TWI781869B - 具有電壓保護的後置驅動器 - Google Patents

Abstract

後置驅動器包含輸入對電路、保護電路、共模感測電路以及放大器。輸入對電路根據第一輸入訊號與第二輸入訊號自第一節點輸出第一訊號並自第二節點輸出第二訊號。保護電路根據複數個第一偏壓電壓以及第二偏壓電壓對輸入對電路提供電壓保護，並傳輸第一訊號至第一負載以產生第一輸出訊號，及傳輸第二訊號至第二負載以產生第二輸出訊號。共模感測電路感測第一節點的位準以及第二節點的位準以產生回授訊號。放大器根據一參考電壓與回授訊號產生第二偏壓電壓。

Description

具有電壓保護的後置驅動器

本案是關於後置驅動器（post driver），尤其是關於具有電壓保護的後置驅動器。

後置驅動器常見於發射器中，其可用來輸出具有較大擺幅的差動訊號。在實際應用中，受限於製程可提供的電晶體種類，可能需要使用具有較低耐壓的電晶體來實施後置驅動器。然而，該些電晶體可能會因為較大的電壓差而造到損壞，使得後置驅動器的操作出現錯誤。

於一些實施態樣中，後置驅動器包含輸入對電路、保護電路、共模感測電路以及放大器。輸入對電路根據一第一輸入訊號與一第二輸入訊號自一第一節點輸出一第一訊號並自一第二節點輸出一第二訊號。保護電路根據複數個第一偏壓電壓以及一第二偏壓電壓對該輸入對電路提供電壓保護，並傳輸該第一訊號至一第一負載以產生一第一輸出訊號，並傳輸該第二訊號至一第二負載以產生一第二輸出訊號。共模感測電路感測該第一節點的位準以及該第二節點的位準以產生一回授訊號。放大器根據一參考電壓與該回授訊號產生該第二偏壓電壓。

於一些實施態樣中，後置驅動器包含複數個驅動電路、共模感測電路以及放大器。複數個驅動電路根據複數組輸入訊號經由一第一負載產生一第一輸出訊號，並經由一第二負載產生一第二輸出訊號，其中該些驅動電路中每一者包含輸入對電路與保護電路。輸入對電路根據該些組輸入訊號中的一對應者的一第一輸入訊號與一第二輸入訊號經由一第一節點輸出一第一訊號，並經由一第二節點輸出一第二訊號。保護電根據複數個第一偏壓電壓以及一第二偏壓電壓導通以對該輸入對電路提供一電壓保護，並傳輸該第一訊號至該第一負載，並傳輸該第二訊號至該第二負載。共模感測電路根據該些驅動電路中的一對應驅動電路的該第一節點之位準與該對應驅動電路的該第二節點之位準產生一回授訊號。放大器根據一參考電壓與該回授訊號產生該第二偏壓電壓。

有關本案的特徵、實作與功效，茲配合圖式作較佳實施例詳細說明如下。

本文所使用的所有詞彙具有其通常的意涵。上述之詞彙在普遍常用之字典中之定義，在本案的內容中包含任一於此討論的詞彙之使用例子僅為示例，不應限制到本案之範圍與意涵。同樣地，本案亦不僅以於此說明書所示出的各種實施例為限。

關於本文中所使用之『耦接』或『連接』，均可指二或多個元件相互直接作實體或電性接觸，或是相互間接作實體或電性接觸，亦可指二或多個元件相互操作或動作。如本文所用，用語『電路』可為由至少一個電晶體與/或至少一個主被動元件按一定方式連接以處理訊號的裝置。

圖1為根據本案一些實施例繪製一種後置驅動器（post driver）100的示意圖。於一些實施例中，後置驅動器100可應用於（但不限於）發射器。

後置驅動器100包含輸入對電路110、保護電路120、共模感測電路130以及放大器140。輸入對電路110經由電流源電路105偏壓，並根據輸入訊號VIP與輸入訊號VIN自節點N1輸出訊號S1並自節點N2輸出訊號S2。於一些實施例中，輸入對電路110可包含電晶體M1與電晶體M2。電晶體M1的第一端（例如為源極）耦接至節點N1並輸出訊號S1，電晶體M1的第二端（例如為汲極）經由電流源電路105耦接至地，且電晶體M1的控制端（例如為閘極）接收輸入訊號VIP。電晶體M2的第一端耦接至節點N2並輸出訊號S2，電晶體M2的第二端耦接至電晶體M1的第二端，且電晶體M2的控制端接收輸入訊號VIN。於一些實施例中，輸入訊號VIP與輸入訊號VIN可為（但不限於）來自發射器中的前置驅動器（pre-driver）所輸出的一組訊號。於一些實施例中，該組訊號可為（但不限於）差動訊號。

保護電路120耦接至輸入對電路110，並根據多個偏壓電壓VB1P、VB1N以及VB進行操作，以對輸入對電路110提供電壓保護。保護電路120更傳輸訊號S1到負載RL1以產生輸出訊號VOP，並傳輸訊號S2到負載RL2以產生輸出訊號VON。於一些實施例中，偏壓電壓VB1P與偏壓電壓VB1N可為具有同一位準的電壓。

於一些實施例中，保護電路120包含多個電晶體M3～M6。電晶體M3的第一端耦接至負載RL1以產生輸出訊號VOP，電晶體M3的第二端耦接至電晶體M5的第一端，且電晶體M3的控制端接收偏壓電壓VB1P。電晶體M3可經由偏壓電壓VB1P偏壓並產生輸出訊號VOP。電晶體M5的第二端耦接至電晶體M1的第一端以接收訊號S1，且電晶體M5的控制端接收偏壓電壓VB。電晶體M5可經由偏壓電壓VB偏壓並自輸入對電路110接收訊號S1。電晶體M4的第一端耦接至負載RL2以產生輸出訊號VON，電晶體M4的第二端耦接至電晶體M6的第一端，且電晶體M4的控制端接收偏壓電壓VB1N。電晶體M4可經由偏壓電壓VB1N偏壓並產生輸出訊號VON。電晶體M6的第二端耦接至電晶體M2的第一端以接收訊號S2，且電晶體M6的控制端接收偏壓電壓VB。電晶體M6可經由偏壓電壓VB偏壓並自輸入對電路110接收訊號S2。

如圖1所示，輸入對電路110經由保護電路120、負載RL1與負載RL2接收供應電壓VDD。輸入對電路110與保護電路120可經由供應電壓VDD供電。藉由上述設置方式，於一些實施例中，輸入對電路110與保護電路120中每一者所包含的電晶體（例如為前述的多個電晶體M1～M6）的耐壓低於供應電壓VDD。例如，供應電壓VDD約為3.3伏特，多個電晶體M3～M6中每一者可為耐壓為1.8伏特的輸入輸出（I/O）電晶體，而多個電晶體M1與M2可為耐壓為1.8伏特的核心（core）電晶體。一般而言，耐壓為1.8伏特的輸入輸出電晶體的耐壓的耐壓約低於1.8伏特（或是低於1.98伏特），且核心電晶體的耐壓低於輸入輸出電晶體的耐壓。因此，為避免電晶體M1與電晶體M2受到損壞，可利用多個電晶體M3～M6形成的堆疊結構來承受供應電壓VDD。

共模感測電路130感測節點N1的位準（後稱電壓VN1）與節點N2的位準（後稱電壓VN2）以產生回授訊號VFB。於一些實施例中，共模感測電路130用以擷取出電壓VN1以及電壓VN2之間的共模位準。例如，回授訊號VFB可為電壓VN1與電壓VN2之總和的一半。於一些實施例中，共模感測電路130可包含電阻性元件131與電阻性元件132，其可對電壓VN2與電壓VN2分壓以產生回授訊號VFB。電阻性元件131的第一端耦接至節點N2以接收電壓VN2。電阻性元件132的第一端耦接至電阻性元件131的第二端，並產生回授訊號VFB。電阻性元件132的第二端耦接至節點N1以接收電壓VN1。於一些實施例中，電阻性元件131與電阻性元件132中每一者可由被動元件實施。例如，該被動元件可為（但不限於）多晶矽電阻。於一些實施例中，電阻性元件131與電阻性元件132中每一者可由主動元件實施。例如，該主動元件可為（但不限於）電晶體。

在一些選擇性的實施例中，共模感測電路130更包含電容性元件C（以虛線繪製，表示其為可選擇性地設置），其耦接於電阻性元件132的第一端與地之間。電容性元件C可操作為濾波電容，以使回授訊號VFB更加穩定。

放大器140的負輸入端耦接至共模感測電路130以接收回授訊號VFB。放大器140的正輸入端接收參考電壓VREF。放大器140根據參考電壓VREF與回授訊號VFB產生偏壓電壓VB。理想上，參考電壓VREF相同於回授電壓VFB（例如，VREF=VFB=(VN1+VN2)/2）。若電壓VN1與/或電壓VN2出現變化，回授訊號VFB也會跟著變動。放大器140可響應回授訊號VFB的變動調整偏壓電壓VB，以使電壓VN1與/或電壓VN2回復到預設位準。如此，可確保電壓VN1與/或電壓VN2不會過高而造成電晶體M1與電晶體M2的損壞。

於一些實施例中，參考電壓VREF設置為略高於或相同於核心電晶體（即電晶體M1與/或電晶體M2）的耐壓值的一半。在一個極端情形中，若電晶體M1根據輸入訊號VIP導通且電晶體M2根據輸入訊號VIN關斷，電壓VN1經由電流源電路105拉到低位準，且電壓VN2會具有最高位準。藉由設置保護電路120、共模感測電路130以及放大器140，電壓VN2的位準可被箝位至一特定位準，其中該特定位準可由參考電壓VREF以及電壓VN1決定。例如，該特定位準可表示為2×VREF-VN1。因為電流源電路105通常操作於飽和區，使得電壓VN1在各種變異（例如為製程變異、電壓變異、溫度變異等等）的影響下仍可高於0伏特。如此一來，該特定位準將會低於該耐壓值，以確保電晶體M2不會受到損壞。

於一些相關技術中，具有類似於後置驅動器的設置方式的電流鏡電路被用來產生多個偏壓電壓，以期望在各個變異下可以正確地偏壓後置驅動器。然而，在該些相關技術中，電流鏡電路中多個電晶體的連接關係並非完全相同於後置驅動器中多個電晶體的連接關係，故所產生的偏壓電壓與後置驅動器所受到的變異影響並無法達到完全線性的變動。再者，電流鏡電路中存在連接為二極體型式（diode-connected）的電晶體與電阻，其耦接於提供供應電壓的節點與地之間，故會固定地產生一定的電流而造成額外的功率消耗。若要降低該功率消耗，需要增加電阻的阻值。如此，將導致電路面積明顯增加。

相較於上述技術，於本案的一些實施例中，輸入對電路110的內部節點之位準（例如為電壓VN1與電壓VN2）可用來執行回授控制，以確保後置驅動器100在各種變異的影響下可以更準確地被偏壓，並確保各個電晶體M1～M6所承受的電壓不超過其耐壓值。此外，共模感測電路130以及放大器140所產生的固定電流（若有）可以低於該些技術使用電流鏡電路的所產生的固定電流，故可具有較低的功率消耗。

圖2為根據本案一些實施例繪製一種後置驅動器200的示意圖。相較於圖1，於此例中，後置驅動器200更包含切換電路250。切換電路250選擇性地輸出偏壓電壓VB或固定電壓（例如為偏壓電壓VB2P與偏壓電壓VB2N）給保護電路120。

詳細而言，切換電路250包含多個開關SW1～SW4。開關SW1耦接於放大器140以及電晶體M5的控制端之間，並根據控制訊號S[1]選擇性地導通，以傳輸偏壓電壓VB給電晶體M5。開關SW2耦接於放大器140以及電晶體M6的控制端之間，並根據控制訊號S[1]選擇性地導通，以傳輸偏壓電壓VB給電晶體M6。開關SW3的第一端接收偏壓電壓VB2P，且開關SW3的第二端耦接至電晶體M5的控制端。開關SW3根據控制訊號S[2]選擇性地導通，以傳輸偏壓電壓VB2P給電晶體M5。開關SW4的第一端接收偏壓電壓VB2N，且開關SW4的第二端耦接至電晶體M6的控制端。開關SW4根據控制訊號S[2]選擇性地導通，以傳輸偏壓電壓VB2N給電晶體M6。於一些實施例中，偏壓電壓VB2N與偏壓電壓VB2P可為具有相同位準的電壓。於一些實施例中，多個偏壓電壓VB1N、VB1P、VB2N以及VB2P可藉由對供應電壓VDD進行分壓產生。

於一些實施例中，控制訊號S[1]與控制訊號S[2]具有相反邏輯值，以使多個開關SW1～SW2與多個開關SW3～SW4具有相反的導通狀態。例如，當多個開關SW1～SW2導通時，多個開關SW3～SW4不導通，反之亦然。藉由切換電路250，可以增加後置驅動器200的可調性。例如，在進行測試或調整時，可以利用切換電路250來輸入不同偏壓電壓到保護電路120。於一些實施例中，當後置驅動器200進入省電模式時，電流源電路105會關閉以節省功率消耗。如此，電壓VN1與電壓VN2會升高。於此條件下，切換電路250可輸出固定電壓（例如為偏壓電壓VB2P與偏壓電壓VB2N）給保護電路120，以確保電晶體M1與電晶體M2不會損壞。也就是說，在操作模式下，切換電路250會導通開關SW1～SW2並使開關SW3～SW4不導通，以提供偏壓電壓VB給保護電路120，而在省電模式或測試模式下，切換電路250會導通開關SW3～SW4並使開關SW1～SW2不導通，以輸出固定電壓給保護電路120。

圖3為根據本案一些實施例繪製一種後置驅動器300的示意圖。相較於圖1或圖2的例子，後置驅動器300可執行預加重（pre-emphasis）或是去加重（de-emphasis）的功能，以適用高速資料傳輸應用的需求。

後置驅動器300包含多級驅動電路310、320與330。於一些實施例中，多級驅動電路310、320與330分別對應於多個抽頭（tap），其中驅動電路310對應於該些抽頭中的主要抽頭（main tap）。驅動電路310、320與330所接收的多組輸入訊號依序為輸入訊號VIP[1]與輸入訊號VIN[1]、輸入訊號VIP[2]與輸入訊號VIN[2]以及輸入訊號VIP[3]與輸入訊號VIN[3]。於一些實施例中，輸入訊號VIP[1]、輸入訊號VIP[2]與輸入訊號VIP[3]中的兩者之間具有一預定時間差。例如，輸入訊號VIP[1]可表示為VIP[t]（即為在時刻t的輸入訊號VIP），輸入訊號VIP[2]可表示為VIP[t-1]（即為在時刻t-1的輸入訊號VIP），且輸入訊號VIP[3]可表示為VIP[t+1]（即為在時刻t+1的輸入訊號VIP）。或者，在另一例子中，輸入訊號VIP[1]可表示為VIP[t]，輸入訊號VIP[2]可表示為VIP[t-1]，且輸入訊號VIP[3]可表示為VIP[t-2]（即為在時刻t-2的輸入訊號VIP）。輸入訊號VIN[1]、輸入訊號VIN[2]與輸入訊號VIN[3]之間的關係可參考輸入訊號VIP[1]、輸入訊號VIP[2]與輸入訊號VIP[3]的關係，故不再重複贅述。

驅動電路310、320與330根據上述多組輸入訊號經由負載RL1產生輸出訊號VOP，並經由負載RL2產生輸出訊號VON。驅動電路310、320與330中每一者的電路結構可參考圖1的後置驅動器100，故於此不再重複贅述。驅動電路310、320與330中每一者的電晶體尺寸與/或電流源電路的電流並不相同。例如，由於驅動電路310對應於主要抽頭，相較於其他的驅動電路320或330，在驅動電路310中的多個電晶體M1～M6具有最大的尺寸（或是最多的並聯個數），且驅動電路310中的電流源電路105具有最高的電流。

在此例中，共模感測電路130根據對應於主要抽頭的驅動電路310中之節點N1的位準與節點N2的位準產生回授訊號VFB，以提供回授訊號VFB給放大器140產生偏壓電壓VB。換言之，在此例中，對應於多個抽頭的多個驅動電路310、320與330可共用共模感測電路130與放大器140。此外，對應於主要抽頭的驅動電路310的輸出為反相於對應於其它抽頭的多個驅動電路320與330的輸出。例如，如圖3所示，驅動電路310的正輸出端（相當於電晶體M3的第一端）是耦接至多個驅動電路320與330的負輸出端以經由負載RL1產生輸出訊號VOP，且驅動電路310的負輸出端（相當於電晶體M4的第一端）是耦接至多個驅動電路320與330的正輸出端以經由負載RL2產生輸出訊號VON。換言之，在多個驅動電路320以及330中的節點N1與節點N2（未標示）的設置位置與在驅動電路310中的節點N1與節點N2的設置位置為互相相反。

上述關於驅動電路的數量用於示例，且本案並不以此為限。依據實際應用需求，所需要的抽頭數量不同，故後置驅動器300中的驅動電路的數量可相應地調整。於另一些實施例中，多個驅動電路310、320與330中每一者可更包含圖2中的切換電路250，以增加後置驅動器300的可調性。

綜上所述，本案一些實施例中的後置驅動器可利用回授控制的方式來產生合適的偏壓，以確保後置驅動器中的電晶體不會損壞。如此，可使用低電壓製程的電晶體實施後置驅動器。此外，若實際應用上需要預加重或去加重的功能，本案一些實施例中的後置驅動器可利用多級電路來實施等化器中的多個抽頭來實現上述功能，且該些級電路可共用部分電路來節省電路面積。

雖然本案之實施例如上所述，然而該些實施例並非用來限定本案，本技術領域具有通常知識者可依據本案之明示或隱含之內容對本案之技術特徵施以變化，凡此種種變化均可能屬於本案所尋求之專利保護範疇，換言之，本案之專利保護範圍須視本說明書之申請專利範圍所界定者為準。

100,200,300:後置驅動器

105:電流源電路

110:輸入對電路

120:保護電路

130:共模感測電路

131,132:電阻性元件

140:放大器

250:切換電路

310,320,330:驅動電路

C:電容性元件

M1~M6:電晶體

N1,N2:節點

RL1,RL2:負載

S[1],S[2]:控制訊號

S1,S2:訊號

SW1~SW4:開關

VB,VB1N,VB1P,VB2N,VB2P:偏壓電壓

VDD:供應電壓

VFB:回授訊號

VIN,VIP:輸入訊號

VN1,VN2:電壓

VON,VOP:輸出訊號

VREF:參考電壓

［圖1］為根據本案一些實施例繪製一種後置驅動器的示意圖； ［圖2］為根據本案一些實施例繪製一種後置驅動器的示意圖；以及 ［圖3］為根據本案一些實施例繪製一種後置驅動器的示意圖。

100:後置驅動器

105:電流源電路

110:輸入對電路

120:保護電路

130:共模感測電路

131,132:電阻性元件

140:放大器

C:電容性元件

M1~M6:電晶體

N1,N2:節點

RL1,RL2:負載

S1,S2:訊號

VB,VB1N,VB1P:偏壓電壓

VDD:供應電壓

VFB:回授訊號

VIN,VIP:輸入訊號

VN1,VN2:電壓

VON,VOP:輸出訊號

VREF:參考電壓

Claims (11)

1. 一種後置驅動器，包含：一輸入對電路，根據一第一輸入訊號與一第二輸入訊號自一第一節點輸出一第一訊號並自一第二節點輸出一第二訊號；一保護電路，根據複數個第一偏壓電壓以及一第二偏壓電壓對該輸入對電路提供電壓保護，並傳輸該第一訊號至一第一負載以產生一第一輸出訊號，及傳輸該第二訊號至一第二負載以產生一第二輸出訊號；一共模感測電路，感測該第一節點的位準以及該第二節點的位準以產生一回授訊號；以及一放大器，根據一參考電壓與該回授訊號產生該第二偏壓電壓。
2. 如請求項1之後置驅動器，更包含：一切換電路，用以選擇性地輸出該第二偏壓電壓或一固定電壓給該保護電路。
3. 如請求項2之後置驅動器，其中該切換電路在一省電模式下輸出該固定電壓給該保護電路，及在一操作模式下輸出該第二偏壓電壓給該保護電路。
4. 如請求項1之後置驅動器，其中該共模感測電路包含：一第一電阻性元件，其中該第一電阻性元件的第一端耦接至該第二節點；以及一第二電阻性元件，其中該第二電阻性元件的第一端耦接至該第一電阻性元件的第二端並產生該回授訊號，且該第二電阻性元件的第二端耦接至該第一節點。
5. 如請求項1之後置驅動器，其中該輸入對電路經由該保護電路、該第一負載與該第二負載接收一供應電壓，且該保護電路與該輸入對電路中每一者所包含的電晶體的耐壓低於該供應電壓。
6. 如請求項1之後置驅動器，其中該輸入對電路包含：一第一電晶體，其中該第一電晶體的第一端耦接至該第一節點並輸出該第一訊號，該第一電晶體的第二端經由一電流源電路耦接至地，且該第一電晶體的控制端接收該第一輸入訊號；以及一第二電晶體，其中該第二電晶體的第一端耦接至該第二節點並輸出該第二訊號，該第二電晶體的第二端耦接至該第一電晶體的第二端，且該第二電晶體的控制端接收該第二輸入訊號。
7. 如請求項6之後置驅動器，其中當該第二電晶體響應該第二輸入訊號關斷時，該第二節點的位準經由該保護電路、該共模感測電路以及該放大器箝位至一特定位準，且該特定位準經由該參考電壓與該第一節點的位準決定。
8. 如請求項1之後置驅動器，其中該保護電路包含：一第一電晶體，經由該些第一偏壓電壓中的一第一者偏壓，並產生該第一輸出訊號；一第二電晶體，經由該第二偏壓電壓偏壓，並自該輸入對電路接收該第一訊號；一第三電晶體，經由該些第一偏壓電壓中的一第二者偏壓，並產生該第二輸出訊號；以及 一第四電晶體，經由該第二偏壓電壓偏壓，並自該輸入對電路接收該第二訊號。
9. 一種後置驅動器，包含：複數個驅動電路，根據複數組輸入訊號經由一第一負載產生一第一輸出訊號，並經由一第二負載產生一第二輸出訊號，其中該些驅動電路中每一者包含：一輸入對電路，根據該些組輸入訊號中的一對應者的一第一輸入訊號與一第二輸入訊號經由一第一節點輸出一第一訊號，並經由一第二節點輸出一第二訊號；以及一保護電路，根據複數個第一偏壓電壓以及一第二偏壓電壓導通以對該輸入對電路提供一電壓保護，並傳輸該第一訊號至該第一負載，並傳輸該第二訊號至該第二負載；一共模感測電路，根據該些驅動電路中的一對應驅動電路的該第一節點之位準與該對應驅動電路的該第二節點之位準產生一回授訊號；以及一放大器，根據一參考電壓與該回授訊號產生該第二偏壓電壓。
10. 如請求項9之後置驅動器，其中該些驅動電路分別對應於複數個抽頭，該對應驅動電路為該些驅動電路中對應於該些抽頭中的一主要抽頭的電路。
11. 如請求項9之後置驅動器，其中該些驅動電路中每一者包含複數個電晶體，該對應驅動電路所包含的該些電晶體的尺寸大於該些驅動電路中其它者所包含的該些電晶體的尺寸。

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