开关驱动电路及运用该电路的数模转换器 |
|||||||
| 申请号 | CN201210166673.5 | 申请日 | 2012-05-25 | 公开(公告)号 | CN103427838A | 公开(公告)日 | 2013-12-04 |
| 申请人 | 联发科技(新加坡)私人有限公司; | 发明人 | 陶成; 冯悦; 兰坤; 周煜凱; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种 开关 驱动 电路 及运用该电路的 数模转换 器，开关驱动电路包括基准单元和至少一个主单元。每个主单元至少包括相互连接的 电流 源以及阻抗受控元件。基准单元与电流源和阻抗受控元件耦接，基准单元用于提供至少一第一控制 电压 至电流源以及阻抗受控元件以控制阻抗受控元件的 电阻 值变化。通过上述方式，本发明的开关驱动电路中，基准单元和主单元均通过MOS管来实现，避免使用会占据较大芯片面积的电容元件，进而有效减少开关驱动电路的面积，降低 数模转换器 的成本；此外，该开关驱动电路输出的电压 信号 更干净，有效降噪，提高了数模转换器的性能。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种开关驱动电路，其特征在于，所述开关驱动电路包括基准单元和至少一个主单元，每个所述主单元至少包括相互连接的电流源以及阻抗受控元件；所述基准单元与所述电流源和所述阻抗受控元件耦接，所述基准单元用于至少提供一第一控制电压至所述电流源以及阻抗受控元件以控制所述阻抗受控元件的电阻值变化。 |
||||||
| 说明书全文 | 开关驱动电路及运用该电路的数模转换器技术领域背景技术[0002] 目前，HDTV（High Definition Television，高清晰度电视）和BD（Blu-ray Disc，蓝光）播放器日益普及到人们的日常生活当中，其中HDTV和BD播放器均采用高精度、高速的数模转换器(Digital-to-Analog Converter，DAC)来恢复高质量的图像或视频信息。 [0003] 在数模转换器中，开关驱动电路是一个重要的组成部分。开关驱动电路通常包括低压降稳压器（Low Dropout Regulator，下文简称LDO）和开关驱动电路核心部分，其中，LDO用于为开关驱动电路的核心部分提供一稳定的电源电压信号VDD2。然而，由于数模转换器是由数字信号进行控制，其工作工程中不断地重复进行开或关的切换动作，在不停的开关切换过程中，电源电压信号VDD2上会产生开关噪声(Switch Noise)，从而影响数模转换器的动态性能。 [0004] 现有的数模转化器中，通常是在开关驱动电路中的LDO输出端采用较大的电容来抑制噪声。由于电容具有较大的体积，因而在开关驱动电路整体面积中电容占据很大的比重，导致开关驱动电路在电路设计中占用较多的芯片面积，进而增加数模转换器的成本。 [0005] 因此，本发明提供一种开关驱动电路及运用该电路的数模转换器，以解决上述问题。 发明内容[0006] 本发明主要解决的技术问题是提供一种开关驱动电路及运用该电路的数模转换器，可降低开关驱动电路所占用的芯片面积，节省数模转换器的成本。 [0007] 为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种开关驱动电路，其包括基准单元和至少一个主单元，每个主单元至少包括相互连接的电流源以及阻抗受控元件；开关驱动基准单元与电流源和阻抗受控元件耦接，基准单元用于提供至少一第一控制电压至电流源以及阻抗受控元件以控制阻抗受控元件的电阻值变化。 [0008] 为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种数模转换器，其包括相互连接的解码器以及开关驱动电路，所述开关驱动电路为上述的开关驱动电路。 [0009] 上述开关驱动电路中，基准单元和主单元均通过MOS管来实现，避免使用会占据较大芯片面积的电容元件，进而有效减少开关驱动电路的面积，降低数模转换器的成本；此外，不同于现有技术中通过LDO提供工作电压VDD2的工作机理，本发明的开关驱动电路通过引入电流源以及阻抗受控元件，并通过基准单元提供电流源和阻抗受控元件的控制电压信号，实现以电流流过阻抗受控元件的方式产生所需的工作电压的工作机理，使得该开关驱动电路输出的电压信号更干净，有效降噪，提高了数模转换器的性能。附图说明 [0010] 图1是根据本发明的数模转换器的结构示意图； [0011] 图2是图1中数模转换器的电路图； [0012] 图3是图1中的数模转换器的开关驱动电路的结构示意图； [0013] 图4是图3中的开关驱动电路的主单元的电路图； [0014] 图5是根据本发明第一实施例的开关驱动电路的电路图； [0015] 图6是根据本发明第二实施例的开关驱动电路的电路图； [0016] 图7是根据本发明第三实施例的开关驱动电路的电路图。 具体实施方式[0017] 本发明提供一种开关驱动电路，运用于数模转换器。下文将以电流型数模转换器为例，对本发明的技术方案进行详细说明。 [0018] 请参见图1和图2，图1是根据本发明第一实施例的数模转换器10的结构示意图，图2是图1中数模转换器10的电路图。如图1所示，本实施例的数模转换器10包括：解码器11、开关驱动电路12以及电源13。其中，解码器11与开关驱动电路12连接，开关驱动电路12与电源13连接。开关驱动电路12包括基准单元121和至少一个主单元122。 [0019] 如图2所示，本实施例的开关驱动电路12包括n个主单元122，解码器11输出多个数字信号D1-Dn给n个主单元122。电源13包括n个恒流源单元131，恒流源单元131的数量与主单元122的数量相等。 [0020] 在本实施例中，每个主单元122从基准单元121获取第一控制电压VBP和第二控制电压VBR。每个主单元122包括两个输出端QP和QN，以一个主单元122为例，输出端QP1与控制开关K1的控制端连接，输出端QN1与控制开关K2的控制端连接，相应的恒流源单元131的输出端分别与控制开关K1和K2的第一端连接，控制开关K1的第二端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端接地，控制开关K2的第二端接地。当输出端QP1输出为“1”时，控制开关K1断开，若输出端QN1输出为“0”时，控制开关K2闭合，此时数模转换器10的输出端DACO为0。当输出端QP1输出为“0”时，控制开关K1闭合，若输出端QN1输出为“1”时，控制开关K2断开，此时数模转换器10的输出端DACO输出电压。因此，本实施例的数模转换器10通过解码器11控制开关驱动电路12产生开关驱动信号，进而控制电源13的输出电压（如输出端DACO的电压），以将解码器11输出的数字信号转换成模拟信号。 [0021] 请再参见图3，图3是图1中开关驱动电路12的结构示意图。如图3所示，本实施例的主单元122包括串联连接的电流源1221、锁存开关1222以及阻抗受控元件1223，基准单元121与电流源1221和阻抗受控元件1223耦接，基准单元121用于至少提供一控制电压至电流源1221和阻抗受控元件1223，以控制阻抗受控元件1223的电阻值变化。在本实施例中，基准单元121提供第一控制电压VBP至电流源1221，基准单元121提供第二控制电压VBR至阻抗受控单元1223。 [0022] 其中，基准单元121包括运算放大器1211以及反馈回路1212，运算放大器1211的第一输入端输入一目标基准电压VREF。反馈回路1212用于调整运算放大器1121输出的电压，其中反馈回路1212的一端与运算放大器1211的输出端连接，另一端与运算放大器1211的第二输入端1214连接，使得反馈至运算放大器1211的第二输入端1214的电压能追踪所述目标基准电压VREF。 [0023] 图4是图3中主单元122的电路图。如图4所示，电流源1221的电流与基准单元121输出的电流成镜像关系。其中，电流源1221包括P型MOS管M1，P型MOS管M1的源极与第一参考电压VDD连接，P型MOS管的栅极耦接基准单元121输出的第一控制电压VBP，P型MOS管M1的漏极与锁存开关1222连接。其中，第一控制电压VBP控制通过P型MOS管M1的电流。 [0024] 在本实施例中，锁存开关1222包括P型MOS管M2、P型MOS管M3、N型MOS管M4、N型MOS管M5、第一反相器N1以及第二反相器N2。其中，P型MOS管M2的源极和P型MOS管M3的源极与P型MOS管M1的漏极连接，P型MOS管M2的栅极与P型MOS管M3的漏极连接，P型MOS管M2的漏极与P型MOS管M3的栅极连接，且P型MOS管M2的漏极和P型MOS管M3的漏极与阻抗受控元件1223连接。N型MOS管M4的漏极与P型MOS管M2的漏极连接，N型MOS管M5的漏极与P型MOS管M3的漏极连接，N型MOS管M4的栅极与第二反相器N2的输出端连接，N型MOS管M5的栅极与第一反相器N1的输出端连接，N型MOS管M4的源极和N型MOS管M5的源极接地。第一反相器N1的输入端与解码器11的输出端D1连接，第一反相器N1的输出端还与第二反相器N2的输入端连接。 [0025] 在其他实施例中，本领域技术人员完全可以采用其他方式代替第一反相器N1和第二反相器N2，例如采用一个反相器，反相器的输入端与解码器11的输出端D1连接，反相器的输出端与N型MOS管M4的栅极连接，N型MOS管M5的栅极与反相器的输入端连接。 [0026] 在本实施例中，阻抗受控元件1223包括N型MOS管M6以及N型MOS管M7，N型MOS管M6的漏极与P型MOS管M2的漏极连接，N型MOS管M7的漏极与P型MOS管M3的漏极连接，N型MOS管M6的栅极和N型MOS管M7的栅极与基准单元121输出的第二控制电压VBR连接，N型MOS管M6的源极和N型MOS管M7的源极与第二参考电压VSS连接。其中，第二控制电压VBR的控制N型MOS管M6和N型MOS管M7所等效电阻的大小。 [0027] 以下详细说明主单元122的工作原理。 [0028] 在解码器11的输出端D1输出的电平信号为“0”时，第一反相器N1的输出端为“1”，第二反相器N2的输出端为“0”，此时，P型MOS管M3和N型MOS管M4断开，P型MOS管M2和N型MOS管M5导通，主单元122的输出端QN输出“1”，输出端QP输出“0”。 [0029] 在解码器11的输出端D1输出的电平信号为“1”时，第一反相器N1的输出端为“0”，第二反相器N2的输出端为“1”，此时，P型MOS管M2和N型MOS管M5断开，P型MOS管M3和N型MOS管M4导通，主单元122的输出端QN输出“0”，输出端QP输出“1”。 [0030] 在本实施例中，第一MOS管为P型MOS管M1，第二MOS管为P型MOS管M2，第三MOS管为P型MOS管M3，第四MOS管为N型MOS管M4，第五MOS管为N型MOS管M5，第六MOS管为N型MOS管M6，第七MOS管为N型MOS管M7。其中，P型MOS管的第一端为源极，P型MOS管的第二端为栅极，P型MOS管第三端为漏极，N型MOS管的第一端为漏极，N型MOS管的第二端为栅极，N型MOS管的第三端为源极。 [0031] 请参见图5，图5是根据本发明第一实施例的开关驱动电路的电路图。如图5所示，本实施例的反馈回路1212为第一负反馈回路，其中第一负反馈回路包括：P型MOS管M8、P型MOS管M9以及N型MOS管M10，P型MOS管M8的源极与第一参考电压VDD连接，P型MOS管M8的栅极与运算放大器1211的输出端连接，P型MOS管M8的漏极与P型MOS管M9的源极连接，P型MOS管M9的漏极与运算放大器1211的第二输入端1214连接，P型MOS管M9的栅极与N型MOS管M10的漏极连接，N型MOS管M10的栅极与第三参考电压VCC连接，N型MOS管M10的源极接地，运算放大器1211的输出端输出第一控制电压VBP。 [0032] 在本实施例中，基准单元121还包括N型MOS管M11，N型MOS管M11的漏极与P型MOS管M9的漏极连接，N型MOS管M11的栅极与第四参考电压V4连接，N型MOS管M11的源极与第二参考电压VSS连接。其中，第二控制电压VBR根据第四参考电压V4获得。 [0033] 此外，基准单元121还包括一测试回路1213，测试回路1213包括P型MOS管M15、P型MOS管M16、N型MOS管M17以及N型MOS管M18。其中，P型MOS管M15的源极与第一参考电压VDD连接，P型MOS管M15的栅极与运算放大器1211的输出端连接，P型MOS管M15的漏极与P型MOS管M16的源极连接，P型MOS管M16的栅极与N型MOS管M17的漏极连接，N型MOS管M17的栅极与第三参考电压VCC连接，N型MOS管M17的源极接地，N型MOS管M18的漏极与P型MOS管M16的漏极连接，N型MOS管M18的栅极与第四参考电压V4连接，N型MOS管M18的源极与第二参考电压VSS连接。 [0034] 本实施例的开关驱动电路还包括前述实施例的主单元122，在此不再赘述。其中，主单元122的P型MOS管M1的栅极与运算放大器1211的输出端连接，以获取第一控制电压VBP，N型MOS管M6的栅极和N型MOS管M7的栅极与第四参考电压V4连接，以获取第二控制电压VBR。 [0035] 以下详细描述基准单元121与第一反馈回路的工作原理。 [0036] 在第三参考电压VCC为一预定的电源电压时，例如VCC为1.2V时，N型MOS管M10和N型MOS管M17导通，P型MOS管M8、P型MOS管M9和N型MOS管M11也导通。可以理解，在不同工艺和应用下，此VCC的取值可能会不一样。当运算放大器1211的第二输入端1214电压增大时，运算放大器1211的输出端输出的第一控制电压VBP增大，进而P型MOS管M8的栅极电压减小，流过P型MOS管M8、P型MOS管M9以及N型MOS管M11的电流减少，N型MOS管M11的电压减小，因此拉低运算放大器1211的第二输入端1214的电压，使运算放大器1211的第二输入端1214的电压能追踪目标基准电压VREF，进而重新调整运算放大器1211输出第一控制电压VBP。测试回路1213的输出端输出电压VDD2，能够实时检测开关驱动电路输出的电压值，其中电压VDD2最佳值等于目标基准电压VREF。 [0037] 在本实施例中，第八MOS管为P型MOS管M8，第九MOS管为P型MOS管M9，第十MOS管为N型MOS管M10，第十一MOS管为N型MOS管M11。其中，P型MOS管的第一端为源极，P型MOS管的第二端为栅极，P型MOS管第三端为漏极，N型MOS管的第一端为漏极，N型MOS管的第二端为栅极，N型MOS管的第三端为源极。 [0038] 本实施例的开关驱动电路的基准单元121和主单元122均通过MOS管来实现，避免使用会占据较大芯片面积的电容元件，由此可减少开关驱动电路的面积；进一步的，由于数模转换器10包含多个主单元122，多个主单元122所占面积减少的累积量可显著降低数模转换器10所占用的芯片面积，由此可提高器件的集成度、降低芯片的使用面积，从而有效降低数模转换器10的成本。 [0039] 请参见图6，图6是根据本发明第二实施例的开关驱动电路的电路图。如图6所示，本实施例的反馈回路1212为第二负反馈回路，其中第二负反馈回路包括：N型MOS管M11、N型MOS管M12、N型MOS管M13、P型MOS管M14以及电阻R。P型MOS管M14的源极与第一参考电压VDD连接，P型MOS管M14的栅极与运算放大器1211的输出端连接，P型MOS管M14的漏极与N型MOS管M13的漏极连接，N型MOS管M13的栅极与N型MOS管M12的栅极连接，且N型MOS管M13的漏极与栅极连接，N型MOS管M13的源极、N型MOS管M12的源极和N型MOS管M11的源极与第二参考电压VSS连接，N型MOS管M12的漏极与N型MOS管M11的栅极连接，N型MOS管M11的漏极与运算放大器1211的第二输入端1214连接，电阻R的一端与第一参考电压VDD连接，电阻R的第二端与N型MOS管M12的漏极连接，在N型MOS管M12的漏极与电阻R相连接的节点处输出第二控制电压VBR。 [0040] 在本实施例中，基准单元121还包括：P型MOS管M8、P型MOS管M9以及N型MOS管M10。其中，P型MOS管M8的源极与第一参考电压VDD连接，P型MOS管M8的栅极与第五参考电压V5连接，P型MOS管M8的漏极与P型MOS管M9的源极连接，P型MOS管M9的栅极与N型MOS管M10的漏极连接，P型MOS管M9的漏极与运算放大器1211的第二输入端1214连接，N型MOS管M10的栅极与第三参考电压VCC连接，N型MOS管M10的源极接地。 其中，所述第一控制电压VBP从所述第五参考电压V5获得。 [0041] 此外，基准单元121还包括测试回路1213，测试回路1213为前述第一实施例的测试回路1213，在此不再赘述。其中，P型MOS管M15的栅极与第五参考电压V5连接，N型MOS管M18的栅极与N型MOS管M11的栅极连接。 [0042] 本实施例的开关驱动电路还包括主单元122，主单元122为前述实施例的主单元122，在此不再赘述。其中，主单元122的P型MOS管M1的栅极与第五参考电压V5连接，以获取第一控制电压VBP，N型MOS管M6的栅极和N型MOS管M7的栅极与N型MOS管M11的栅极连接，以获取第二控制电压VBR。 [0043] 以下详细描述第二反馈回路的工作原理。 [0044] 当运算放大器1211输出的第一控制电压VBP增大时，流经P型MOS管M14、N型MOS管M13和N型MOS管M12的电流变小，流经电阻R的电流变小，因此电阻R的电压变小，第二控制电压VBR增大，进而运算放大器1211的第二输入端1214的电压变小，使运算放大器1211的第二输入端1214的电压能追踪目标基准电压VREF，进而调整运算放大器1211输出端输出第一控制电压VBP。测试回路1213的输出端输出电压VDD2，能够实时检测开关驱动电路输出的电压值，其中电压VDD2最佳值等于目标基准电压VREF。 [0045] 在本实施例中，第八MOS管为P型MOS管M8，第九MOS管为P型MOS管M9，第十MOS管为N型MOS管M10，第十一MOS管为N型MOS管M11，第十二MOS管为N型MOS管M12，第十三MOS管为N型MOS管M13，第十四MOS管为P型MOS管M14。其中，P型MOS管的第一端为源极，P型MOS管的第二端为栅极，P型MOS管第三端为漏极，N型MOS管的第一端为漏极，N型MOS管的第二端为栅极，N型MOS管的第三端为源极。 [0046] 请参见图7，图7是根据本发明第三实施例的开关驱动电路的电路图。如图7所示，本实施例的反馈回路1212包括第一负反馈回路和第二负反馈回路。 [0047] 在本实施例中，第一负反馈回路包括：P型MOS管M8、P型MOS管M9以及N型MOS管M10，P型MOS管M8的源极与第一参考电压VDD连接，P型MOS管M8的栅极与运算放大器1211的输出端连接，P型MOS管M8的漏极与P型MOS管M9的源极连接，P型MOS管M9的漏极与运算放大器1211的第二输入端1214连接，P型MOS管M9的栅极与N型MOS管M10的漏极连接，N型MOS管M10的栅极与第三参考电压VCC连接，N型MOS管M10的源极接地，运算放大器1211的输出端输出第一控制电压VBP。 [0048] 在本实施例中，第二负反馈回路包括：N型MOS管M11、N型MOS管M12、N型MOS管M13、P型MOS管M14以及电阻R。P型MOS管M14的源极与第一参考电压VDD连接，P型MOS管M14的栅极与运算放大器121的输出端连接，P型MOS管M14的漏极与N型MOS管M13的漏极连接，N型MOS管M13的栅极与N型MOS管M12的栅极连接，且N型MOS管M13的漏极与栅极连接，N型MOS管M13的源极、N型MOS管M12的源极和N型MOS管M11的源极与第二参考电压VSS连接，N型MOS管M12的漏极与N型MOS管M11的栅极连接，N型MOS管M11的漏极与运算放大器1211的第二输入端1214连接，电阻R的一端与第一参考电压VDD连接，电阻R的第二端与N型MOS管M12的漏极连接，在N型MOS管M12的漏极与电阻R相连接的节点处输出第二控制电压VBR。 [0049] 此外，基准单元121还包括测试回路1213，测试回路1213为前述实施例的测试回路1213，在此不再赘述。其中，P型MOS管M15的栅极与运算放大器1211的输出端连接，N型MOS管M18的栅极与N型MOS管M11的栅极连接。 [0050] 本实施例的开关驱动电路还包括主单元122，主单元122为前述实施例的主单元122，在此不再赘述。其中，主单元122的P型MOS管M1的栅极与运算放大器1211的输出端连接，以获取第一控制电压VBP，N型MOS管M6的栅极和N型MOS管M7的栅极与N型MOS管M11的栅极连接，以获取第二控制电压VBR。 [0051] 在本实施例中，第八MOS管为P型MOS管M8，第九MOS管为P型MOS管M9，第十MOS管为N型MOS管M10，第十一MOS管为N型MOS管M11，第十二MOS管为N型MOS管M12，第十三MOS管为N型MOS管M13，第十四MOS管为P型MOS管M14。其中，P型MOS管的第一端为源极，P型MOS管的第二端为栅极，P型MOS管第三端为漏极，N型MOS管的第一端为漏极，N型MOS管的第二端为栅极，N型MOS管的第三端为源极。 [0052] 相对于本发明的第一实施例和第二实施例，第三实施例的有益效果在于：本实施例的开关驱动电路12包括两个负反馈回路，其两个输出端QN和QP输出的电压信号更干净，有效降噪，进而提高了数模转换器10的性能。 [0053] 在本发明其他实施例中，本领域的技术人员完全可以将第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第八MOS管、第九MOS管以及第十四MOS管均为N型MOS管，第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管、第十MOS管、第十一MOS管、第十二MOS管以及第十三MOS管均为P型MOS管，在此不再赘述。 [0054] 通过上述方式，本发明的开关驱动电路中，基准单元和主单元均通过MOS管来实现，避免使用会占据较大芯片面积的电容元件，由此可减少开关驱动电路的面积；进一步的，由于数模转换器包含多个主单元，多个主单元所占面积减少的累积量可显著降低数模转换器所占用的芯片面积，由此可提高器件的集成度、降低芯片的使用面积，从而有效降低数模转换器的成本。此外，不同于现有技术中通过LDO提供工作电压VDD2的工作机理，本发明的开关驱动电路通过引入电流源以及阻抗受控元件，并通过基准单元提供电流源和阻抗受控元件的控制电压信号，实现以一个电流过阻抗受控元件的方式产生所需的工作电压的工作机理，使得该开关驱动电路输出的电压信号更干净，有效降噪，提高了数模转换器的性能。 |
||||||
