本發(fā)明涉及一種輸出級(jí)電路架構(gòu)。

背景技術(shù)：

目前在輸出級(jí)電路的設(shè)計(jì)上，為達(dá)到高速且高效率的目的，電路大部分采用推挽式(push-pull)的架構(gòu)輸出，此架構(gòu)優(yōu)點(diǎn)為輸出電壓可達(dá)到近乎軌對(duì)軌(rail-to-rail)的輸出，因此效率高且易于整合于集成電路中。隨著半導(dǎo)體工藝的進(jìn)步，已經(jīng)來(lái)到納米的世代，故微縮元件所能承受的崩潰電壓越來(lái)越低，因此，輸出的電壓范圍將受限于工藝特性而越來(lái)越低，若欲使用在輸出電壓大于元件崩潰電壓的系統(tǒng)中，將越來(lái)越困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開(kāi)的一實(shí)施例提供一種輸出級(jí)電路，該輸出級(jí)電路包含：一功率反相器，耦接一信號(hào)端；以及一動(dòng)態(tài)偏壓電路，該動(dòng)態(tài)偏壓電路電性連接于一系統(tǒng)電壓端與該功率反相器之間，該動(dòng)態(tài)偏壓電路包含至少一齊納二極管，用以維持該功率反相器的至少一晶體管的柵極與源極之間的跨壓于一第一絕對(duì)值范圍內(nèi)，該至少一晶體管該柵極與漏極之間、該漏極與該源極之間的跨壓于一第二絕對(duì)值范圍內(nèi)。

本公開(kāi)的一實(shí)施例提供一種輸出級(jí)電路的信號(hào)處理方法，該方法包括：接收一第一電平信號(hào)；維持p型晶體管的柵極與源極之間的跨壓，以及維持柵極與漏極之間的跨壓，以及維持漏極與源極之間的跨壓，該跨壓使得該p型晶體管在導(dǎo)通時(shí)工作于線(xiàn)性區(qū)；輸出一系統(tǒng)最高壓；接收一第二電平信號(hào)；維持n型晶體管的柵極與源極之間的跨壓以及維持柵極與漏極之間的跨壓，以及維持漏極與源極之間的跨壓，該跨壓使得該n型晶體管在導(dǎo)通時(shí)工作于線(xiàn)性區(qū)；以及輸出一系統(tǒng)最低壓。

前文已頗為廣泛地概述本發(fā)明的特征及技術(shù)優(yōu)勢(shì)以便可更好地理解隨后的本發(fā)明的詳細(xì)描述。本發(fā)明的額外特征及優(yōu)勢(shì)將在下文中加以描述，且形成本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)的主題。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解，所揭示的概念及特定實(shí)施例可易于用作修改或設(shè)計(jì)其他結(jié)構(gòu)或程序以用于進(jìn)行本發(fā)明的同樣目的的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域技術(shù)人員亦應(yīng)認(rèn)識(shí)到，此等等效構(gòu)造并不脫離如隨附權(quán)利要求書(shū)中所闡明的本發(fā)明的精神及范圍。

附圖說(shuō)明

由以下詳細(xì)說(shuō)明與附隨圖式得以最佳了解本申請(qǐng)案揭示內(nèi)容的各方面。注意，根據(jù)產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施方式，各種特征并非依比例繪示。實(shí)際上，為了清楚討論，可任意增大或縮小各種特征的尺寸。

圖1是根據(jù)一些實(shí)施例說(shuō)明超聲波系統(tǒng)的裝置表示圖。

圖2是根據(jù)一些實(shí)施例說(shuō)明輸出級(jí)電路的裝置表示圖。

圖3是根據(jù)一些實(shí)施例說(shuō)明輸出級(jí)電路的裝置表示圖。

圖4是根據(jù)一些實(shí)施例說(shuō)明輸出級(jí)電路的裝置表示圖。

上文已經(jīng)概略地?cái)⑹霰竟_(kāi)的附圖，從而使下文的本公開(kāi)詳細(xì)描述得以獲得較佳了解。構(gòu)成本公開(kāi)的權(quán)利要求書(shū)標(biāo)的的其它技術(shù)特征及優(yōu)點(diǎn)將描述于下文。本公開(kāi)所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)可了解，下文揭示的概念與特定實(shí)施例可作為基礎(chǔ)而相當(dāng)輕易地予以修改或設(shè)計(jì)其它結(jié)構(gòu)或工藝而實(shí)現(xiàn)與本公開(kāi)相同的目的。本公開(kāi)所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員亦應(yīng)可了解，這類(lèi)等效的建構(gòu)并無(wú)法脫離后附的權(quán)利要求書(shū)所提出的本公開(kāi)的精神和范圍。

【符號(hào)說(shuō)明】

11傳感器陣列12高壓多工器

13脈沖器14數(shù)字信號(hào)處理器

15a/d轉(zhuǎn)換器16可調(diào)制增益放大器

17低噪聲放大器18傳送/接收開(kāi)關(guān)

19節(jié)點(diǎn)20高壓信號(hào)

21上半部動(dòng)態(tài)偏壓電路22下半部動(dòng)態(tài)偏壓電路

23功率反相器24上半部保護(hù)電路

25下半部保護(hù)電路26負(fù)載

27上半部電平移相器28下半部電平移相器

27-1電平移相器及延遲電路28-1電平移相器及延遲電路

29節(jié)點(diǎn)30節(jié)點(diǎn)

31節(jié)點(diǎn)32二極管

33電阻34齊納二極管

35二極管36電阻

37齊納二極管38電阻

39電容41上半部電平移相器

42齊納二極管43電阻

44電阻45功率反相器

46負(fù)載47節(jié)點(diǎn)

48節(jié)點(diǎn)49節(jié)點(diǎn)

51上半部動(dòng)態(tài)偏壓電路52齊納二極管

53電阻54肖特基二極管

61下半部電平移相器62齊納二極管

63電阻64電阻

66逆變器

71下半部動(dòng)態(tài)偏壓電路72齊納二極管

73電阻74肖特基二極管

81上半部保護(hù)電路91下半部保護(hù)電路

92齊納二極管93電阻

94電阻95電阻

100超聲波系統(tǒng)101上半部電平移相器

102電平移相器及延遲電路103下半部電平移相器

104電平移相器及延遲電路

106節(jié)點(diǎn)108節(jié)點(diǎn)

200輸出級(jí)電路300輸出級(jí)電路

400輸出級(jí)電路

mp1、mp2、mp4p型晶體管mn1、mn2、mn3n型晶體管

vh1第一高壓端vh2第二高壓端

vl1第一低壓端vl2第二低壓端

in_p、in_n信號(hào)輸入端

q1、q2、q6、q7、q10、q11p型q3、q4、q5、q8、q9n型晶體管晶體管

r1～r7p型晶體管vc定電源

vdd電壓端s1～s7n型晶體管

vss電壓端

具體實(shí)施方式

以下揭示內(nèi)容提供許多不同的實(shí)施方式或范例，用于實(shí)施本申請(qǐng)案的不同特征。元件與配置的特定范例的描述如下，以簡(jiǎn)化本申請(qǐng)案的揭示內(nèi)容。當(dāng)然，這些僅為范例，并非用于限制本申請(qǐng)案。例如，以下描述在第二特征上或上方形成第一特征可包含形成直接接觸的第一與第二特征的實(shí)施方式，也可包含在該第一與第二特征之間形成其他特征的實(shí)施方式，因而該第一與第二特征可并非直接接觸。此外，本申請(qǐng)案可在不同范例中重復(fù)元件符號(hào)和/或字母。此重復(fù)為了簡(jiǎn)化與清楚的目的，而非支配不同實(shí)施方式和/或所討論架構(gòu)之間的關(guān)系。

再者，本申請(qǐng)案可使用空間對(duì)應(yīng)語(yǔ)詞，例如「之下」、「低于」、「較低」、「高于」、「較高」等類(lèi)似語(yǔ)詞的簡(jiǎn)單說(shuō)明，以描述圖式中一元件或特征與另一元件或特征的關(guān)系。空間對(duì)應(yīng)語(yǔ)詞用以包括除了圖式中描述的位向之外，裝置于使用或操作中的不同位向。裝置或可被定位(旋轉(zhuǎn)90度或是其他位向)，并且可相應(yīng)解釋本申請(qǐng)案使用的空間對(duì)應(yīng)描述。

本申請(qǐng)的實(shí)施例公開(kāi)一種輸出電壓不受限于元件崩潰電壓的輸出級(jí)電路。在集成電路中，先進(jìn)的工藝讓半導(dǎo)體元件持續(xù)微縮，半導(dǎo)體元件通道越短使得開(kāi)關(guān)速度更快，然而微縮結(jié)果使該微縮半導(dǎo)體元件本身較無(wú)法同時(shí)忍受高電壓及大電流操作。舉例來(lái)說(shuō)，在超聲波電路的領(lǐng)域中，輸出端需要高壓脈沖產(chǎn)生器來(lái)驅(qū)動(dòng)探頭，若是想要使用集成電路工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)高電壓輸出，輸出級(jí)電路就需要有特殊的設(shè)計(jì)來(lái)克服個(gè)別元件的低崩潰電壓。一般而言，高壓脈沖產(chǎn)生器的輸出級(jí)電路受限于元件的崩潰電壓。例如：60v的元件用于輸出級(jí)只能輸出0～60v或是±30v的輸出電壓。本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N輸出電壓不受限于元件崩潰電壓的輸出級(jí)電路，可設(shè)計(jì)以低壓的半導(dǎo)體元件實(shí)現(xiàn)較大擺幅的輸出電壓。

圖1是根據(jù)一些實(shí)施例說(shuō)明超聲波系統(tǒng)100的裝置表示圖。超聲波系統(tǒng)100包含傳感器陣列11、高壓多工器12、脈沖器13、數(shù)字信號(hào)處理器14、a/d轉(zhuǎn)換器15、可調(diào)制增益放大器16、低噪聲放大器17、傳送/接收開(kāi)關(guān)18等。傳感器陣列11電性連接高壓多工器12，高壓多工器12、脈沖器13的輸出端、傳送/接收開(kāi)關(guān)18連接于節(jié)點(diǎn)19，傳送/接收開(kāi)關(guān)18連接低噪聲放大器17，低噪聲放大器17連接可調(diào)制增益放大器16，可調(diào)制增益放大器16連接a/d轉(zhuǎn)換器15，低噪聲放大器17位于傳送/接收開(kāi)關(guān)18和可調(diào)制增益放大器16之間，可調(diào)制增益放大器16位于a/d轉(zhuǎn)換器15和低噪聲放大器17之間，a/d轉(zhuǎn)換器15位于可調(diào)制增益放大器16和數(shù)字信號(hào)處理器14之間，數(shù)字信號(hào)處理器14同時(shí)連接脈沖器13與a/d轉(zhuǎn)換器15。

數(shù)字信號(hào)處理器14能處理整個(gè)超聲波系統(tǒng)100的信號(hào)運(yùn)算，數(shù)字信號(hào)處理器14命令脈沖器13發(fā)出一高壓信號(hào)20，藉由傳送/接收開(kāi)關(guān)18的通道控制，導(dǎo)引高壓信號(hào)20經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)19并且傳送到高壓多工器12，高壓多工器12通過(guò)選擇線(xiàn)的切換控制，導(dǎo)引多個(gè)信號(hào)通道的切換，信號(hào)進(jìn)一步傳送到傳感器陣列11，傳感器陣列11(transducerarray)能將電子信號(hào)轉(zhuǎn)換為音波或其他物理信號(hào)例如光或熱，并且將音波發(fā)射到被感測(cè)物體上，例如：人或動(dòng)物。被感測(cè)物體接受該音波后產(chǎn)生反射音波或其他物理信息，傳感器陣列11能感測(cè)到被測(cè)量的信息，并能將感測(cè)到的信息轉(zhuǎn)換成為低壓信號(hào)。帶有生理信息的低壓信號(hào)藉由高壓多工器12的通道選擇，將低壓信號(hào)傳輸?shù)焦?jié)點(diǎn)19，通過(guò)傳送/接收開(kāi)關(guān)18將低壓信號(hào)傳輸?shù)降驮肼暦糯笃?7，低噪聲放大器17將低壓信號(hào)放大，以便于下一級(jí)的信號(hào)處理，低壓信號(hào)進(jìn)一步接受可調(diào)制增益放大器16和a/d轉(zhuǎn)換器15的處理，數(shù)字信號(hào)處理器14接收該帶有生理信息的低壓信號(hào)，并且進(jìn)行解讀?？烧{(diào)制增益放大器16能調(diào)整信號(hào)的增益，讓上下級(jí)電路能匹配。a/d轉(zhuǎn)換器15能將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。

本申請(qǐng)著重于脈沖器13內(nèi)的輸出級(jí)電路，目的在于使用集成電路工藝與耐低壓元件，來(lái)實(shí)現(xiàn)高電壓、高擺幅的輸出，詳細(xì)說(shuō)明如下。

圖2是根據(jù)一些實(shí)施例說(shuō)明輸出級(jí)電路200的裝置表示圖。輸出級(jí)電路200包含上半部動(dòng)態(tài)偏壓電路21、下半部動(dòng)態(tài)偏壓電路22、功率反相器23、上半部保護(hù)電路24、下半部保護(hù)電路25、負(fù)載26、上半部電平移相器27、下半部電平移相器28、第一高壓端vh1、第二高壓端vh2、第一低壓端vl1、第二低壓端vl2、電平移相器及延遲電路27-1、電平移相器及延遲電路28-1。

功率反相器23包含p型晶體管mp1、mp2以及n型晶體管mn1、mn2。p型晶體管mp1、mp2以及n型晶體管mn1、mn2為金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效功率元件。p型晶體管mp1的柵極連接上半部電平移相器27；p型晶體管mp1的源極連接第一高壓端vh1；p型晶體管mp1的漏極連接p型晶體管mp2的源極。p型晶體管mp2的柵極與源極連接上半部動(dòng)態(tài)偏壓電路21；p型晶體管mp2的漏極連接n型晶體管mn1的漏極。n型晶體管mn1的柵極與源極連接下半部動(dòng)態(tài)偏壓電路22，n型晶體管mn1的源極同時(shí)地連接n型晶體管mn2的漏極。n型晶體管mn2的柵極連接下半部電平移相器28，n型晶體管mn2的源極連接第一低壓端vl1。特別地，節(jié)點(diǎn)29位于p型晶體管mp1與mp2之間，節(jié)點(diǎn)29同時(shí)連接p型晶體管mp1的漏極、p型晶體管mp2的源極、上半部動(dòng)態(tài)偏壓電路21的一端、上半部保護(hù)電路24的一端。節(jié)點(diǎn)30位于p型晶體管mp2與n型晶體管mn1之間，節(jié)點(diǎn)30同時(shí)連接p型晶體管mp2的漏極、n型晶體管mn1的漏極、負(fù)載26的一端。節(jié)點(diǎn)31位于n型晶體管mn1與mn2之間，節(jié)點(diǎn)31同時(shí)連接n型晶體管mn1的源極、n型晶體管mn2的漏極、下半部動(dòng)態(tài)偏壓電路22的一端、下半部保護(hù)電路25的一端。

上半部電平移相器27分別連接第一高壓端vh1、第二高壓端vh2、信號(hào)輸入端in_p、p型晶體管mp1的柵極。下半部電平移相器28分別連接第一低壓端vl1、第二低壓端vl2、信號(hào)輸入端in_n、n型晶體管mn2的柵極。上半部電平移相器27可包含例如多個(gè)晶體管組成的電路，能將信號(hào)輸入端in_p的信號(hào)升壓，輸出較大絕對(duì)值電壓例如：第一高壓端vh1、第二高壓端vh2的電壓；下半部電平移相器28可包含例如多個(gè)晶體管組成的電路，能將信號(hào)輸入端in_n的信號(hào)降壓，輸出較大絕對(duì)值電壓例如：第一低壓端vl1、第二低壓端vl2的電壓。

上半部動(dòng)態(tài)偏壓電路21包含二極管32、電阻33、齊納二極管34。二極管32連接在第二高壓端vh2與p型晶體管mp2的柵極之間，二極管32的陽(yáng)極連接p型晶體管mp2的柵極，二極管32的陰極連接第二高壓端vh2。齊納二極管34跨接于節(jié)點(diǎn)29與p型晶體管mp2的柵極之間，換句話(huà)說(shuō)，齊納二極管34跨接p型晶體管mp2的源極與柵極之間。詳言之，齊納二極管34的陽(yáng)極連接p型晶體管mp2的柵極，齊納二極管34的陰極連接p型晶體管mp2的源極。電阻33與齊納二極管34呈現(xiàn)并聯(lián)，電阻33的一端與p型晶體管mp2的源極連接，電阻33的另一端連接p型晶體管mp2的柵極。

下半部動(dòng)態(tài)偏壓電路22包含二極管35、電阻36、齊納二極管37。二極管35連接在第二低壓端vl2與n型晶體管mn1的柵極之間，二極管35的陰極連接n型晶體管mn1的柵極，二極管35的陽(yáng)極連接第二低壓端vl2。齊納二極管37跨接于節(jié)點(diǎn)31與n型晶體管mn1的柵極之間，換句話(huà)說(shuō)，齊納二極管37跨接n型晶體管mn1的源極與柵極之間。詳言之，齊納二極管37的陽(yáng)極連接n型晶體管mn1源極，齊納二極管37的陰極連接n型晶體管mn1的柵極。電阻36與齊納二極管37呈現(xiàn)并聯(lián)，電阻36的一端與n型晶體管mn1的源極連接，電阻36的另一端連接n型晶體管mn1的柵極。

上半部保護(hù)電路24包含一n型晶體管mn3，n型晶體管mn3的柵極連接電平移相器及延遲電路27-1，間接接收來(lái)自信號(hào)輸入端in_p信號(hào)；n型晶體管mn3的漏極連接節(jié)點(diǎn)29；n型晶體管mn3的源極接地。

下半部保護(hù)電路25包含一p型晶體管mp4，p型晶體管mp4的柵極連接電平移相器及延遲電路28-1，間接接收來(lái)自信號(hào)輸入端in_n信號(hào)；p型晶體管mp4的漏極連接節(jié)點(diǎn)31；p型晶體管mp4的源極接地。

在本實(shí)施例中，負(fù)載26包含一電阻38、一電容39。負(fù)載26為傳感器或其它外接裝置，不限制為本實(shí)施例的樣態(tài)。

在本實(shí)施例中，動(dòng)作的方式可略分為上半部晶體管導(dǎo)通的正半波模式以及下半部晶體管導(dǎo)通的負(fù)半波模式。在正半波模式時(shí)，p型晶體管mp1、mp2開(kāi)啟；n型晶體管mn1、mn2關(guān)閉。第一高壓端vh1輸出電壓大于第二高壓端vh2，例如：vh1＝60v；vh2＝55v。上半部電平移相器27接收信號(hào)輸入端in_p信號(hào)并且輸出第二高壓端vh2給p型晶體管mp1，使得p型晶體管mp1開(kāi)啟，節(jié)點(diǎn)29的電壓為vh1-vsd，vsd為p型晶體管mp1的源-漏極跨壓。第二高壓端vh2為較低壓，故齊納二極管34呈現(xiàn)逆偏導(dǎo)通，齊納二極管34陽(yáng)極的電壓為(vh1-vsd-vzener)，vzener為齊納二極管34的跨壓。又從第二高壓端vh2回推，二極管32導(dǎo)通，故齊納二極管34陽(yáng)極的電壓vh2+vdiode，滿(mǎn)足(vh2+vdiode)＝(vh1-vsd-vzener)等式。因?yàn)辇R納二極管34和電阻33呈現(xiàn)并聯(lián)，故電阻33的跨壓等于vzener。特別地，藉由并聯(lián)的齊納二極管34和電阻33跨接于p型晶體管mp2的源-柵極之間，用以維持p型晶體管mp2柵極與源極之間的跨壓于一絕對(duì)值范圍內(nèi)，絕對(duì)值范圍為齊納二極管34逆偏的電壓工作范圍內(nèi)，故絕對(duì)值范圍為逆偏崩潰電壓到0v之間，為一動(dòng)態(tài)跨壓，使得產(chǎn)生一動(dòng)態(tài)偏壓給p型晶體管mp2柵極。并且，p型晶體管mp2柵-源極之間的跨壓等于齊納二極管34跨壓，藉由齊納二極管34的電壓限制，使得p型晶體管mp2導(dǎo)通時(shí)工作于線(xiàn)性區(qū)(三極區(qū))，而避免p型晶體管mp2工作于崩潰區(qū)。此時(shí)p型晶體管mp2為導(dǎo)通并且工作于線(xiàn)性區(qū)，節(jié)點(diǎn)30的電壓為vh1-2vsd，僅略小于第一高壓端vh1的電壓，負(fù)載26接收該電壓vh1-2vsd。此外，上半部保護(hù)電路24呈現(xiàn)關(guān)閉狀態(tài)；下半部保護(hù)電路25呈現(xiàn)開(kāi)啟，使得節(jié)點(diǎn)31接地，避免下半部元件n型晶體管mn1、mn2遭受過(guò)電壓；對(duì)n型晶體管mn1而言，節(jié)點(diǎn)31接地用以確保n型晶體管mn1的漏極與源極之間的跨壓于一絕對(duì)值范圍內(nèi)，此外，節(jié)點(diǎn)31因齊納二極管37呈順偏使n型晶體管mn1的柵極迅速回到-vdiode，以維持n型晶體管mn1的柵極與漏極之間的跨壓于一絕對(duì)值范圍內(nèi)；對(duì)n型晶體管mn2而言，節(jié)點(diǎn)31接地用以確保n型晶體管mn2的漏極與源極之間的跨壓，以及柵極與漏極之間的跨壓于一絕對(duì)值范圍內(nèi)。

在負(fù)半波模式時(shí)，p型晶體管mp1、mp2關(guān)閉；n型晶體管mn1、mn2開(kāi)啟。第一低壓端vl1輸出電壓絕對(duì)值大于第二低壓端vl2的電壓絕對(duì)值，并且兩者皆為負(fù)電壓，例如：vl1＝-60v；vl2＝-55v；故│vl1│>│vl2│。下半部電平移相器28接收輸入端in_n信號(hào)并且輸出第二低壓端vl2給n型晶體管mn2，使得n型晶體管mn2開(kāi)啟，節(jié)點(diǎn)31的電壓為vl1+vds，vds為n型晶體管mn2的漏-源極跨壓。節(jié)點(diǎn)31、第二低壓端vl2皆為負(fù)值，相較之下第二低壓端vl2為較高壓，節(jié)點(diǎn)31電壓等于齊納二極管37的陽(yáng)極電壓，故齊納二極管37呈現(xiàn)逆偏導(dǎo)通，齊納二極管37陰極的電壓為vl1+vds+vzener，vzener為齊納二極管37的跨壓。又從第二低壓端vl2回推，二極管35導(dǎo)通，故齊納二極管37陰極的電壓vl2-vdiode，滿(mǎn)足(vl2-vdiode)＝(vl1+vds+vzener)等式。因?yàn)辇R納二極管37和電阻36呈現(xiàn)并聯(lián)，故電阻36的跨壓等于vzener。特別地，藉由并聯(lián)的齊納二極管37和電阻36跨接于n型晶體管mn1的源-柵極之間，用以維持n型晶體管mn1柵極與源極之間的跨壓于一絕對(duì)值范圍內(nèi)，絕對(duì)值范圍為齊納二極管37逆偏的電壓工作范圍內(nèi)，故絕對(duì)值范圍為逆偏崩潰電壓到0v之間，為一動(dòng)態(tài)跨壓，使得產(chǎn)生一動(dòng)態(tài)偏壓給n型晶體管mn1柵極。并且，n型晶體管mn1柵-源極之間的跨壓等于齊納二極管37跨壓，藉由齊納二極管37的電壓限制，使得n型晶體管mn1導(dǎo)通時(shí)工作于線(xiàn)性區(qū)(三極區(qū))，而避免n型晶體管mn1工作于崩潰區(qū)。故此時(shí)n型晶體管mn1為導(dǎo)通并且工作于線(xiàn)性區(qū)，節(jié)點(diǎn)30的電壓為vl1+2vds，該電壓為一負(fù)值，且僅略高于第一低壓端vl1的電壓，負(fù)載26接收該電壓vl1+2vds。此外，上半部保護(hù)電路24呈現(xiàn)開(kāi)啟；下半部保護(hù)電路25呈現(xiàn)關(guān)閉，使得節(jié)點(diǎn)29接地；避免上半部元件p型晶體管mp1、mp2遭受過(guò)電壓；對(duì)p型晶體管mp2而言，節(jié)點(diǎn)29接地用以確保p型晶體管mp2的漏極與源極之間的跨壓于一絕對(duì)值范圍內(nèi)，此外，節(jié)點(diǎn)29因齊納二極管34呈順偏使p型晶體管mp2的柵極迅速回到+vdiode，以維持p型晶體管mp2的柵極與漏極之間的跨壓于一絕對(duì)值范圍內(nèi)；對(duì)p型晶體管mp1而言，節(jié)點(diǎn)29接地用可確保p型晶體管mp1的漏極與源極之間的跨壓，以及柵極與漏極之間的跨壓于一絕對(duì)值范圍內(nèi)。藉由齊納二極管34和電阻33限制p型晶體管mp2柵-源極之間的跨壓，該跨壓在一絕對(duì)值范圍內(nèi)，例如vsg≤│5v│，p型晶體管mp2柵-漏極之間的跨壓在一絕對(duì)值范圍內(nèi)，例如vgd≤│60v│，p型晶體管mp2源-漏極之間的跨壓在一絕對(duì)值范圍內(nèi)，例如vsd≤│60v│，故柵-漏極之間的跨壓、源-漏極之間的跨壓在同一絕對(duì)值范圍內(nèi)；齊納二極管37和電阻36限制n型晶體管mn1柵-源極之間的跨壓、柵-漏極之間的跨壓、源-漏極之間的跨壓各位于一絕對(duì)值范圍內(nèi)，以確保p型晶體管mp2和n型晶體管mn1導(dǎo)通時(shí)工作于線(xiàn)性區(qū)，使得節(jié)點(diǎn)30的輸出擺幅達(dá)到vh1-2vsd～vl1+2vds，接近系統(tǒng)的最高壓和最低壓差距，故本實(shí)施例能以耐低壓的功率元件達(dá)成高壓輸出擺幅，提供給高壓負(fù)載裝置使用，例如：超聲波傳感器或邏輯反相器。

圖3是根據(jù)一些實(shí)施例說(shuō)明輸出級(jí)電路300的裝置表示圖。輸出級(jí)電路300包含上半部動(dòng)態(tài)偏壓電路51、下半部動(dòng)態(tài)偏壓電路71、功率反相器45、上半部保護(hù)電路81、下半部保護(hù)電路91、負(fù)載46、上半部電平移相器41、下半部電平移相器61、第一高壓端vh1、第二高壓端vh2、第一低壓端vl1、第二低壓端vl2。

功率反相器45包含p型晶體管q1、q2以及n型晶體管q3、q4。p型晶體管q1、q2以及n型晶體管q3、q4為金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效功率元件或通道增強(qiáng)型mosfet，或其他適合本實(shí)施例的元件。p型晶體管q1的柵極連接上半部電平移相器41；p型晶體管q1的源極連接第一高壓端vh1；p型晶體管q1的漏極連接p型晶體管q2的源極。p型晶體管q2的柵極與源極分別連接上半部動(dòng)態(tài)偏壓電路51；p型晶體管q2的漏極連接n型晶體管q3的漏極。n型晶體管q3的柵極與源極分別連接下半部動(dòng)態(tài)偏壓電路71，n型晶體管q3的源極同時(shí)地連接n型晶體管q4的漏極。n型晶體管q4的柵極與源極分別連接下半部電平移相器61，此外，n型晶體管q4的源極連接第一低壓端vl1。特別地，節(jié)點(diǎn)47位于p型晶體管q1與q2之間，節(jié)點(diǎn)47同時(shí)連接p型晶體管q1的漏極、p型晶體管q2的源極、上半部動(dòng)態(tài)偏壓電路51的一端、上半部保護(hù)電路81的一端。節(jié)點(diǎn)48位于p型晶體管q2與n型晶體管q3之間，節(jié)點(diǎn)48同時(shí)連接p型晶體管q2的漏極、n型晶體管q3的漏極、負(fù)載46的一端。節(jié)點(diǎn)49位于n型晶體管q3與q4之間，節(jié)點(diǎn)49同時(shí)連接n型晶體管q3的源極、n型晶體管q4的漏極、下半部動(dòng)態(tài)偏壓電路71的一端、下半部保護(hù)電路91的一端。

在本實(shí)施例中，上半部電平移相器41包含多個(gè)齊納二極管42、電阻43、44、n型晶體管q5。多個(gè)齊納二極管42與電阻43呈現(xiàn)并聯(lián)，各齊納二極管42的陽(yáng)極同時(shí)連接p型晶體管q1的柵極和n型晶體管q5的漏極；各齊納二極管42的陰極連接第一高壓端vh1。n型晶體管q5的柵極連接輸入信號(hào)輸入端in_p，in_p的另一端接地；n型晶體管q5的源極連接電阻44，電阻44的一端接地。

下半部電平移相器61包含多個(gè)齊納二極管62、電阻63、p型晶體管q6、電阻64、定電源vc、逆變器66。多個(gè)齊納二極管62與電阻63呈現(xiàn)并聯(lián)，各齊納二極管62的陽(yáng)極連接n型晶體管q4的源極；各齊納二極管62的陰極同時(shí)連接n型晶體管q4的柵極和p型晶體管q6的漏極。逆變器66一端連接定電源vc，一端接地。p型晶體管q6的柵極連接逆變器66的輸出端，輸入信號(hào)端in_n連接逆變器66的輸入端；p型晶體管q6的源極連接電阻64，電阻64的另一端連接定電源vc，定電源vc為驅(qū)動(dòng)p型晶體管q6的電壓，例如：5v。故遠(yuǎn)小于第一高壓端vh1或是第二高壓端vh2。

上半部動(dòng)態(tài)偏壓電路51包含3個(gè)齊納二極管52、電阻53、肖特基二極管54、第二高壓端vh2。肖特基二極管54連接在第二高壓端vh2與p型晶體管q2的柵極之間，肖特基二極管54的陽(yáng)極連接p型晶體管q2的柵極；肖特基二極管54的陰極連接第二高壓端vh2。3個(gè)齊納二極管52呈現(xiàn)并聯(lián)，各齊納二極管52跨接于節(jié)點(diǎn)47與p型晶體管q2的柵極之間，換句話(huà)說(shuō)，各齊納二極管52跨接p型晶體管q2的源極與柵極之間。詳言之，各齊納二極管52的陽(yáng)極連接p型晶體管q2的柵極，各齊納二極管52的陰極連接p型晶體管q2的源極。電阻53與各齊納二極管52呈現(xiàn)并聯(lián)，電阻53的一端與p型晶體管q2的源極連接，電阻53的另一端連接p型晶體管q2的柵極。

下半部動(dòng)態(tài)偏壓電路71包含3個(gè)齊納二極管72、電阻73、肖特基二極管74、第二低壓端vl2。肖特基二極管74連接在第二低壓端vl2與n型晶體管q3的柵極之間，肖特基二極管74的陰極連接n型晶體管q3的柵極，肖特基二極管74的陽(yáng)極連接第二低壓端vl2。各齊納二極管72跨接于節(jié)點(diǎn)49與n型晶體管q3的柵極之間，換句話(huà)說(shuō)，各齊納二極管72跨接n型晶體管q3的源極與柵極之間。詳言之，各齊納二極管72的陽(yáng)極連接n型晶體管q3源極，各齊納二極管72的陰極連接n型晶體管q3的柵極。電阻73與各齊納二極管72呈現(xiàn)并聯(lián)，電阻73的一端與n型晶體管q3的源極連接，電阻73的另一端連接n型晶體管q3的柵極。

上半部保護(hù)電路81包含p型晶體管q7、n型晶體管q8、n型晶體管q9、定電源vc。p型晶體管q7、n型晶體管q8為互補(bǔ)式配對(duì)，p型晶體管q7和n型晶體管q8的柵極相連，并且連接信號(hào)輸入端in_p，p型晶體管q7的漏極連接n型晶體管q8的漏極，p型晶體管q7的源極連接定電源vc，n型晶體管q8的源極接地。互補(bǔ)式p型晶體管q7、n型晶體管q8的輸出端連接到n型晶體管q9的柵極，換句話(huà)說(shuō)，n型晶體管q9的柵極同時(shí)連接p型晶體管q7的漏極、n型晶體管q8的漏極。n型晶體管q9的源極接地，n型晶體管q9的漏極接到節(jié)點(diǎn)47。

下半部保護(hù)電路91包含p型晶體管q10、齊納二極管92、電阻93、94、95、p型晶體管q11、定電源vc。p型晶體管q10的柵極連接信號(hào)輸入端in_n，p型晶體管q10的漏極同時(shí)連接電阻94、齊納二極管92的陰極、p型晶體管q11的柵極。電阻94、齊納二極管92呈現(xiàn)并聯(lián)，齊納二極管92的陽(yáng)極連接定電源vc，齊納二極管92的陰極連接p型晶體管q11的柵極。p型晶體管q11的漏極連接節(jié)點(diǎn)49，p型晶體管q11的源極連接電阻95，電阻95的另一端接地。在本實(shí)施例中，負(fù)載46代表傳感器或其它外接裝置，不限制為本實(shí)施例的樣態(tài)。

特別地，在正半波模式操作時(shí)，藉由并聯(lián)的齊納二極管52和電阻53跨接于p型晶體管q2的源-柵極之間，用以維持p型晶體管q2柵極與源極之間的跨壓于一絕對(duì)值范圍內(nèi)，絕對(duì)值范圍為齊納二極管52逆偏的電壓工作范圍內(nèi)，故絕對(duì)值范圍為逆偏崩潰電壓到0v之間，為一動(dòng)態(tài)跨壓，使得產(chǎn)生一動(dòng)態(tài)偏壓給p型晶體管q2柵極。并且，p型晶體管q2柵-源極之間的跨壓等于齊納二極管52跨壓，藉由齊納二極管52的電壓限制，使得p型晶體管q2導(dǎo)通時(shí)工作于線(xiàn)性區(qū)(三極區(qū))，而避免p型晶體管q2工作于崩潰區(qū)。故此時(shí)p型晶體管q2為導(dǎo)通并且工作于線(xiàn)性區(qū)(三極區(qū))，節(jié)點(diǎn)48能輸出接近第一高壓端vh1的電壓。此外，上半部保護(hù)電路81呈現(xiàn)關(guān)閉；下半部保護(hù)電路91呈現(xiàn)開(kāi)啟，使得節(jié)點(diǎn)49接地；避免下半部元件n型晶體管q3、q4遭受過(guò)電壓。

特別地，在負(fù)半波模式操作時(shí)，藉由并聯(lián)的齊納二極管72和電阻73跨接于n型晶體管q3的柵-源極之間，用以維持n型晶體管q3柵極與源極之間的跨壓于一絕對(duì)值范圍內(nèi)，絕對(duì)值范圍為齊納二極管72逆偏的電壓工作范圍內(nèi)，故絕對(duì)值范圍為逆偏崩潰電壓到0v之間，為一動(dòng)態(tài)跨壓，使得產(chǎn)生一動(dòng)態(tài)偏壓給n型晶體管q3柵極。并且，n型晶體管q3柵-源極之間的跨壓等于齊納二極管72跨壓，藉由齊納二極管72的電壓限制，使得n型晶體管q3導(dǎo)通時(shí)工作于線(xiàn)性區(qū)(三極區(qū))，而避免n型晶體管q3工作于崩潰區(qū)。故此時(shí)n型晶體管q3為導(dǎo)通并且工作于線(xiàn)性區(qū)，節(jié)點(diǎn)48能輸出接近第一低壓端vl1的電壓。此外，上半部保護(hù)電路81呈現(xiàn)開(kāi)啟；下半部保護(hù)電路91呈現(xiàn)關(guān)閉，使得節(jié)點(diǎn)47接地；避免上半部元件p型晶體管q1、q2遭受過(guò)電壓。

藉由齊納二極管52和電阻53限制p型晶體管q2柵-源極之間的跨壓；齊納二極管72和電阻73限制n型晶體管q3柵-源極之間的跨壓，以確保p型晶體管q2和n型晶體管q3導(dǎo)通時(shí)工作于線(xiàn)性區(qū)，使得節(jié)點(diǎn)48的輸出擺幅達(dá)到vh1～vl1，接近系統(tǒng)的最高壓和最低壓差距，故本實(shí)施例能以耐低壓的功率元件達(dá)成高壓輸出擺幅，提供給高壓負(fù)載裝置使用，例如：超聲波傳感器。

圖4是根據(jù)一些實(shí)施例說(shuō)明輸出級(jí)電路400的裝置表示圖。輸出級(jí)電路400包含上半部電平移相器101、電平移相器及延遲電路102、下半部電平移相器103、電平移相器及延遲電路104、p型晶體管r1～r7、n型晶體管s1～s7。信號(hào)輸入端in_p連接上半部電平移相器101、電平移相器及延遲電路102；信號(hào)輸入端in_n連接下半部電平移相器103、電平移相器及延遲電路104。輸出級(jí)電路400的上半部以一個(gè)p型晶體管和一個(gè)n型晶體管為一個(gè)互補(bǔ)對(duì)，例如p型晶體管r1和n型晶體管s1。p型晶體管r1的源極與n型晶體管s1的漏極相連，p型晶體管r1的柵極連接來(lái)自上半部電平移相器101的信號(hào)，n型晶體管s1的柵極連接來(lái)自電平移相器及延遲電路102的信號(hào)。另一互補(bǔ)對(duì)為p型晶體管r5和n型晶體管s5，p型晶體管r5漏極同時(shí)連接到p型晶體管r1的源極與n型晶體管s1的漏極，p型晶體管r5源極連接n型晶體管s5的漏極，n型晶體管s5的源極連接電壓端vdd，p型晶體管r5的柵極連接來(lái)自上半部電平移相器101的信號(hào)，n型晶體管s5的柵極連接來(lái)自電平移相器及延遲電路102的信號(hào)。另一互補(bǔ)對(duì)為p型晶體管r6和n型晶體管s6，p型晶體管r6漏極同時(shí)連接到p型晶體管r5的源極與n型晶體管s5的漏極，p型晶體管r6源極連接n型晶體管s6的漏極，n型晶體管s6的源極連接電壓端2vdd，p型晶體管r6的柵極連接來(lái)自上半部電平移相器101的信號(hào)，n型晶體管s6的柵極連接來(lái)自電平移相器及延遲電路102的信號(hào)。p型晶體管r7漏極同時(shí)連接到p型晶體管r6的源極與n型晶體管s6的漏極，p型晶體管r7源極連接電壓端3vdd。

輸出級(jí)電路400的下半部以一個(gè)p型晶體管和一個(gè)n型晶體管為一個(gè)互補(bǔ)對(duì)，例如n型晶體管s2和p型晶體管r2。n型晶體管s2的源極與p型晶體管r2的漏極相連，n型晶體管s2的柵極連接來(lái)自下半部電平移相器103的信號(hào)，p型晶體管r2的柵極連接來(lái)自電平移相器及延遲電路104的信號(hào)。另一互補(bǔ)對(duì)為n型晶體管s3和p型晶體管r3，n型晶體管s3漏極同時(shí)連接到n型晶體管s2的源極與p型晶體管r2的漏極，n型晶體管s3源極連接p型晶體管r3的漏極，p型晶體管r3源極連接電壓端vss，n型晶體管s3的柵極連接來(lái)自下半部電平移相器103的信號(hào)，p型晶體管r3的柵極連接來(lái)自電平移相器及延遲電路104的信號(hào)。另一互補(bǔ)對(duì)為n型晶體管s4和p型晶體管r4，n型晶體管s4漏極同時(shí)連接到n型晶體管s3的源極與p型晶體管r3的漏極，n型晶體管s4源極連接p型晶體管r4的漏極，p型晶體管r4的源極連接電壓端2vss，n型晶體管s4的柵極連接來(lái)自下半部電平移相器103的信號(hào)，p型晶體管r4的柵極連接來(lái)自電平移相器及延遲電路104的信號(hào)。n型晶體管s7漏極同時(shí)連接到n型晶體管s4的源極與p型晶體管r4的漏極，n型晶體管s7源極連接電壓端3vss。

節(jié)點(diǎn)106位于p型晶體管r1與n型晶體管s2之間，節(jié)點(diǎn)106同時(shí)連接p型晶體管r1的漏極與n型晶體管s2的漏極；節(jié)點(diǎn)108位于n型晶體管s1與p型晶體管r2之間，節(jié)點(diǎn)108同時(shí)連接n型晶體管s1的源極與p型晶體管r2的源極。本實(shí)施例以互補(bǔ)對(duì)彼此迭接，隨著互補(bǔ)對(duì)的數(shù)字增加，例如上半部互補(bǔ)對(duì)數(shù)目為m，則電壓端連接mvdd；下半部互補(bǔ)對(duì)數(shù)目為n，則電壓端連接nvss。簡(jiǎn)言之，互補(bǔ)對(duì)彼此迭接，使得輸出的擺幅增大，達(dá)到mvdd～nvss的擺幅，故本實(shí)施例能以耐低壓的功率元件達(dá)成高壓輸出擺幅，達(dá)到輸出電壓倍增的效果，提供給高壓負(fù)載裝置使用。

總結(jié)，本申請(qǐng)?zhí)峁┮惠敵黾?jí)電路架構(gòu)應(yīng)用于各種模擬(集成/離散)電路或數(shù)字(集成/離散)電路。利用齊納二極管限制晶體管工作于線(xiàn)性區(qū)，使輸出級(jí)電路可以不受限于使用元件的崩潰電壓，以耐低壓的功率元件達(dá)成高壓輸出擺幅；或是以微縮工藝的功率元件達(dá)到輸出電壓倍增的效果。此架構(gòu)可應(yīng)用于需高電壓發(fā)射元件的醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)，如超聲波掃描器的發(fā)射電路、計(jì)算機(jī)斷層攝影、核磁共振攝影或工程系統(tǒng)如工程超聲波探測(cè)、通信集成電路傳輸器，高音質(zhì)音響放大器等。

在一實(shí)施例中，輸出級(jí)電路的該至少一齊納二極管跨接于該至少一晶體管的該柵極與該源極之間，該至少一齊納二極管的陽(yáng)極連接該柵極，該至少一齊納二極管的陰極連接該源極。

在一實(shí)施例中，輸出級(jí)電路的該至少一齊納二極管跨接于該至少一晶體管的該柵極與該源極之間，該至少一齊納二極管的陽(yáng)極連接該源極，該至少一齊納二極管的陰極連接該柵極。

在一實(shí)施例中，輸出級(jí)電路的該動(dòng)態(tài)偏壓電路進(jìn)一步包含：至少一電阻與該至少一齊納二極管并聯(lián)。

在一實(shí)施例中，輸出級(jí)電路的該動(dòng)態(tài)偏壓電路包含：至少一二極管位于該系統(tǒng)電壓端與該柵極之間，該至少一二極管的陽(yáng)極連接該柵極，該至少一二極管的陰極連接該系統(tǒng)電壓端。

在一實(shí)施例中，輸出級(jí)電路的該動(dòng)態(tài)偏壓電路包含：至少一二極管位于該系統(tǒng)電壓端與該柵極之間，該至少一二極管的陽(yáng)極連接該系統(tǒng)電壓端，該至少一二極管的陰極連接該柵極。

在一實(shí)施例中，輸出級(jí)電路的該功率反相器包含至少兩對(duì)迭接的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

在一實(shí)施例中，輸出級(jí)電路的該輸出級(jí)電路進(jìn)一步包含：一保護(hù)電路，連接該功率反相器，用以導(dǎo)引瞬間過(guò)電壓，該保護(hù)電路包含至少一晶體管，該至少一晶體管的柵極耦合該信號(hào)端，該至少一晶體管的源極接地，該保護(hù)電路的該至少一晶體管的漏極連接該功率反相器的該至少一晶體管的該源極。

在一實(shí)施例中，輸出級(jí)電路的該輸出級(jí)電路進(jìn)一步包含：一保護(hù)電路，連接該功率反相器，用以導(dǎo)引瞬間過(guò)電壓，該保護(hù)電路包含至少一晶體管，該至少一晶體管的柵極耦合該信號(hào)端，該至少一晶體管的源極接地，該保護(hù)電路的該至少一晶體管的漏極連接該功率反相器的該至少一晶體管的該源極。

在一實(shí)施例中，輸出級(jí)電路的該輸出級(jí)電路包含：至少一電平移相器，該至少一電平移相器的輸入端分別連接該信號(hào)端與該系統(tǒng)電壓端，該至少一電平移相器的輸出端連接該功率反相器的一柵極。

在一實(shí)施例中，輸出級(jí)電路的該系統(tǒng)電壓端包含：一第一高壓端，該第一高壓端電性連接該功率反相器的一源極；一第二高壓端，經(jīng)配置該第一高壓端的輸出電壓大于該第二高壓端的輸出電壓，該第一、二高壓端的這些輸出電壓為正值；一第一低壓端，該第一低壓端電性連接該功率反相器的一源極；以及一第二低壓端，經(jīng)配置該第一低壓端的輸出電壓小于該第二低壓端的輸出電壓，該第一、二低壓端的這些輸出電壓為負(fù)值。

在一實(shí)施例中，信號(hào)處理方法包括：根據(jù)該第一電平信號(hào)，關(guān)閉耦接該p型晶體管的保護(hù)電路，開(kāi)啟耦接該n型晶體管的保護(hù)電路；以及根據(jù)該第二電平信號(hào)，關(guān)閉耦接該n型晶體管的該保護(hù)電路，開(kāi)啟耦接該p型晶體管的該保護(hù)電路。