化并输出感应信号；加速模块的输入端与感应模块的输出端相连接，加速模块的输出端反馈至驱动模块，加速模块根据感应信号自动减小驱动模块的输出信号的上升时间和下降时间并增大驱动模块的驱动能力。本发明的驱动电路具有自适应能力，根据外接负载电容的不同，自动调节输出信号的上升时间和下降时间，进而减小输出信号的同步开关噪声并增大其驱动能力，减少信号的失真。
文档编号H03K17/16GK102739214SQ201210202639
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月19日 优先权日2012年6月19日
发明者唐兴刚, 王丽, 胡传菊, 贺克军, 陈超, 龙善丽 申请人:中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心