JP3597897B2 - 動的バイアス回路とその方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は一般に、電子回路分野に関するものであり、更に詳細には進歩した動的バイアス回路とその方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
バイポーラートランジスタや電界効果トランジスタのような半導体デバイスは電子回路に広く使用されている。それらの半導体デバイスを使用する時にはそれらを適正にバイアスすることが必要である。正しくバイアスすることで、それらのデバイスは予め予測できる動作をするし、電子回路中の要素として貴重なものとなる。
【0003】
半導体デバイスの許容範囲を外れて変動する電圧レベルを持つ電子回路は、それら同じ半導体デバイスのバイアスに関して問題を引き起こす可能性がある。半導体デバイスはしばしば一定の電圧基準によってバイアスを与えられることがある。この一定のバイアスであれば、半導体デバイスが所望される動作を行うことに失敗する原因となり、さらにはいくつかのデバイスを破損に至らしめるような、半導体デバイスの望ましくないバイアスを回避することができる。しかしながら数多くのケースにおいて、電子回路中の半導体デバイスは電子回路中のその他の電圧レベルと同じように、時間変動する電圧レベルで以てバイアスされる。そのような変動するバイアス電圧レベルは、特にそのデバイスの他のバイアス地点が一定の電圧レベルにある時に、半導体デバイスの適正なバイアスという点で問題を引き起こす可能性がある。
【0004】
【発明の概要】
バイアス電圧が時間とともに変化する時に、半導体デバイスが適正にバイアスされることを許容する動的バイアス回路に対する需要が発生する。本発明に従えば、動的バイアス回路が提供され、それは従来のバイアス回路に付随する欠点や問題点を本質的に解消する。
【0005】
本発明の1つの実施例に従えば動的バイアス回路が提供され、それは動的電圧レベルを有する第1のノードと第2のノードとへつながれたブロッキング電流源(blocking current source)を含む。このブロッキング電流源は、第1ノードから第2ノードへの電流を許容し、第2ノードから第1ノードへの電流を阻止するように動作する。前記第1ノードと第2ノードとに対してリニヤーソースフォロワー(linear source follower)がつながれる。前記リニヤーソースフォロワーに対して、本質的に一定の電圧レベルを有する電圧基準がつながれ、このリニヤーソースフォロワーは、前記第1ノードの動的電圧レベルが前記電圧基準の本質的に一定の電圧レベルよりも低い場合には前記第2ノードを前記電圧基準へつなぎ、また前記第1ノードの動的電圧レベルが前記電圧基準の本質的に一定の電圧レベルよりも高い時には前記第2ノードの電圧レベルを前記第1ノードの動的電圧レベルに追随させるように動作する。
【0006】
本発明の別の実施例に従えば、動的バイアス回路が提供され、それは、電源と第1のノードとにつながれて前記電源から前記第1ノードへの電流を許容し、また前記電源から前記第1ノードへの電流を阻止するように動作する制御されたブロッキング電流源を含む。前記第1ノードと動的電圧レベルを有する第2のノードとに対してリニヤーソースフォロワーがつながれる。このリニヤーソースフォロワーに対して、本質的に一定の電圧レベルを有する電圧基準がつながれ、前記リニヤーソースフォロワーは、前記第2ノードの動的電圧レベルが前記電圧基準の本質的に一定の電圧レベルよりも低い場合には前記第1ノードを前記電圧基準へつなぎ、また前記第2ノードの動的電圧レベルが前記電圧基準の本質的に一定の電圧レベルよりも高い時には前記第1ノードの電圧レベルを前記第2ノードの動的電圧レベルに追随させるように動作する。
【0007】
本発明の別の実施例に従えば、半導体デバイスを動的にバイアスする方法が提供され、その方法は次の工程を含んでいる。第1の工程は、電流源を第1のノードへつなぐことであり、ここで前記電流源は前記第1ノードへの電流流入を許容し、前記第1ノードからの電流流出を阻止するように動作する。第2の工程は前記第1ノードと動的電圧レベルを有する第2のノードとに対してリニヤーソースフォロワーを接続することである。次の工程は、本質的に一定の電圧レベルを有する電圧基準を前記リニヤーソースフォロワーへつなぐことであって、前記リニヤーソースフォロワーは、前記第2ノードの動的電圧レベルが前記電圧基準の本質的に一定の電圧レベルよりも低い場合には前記第1ノードを前記電圧基準へつなぎ、また前記第2ノードの動的電圧レベルが前記電圧基準の本質的に一定の電圧レベルよりも高い時には前記第1ノードの電圧レベルを前記第2ノードの動的電圧レベルに追随させるように動作するようになっている。最後の工程は前記第1ノードを半導体デバイスへつないで、半導体デバイスを動的にバイアスすることである。
【0008】
本発明およびその特長をより完全に理解するために、以下に図面を参照した詳細な説明を行う。各図面では同等な部品に対して同じ参照符号を用いてある。
【0009】
【実施例】
pチャンネル電界効果トランジスタがバイアスされて、そのソースあるいはドレイン電圧レベルが時間とともに変化するような場合に寄生ダイオードが活性化されることがある。多くの場合、pチャンネル電界効果トランジスタはそれのソースおよびドレインをp−基板上のn形井戸中のp+領域として形成される。ソースおよびドレインの電圧レベルが変動することによって、そのデバイス領域によって構成される寄生ダイオードによる問題が生じてくる。多くの例で、n形井戸、即ちバックゲートは、バックゲートをソースへつなぐことによってバイアスするのが一般的である。このバイアスはp+ソースとバックゲートとの間の寄生ダイオードの活性化を阻止する。バックゲートはバックゲートをその電子回路中で最も正の電圧源へつなぐことで静的にバイアスすることもできる。このバイアスもまた、ソースとn形井戸との間の寄生ダイオードの活性化を阻止する。pチャンネル電界効果トランジスタに対するこの両方の静的バイアス方式は、もしデバイスのソースにおける電圧が負になれば問題を引き起こす。p+ソースまたはドレインはn形井戸に対して降服を起こすので、バックゲートを最も正の電位へつなぐことができなくなる。こうして、動的バイアスが必要とされることになる。
【0010】
本発明は、半導体トランジスタデバイスを動的にバイアスして、そのデバイス構造中で寄生ダイオードの望ましくない活性化を阻止し、ソースおよびドレインの接合のn形井戸のバックゲートへの降服を阻止するように動作する。
【0011】
図1を参照すると、制御電流源10が制御信号CONTROL1によって制御されている。この制御電流源10は2つの端子を持っている。1つは正の電源VCPへつながれている。制御電流源10の第2の端子はNODE1へつながれている。pチャンネル電界効果トランジスタ(P−FET)12はそのゲートを制御信号CONTROL2へつながれている。P−FET12はそのドレインをNODE2へつながれ、そのソースをNODE1へつながれ、そのバックゲートをNODE3へつながれている。nチャンネル電界効果トランジスタ(N−FET)14はそれのドレインを正の電源VBAT へつながれている。N−FET14のソースはNODE2へつながれ、そのゲートはNODE1へつながれている。誘導性負荷16は2つの端子を持っている。1つはNODE2へつながれ、他方はアース電位へつながれている。本発明の教えるところに従って構築される動的バイアス回路18はブロッキング電流源20を有している。このブロッキング電流源は、NODE1へつながれた第1の電流経路と、NODE3へつながれた第2の電流経路とを有する。リニヤーソースフォロワー22は、NODE1へつながれた入力、NODE3へつながれた第1の電流経路、および電圧基準24へつながれた第2の電流経路を有する。NODE1は寄生容量26を有し、それはNODE1とアース電位とにつながっている。寄生容量26は回路要素ではないが、回路に寄生するものとしてNODE1に付随して存在する。NODE3は寄生容量28を有し、それはNODE3とアース電位とにつながっている。寄生容量28もまたこの回路の寄生物である。
【0012】
動作時には、図1に示された電子回路は誘導性負荷16に対してフラックスを増減させるように動作する。フラックスの増加時には、CONTROL1信号は制御電流源10をターンオンさせ、CONTROL2信号はP−FET12をターンオフさせる。この状態において、制御電流源10はNODE1に対して電流を供給する。ブロッキング電流源20はNODE1からNODE3への電流を許容するが、NODE3からNODE1への電流は許容しないように動作する。ブロッキング電流源20両端の電圧は一定しない。NODE3における寄生容量28がNODE1における寄生容量26よりもずっと小さいので、NODE3の電圧レベルはNODE1に追随する。言い換えれば、NODE3における電圧の時間変化はNODE1におけるそれよりも大きい。こうして、NODE3における電圧レベルVB は、NODE1における電圧レベルVG とほぼ等しい。VB がVG にほぼ等しいという事実は、P−FET12のバックゲートとソースとの間に寄生ダイオードが活性化されないことを保証する。
【0013】
制御電流源10がNODE1に対して電流を供給し、ブロッキング電流源20がNODE3への電流を許容することによって、電圧レベルVB とVG とは上昇する。リニヤーソースフォロワー22はこの電圧レベルVG を入力として利用している。VG がNODE3の電位よりもしきい値電圧1個分低いレベルよりも高い時には、リニヤーソースフォロワー22はNODE3と電圧基準24との間でオープン回路となり、NODE3のVB がNODE1のVG を追随するように働く。VG が上昇するとN−FET14はターンオンし、VBAT とNODE2との間でクローズ回路として動作する。N−FET14がオンの時は、電流が誘導性負荷16中へ流れてフラックスを増加させる。P−FET12はオフであるから、それはNODE1とNODE2との間でオープン回路として機能する。従って、誘導性負荷16からP−FET12を通って電流は流れない。このように、CONTROL1信号が制御電流源10をターンオンし、CONTROL2信号がP−FET12をターンオフする時、この回路は誘導性負荷16に対してフラックスを増加させるように動作する。
【0014】
誘導性負荷16からフラックスを減少させるためには、CONTROL1信号が制御電流源10をターンオフし、CONTROL2信号がP−FET12をターンオンする。一旦オンすると、P−FET12はNODE1とNODE2との間でクローズ回路として機能しようとする。従って、N−FET14のゲートソース電圧は消失し、N−FET14は誘導性負荷16によって要求される必要な電流を供給することができない。N−FET14がこのように動作するので、VBAT からNODE2へ流れる電流は減少する。誘導性負荷16はこの誘導性負荷16中を流れる電流の変化に対して抵抗し、P−FET12から電流を引き出そうとする。NODE1からP−FET12を通り、NODE2を経て誘導性負荷16中を電流が流れるに従って、NODE1の電圧レベルVG とNODE2のVS は低下する。NODE3における電圧レベルVB はVG とともに低下する。電圧レベルVB およびVG は両方とも、VB が電圧基準24の本質的に一定の電圧レベルに達するまで低下する。VG が電圧基準24の電圧レベル以下に低下すると、リニヤーソースフォロワー22はNODE3と電圧基準24との間のオープン回路として働く。リニヤーソースフォロワー22と電圧基準24とはNODE3を、電圧基準24によって設定される本質的に一定の電圧レベルに設定するように動作する。VG が電圧基準24の本質的に一定の電圧レベル以下に低下すると、ブロッキング電流源20はNODE3からNODE1への電流の流れを許容しなくなる。従って、NODE3における電圧レベルは電圧基準24のレベルに設定されたままに留まり、NODE1における電圧レベルは負へ移行し続けることを許容される。
【0015】
誘導性負荷16は、VG とVS が負の値に達するまで電圧レベルVG とVS を引き下げ続ける。その時点で、誘導性負荷16はフラックスを除去されてしまっており、NODE2の電圧レベルは比較的大きい負の値にある。電圧レベルVG はNODE2の電圧レベルVS まで低下することはない。誘導性負荷16がNODE2から電流を引き出すことによってP−FET12はコンデンサとして機能し始める。こうして、電荷がNODE2から誘導性負荷16を通して引き出されるが、NODE1における電荷はそのままである。NODE3を電圧基準24の本質的に一定の電圧レベルにクランプすることは、P−FET12のバックゲートと基板との間の寄生ダイオードが電流を流さず、またP−FET12のバックゲートとソース、あるいはバックゲートとドレインが逆方向降伏を起こさないことを保証する。
【0016】
本発明の教示に従って構築される動的バイアス回路18は図1の電子回路中で、NODE1の電圧レベルが正の電源VCPにほぼ等しい場合には誘導性負荷16のフラックス増加中はP−FET12のバックゲートとドレインとの間に寄生ダイオードが活性化されないことを保証する。動的バイアス回路18はまた、NODE1が比較的大きな負の値に低下した時に、誘導性負荷16がフラックスを減少している間はP−FET12のバックゲートとドレイン、あるいはバックゲートとソースとの間に寄生ダイオードが逆方向降伏を起こさないこと、およびバックゲートと基板との間に寄生ダイオードが活性化されないことを保証する。このように、本発明はP−FET12の動的バイアスを提供するので、P−FET12の構造内で寄生ダイオードの活性化は発生しない。
【0017】
図2は本発明の教示に従って構築される動的バイアス回路18の別の実施例を含む電子回路を示している。図2の電子回路は本質的に図1の回路と類似している。図1の電子回路と図2の電子回路との間の違いは動的バイアス回路18の構造である。図1のブロッキング電流源20は図2では制御されたブロッキング電流源30で置き換えられている。図1と図2の両動的バイアス回路18はP−FET12のバックゲートへの入出電流を阻止するように動作する電流源を含む。既に述べたように、図1および図2に示されたように、図1の動的バイアス回路18はブロッキング電流源を含み、図2の動的バイアス回路は制御されたブロッキング電流源を含んでいる。制御されたブロッキング電流源30は正の電源VCPにつながれた第1の電流経路と、リニヤーソースフォロワー22へつながれた第2の電流経路とを有する。図2の電子回路は、制御された電流源30とNODE3の電圧レベルVB とを除いて、既に図1の回路に関して説明したように動作する。
【0018】
制御電流源10がオンで、誘導性負荷16にフラックスを増加させる時、制御されたブロッキング電流源30はターンオンし、NODE3へ電流を供給する。制御されたブロッキング電流源30はNODE3の電圧レベルVB を電圧源VCPのレベルまで上昇駆動する。こうして、VG がVCPへ上昇する間、NODE3の電圧レベルはNODE1の電圧レベルVG に等しいかそれよりも高いレベルに留まる。VB がVG に等しいかあるいはそれよりも高い値に留まることはP−FET12のソースとバックゲートとの間に寄生ダイオードが活性化されないことを保証する。既に図1に関して説明したように、VG がNODE3よりもしきい値電圧1個分低い値よりも高いレベルにある間、リニヤーソースフォロワー22はオフ状態にあって、リニヤーソースフォロワー22はNODE3と電圧基準24との間でオープン回路として動作し、NODE3のVB をNODE1のVG に追随させる。
【0019】
誘導性負荷16からフラックスを減ずる時、制御電流源10はオフであって、P−FET12はオンであり、制御されたブロッキング電流源30はターンオフする。こうして、VG が低下してNODE3とVG との間のしきい値電圧がリニヤーソースフォロワー22がターンオンするのに十分になるまで、NODE3はVCPに留まる。リニヤーソースフォロワー22は、既に図1に関して述べたように、NODE3を電圧基準24の本質的に一定の電圧レベルに設定する。NODE3は、制御されたブロッキング電流源30がターンオフした時に、電圧基準24の本質的に一定の電圧レベルに設定される。制御されたブロッキング電流源30は、CONTROL1信号が制御電流源10をターンオフしてVCPからNODE3への電流が流れないことが保証された時にターンオフする。NODE3は電圧基準24の本質的に一定の電圧レベルにクランプされ、この回路はそれ以外は図1に関して述べたように動作する。
【0020】
図1と図2の動的バイアス回路18の技術的な特長点は、P−FET12のバックゲートをバイアスすることによって、それぞれ図1と図2のP−FET12中の寄生ダイオードの活性化を阻止することである。
【0021】
図3を参照すると、pチャンネル電界効果トランジスタ(P−FET)34とnチャンネル電界効果トランジスタ(N−FET)36の物理的構造が示され、P−FET34とN−FET36はp−基板上に形成されている。P−FET34はゲート38と、デバイスのソース40およびドレイン42として働く2つのp+領域とを含んでいる。これらのp+領域はデバイスのバックゲート44であるn形井戸中に設けられる。P−FET34はp−基板46上に形成される。N−FET36はゲート48を含む。N−FET36は更に、デバイスのソース50およびドレイン52として働く2つのn+領域を含んでいる。N−FET36もまたp−基板46上に形成される。
【0022】
動作時には、P−FET34とN−FET36は標準的な電界効果トランジスタとして機能する。ゲート38、ソース40、およびドレイン42はpチャンネル電界効果トランジスタのゲート、ソース、およびドレインである。基板46はアース電位へつながれる。ゲート38とソース40を介して供給される負電圧レベルはP−FET34をターンオンし、ソース40からドレイン42への電流の流れを許容する。N−FET36はソース50、ドレイン52、およびゲート48を有する。ゲート48とソース50間に供給される正の電圧レベルはN−FET36をターンオンして、ドレイン52からソース50への電流の流れを許容する。
【0023】
図4は、図3のpチャンネルおよびnチャンネル電界効果トランジスタの物理的構造内に存在する寄生ダイオードを示している。P−FET34とN−FET36は図4において回路要素として示されているが、図3に示された物理的構造を有している。半導体デバイスにおいて、p形領域とn形領域とが一緒になって、p領域をアノードに、n領域をカソードにしたダイオードを構成する。p/n接合両端に印加される正の電圧レベルはそれがダイオードのターンオン電圧レベルよりも大きければそのダイオードを活性化する。従って、図3に示された物理的構造中のp/n接合両端に十分大きい正の電圧レベルがセットアップされれば、ダイオードが活性化される。図4中に示したダイオードは、この構造の設計された機能ではなく、そのため”寄生ダイオード”と呼ばれる。図4に示すように、寄生ダイオード60はアノードとしてP−FET34のソース40を、カソードとしてバックゲート44を有する。P−FET34はまた、ドレイン42をアノードとし、バックゲート44をカソードとする寄生ダイオード62、p−基板46をアノードとし、バックゲート44をカソードとする寄生ダイオード64をも含んでいる。N−FET36は2つの寄生ダイオードを含んでいる。寄生ダイオード66はN−FET36の基板46をアノードとし、ソース50をカソードとしており、また寄生ダイオード68はN−FET36の基板46をアノードとし、ドレイン52をカソードとしている。
【0024】
動作時には、任意の寄生ダイオード両端の電圧レベルがp/n接合ダイオードのターンオン電圧よりも大きくなれば、その寄生ダイオードは活性化される。一旦活性化されると、寄生ダイオードはp領域からp−n接合を通ってn領域への電流の流れを引き起こす。これらの寄生ダイオードの1つが活性化されると、P−FET36またはN−FET38の適正な機能は損なわれよう。
【0025】
図5は、本発明の教えるところに従って構築される動的バイアス回路の別の1つの実施例を示す。図5の電子回路は図1に示された回路のトポロジーを有しており、動的バイアス回路18を構築する特定のやり方を示している。図5を参照すると、ショットキーダイオード80はNODE1につながれたアノードと、NODE3につながれたカソードとを有する。pチャンネル電界効果トランジスタ(P−FET)82はNODE1へつながれたゲート、NODE3へつながれたドレイン、アース電位84へつながれたソース、およびNODE3へつながれたバックゲートを有する。アース電位84は一定の電圧レベルを供給する。
【0026】
動作時には、ショットキーダイオード80、P−FET82、およびアース電位84がP−FET12のバックゲートを動的にバイアスする。CONTROL1信号が制御電流源10をターンオンする時、誘導性負荷16ではフラックスが増加する。NODE1の電圧レベルVG が増大すると、ショットキーダイオード80はNODE1からNODE3への電流の流れを許容する。この電流がNODE3を充電し、NODE3の電圧レベルが上昇する。電圧レベルVG が増大すれば、電圧VB も一緒に上昇する。これら2つはショットキーダイオード80によって結び付けられているからである。ショットキーダイオード80はVB をほぼVG に等しく保つように働く。このことはP−FET12のバックゲートとドレインとの間の寄生ダイオードが活性化されないことを保証する。ショットキーダイオード80はまた、バックゲートとソースの間、およびバックゲートとドレインとの間の寄生ダイオードが降伏しないことを保証もする。
【0027】
誘導性負荷16からフラックスを減ずる時、VG はアース電位へ向かって低下する。VG がアース電位以下に低下すると、P−FET82がターンオンする。P−FET82がターンオンすると、P−FET82はNODE3をアース電位84にクランプする。このように、アース電位84はNODE3の電圧レベルをクランプする、本質的に一定の電圧レベルとして役立つ。一旦、NODE3がアース電位84にクランプされると、ショットキーダイオード80はNODE3からNODE1へ電流が流れるのを阻止する。このように、VG がアース電位よりも低い負へ低下すると、NODE3からNODE1への電流は流れなくなる。NODE3と基板とがアース電位へつながれるため、このことはバックゲートと基板との間の寄生ダイオードが活性化されないことを保証する。
【0028】
図6は本発明の教えるところに従って構築される動的バイアス回路の別の1つの実施例を示す。図6の電子回路は図2に示した回路のトポロジーを有しており、動的バイアス回路を構築する特定のやり方の1つを示している。制御電流源90は電源VCPへつながれた第1の入力、NODE3へつながれた出力、および第2の入力を有する。pチャンネル電界効果トランジスタ(P−FET)92はNODE3へつながれたソース、NODE1へつながれたゲート、アース電位94へつながれたドレイン、およびNODE3へつながれたバックゲートを有する。アース電位94は本質的に一定の電圧基準を供給する。
【0029】
制御電流源90は、図2に関して既に述べた制御されたブロッキング電流源30と同じように動作する。CONTROL1が制御電流源10をターンオンする時、CONTROL3は制御電流源90をターンオンする。こうして、NODE1の電圧レベルVG が上昇すれば、NODE3の電圧レベルVB もまた同様に上昇する。このことはまた、誘導性負荷16にフラックスが増加する時、VB とVG とがほぼ等しい値に留まることを保証する。こうして、P−FET12のバックゲートとドレインとの間の寄生ダイオードは活性化されない。誘導性負荷16からフラックスが減ぜられる時、CONTROL1は制御電流源10をターンオフし、CONTROL3は制御電流源90をターンオフする。制御電流源90は従ってオープン回路となって電圧源VCPからNODE3への電流を阻止する。VG がアース電位94以下に低下すると、P−FET92がターンオンしてNODE3をアース電位94へクランプする。NODE3が一旦アース電位94にクランプされると、制御電流源90がオープン回路として働くので、NODE3へは電流が流れ込まなくなる。
【0030】
図7は本発明の教えるところに従って構築される集積された上側(high
side)ドライバー回路を示す。nチャンネル電界効果トランジスタ(N−FET)100は、それのドレインを電圧源VBAT へつながれ、それのゲートをNODE1へつながれ、それのソースをNODE2へつながれている。NODE1の電圧レベルはVG であり、NODE2の電圧レベルはVS である。誘導性負荷102はNODE2とアース電位とへつながれている。制御信号CONTROL1はNODE1へつながれ、従ってN−FET100のゲートへつながれている。図示のように、ターンオフ回路104が、NODE1、NODE2、および動的バイアス回路106へつながれている。スナッビングクランプ回路網(snubbing clamp network)108が、図示のように、NODE1、NODE2、および動的バイアス回路106へつながれている。図示のように、寄生容量112はNODE1とアース電位とへつながり、寄生容量114はターンオフ回路104と動的バイアス回路106とへつながっている。
【0031】
動作時には、この集積された上側ドライバー回路は誘導性負荷102を駆動するように動作する。動的バイアス回路106は上述のように、ターンオフ回路104とスナッビングクランプ回路網108とに対して動的なバイアスを提供するように動作する。ターンオフ回路104の一例が、本発明と同時に出願された1994年1月4日付けの米国特許出願第8/176,815号”ターンオフ回路(TURN−OFF CIRCUIT)”(テキサスインスツルメンツ社参照番号第TI−18393号)に述べられている。この開示を本出願の開示中へ、ここに完全な形で明示するものとして引用する。スナッビングクランプ回路網の一例が、本発明と同時に出願された1994年1月4日付けの米国特許出願第8/176,816号”スナッビングクランプ回路網(SNUBBING CLAMP NETWORK)”(テキサスインスツルメンツ社参照番号第TI−17750号)に述べられている。この開示を本出願の開示中へここに完全な形で明示するものとして引用する。
【0032】
図8は本発明の教えるところに従って構築される集積された上側ドライバー回路を示す。図8の回路は図7に示された回路のトポロジーを有しており、動的バイアス回路106を構築する特定のやり方を示している。図8に示された動的バイアス回路106は、アノードをCONTROL1へつながれ、カソードをpチャンネル電界効果トランジスタ(P−FET)122へつながれたショットキーダイオード120を含んでいる。P−FET122は、ショットキーダイオードのアノードへつながれたソース、アース電位124へつながれたドレイン、NODE1へつながれたゲート、およびショットキーダイオードへつながれたバックゲートを有する。この動的バイアス回路106は図5に示されたものと同じ構成を有する。動的バイアス回路106は図5に関して述べたのと同じように動作する。動的バイアス回路106によって提供される動的なバイアス機能はスナッビングクランプ回路網108とターンオフ回路104の両方に対して供給される。ターンオフ回路104の一例は、本発明と同時に出願された1994年1月4日付けの米国特許出願第8/176,815号”ターンオフ回路(TURN−OFF CIRCUIT)”(テキサスインスツルメンツ社参照番号第TI−18393号)に述べられている。スナッビングクランプ回路網の一例は、本発明と同時に出願された1994年1月4日付けの米国特許出願第8/176,816号”スナッビングクランプ回路網(SNUBBING CLAMP NETWORK)”(テキサスインスツルメンツ社参照番号第TI−17750号)に述べられている。
【0033】
本発明について詳細に説明してきたが、特許請求の範囲に定義された本発明の本質および展望から外れることなしに各種の変更、置換、および代替えが可能であることは理解されるべきである。
【0034】
以上の説明に関して更に以下の項を開示する。
(1)動的バイアス回路であって、
動的電圧レベルを有する第1のノードと第2のノードとへつながれたブロッキング電流源であって、前記第1ノードから前記第2ノードへの電流を許容するが、前記第2ノードから前記第1ノードへの電流を阻止するように動作するブロッキング電流源、
前記第1ノードと前記第2ノードとへつながれたリニヤーソースフォロワー、前記リニヤーソースフォロワーへつながれ、本質的に一定の電圧レベルを有する電圧基準であって、ここにおいて、前記リニヤーソースフォロワーが、前記第1ノードの動的電圧レベルが前記電圧基準の本質的に一定の電圧レベルよりも低い場合には前記第2ノードを前記電圧基準へつなぎ、また前記第1ノードの動的電圧レベルが前記電圧基準の本質的に一定の電圧レベルよりも高い時には前記第2ノードの電圧レベルを前記第1ノードの動的電圧レベルに追随させるように動作するようになった電圧基準、
を含む動的バイアス回路。
【0035】
(2)第1項記載の動的バイアス回路であって、前記ブロッキング電流源が、前記第1ノードへつながれたアノードと、前記第2ノードへつながれたカソードとを有するダイオードを含んでいる動的バイアス回路。
【0036】
(3)第1項記載の動的バイアス回路であって、前記ブロッキング電流源が、前記第1ノードへつながれたアノードと、前記第2ノードへつながれたカソードとを有するショットキーダイオードを含む動的バイアス回路。
【0037】
(4)第1項記載の動的バイアス回路であって、前記リニヤーソースフォロワーが、前記第1ノードへつながれた入力、前記第2ノードへつながれた第1の電流経路、および前記電圧基準へつながれた第2の電流経路を有するトランジスタを含んでいる動的バイアス回路。
【0038】
(5)第1項記載の動的バイアス回路であって、前記リニヤーソースフォロワーが、前記第2ノードへつながれたソース、前記電圧基準へつながれたドレイン、前記第1ノードへつながれたゲート、および前記第2ノードへつながれたバックゲートを有するpチャンネル電界効果トランジスタを含んでいる動的バイアス回路。
【0039】
(6)第1項記載の動的バイアス回路であって、前記電圧基準が回路のアース電位を含んでいる動的バイアス回路。
【0040】
(7)動的バイアス回路であって、
電源と第1のノードとへつながれた制御されたブロッキング電流源であって、前記電源から前記第1ノードへの電流を許容し、また前記電源から前記第1ノードへの電流を阻止するように動作するブロッキング電流源、
前記第1ノードと動的電圧レベルを有する第2ノードとへつながれたリニヤーソースフォロワー、
前記リニヤーソースフォロワーへつながれ、本質的に一定の電圧レベルを有する電圧基準であって、ここにおいて、前記リニヤーソースフォロワーが、前記第2ノードの動的電圧レベルが前記電圧基準の本質的に一定の電圧レベルよりも低い場合には前記第1ノードを前記電圧基準へつなぎ、また前記第2ノードの動的電圧レベルが前記電圧基準の本質的に一定の電圧レベルよりも高い時には前記第1ノードの電圧レベルを前記第2ノードの動的電圧レベルに追随させるように動作するようになった電圧基準、
を含む動的バイアス回路。
【0041】
(8)第7項記載の動的バイアス回路であって、前記制御されたブロッキング電流源が、
前記電源と前記第1ノードとへつながれた制御電流源、および
前記制御電流源へつながれて、前記制御電流源を活性化および不活性化するように動作する制御信号、
を含んでいる動的バイアス回路。
【0042】
(9)第7項記載の動的バイアス回路であって、前記リニヤーソースフォロワーが、前記第1ノードへつながれた入力、前記第2ノードへつながれた第1の電流経路、および前記電圧基準へつながれた第2の電流経路を有するトランジスタを含んでいる動的バイアス回路。
【0043】
(10)第7項記載の動的バイアス回路であって、前記リニヤーソースフォロワーが、前記第1ノードへつながれたソース、前記電圧基準へつながれたドレイン、前記第2ノードへつながれたゲート、および前記第1ノードへつながれたバックゲートを有するpチャンネル電界効果トランジスタを含んでいる動的バイアス回路。
【0044】
(11)第7項記載の動的バイアス回路であって、前記電圧基準が回路のアース電位を含んでいる動的バイアス回路。
【0045】
(12)半導体デバイスを動的にバイアスする方法であって、
電流源を第1のノードへつなぐことであって、前記電流源が前記第1ノードへの電流流入を許容するが、前記第1ノードからの電流流出を阻止するように動作するようにすること、
前記第1ノードと、動的電圧レベルを有する第2のノードとにリニヤーソースフォロワーをつなぐこと、
本質的に一定の電圧レベルを有する電圧基準を前記リニヤーソースフォロワーへつなぐことであって、ここにおいて、前記リニヤーソースフォロワーが、前記第2ノードの動的電圧レベルが前記電圧基準の本質的に一定の電圧レベルよりも低い場合には前記第1ノードを前記電圧基準へつなぎ、また前記第2ノードの動的電圧レベルが前記電圧基準の本質的に一定の電圧レベルよりも高い時には前記第1ノードの電圧レベルを前記第2ノードの動的電圧レベルに追随させるように動作するようにすること、および
前記第1ノードを半導体デバイスへつないで、前記半導体デバイスに対して動的なバイアスを提供すること、
の工程を含む方法。
【0046】
(13)第12項記載の方法であって、前記電流源が、前記第2ノードへつながれたアノードと、前記第1ノードへつながれたカソードとを有するダイオードを含んでいる方法。
【0047】
(14)第12項記載の方法であって、前記電流源が、前記第2ノードへつながれたアノードと、前記第1ノードへつながれたカソードとを有するショットキーダイオードを含んでいる方法。
【0048】
(15)第12項記載の方法であって、前記電流源が、
電源と前記第1ノードとへつながれた制御電流源、および
前記制御電流源へつながれて、前記制御電流源をターンオンおよびターンオフさせるように動作する制御信号、
を含んでいる方法。
【0049】
(16)第12項記載の方法であって、前記リニヤーソースフォロワーが、前記第2ノードへつながれた入力、前記第1ノードへつながれた第1の電流経路、および前記電圧基準へつながれた第2の電流経路を有するトランジスタを含んでいる方法。
【0050】
(17)第12項記載の方法であって、前記リニヤーソースフォロワーが、前記第1ノードへつながれたソース、前記電圧基準へつながれたドレイン、前記第2ノードへつながれたゲート、および前記第1ノードへつながれたバックゲートを有するpチャンネル電界効果トランジスタを含んでいる方法。
【0051】
(18)第12項記載の方法であって、前記電圧基準が回路のアース電位を含んでいる方法。
【0052】
(19)第12項記載の方法であって、前記半導体デバイスがトランジスタである方法。
【0053】
(20)第12項記載の方法であって、前記半導体デバイスが、p−基板上にn形ウエル中に作製されたpチャンネル電界効果トランジスタであって、前記pチャンネル電界効果トランジスタのn形ウエルが前記第1ノードへつながれて前記pチャンネル電界効果トランジスタに対して動的バイアスを供給している方法。
【0054】
(21)動的バイアス回路が開示されており、それは第1のノード(NODE1)へつながれた第1の電流経路と、第2のノード(NODE3)へつながれた第2の電流経路とを有するブロッキング電流源を含む。リニヤーソースフォロワー(22)は、前記第2ノード(NODE3)へつながれた第1の電流経路、電圧基準(24)へつながれた第2の電流経路、および前記第1ノード(NODE1)へつながれた入力を有する。寄生容量(26)は前記第1ノード(NODE1)とアース電位とへつながり、寄生容量(28)は前記第2ノード(NODE3)とアース電位とへつながっている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の教えるところに従って構築された動的バイアス回路の1つの実施例を含む電子回路。
【図2】本発明の教えるところに従って構築された動的バイアス回路の別の1つの実施例を含む電子回路。
【図3】p形半導体基板上に形成されたpチャンネルおよびnチャンネル電界効果トランジスタの物理的構造。
【図4】図3に示された物理的構造中に存在する寄生ダイオード。
【図5】本発明の教えるところに従って構築された動的バイアス回路の別の1つの実施例を含む電子回路。
【図6】本発明の動的バイアス回路の別の1つの実施例を含む電子回路。
【図7】本発明の教えるところに従って構築された集積された上側(high side)ドライバー回路。
【図8】本発明の教えるところに従って構築された集積された上側ドライバー回路の別の実施例。
【符号の説明】
10 制御電流源
12 pチャンネル電界効果トランジスタ(P−FET)
14 nチャンネル電界効果トランジスタ(N−FET)
16 誘導性負荷
18 動的バイアス回路
20 ブロッキング電流源
22 リニヤーソースフォロワー
24 電圧基準
26 寄生容量
28 寄生容量
30 制御されたブロッキング電流源
34 pチャンネル電界効果トランジスタ(P−FET)
36 nチャンネル電界効果トランジスタ(N−FET)
38 ゲート
40 ソース
42 ドレイン
44 バックゲート
46 p−基板
48 ゲート
50 ソース
52 ドレイン
60 寄生ダイオード
62 寄生ダイオード
64 寄生ダイオード
66 寄生ダイオード
68 寄生ダイオード
80 ショトキーダイオード
82 pチャンネル電界効果トランジスタ(P−FET)
84 アース電位
90 制御電流源
92 pチャンネル電界効果トランジスタ(P−FET)
94 アース電位
100 nチャンネル電界効果トランジスタ(N−FET)
102 誘導性負荷
104 ターンオフ回路
106 動的バイアス回路
108 スナッビングクランプ回路網
112 寄生容量
114 寄生容量
120 ショットキーダイオード
122 pチャンネル電界効果トランジスタ(P−FET)
124 アース電位
Claims (2)
- 動的バイアス回路であって、
動的電圧レベルを有する第1のノードと第2のノードとに接続されたブロッキング電流源であって、前記第1ノードから前記第2ノードへの電流を許容するが、前記第2ノードから前記第1ノードへの電流を阻止するように動作する前記ブロッキング電流源と、
前記第1ノードと前記第2ノードとに接続されたリニヤーソースフォロワー)と、
前記リニヤーソースフォロワーに接続され、ほぼ一定の電圧レベルを有する電圧基準であって、前記リニヤーソースフォロワーが、前記第1ノードの動的電圧レベルが前記電圧基準のほぼ一定の電圧レベルよりも低い場合には前記第2ノードを前記電圧基準へつなぎ、また前記第1ノードの動的電圧レベルが前記電圧基準のほぼ一定の電圧レベルよりも高い場合には前記第2ノードの電圧レベルを前記第1ノードの動的電圧レベルに追随させるように動作するようになった前記電圧基準と、
を含む動的バイアス回路。 - 半導体デバイスを動的にバイアスする方法であって、
電流源を第1のノードに接続する段階であって、前記電流源が前記第1ノードへの電流流出を許容するが、前記第1ノードからの電流流入を阻止するように動作するようにする前記段階と、
前記第1ノードと、動的電圧レベルを有する第2のノードとにリニヤーソースフォロワーを接続する段階と、
ほぼ一定の電圧レベルを有する電圧基準を前記リニヤーソースフォロワーに接続する段階であって、前記リニヤーソースフォロワーが、前記第2ノードの動的電圧レベルが前記電圧基準のほぼ一定の電圧レベルよりも低い場合には前記第1ノードを前記電圧基準へつなぎ、また前記第2ノードの動的電圧レベルが前記電圧基準のほぼ一定の電圧レベルよりも高い場合には前記第1ノードの電圧レベルを前記第2ノードの動的電圧レベルに追随させるように動作するようにする前記段階と、
前記第1ノードを半導体デバイスに接続して、前記半導体デバイスに対して動的なバイアスを提供する段階と、
を含む方法。
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