共源共柵h橋預(yù)驅(qū)動器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種共源共柵H橋預(yù)驅(qū)動器。本發(fā)明的方面包含一種電路(200)，其具有共源共柵H橋(202)、上部電壓供應(yīng)組件(206)、下部電壓供應(yīng)組件(212)及預(yù)驅(qū)動器組件(216)。所述共源共柵H橋(202)經(jīng)布置以提供用于驅(qū)動負(fù)載(26)的驅(qū)動信號。所述上部電壓供應(yīng)組件(206)可將上部供應(yīng)電壓提供到所述共源共柵H橋(202)。所述下部電壓供應(yīng)組件(212)可將下部供應(yīng)電壓提供到所述共源共柵H橋(202)。所述預(yù)驅(qū)動器組件(216)可將預(yù)驅(qū)動信號提供到所述共源共柵H橋(202)，其中預(yù)驅(qū)動器組件(216)具有第一電壓源及第二電壓源。所述第一電壓源可提供上部擺幅電壓，且所述第二電壓源可提供下部擺幅電壓。所述預(yù)驅(qū)動器組件(216)可基于所述上部擺幅電壓、所述下部擺幅電壓以及所述上部供應(yīng)電壓(206)及所述下部供應(yīng)電壓(212)中的一者而提供所述預(yù)驅(qū)動信號。
【專利說明】共源共柵H橋預(yù)驅(qū)動器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體來說涉及H橋傳輸器。

【背景技術(shù)】
[0002]圖1展示常規(guī)H橋傳輸器。盡管H橋傳輸器可用于多個驅(qū)動器應(yīng)用中，但下文使用低電壓DC電動機(jī)應(yīng)用來解釋H橋操作。
[0003]在所述圖中，常規(guī)H橋傳輸器100包含H橋102、上部參考電壓源104及下部參考電壓源 106。H 橋 102 包含場效應(yīng)晶體管(FET) 108、FET 110,FET 112 及 FET 114。FET 108為 NMOS FET, FET 110 為 NMOS FET, FET 112 為 PMOS FET，且 FET 114 為 PMOS FET。
[0004]如圖中所展示，F(xiàn)ET 108經(jīng)布置為H橋102的左上腿(leg)，而FET 110經(jīng)布置為H橋102的右上腿。FET 112經(jīng)布置為H橋102的左下腿，而FET 114經(jīng)布置為H橋102的右下腿。
[0005]輸入信號116驅(qū)動FET 108的柵極且輸入信號118驅(qū)動FET 110的柵極。輸入信號120驅(qū)動FET 112的柵極且輸入信號122驅(qū)動FET 114的柵極。輸出端子124及輸出端子126布置為H橋102的傳輸器輸出。如跨越輸出端子124及輸出端子126施加的傳輸負(fù)載128表不H橋傳輸器100驅(qū)動的負(fù)載。
[0006]上部參考電壓源104及下部參考電壓源106設(shè)定輸出端子124與126之間及因此到傳輸負(fù)載128的電壓擺幅極限?？缭絺鬏斬?fù)載128的信號振幅及極性由輸入信號116、118,120 及 122 設(shè)定。
[0007]出于論述的目的，考慮H橋102針對常規(guī)基本低電壓DC電機(jī)控制的操作。在第一狀態(tài)中，輸入信號116及122分別致動FET 108及114的柵極，而輸入信號118及120不分別致動FET 110及112的柵極。在此第一狀態(tài)中，電流將從輸出端子124穿過傳輸負(fù)載128流到輸出端子126，以使得電機(jī)將沿第一方向轉(zhuǎn)動。在第二狀態(tài)中，輸入信號116及122不分別致動FET 108及114的柵極，而輸入信號118及120分別致動FET 110及112的柵極。在此第二狀態(tài)中，電流將從輸出端子126穿過傳輸負(fù)載128流到輸出端子124，以使得電機(jī)將沿與第一方向相反的第二方向轉(zhuǎn)動。
[0008]然而，針對高DC電壓應(yīng)用，上文所描述的基于CMOS的H橋?qū)嵤┓桨冈跓o晶體管損壞的情況下支持必要電壓擺幅方面呈現(xiàn)一挑戰(zhàn)。
[0009]需要一種利用CMOS邏輯的H橋傳輸器，但其中設(shè)計支持常規(guī)上僅由常規(guī)較高電壓半導(dǎo)體技術(shù)(例如雙極)支持的輸出驅(qū)動電壓。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的方面實現(xiàn)一種利用CMOS邏輯的H橋傳輸器，但其中設(shè)計支持常規(guī)上僅由常規(guī)較高電壓半導(dǎo)體技術(shù)(例如雙極)支持的輸出驅(qū)動電壓。本發(fā)明的方面可支持多個高電壓應(yīng)用，其非限制性實例為用于硬盤驅(qū)動器(HDD)讀取/寫入頭的驅(qū)動器。
[0011]本發(fā)明的方面包含一種電路，其具有共源共柵H橋、上部電壓供應(yīng)組件、下部電壓供應(yīng)組件及預(yù)驅(qū)動器組件。所述共源共柵H橋經(jīng)布置以提供用于驅(qū)動負(fù)載的驅(qū)動信號。所述上部電壓供應(yīng)組件可將上部供應(yīng)電壓提供到所述共源共柵H橋。所述下部電壓供應(yīng)組件可將下部供應(yīng)電壓提供到所述共源共柵H橋。所述預(yù)驅(qū)動器組件可將預(yù)驅(qū)動信號提供到所述共源共柵H橋，其中預(yù)驅(qū)動器組件具有第一電壓源及第二電壓源。所述第一電壓源可提供上部擺幅電壓，且所述第二電壓源可提供下部擺幅電壓。所述預(yù)驅(qū)動器組件可基于所述上部擺幅電壓、所述下部擺幅電壓以及所述上部供應(yīng)電壓及所述下部供應(yīng)電壓中的一者而提供所述預(yù)驅(qū)動信號。
[0012]本發(fā)明的額外優(yōu)點及新穎特征部分地在以下描述中加以陳述且部分地將在所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員審閱下文后變得顯而易見或可通過本發(fā)明的實踐獲知?？山柚谒綑?quán)利要求書中特別指出的手段及組合來實現(xiàn)及達(dá)成本發(fā)明的優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]并入本說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分的附圖圖解說明了本發(fā)明的示范性實施例，并與本描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。在圖式中:
[0014]圖1圖解說明用于驅(qū)動DC電動機(jī)的常規(guī)H橋傳輸器；
[0015]圖2圖解說明使用適合于包含高電壓應(yīng)用的HDD應(yīng)用的共源共柵CMOS FET晶體管及晶體管柵極預(yù)驅(qū)動器的H橋傳輸器；
[0016]圖3圖解說明用于開關(guān)/共源共柵晶體管對的預(yù)驅(qū)動器；
[0017]圖4是圖解說明實施本發(fā)明的方面的預(yù)驅(qū)動器電路的組件圖式；
[0018]圖5是圖4的組件圖式的電路層級表示；
[0019]圖6圖解說明表示預(yù)驅(qū)動器輸入緩沖功能的圖5的部分；
[0020]圖7圖解說明表示驅(qū)動器功能的圖5的部分；
[0021]圖8圖解說明表示輸出緩沖器功能的圖5的部分；
[0022]圖9圖解說明表示電壓參考功能的圖5的部分；
[0023]圖10是允許電壓參考值的調(diào)整及設(shè)定的實施例的組件圖式；且
[0024]圖11是除電壓參考值以外還允許預(yù)驅(qū)動器輸出緩沖器驅(qū)動強(qiáng)度的調(diào)整及設(shè)定的實施例的組件圖式。

【具體實施方式】
[0025]本發(fā)明提供H橋傳輸器在CMOS邏輯中的高功率實施方案。
[0026]本發(fā)明的方面提供一種H橋傳輸器，其包含共源共柵CMOS FET晶體管、源極跟隨器電壓參考及用以驅(qū)動H橋晶體管柵極的預(yù)驅(qū)動器。與用于高電壓驅(qū)動電路及用于附隨邏輯電路的CMOS的雙極技術(shù)的常規(guī)使用相比，在以CMOS實施兩者且本發(fā)明的方面允許此情形時實現(xiàn)制作簡單性及成本效益方面的大的益處。根據(jù)本發(fā)明的方面的H橋傳輸器可用于多種較高電壓應(yīng)用中。一個非限制性實例為用于HDD讀取/寫入頭的驅(qū)動器，因為HDD還可使用低電壓邏輯電路來操縱用于存儲的數(shù)據(jù)。通過使用晶體管共源共柵來實現(xiàn)呈高電壓設(shè)定的CMOS晶體管的過電壓保護(hù)。晶體管的共源共柵需要對內(nèi)部電壓擺幅及經(jīng)比例縮放共源共柵電壓的嚴(yán)格控制以便維持高效功能操作。這通過使用所述預(yù)驅(qū)動器及源極跟隨器電壓參考來實現(xiàn)。所述預(yù)驅(qū)動器還允許對設(shè)計的修整以適應(yīng)不同客戶負(fù)載要求。
[0027]針對例如HDD驅(qū)動電路的應(yīng)用采用共源共柵CMOS FET的H橋傳輸器實施方案具有數(shù)個挑戰(zhàn)。為了滿足所述應(yīng)用的所需性能，可存在對設(shè)定電壓擺幅極限及共源共柵開關(guān)的經(jīng)比例縮放電平的電壓參考的嚴(yán)格控制?？山?jīng)由電池參考而非使用更一般的電流源來設(shè)定輸出的上部及下部擺幅極限。此外，可將開關(guān)電平設(shè)定為對應(yīng)于那些擺幅極限以便維持效率及功能操作。此外，可將共源共柵電壓擺幅極限設(shè)定為對應(yīng)于相對于開關(guān)電壓電平的適當(dāng)經(jīng)比例縮放電壓，且每一開關(guān)不僅可在功能上獨立而且可在切換時完全地啟用及停用。
[0028]通過使用預(yù)驅(qū)動器及源極跟隨器電壓參考，本發(fā)明的方面成功地解決及克服上文所列的所有挑戰(zhàn)。
[0029]現(xiàn)在將參考圖2-10詳細(xì)地解釋本發(fā)明的方面。
[0030]圖2圖解說明類似于圖1中所描述的H橋但使用適合于包含HDD應(yīng)用的高電壓應(yīng)用的共源共柵CMOS FET晶體管及晶體管柵極預(yù)驅(qū)動器的H橋傳輸器。
[0031]如圖中所展示，系統(tǒng)200包含共源共柵H橋傳輸器202、供應(yīng)電壓204、電壓參考206、FET 208、接地210、電壓參考212、FET 214、預(yù)驅(qū)動器對216、預(yù)驅(qū)動器對218、預(yù)驅(qū)動器對 220 及預(yù)驅(qū)動器對 222。FET 208 為 NMOS FET,且 FET 214 為 PMOS FET。
[0032]共源共柵H橋傳輸器202包含開關(guān)FET 224、開關(guān)FET 226、共源共柵FET 228、共源共柵FET 230、開關(guān)FET 232、開關(guān)FET 234、共源共柵FET 236、共源共柵FET 238及傳輸負(fù)載 260。FET 224、226、228 及 230 為 NMOS FET，而 FET 232、234、236 及 238 為 PMOS FET。
[0033]電壓參考206及FET 208相對于供應(yīng)電壓204布置為基于源極跟隨器的上部電壓參考。電壓參考212及FET 214相對于接地210布置為基于源極跟隨器的下部電壓參考。
[0034]開關(guān)FET 224及共源共柵FET 228布置為共源共柵H橋傳輸器202的左上腿，而開關(guān)FET 226及共源共柵FET 230布置為共源共柵H橋傳輸器202的右上腿。開關(guān)FET 232及共源共柵FET 236布置為共源共柵H橋傳輸器202的左下腿，而開關(guān)FET 234及共源共柵FET 238布置為共源共柵H橋傳輸器202的右下腿。輸出端子256及輸出端子258布置為共源共柵H橋傳輸器202的輸出。如跨越輸出端子256及輸出端子258施加的傳輸負(fù)載260表不共源共柵H橋傳輸器202所驅(qū)動的負(fù)載。
[0035]預(yù)驅(qū)動器216經(jīng)布置以分別經(jīng)由端子240及端子242驅(qū)動開關(guān)FET 224及共源共柵FET 228的柵極。預(yù)驅(qū)動器218經(jīng)布置以分別經(jīng)由端子244及端子246驅(qū)動開關(guān)FET226及共源共柵FET 230的柵極。預(yù)驅(qū)動器220經(jīng)布置以分別經(jīng)由端子250及端子248驅(qū)動開關(guān)FET 232及共源共柵FET 236的柵極。預(yù)驅(qū)動器222經(jīng)布置以分別經(jīng)由端子254及端子252驅(qū)動開關(guān)FET 234及共源共柵FET 238的柵極。
[0036]電壓參考206及電壓參考212中的每一者為可調(diào)整的。對電壓參考206及電壓參考212的調(diào)整將共源共柵H橋傳輸器202的輸出的最大電壓擺幅設(shè)定在由供應(yīng)電壓204設(shè)定的極限與接地210之間。通過在多個CMOS FET晶體管之間共享總電壓擺幅(因此為共源共柵布置)來實現(xiàn)處置高輸出電壓擺幅的能力。每一晶體管僅處置總H橋電壓擺幅的其自身的部分，其中每一晶體管的電壓擺幅個別地由預(yù)驅(qū)動器設(shè)定。舉例來說，預(yù)驅(qū)動器216設(shè)定開關(guān)FET 224及共源共柵FET 228的操作電壓擺幅。類似地，其它腿的開關(guān)及共源共柵FET電壓擺幅由其相應(yīng)預(yù)驅(qū)動器設(shè)定。
[0037]出于論述的目的，考慮共源共柵H橋傳輸器202針對常規(guī)基本DC電機(jī)控制的操作。在第一狀態(tài)中，端子240及242處的輸入信號分別致動開關(guān)FET 224及共源共柵FET228的柵極，且端子254及252處的輸入信號分別致動開關(guān)FET 234及共源共柵FET 238的柵極，而端子244及246處的輸入信號不分別致動開關(guān)FET 226及共源共柵FET 230的柵極，且端子250及248處的輸入信號不分別致動開關(guān)FET 232及共源共柵FET 236的柵極。在此第一狀態(tài)中，電流將從輸出端子256穿過傳輸負(fù)載260流到輸出端子258，以使得電機(jī)將沿第一方向轉(zhuǎn)動。在第二狀態(tài)中，端子240及242處的輸入信號不分別致動開關(guān)FET 224及共源共柵FET 228的柵極，且端子254及252處的輸入信號不分別致動開關(guān)FET 234及共源共柵FET 238的柵極，而端子244及246處的輸入信號分別致動開關(guān)FET 226及共源共柵FET 230的柵極，且端子250及248處的輸入信號分別致動開關(guān)FET 232及共源共柵FET 236的柵極。在此第二狀態(tài)中，電流將從輸出端子258穿過傳輸負(fù)載260流到輸出端子256,以使得電機(jī)將沿與第一方向相反的第二方向轉(zhuǎn)動。
[0038]簡略地參考為常規(guī)情況的圖1的H橋102，應(yīng)注意，當(dāng)比較H橋102的操作與共源共柵H橋傳輸器202的操作時，H橋102的四個腿中的每一者僅包含單個晶體管，而H橋傳輸器H橋202的四個腿中的每一者包含呈共源共柵布置的兩個晶體管。舉例來說，H橋102的左上腿包含由于不存在共源共柵而為開關(guān)晶體管的FET 116，而共源共柵H橋傳輸器202的左上腿包含開關(guān)FET 224及共源共柵FET 228兩者。如較早所描述，共源共柵FET 228、230,236及238不僅提供分別從開關(guān)FET 224、226、232及234到傳輸負(fù)載260的電流路徑，而且也用于處置可在傳輸負(fù)載260處出現(xiàn)的為供應(yīng)電壓204與接地210之間的電壓的最大電壓擺幅的一部分。與圖1的H橋102的處置整個電壓擺幅的開關(guān)FET (FET 108、110、112及114)相比，這使得開關(guān)FET 224、226、232及234僅處置最大電壓擺幅的一部分。因此，在其中用于H橋102及共源共柵H橋傳輸器202的FET的晶體管擊穿電壓及穿通電壓相同且共源共柵H橋202根據(jù)本發(fā)明的方面操作的情況中，傳輸負(fù)載260可為比傳輸負(fù)載128大的負(fù)載。
[0039]在比較H橋102的常規(guī)實例與根據(jù)本發(fā)明的方面的H橋202的實施例且其中以在3.3伏下操作的低成本CMOS邏輯技術(shù)實施兩者的晶體管且其中兩者的負(fù)載為以當(dāng)前HDD技術(shù)所需的高控制電壓(舉例來說，12伏)操作的HDD時，H橋102可能不能夠在不損壞晶體管的情況下支持所需電壓，而共源共柵H橋傳輸器202將能夠在無損壞的情況下支持所需電壓。
[0040]如迄今所解釋且根據(jù)本發(fā)明的方面，共源共柵H橋傳輸器202使用預(yù)驅(qū)動器來控制開關(guān)及共源共柵晶體管的經(jīng)比例縮放電壓及電壓擺幅?，F(xiàn)在將參考圖3進(jìn)一步詳細(xì)地論述根據(jù)本發(fā)明的方面的實例性預(yù)驅(qū)動器。
[0041]圖3圖解說明圖2的實例性預(yù)驅(qū)動器對220的分解視圖。H橋的其它三個預(yù)驅(qū)動器可為相同設(shè)計且將不單獨地加以解釋。
[0042]如圖中所展示，預(yù)驅(qū)動器對220包含預(yù)驅(qū)動器302及預(yù)驅(qū)動器320。預(yù)驅(qū)動器302包含驅(qū)動器/緩沖器306、供應(yīng)電壓308、電壓參考310、NMOS FET 312、接地314、電壓參考316及PMOS FET 318。預(yù)驅(qū)動器320包含驅(qū)動器/緩沖器324、電壓參考328、NM0S FET330、接地 332、電壓參考 334 及 PMOS FET 336。
[0043]下部共源共柵邏輯輸入信號304經(jīng)布置以饋送到預(yù)驅(qū)動器302，預(yù)驅(qū)動器302在端子248處輸出下部共源共柵驅(qū)動信號。電壓參考310及NMOS FET 312相對于驅(qū)動器/緩沖器306的供應(yīng)電壓308布置為源極跟隨器上部電壓參考。電壓參考316及PMOS FET 318相對于驅(qū)動器/緩沖器306的接地314布置為源極跟隨器下部電壓參考。
[0044]下部開關(guān)邏輯輸入信號322經(jīng)布置以饋送到預(yù)驅(qū)動器320，預(yù)驅(qū)動器320在端子250處輸出下部開關(guān)驅(qū)動信號。電壓參考328及NMOS FET 330相對于驅(qū)動器/緩沖器320的供應(yīng)電壓326布置為源極跟隨器上部電壓參考。電壓參考334及PMOS FET 336相對于驅(qū)動器/緩沖器320的接地332布置為源極跟隨器下部電壓參考。
[0045]在端子248處來自預(yù)驅(qū)動器302的輸出的電壓擺幅由電壓參考310及316設(shè)定在供應(yīng)電壓308的極限與接地314之間。類似地，端子250的來自預(yù)驅(qū)動器320的總電壓擺幅由電壓參考328及334設(shè)定在供應(yīng)電壓326的極限與接地332之間。
[0046]因此，預(yù)驅(qū)動器的電壓擺幅相對于相應(yīng)供應(yīng)電壓及接地為浮動的。針對任何給定應(yīng)用，預(yù)驅(qū)動器的電壓擺幅極限經(jīng)設(shè)定以不僅保護(hù)其饋送到的晶體管免遭過電壓條件，而且以便表示H橋總電壓擺幅的將由晶體管處置的部分。
[0047]至此時已在系統(tǒng)層級上描述了本發(fā)明的方面。使用圖4到圖8，將在電路層級上解釋實例性實施方案。
[0048]圖4展示根據(jù)本發(fā)明的方面的電路400的組件表示。
[0049]電路400表示用于驅(qū)動H橋的下半部的預(yù)驅(qū)動器。用于驅(qū)動H橋的上半部的預(yù)驅(qū)動器將由等同電路表示。出于簡潔的目的，將不在電路層級上進(jìn)一步解釋用于驅(qū)動H橋的上半部的預(yù)驅(qū)動器。
[0050]在所述圖中，電路400包含預(yù)驅(qū)動器402、預(yù)驅(qū)動器408、預(yù)驅(qū)動器414、預(yù)驅(qū)動器420、電壓源組件426、輸入緩沖器組件428及輸入緩沖器組件430。預(yù)驅(qū)動器402包含輸出緩沖器組件404及驅(qū)動器組件406。預(yù)驅(qū)動器408包含輸出緩沖器組件410及驅(qū)動器組件412。預(yù)驅(qū)動器414包含輸出緩沖器組件418及驅(qū)動器組件416。預(yù)驅(qū)動器420包含輸出緩沖器組件424及驅(qū)動器組件422。
[0051]輸入緩沖器組件428經(jīng)布置以接收輸入信號432并將驅(qū)動信號446輸出到預(yù)驅(qū)動器402，且還接收輸入信號434并將驅(qū)動信號448輸出到預(yù)驅(qū)動器408。輸入緩沖器組件430經(jīng)布置以接收輸入信號436并將驅(qū)動信號452輸出到預(yù)驅(qū)動器420，且還接收輸入信號438并將驅(qū)動信號450輸出到預(yù)驅(qū)動器414。電壓源組件426經(jīng)布置以分別經(jīng)由信號456、458,460及462將電壓參考提供到預(yù)驅(qū)動器402、408、414及420。預(yù)驅(qū)動器402經(jīng)布置以在端子250處輸出驅(qū)動信號，預(yù)驅(qū)動器408經(jīng)布置以在端子248處輸出驅(qū)動信號，預(yù)驅(qū)動器414經(jīng)布置以在端子252處輸出驅(qū)動信號，且預(yù)驅(qū)動器420經(jīng)布置以在端子254處輸出驅(qū)動信號。
[0052]應(yīng)注意，預(yù)驅(qū)動器402及408對應(yīng)于圖2及圖3的預(yù)驅(qū)動器對220，其中提供共源共柵及開關(guān)電壓擺幅的電壓參考源含于電壓源組件426中。如此，預(yù)驅(qū)動器402驅(qū)動開關(guān)FET 232，而預(yù)驅(qū)動器408驅(qū)動共源共柵FET 236。類似地，預(yù)驅(qū)動器420及414對應(yīng)于圖2的預(yù)驅(qū)動器對222，其中提供共源共柵及開關(guān)電壓擺幅的電壓參考源含于電壓源組件426中。如此，預(yù)驅(qū)動器420驅(qū)動開關(guān)FET 234，而預(yù)驅(qū)動器414驅(qū)動共源共柵FET 238。
[0053]輸入數(shù)據(jù)緩沖器組件428分別提供輸入信號432及434與預(yù)驅(qū)動器402及408之間的電隔離。輸入數(shù)據(jù)緩沖器組件428還為輸入信號432及434提供必要的額外功率以便使其分別驅(qū)動預(yù)驅(qū)動器402及408的電路。類似地，輸入數(shù)據(jù)緩沖器組件430分別提供輸入信號436及438與預(yù)驅(qū)動器420及414之間的電隔離。輸入數(shù)據(jù)緩沖器組件430還為輸入信號436及438提供必要額外功率以便使其分別驅(qū)動預(yù)驅(qū)動器420及414的電路。參考圖2的系統(tǒng)200，預(yù)驅(qū)動器對216、218、220及222內(nèi)含有圖4的輸入緩沖器組件428及430的等效功能。關(guān)于圖3的系統(tǒng)300，驅(qū)動器/緩沖器組件306及324內(nèi)含有圖4的輸入緩沖器組件428及430的等效功能。稍后參考圖6更詳細(xì)地解釋輸入緩沖器功能。
[0054]參考圖4，預(yù)驅(qū)動器402、408、414及420中的每一者包含驅(qū)動器組件及輸出緩沖器組件。舉例來說，預(yù)驅(qū)動器402包含驅(qū)動器組件406及輸出緩沖器組件404。驅(qū)動器組件406提供將信號輸入446轉(zhuǎn)換為數(shù)字邏輯電平所必需的電壓電平移位功能，所述數(shù)字邏輯電平接著經(jīng)由連接405被傳遞到輸出緩沖器組件404。輸出緩沖器組件404為經(jīng)由連接405到達(dá)的數(shù)字邏輯電平提供額外驅(qū)動強(qiáng)度以便使預(yù)驅(qū)動器402能夠驅(qū)動大的晶體管。參考圖2的系統(tǒng)200，在預(yù)驅(qū)動器對220內(nèi)分別執(zhí)行圖4的驅(qū)動器及輸入緩沖器組件404及406的等效功能。參考圖3的系統(tǒng)300，在驅(qū)動器/緩沖器324內(nèi)分別執(zhí)行圖4的驅(qū)動器及輸入緩沖器組件404及406的等效功能。
[0055]圖5圖解說明實例性電路500，即實施如與圖4的組件層級電路400的主要組件相關(guān)的本發(fā)明方面的組件層級電路。
[0056]如圖5中所展示，電路500包含圖4的預(yù)驅(qū)動器402、408、414及420、輸出緩沖器組件404、驅(qū)動器組件406、電壓源組件426、輸入緩沖器組件428及輸入緩沖器組件430。將使用圖6-8將電路500分解成個別組件以更容易地解釋組件層級描述。
[0057]圖6展示圖解說明圖4及5的輸入緩沖器組件428的組件的圖式600。
[0058]如圖6中所展示，輸入緩沖器組件428包含晶體管602、晶體管604、晶體管606、電阻器608、晶體管610及電阻器612。緩沖器組件428還包含晶體管616、晶體管618、晶體管620、電阻器622、晶體管624、電阻器626、電壓源630及電壓源632。出于清晰的目的，圖6還展示為預(yù)驅(qū)動器402的驅(qū)動器組件406的部分的反相器614及為預(yù)驅(qū)動器408的驅(qū)動器組件412的部分的反相器628。稍后參考圖7更詳細(xì)地解釋驅(qū)動器組件406及412的操作。
[0059]輸入緩沖器組件428服務(wù)于預(yù)驅(qū)動器402及預(yù)驅(qū)動器408兩者且具有與每一者相關(guān)聯(lián)的輸入及輸出。提供到晶體管602的輸入信號432以及輸出信號446與預(yù)驅(qū)動器402相關(guān)聯(lián)。經(jīng)由反相器614將輸出信號446傳遞到預(yù)驅(qū)動器402的驅(qū)動器組件406。提供到晶體管616的輸入信號434以及輸出信號448與預(yù)驅(qū)動器408相關(guān)聯(lián)。經(jīng)由反相器628將輸出信號448傳遞到預(yù)驅(qū)動器408的驅(qū)動器組件412。
[0060]晶體管602、604及606形成共源共柵鏈以緩沖輸入信號432且增加輸入信號432的振幅以產(chǎn)生信號607。電阻器608設(shè)定晶體管610處的邏輯電平。此時，信號607已經(jīng)設(shè)定以橫跨圖4的驅(qū)動器組件406的電壓軌之間的電壓范圍，所述電壓軌的電平已由圖4的電壓源組件426確定。這使得驅(qū)動器組件406能夠轉(zhuǎn)換到此跨度內(nèi)的任何處的邏輯電平。稍后將參考圖9更詳細(xì)地描述電壓源組件426對電壓軌電壓的設(shè)定。晶體管610鏡射電阻器612處的電流。電阻器612設(shè)定信號446的邏輯電平，其中信號446在反相器614處進(jìn)入驅(qū)動器組件406。
[0061]類似地，晶體管616、618及620形成用于輸入信號434的共源共柵緩沖器鏈。電阻器622設(shè)定晶體管624處的邏輯電平，所述邏輯電平鏡射電阻器626處的電流。電阻器626設(shè)定信號448的邏輯電平，其中信號448在反相器628處進(jìn)入驅(qū)動器組件412。
[0062]電壓源630及電壓源632為第一共源共柵級晶體管604及618以及第二共源共柵級晶體管606及620設(shè)定共源共柵晶體管電壓參考。
[0063]已描述了穿過輸入緩沖器組件428到驅(qū)動器組件406及412的輸入的信號路徑，現(xiàn)在將解釋驅(qū)動器組件406的操作。
[0064]圖7圖解說明圖4及圖5的驅(qū)動器組件406的組件。其它驅(qū)動器組件(預(yù)驅(qū)動器408、414及420的組件)為等同的。出于簡潔的目的，將不單獨地解釋預(yù)驅(qū)動器412、418及424的驅(qū)動器組件。
[0065]如圖7中所展示，驅(qū)動器組件406包含反相器614、反相器702、晶體管704、晶體管706、晶體管708、晶體管710及晶體管712。
[0066]驅(qū)動器組件406從輸入緩沖器組件402接收信號446并輸出信號405。
[0067]信號446施加到充當(dāng)緩沖器的反相器614及702。晶體管704、706、708及710形成用于將信號446轉(zhuǎn)換為浮動上部電壓參考與浮動下部電壓參考之間的數(shù)字邏輯電平的電平移位器711。對于電平移位器711，反相器614驅(qū)動晶體管706，且反相器702驅(qū)動晶體管708。電平移位器由于其正反饋而固有地為緩慢的，晶體管712充當(dāng)前饋裝置以改進(jìn)速度。晶體管712經(jīng)過反相器614及反相器702向電平移位器711中饋送且比原本將開始切換過程的時間更早地開始切換過程。信號405為電平移位器711的在晶體管704與708的結(jié)處的輸出且為驅(qū)動器組件406的輸出。
[0068]驅(qū)動器組件406的輸出傳遞到輸出緩沖器組件404。接下來將使用圖8來描述輸出緩沖器組件404。
[0069]圖8展示圖解說明圖4及圖5的預(yù)驅(qū)動器402的輸出緩沖器組件404的組件的圖式800。其它輸出緩沖器組件(預(yù)驅(qū)動器408、414及420的組件)為等同的。出于簡潔的目的，將不單獨地解釋預(yù)驅(qū)動器408、414及420的輸出緩沖器組件。
[0070]如圖8中所展示，輸出緩沖器組件404包含晶體管802、晶體管804、晶體管806、晶體管808、晶體管810、晶體管812、晶體管814、晶體管816、晶體管818、晶體管820、晶體管822及晶體管824。
[0071]晶體管802及804—起布置為反相器。類似地，晶體管806及808、810及812、814及816、818及820以及822及824全部布置為反相器，達(dá)總共六個反相器。
[0072]多個反相器經(jīng)連接以形成緩沖器鏈，所述緩沖器鏈的用途是增加預(yù)驅(qū)動器的驅(qū)動功率以便使其具有驅(qū)動H橋負(fù)載所需的任何大晶體管的容量。級聯(lián)增加的大小的數(shù)個CMOS反相器為用以增加驅(qū)動強(qiáng)度同時仍使輸入電容保持為低且因此最小化延遲的眾所周知的方法。到緩沖器鏈的輸入為信號405，即如先前所描述的驅(qū)動器組件406的輸出。
[0073]應(yīng)注意，緩沖器鏈的輸出及因此緩沖器輸出組件404的輸出在圖2及圖3的端子250 處。
[0074]已將穿過服務(wù)于預(yù)驅(qū)動器402的驅(qū)動器406及輸出緩沖器404的輸入緩沖器428的主要驅(qū)動信號路徑一直解釋到了組件層級，且使用圖9，以下描述將涵蓋對相同電平的電壓參考。
[0075]圖9展示圖解說明圖4及圖5的電壓源組件426的組件的圖式900。
[0076]如圖中所展示，圖式900的電壓源組件426包含電壓源902、晶體管904、電壓源908、晶體管910、電壓源914、晶體管916、電壓源920及晶體管922。
[0077]電壓軌906布置為圖4及圖5的預(yù)驅(qū)動器402的下部電壓軌，且電壓軌912布置為圖4及圖5的預(yù)驅(qū)動器402的上部電壓軌。這些下部及上部電壓軌也由預(yù)驅(qū)動器420共孚。
[0078]電壓軌918布置為圖4及圖5的預(yù)驅(qū)動器408的下部電壓軌，且電壓軌924布置為圖4及圖5的預(yù)驅(qū)動器408的上部電壓軌。這些下部及上部電壓軌也由預(yù)驅(qū)動器414共享。
[0079]電壓源902及晶體管904形成用于預(yù)驅(qū)動器402及預(yù)驅(qū)動器420的基于FET源極跟隨器的電壓參考源。電壓參考如圖中所展示施加到電壓軌906且因此設(shè)定用于預(yù)驅(qū)動器402及預(yù)驅(qū)動器420的下部電壓參考。類似地，電壓源908及晶體管910形成用于預(yù)驅(qū)動器402及預(yù)驅(qū)動器420的另一基于FET源極跟隨器的電壓參考源。此電壓參考如圖中所展示施加到電壓軌912且因此設(shè)定用于預(yù)驅(qū)動器402及預(yù)驅(qū)動器420的上部電壓參考。
[0080]電壓源914及晶體管916形成用于預(yù)驅(qū)動器408及預(yù)驅(qū)動器414的基于FET源極跟隨器的電壓參考源。電壓參考如圖中所展示施加到電壓軌918且因此設(shè)定用于預(yù)驅(qū)動器408及預(yù)驅(qū)動器414的下部電壓參考。電壓源920及晶體管922形成用于預(yù)驅(qū)動器408及預(yù)驅(qū)動器414的另一基于FET源極跟隨器的電壓參考源。此電壓參考如圖中所展示施加到電壓軌924且因此設(shè)定用于預(yù)驅(qū)動器402及預(yù)驅(qū)動器420的上部電壓參考。
[0081]返回簡略參考圖3，可注意電壓源902及晶體管904對應(yīng)于電壓參考334及PMOSFET 336。類似地，電壓源908及晶體管910對應(yīng)于電壓參考328及PMOS FET 330，電壓源914及晶體管916對應(yīng)于電壓參考316及PMOS FET 318，且電壓源920及晶體管922對應(yīng)于電壓參考310及PMOS FET 312。
[0082]已使用圖6-9將預(yù)驅(qū)動器操作逐區(qū)段詳細(xì)地解釋到了組件層級，可通過返回參考圖5來概述總體預(yù)驅(qū)動器操作。圖5圖解說明四個等同預(yù)驅(qū)動器電路，即預(yù)驅(qū)動器402、408、414及420。出于簡潔的目的，將僅參考預(yù)驅(qū)動器402。輸入到預(yù)驅(qū)動器402的數(shù)據(jù)信號首先由如參考圖6所描述的3級晶體管共源共柵緩沖且在電流鏡射之后接著傳遞到驅(qū)動器組件406。如參考圖7所描述，驅(qū)動器電路首先緩沖、接著電平移位其輸入信號以便將所述信號轉(zhuǎn)換為在浮動功率與接地之間操作的數(shù)字邏輯電平。所述數(shù)字邏輯電平接著傳遞到輸出緩沖器組件404，即如針對圖8所描述增加預(yù)驅(qū)動器的驅(qū)動強(qiáng)度使得其可驅(qū)動使用大晶體管的H橋負(fù)載的六反相器緩沖器鏈。如參考圖9所解釋，基于源極跟隨器的電壓源設(shè)定緩沖器402的上部及下部軌電壓且因此設(shè)定其操作的最大電壓擺幅。
[0083]在前文所描述的實例性實施例中，例如電壓參考源值及信號驅(qū)動強(qiáng)度的預(yù)驅(qū)動器參數(shù)具有固定值。為了迎合不同應(yīng)用及不同用戶規(guī)格，可調(diào)整這些參數(shù)值，但可僅在設(shè)計階段處應(yīng)用此靈活性。最終實施方案仍將具有固定值。然而，可使用其中參數(shù)在最終實施方案自身中可變及可設(shè)定的本發(fā)明的實施例來實現(xiàn)甚至更大的靈活性。一些此類實施例可用作可適應(yīng)不同應(yīng)用及規(guī)格的最終產(chǎn)品。其它實施例可用作用于參數(shù)“調(diào)諧”的媒介以便測試各種值，目的在于(舉例來說)在最終值在實施方案中變?yōu)楣潭ㄖ皩崿F(xiàn)最佳性能。又一些實施例可用于其中電路參數(shù)可實時地適應(yīng)于實時負(fù)載改變的應(yīng)用中。
[0084]將使用圖10來描述一個此種實施例。
[0085]圖10展示系統(tǒng)1000，即其中電壓參考在最終產(chǎn)品中可變的實施例。
[0086]如圖中所展示，系統(tǒng)1000包含電路400及電壓參考控制器1002。電壓參考控制器1002經(jīng)布置以經(jīng)由控制信號1004與電壓源組件426通信。
[0087]在此實施例中，電壓參考控制器1002提供對由電壓源組件426供應(yīng)到預(yù)驅(qū)動器402、預(yù)驅(qū)動器408、預(yù)驅(qū)動器414及預(yù)驅(qū)動器420的所有四個上部電壓參考及所有四個下部電壓參考的調(diào)整及可編程性。電壓參考控制器1002還提供在輸入緩沖器428及430內(nèi)部對電壓參考的調(diào)整及可編程性。這允許預(yù)驅(qū)動器的用戶具有針對不同應(yīng)用及在一應(yīng)用內(nèi)、按不同用戶負(fù)載要求調(diào)整預(yù)驅(qū)動器的靈活性。
[0088]用以實現(xiàn)電壓參考控制器1002對所述值的可調(diào)整性的非限制性方法可為通過電壓參考控制器1002將電壓直接供應(yīng)到預(yù)驅(qū)動器或通過電壓參考控制器1002將調(diào)整信號供應(yīng)到電壓源(例如可調(diào)整或可編程電壓調(diào)節(jié)器板上電壓源組件426)。
[0089]剛剛描述的實施例允許對電壓參考值的調(diào)整。使用圖11，現(xiàn)在將描述將調(diào)整能力擴(kuò)展到預(yù)驅(qū)動器輸出緩沖器驅(qū)動強(qiáng)度參數(shù)的另一實施例。
[0090]圖11展示系統(tǒng)1100，即其中電壓參考值及輸出緩沖器驅(qū)動強(qiáng)度兩者可調(diào)整的本發(fā)明的實施例。
[0091]如圖中所展示，系統(tǒng)1100包含電路400、電壓參考控制器1002及緩沖器驅(qū)動強(qiáng)度控制器1102。緩沖器驅(qū)動強(qiáng)度控制器1102經(jīng)布置以經(jīng)由控制總線1104控制預(yù)驅(qū)動器402的輸出緩沖器404、預(yù)驅(qū)動器408的輸出緩沖器410、預(yù)驅(qū)動器414的輸出緩沖器418及預(yù)驅(qū)動器420的輸出緩沖器424。
[0092]在此實施例中，使用緩沖器驅(qū)動強(qiáng)度控制器1102來實現(xiàn)上文所提及的每一預(yù)驅(qū)動器的輸出緩沖器驅(qū)動強(qiáng)度的可調(diào)整性。
[0093]輸出緩沖器404、410、418及424中的每一者包含呈如較早針對圖8所描述的級聯(lián)鏈的多個CMOS反相器。用于使緩沖器驅(qū)動強(qiáng)度控制器1102實現(xiàn)驅(qū)動強(qiáng)度可調(diào)整性的一個非限制性方法是使其控制緩沖器鏈中的CMOS反相器的數(shù)目。以此方式，可按負(fù)載要求來設(shè)定驅(qū)動強(qiáng)度，同時針對應(yīng)用使輸入電容保持盡可能低且速度盡可能快。
[0094]已詳細(xì)地描述了已如何通過使用本發(fā)明的方面(具體來說，使用共源共柵CMOSFET的H橋設(shè)計)來解決用于HDD驅(qū)動器及類似應(yīng)用的CMOS技術(shù)的擊穿電壓限制及已如何使用本發(fā)明的方面(包含使用預(yù)驅(qū)動器及源極跟隨器電壓源)來克服接著通過使用共源共柵CMOS晶體管而出現(xiàn)的挑戰(zhàn)。已通過對初始實施例及額外實施例的描述進(jìn)一步圖解說明了預(yù)驅(qū)動器的使用還可支持本發(fā)明的主要參數(shù)的修整及調(diào)諧以使得可不僅在設(shè)計階段處而且在最終實施方案中均支持不同應(yīng)用及用戶規(guī)格。
[0095]盡管已使用DC電機(jī)應(yīng)用來描述H橋傳輸器操作，但本發(fā)明的方面可用于其中常規(guī)上已使用具有比CMOS高的擊穿電壓的替代技術(shù)(例如雙極技術(shù))的多種高電壓應(yīng)用中。特定非限制性實例為其中可以與用于附隨數(shù)據(jù)電路的CMOS邏輯相同的技術(shù)來實施驅(qū)動器因此在制造簡單性及成本效益方面實現(xiàn)益處的HDD讀取/寫入頭驅(qū)動器應(yīng)用。
[0096]已出于圖解說明及描述的目的呈現(xiàn)了對本發(fā)明的各種優(yōu)選實施例的前述描述。其并不打算為窮盡性的或?qū)⒈景l(fā)明限制于所揭示的精確形式，且顯然鑒于以上教示可做出許多修改及變化形式。選擇并描述如上文所描述的示范性實施例旨在最好地解釋本發(fā)明的原理及其實際應(yīng)用，以借此使得所屬領(lǐng)域的其它技術(shù)人員能夠在各種實施例中并以適合于所涵蓋的特定使用的各種修改形式更好地利用本發(fā)明。打算由所附權(quán)利要求書來界定本發(fā)明的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種電路,其包括: 共源共柵H橋，其經(jīng)布置以提供用于驅(qū)動負(fù)載的驅(qū)動信號； 上部電壓供應(yīng)組件，其可操作以將上部供應(yīng)電壓提供到所述共源共柵H橋； 下部電壓供應(yīng)組件，其可操作以將下部供應(yīng)電壓提供到所述共源共柵H橋；以及預(yù)驅(qū)動器組件，其可操作以將預(yù)驅(qū)動信號提供到所述共源共柵H橋，所述預(yù)驅(qū)動器組件具有第一電壓源及第二電壓源，所述第一電壓源可操作以提供上部擺幅電壓，所述第二電壓源可操作以提供下部擺幅電壓， 其中所述預(yù)驅(qū)動器組件可操作以基于所述上部擺幅電壓、所述下部擺幅電壓以及所述上部供應(yīng)電壓及所述下部供應(yīng)電壓中的一者而提供所述預(yù)驅(qū)動信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述第一電壓源為可控電壓源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路， 其中所述共源共柵H橋包括上部場效應(yīng)晶體管、上部共源共柵場效應(yīng)晶體管、下部共源共柵場效應(yīng)晶體管及下部場效應(yīng)晶體管，且 其中所述預(yù)驅(qū)動器組件可操作以將所述預(yù)驅(qū)動信號提供到所述上部場效應(yīng)晶體管、所述上部共源共柵場效應(yīng)晶體管、所述下部共源共柵場效應(yīng)晶體管及所述下部場效應(yīng)晶體管中的一者。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路，其中所述預(yù)驅(qū)動器組件包括可操作以基于所述上部供應(yīng)電壓及所述下部供應(yīng)電壓中的所述一者的放大而提供所述預(yù)驅(qū)動信號的放大組件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路，其中所述放大組件包括一系列反相器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路，其中所述系列反相器包括場效應(yīng)晶體管。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其進(jìn)一步包括: 第二預(yù)驅(qū)動器組件，其可操作以將第二預(yù)驅(qū)動信號提供到所述上部共源共柵場效應(yīng)晶體管； 第三預(yù)驅(qū)動器組件，其可操作以將第三預(yù)驅(qū)動信號提供到下部共源共柵場效應(yīng)晶體管；以及 第四預(yù)驅(qū)動器組件，其可操作以將第四預(yù)驅(qū)動信號提供到所述下部場效應(yīng)晶體管， 其中所述預(yù)驅(qū)動器組件可操作以將所述預(yù)驅(qū)動信號提供到所述上部場效應(yīng)晶體管。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其中所述預(yù)驅(qū)動器組件包括可操作以基于所述上部供應(yīng)電壓及所述下部供應(yīng)電壓中的所述一者的放大而提供所述預(yù)驅(qū)動信號的放大組件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，其中所述放大組件包括一系列反相器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電路，其中所述系列反相器包括場效應(yīng)晶體管。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述預(yù)驅(qū)動器組件包括可操作以基于所述上部供應(yīng)電壓及所述下部供應(yīng)電壓中的所述一者的放大而提供所述預(yù)驅(qū)動信號的放大組件。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電路，其中所述放大組件包括一系列反相器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電路，其中所述系列反相器包括場效應(yīng)晶體管。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路， 其中所述共源共柵H橋包括上部場效應(yīng)晶體管、上部共源共柵場效應(yīng)晶體管、下部共源共柵場效應(yīng)晶體管及下部場效應(yīng)晶體管，且 其中所述預(yù)驅(qū)動器組件可操作以將所述預(yù)驅(qū)動信號提供到所述上部場效應(yīng)晶體管、所述上部共源共柵場效應(yīng)晶體管、所述下部共源共柵場效應(yīng)晶體管及所述下部場效應(yīng)晶體管中的一者。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電路，其中所述預(yù)驅(qū)動器組件包括可操作以基于所述上部供應(yīng)電壓及所述下部供應(yīng)電壓中的所述一者的放大而提供所述預(yù)驅(qū)動信號的放大組件。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電路，其中所述放大組件包括一系列反相器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電路，其中所述系列反相器包括場效應(yīng)晶體管。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電路，其進(jìn)一步包括: 第二預(yù)驅(qū)動器組件，其可操作以將第二預(yù)驅(qū)動信號提供到所述上部共源共柵場效應(yīng)晶體管； 第三預(yù)驅(qū)動器組件，其可操作以將第三預(yù)驅(qū)動信號提供到下部共源共柵場效應(yīng)晶體管；以及 第四預(yù)驅(qū)動器組件，其可操作以將第四預(yù)驅(qū)動信號提供到所述下部場效應(yīng)晶體管， 其中所述預(yù)驅(qū)動器組件可操作以將所述預(yù)驅(qū)動信號提供到所述上部場效應(yīng)晶體管。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電路，其進(jìn)一步包括: 控制組件，其可操作以基于所述預(yù)驅(qū)動信號而產(chǎn)生控制信號， 其中所述放大組件可操作以基于所述上部供應(yīng)電壓及所述下部供應(yīng)電壓中的所述一者的可控放大而提供所述預(yù)驅(qū)動信號，且 其中所述放大組件可操作以基于所述控制信號而控制所述上部供應(yīng)電壓及所述下部供應(yīng)電壓中的所述一者的放大。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其進(jìn)一步包括: 控制組件，其可操作以基于所述預(yù)驅(qū)動信號而產(chǎn)生控制信號， 其中所述第一電壓源可操作以基于所述控制信號而改變所述上部擺幅電壓。
【文檔編號】H03K17/56GK104378095SQ201410398864
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月14日
【發(fā)明者】馬修·D·羅利 申請人:德州儀器公司