專利名稱：適用于npn正反饋器件限流的具有npn控制器件結(jié)構(gòu)的雙極互補金屬氧化物半導(dǎo)體鎖存器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及電子鎖存器。
(2)背景技術(shù)各種現(xiàn)代化的信號調(diào)節(jié)系統(tǒng)都需要電子鎖存器，該鎖存器可以用于鎖存指示在所選擇鎖定時間中浮動輸入信號的狀態(tài)。因為這些系統(tǒng)常常處理互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)的信號并且一般都高速工作，所以就需要繼續(xù)尋求既能提高鎖存速度又能提供CMOS電平鎖存信號的鎖存結(jié)構(gòu)。
(3)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出了既能實現(xiàn)提高鎖存速度又能提供COMS級鎖存信號的鎖存結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)。這些目標(biāo)采用雙極型結(jié)構(gòu)和CMOS結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，這種結(jié)構(gòu)的安排既能提高正反饋信號又能產(chǎn)生COMS級鎖存信號。
本發(fā)明的新穎性能在所附的權(quán)利要求中作了特別闡述。從以下結(jié)合附圖的詳細(xì)討論中可以更好地理解本發(fā)明。
(4)


圖1是本發(fā)明鎖存器實施例的示意圖；以及，圖2是包括圖1所示鎖存器的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的方框圖。
(5)具體實施方式
圖1說明了鎖存器實施例20，該鎖存器接受在差分輸入端口22的差分輸入信號Sin。鎖存器在采集模式中跟蹤輸入的信號，并且響應(yīng)命令端口23的鎖存命令信號Sltchcmd從采集模式轉(zhuǎn)換到鎖存模式。在鎖存模式中，鎖存器在差分書櫥端口24提供差分書櫥信號Sout，該信號的狀態(tài)對應(yīng)于在鎖存命令信號Sltchcmd激發(fā)時的輸入信號Sin的狀態(tài)。鎖存器的結(jié)構(gòu)獲得許多顯而易見的優(yōu)點，這些優(yōu)點將在以下的討論的給出。
特別是，鎖存器20包括差分放大器25，一對第一和第二絕緣晶體管27和28的交叉耦合對26，一對第一和第二鎖存晶體管31和32的交叉耦合對30，以及一對34第一和第二限流晶體管35和36。絕緣晶體管27和28具有第一電流端(即，源極)37和第二電流端(即，漏極)38，鎖存晶體管31和32提供收集極39，以及限流晶體管35和36相互耦合在第二電流端38的一端和收集極39的一端之間。差分放大器25耦合在差分輸入端口22和第一電流端37之間并提供響應(yīng)輸入信號Sin的差分信號，即，差分電流40。
鎖存器20也包括一對42第一和第二開關(guān)43和44，并且推薦包括短溝道晶體管46，它可以完全響應(yīng)命令端口23的鎖存命令信號Sltchcmd。開關(guān)43和44耦合于第一電流端37，短溝道晶體管46耦合在收集極39之間。
鎖存器20還包括第一和第二控制晶體管50和51，并且這兩個晶體管都具有一個與收集極39的一端相耦合的基極和一個與限流晶體管的控制端(即，柵極)相耦合的收集極，而限流晶體管的也與收集極的一端相耦合。較佳的是，電阻器52和53插入在控制晶體管50和51的基極，而電阻器54和55耦合于它們的收集極，以提供電壓(即，VDD)。
絕緣晶體管27和28與鎖存晶體管31和32的交叉耦合提供了正反饋，它將激勵鎖存晶體管響應(yīng)差分電流(在第一狀態(tài)中鎖存晶體管31為導(dǎo)通而第二鎖存晶體管32為截止，但在第二狀態(tài)中鎖存晶體管31為介質(zhì)而第二鎖存晶體管32為導(dǎo)通)進(jìn)入到兩種穩(wěn)態(tài)中的一種狀態(tài)。然而，在采集操作的模式中，鎖存命令信號Sltchcmd處于關(guān)閉開關(guān)43和44的狀態(tài)，并且使得短溝道晶體管46在收集極39之間呈現(xiàn)出低的短路阻抗。
因此，短溝道晶體管46的低短路阻抗基本上消除了正反饋，于是鎖存晶體管31和32阻止向它們穩(wěn)態(tài)的另一狀態(tài)移動。此外，開關(guān)43和44并沒有提供能支持它們穩(wěn)定狀態(tài)的電流。因此，在采集模式中，收集極39就保持相對較低，使得控制晶體管50和51保持截止，并且向限流晶體管35和36的控制端(即，柵極)提供大的信號(VDD)。響應(yīng)之后，這些晶體管都呈現(xiàn)出相對較低的采集阻抗。
當(dāng)鎖存命令信號Sltchcmd變化到開關(guān)43和44的導(dǎo)通狀態(tài)時，鎖存操作模式就開始初始化，并且使得短溝道晶體管46從它的低短路阻抗變換到較高的絕緣。因此，使能鎖存器的交叉耦合反饋處理以及它迅速迫使鎖存器進(jìn)入到在鎖存命令信號Sltchcmd初始化時由差分電流40所指示的穩(wěn)定狀態(tài)。
在該指示的穩(wěn)定狀態(tài)中，鎖存晶體管31和32中的一個處于導(dǎo)通狀態(tài)而另一個則處于截止?fàn)顟B(tài)。“導(dǎo)通”的鎖存晶體管的基極向控制晶體管50和51中的一個基極提供檢測信號Ssns。響應(yīng)之后，該控制晶體管的收集極向限流晶體管中的一個柵極提供控制信號Scntrl，使得它的阻抗次能夠的采集阻抗轉(zhuǎn)變到較大的鎖存阻抗。特別是，控制信號Scntrl基本上等于Vbe+Vgs，其中，Vbe是控制晶體管的基射極電壓，而Vgs是限流晶體管的柵源極電壓。
該低控制信號初始化限流晶體管中的明顯較大的鎖存阻抗，使之減小“導(dǎo)通”鎖存晶體管的基極電流以及限制它的飽和。鎖存阻抗也在輸出端口24的對應(yīng)一邊產(chǎn)生CMOS電平信號的高電平，同時在輸出端口的另一邊提供低電平。
正如任何電子結(jié)構(gòu)一樣，與輸出信號端口24有關(guān)的離散電容是難以避免的，因此，鎖存器20的正反饋時間常數(shù)正比于由兩個鎖存晶體管31和32的跨導(dǎo)所形成的離散電容。因為雙極結(jié)型晶體管的跨導(dǎo)正比于它的集電極電流，所以它們一般只能具有比其它晶體管更小的時間常數(shù)。
因此，本發(fā)明的鎖存器結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了許多鎖存器重要的性能。首先，它們提供CMOS電平的輸出信號Sout，這是各種CMOS系統(tǒng)所希望的，并且由于交叉耦合雙極結(jié)型晶體管驅(qū)動鎖存器的正反饋，所以也提高了它們的鎖存速度。因為從對應(yīng)于“截止”狀態(tài)的絕緣晶體管(27和28)的開關(guān)(43和44)流動的電流下降到了零并且還限制了“導(dǎo)通”狀態(tài)的鎖存晶體管的基極電流，所以減小了電流的消耗。限制的基極電流進(jìn)一步提高了鎖存的速度。
在采用了大量鎖存器的系統(tǒng)中，本發(fā)明鎖存器的實施例可具有特殊重要的作用。例如，圖2說明了閃存模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)60，它將輸入端口62的模擬輸入信號Sin轉(zhuǎn)換成輸出端口64的數(shù)字輸出信號Sout。ADC60包括采樣器66、比較器68、鎖存器70和編碼器72。
電阻排74提供了參考信號Sref，并且在響應(yīng)了輸入信號Sin(這可以是差分信號)和定時信號Ts之后采樣器66提供采樣信號Sampl。比較器將各個采樣信號與參考信號相比較，并提供決定信號Sdcsn，該信號定義了與參考信號有關(guān)的采樣狀態(tài)。
響應(yīng)鎖存命令信號Sltchcmd(也顯示在圖1中的命令端口)之后，鎖存器70提供鎖存輸出信號Slthch，該信號對應(yīng)于在鎖存命令信號Sltchcmd時的決定信號Sdcsn的狀態(tài)。鎖存輸出信號Slthch隨后可轉(zhuǎn)換成各種數(shù)字信號格式，例如，N位二進(jìn)制輸出或格雷碼二進(jìn)制輸出。
雖然本發(fā)明的鎖存實施例基本上實現(xiàn)了采樣處理，但是閃存ADC 60最好能包括采樣器66，使得比較器68能夠處理保持的信號而不再是變化的信號。因為ADC 60可以包含較多數(shù)量的鎖存器，所以通過本發(fā)明實施例鎖存器的使用，它的電流消耗就能夠明顯減小。
上述所討論的本發(fā)明的實施例僅僅是用于舉例說明，可以很快地想象到有許多改進(jìn)，變化和重新整理以獲得基本相似的效果，所有這些都將在附加權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.根據(jù)鎖存命令信號從采集模式轉(zhuǎn)換到鎖存模式的鎖存器，其特征在于，該鎖存器包括交叉耦合的第一和第二絕緣晶體管(27，28)，它們具有第一和第二電流端(37，38)，并且所耦合的第一電流端用于接受差分輸入信號；交叉耦合的第一和第二鎖存晶體管(31，32)，它們具有集電極(39)；至少一個開關(guān)(43，44)相耦合，它們用于響應(yīng)所述鎖存命令信號向所述第一電流端提供電流；第一和第二限流晶體管(35，36)，各自耦合在所述第二電流端中的一端和所述集電極的一端之間，并且各自響應(yīng)所對應(yīng)的一個控制信號Scntrl提供從采集阻抗轉(zhuǎn)換到較大鎖存阻抗的阻抗；以及，第一和第二控制晶體管(50，51)，各自響應(yīng)耦合在限流晶體管的所述一個集電極向所述一個限流晶體管提供一個所述控制信號Scutrl。
2.權(quán)利要求1所述鎖存器，進(jìn)一步包括短路晶體管(46)，它耦合在所述集電極之間并且響應(yīng)所述鎖存命令信號；以及，差分放大器(25)，它提供所述差分輸入信號。
3.權(quán)利要求1所述鎖存器，其特征在于，所述鎖存晶體管和所述控制晶體管都是雙極結(jié)型晶體管；以及，所述絕緣晶體管和所述限流晶體管都是金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
4.根據(jù)鎖存命令信號從采集模式轉(zhuǎn)換到鎖存模式的鎖存器，該鎖存器包括交叉耦合的第一和第二絕緣晶體管(27，28)，它們具有第一和第二電流端(37，38)，并且所耦合的第一電流端用于接受差分輸入信號；交叉耦合第一和第二鎖存晶體管(31，32)，它們具有集電極(39)；第一和第二限流晶體管(35，36)，各自耦合在所述第二電流端中的一端和所述集電極的一端之間并且各自響應(yīng)所對應(yīng)的一個控制信號Scntrl提供從采集阻抗轉(zhuǎn)換到較大鎖存阻抗的阻抗；短路晶體管(46)，它耦合在所述集電極之間并且響應(yīng)所述鎖存命令信號從短路阻抗轉(zhuǎn)變?yōu)檩^大的絕緣阻抗；第一和第二控制晶體管(50，51)，各自響應(yīng)耦合在限流晶體管的所述一個集電極向所述一個限流晶體管提供一個所述控制信號Scntrl。
5.權(quán)利要求4所述鎖存器，進(jìn)一步包括至少一個開關(guān)(43，44)相耦合，它們用于響應(yīng)所述鎖存命令信號向所述第一電流端提供電流；以及，差分放大器(25)，它提供所述差分輸入信號。
6.權(quán)利要求4所述鎖存器，其特征在于，所述鎖存晶體管和所述控制晶體管都是雙極結(jié)型晶體管；以及，所述絕緣晶體管、所述限流晶體管和所述短路晶體管都是金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
7.根據(jù)鎖存命令信號將模擬輸入信號轉(zhuǎn)換成所對應(yīng)的數(shù)字輸出信號的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，它包括采樣器(66)，用于提供所述模擬輸入信號的采樣；電阻排(74)，用于提供多個參考電壓；比較器(68)，用于根據(jù)所述采樣和所述參考電壓產(chǎn)生比較信號；鎖存器(70)，用于根據(jù)所述比較信號和所述鎖存命令信號提供鎖存輸出信號；以及，編碼器(72)，用于根據(jù)所述鎖存輸出信號產(chǎn)生所述數(shù)字輸出信號；其中，所述鎖存器根據(jù)鎖存命令信號從采集模式轉(zhuǎn)換到鎖存模式，并且包括a)交叉耦合的第一和第二絕緣晶體管(27，28)，它們具有第一和第二電流端(37，38)，并且所耦合的第一電流端用于接受差分輸入信號；b)交叉耦合的第一和第二鎖存晶體管(31，32)，它們具有集電極(39)；c)至少一個開關(guān)(43，44)相耦合，它們用于響應(yīng)所述鎖存命令信號向所述第一電流端提供電流；d)第一和第二限流晶體管(35，36)，各自耦合在所述第二電流端中的一端和所述集電極的一端之間并且各自響應(yīng)所對應(yīng)的一個控制信號Scntrl提供從采集阻抗轉(zhuǎn)換到較大鎖存阻抗的阻抗；e)第一和第二控制晶體管(50，51)，各自響應(yīng)耦合在限流晶體管的所述一個集電極向所述一個限流晶體管提供一個所述控制信號Scntrl。
8.權(quán)利要求7所述轉(zhuǎn)換器，進(jìn)一步包括短路晶體管(46)，它耦合在所述集電極之間并且響應(yīng)所述鎖存命令信號；以及，差分放大器(25)，它提供所述差分輸入信號。
9.權(quán)利要求7所述轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述鎖存晶體管和所述控制晶體管都是雙極結(jié)型晶體管；以及，所述絕緣晶體管和所述限流晶體管都是金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
10.根據(jù)鎖存命令信號將模擬輸入信號轉(zhuǎn)換成所對應(yīng)的數(shù)字輸出信號的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，它包括采樣器(66)，用于提供所述模擬輸入信號的采樣；電阻排(74)，用于提供多個參考電壓；比較器(68)，用于根據(jù)所述采樣和所述參考電壓產(chǎn)生比較信號；鎖存器(70)，用于根據(jù)所述比較信號和所述鎖存命令信號提供鎖存輸出信號；以及，編碼器(72)，用于根據(jù)所述鎖存輸出信號產(chǎn)生所述數(shù)字輸出信號；其中，每一所述鎖存器根據(jù)所述鎖存命令信號從采集模式轉(zhuǎn)換到鎖存模式并且包括a)交叉耦合的第一和第二絕緣晶體管(27，28)，它們具有第一和第二電流端(37，38)，并且所耦合的第一電流端用于接受差分輸入信號；b)交叉耦合第一和第二鎖存晶體管(31，32)，它們具有集電極(39)；c)第一和第二限流晶體管(35，36)，各自耦合在所述第二電流端中的一端和所述集電極的一端之間并且各自響應(yīng)所對應(yīng)的一個控制信號Scntrl提供從采集阻抗轉(zhuǎn)換到較大鎖存阻抗的阻抗；d)短路晶體管(46)，它耦合在所述集電極之間并且響應(yīng)所述鎖存命令信號從短路阻抗轉(zhuǎn)換成較大的絕緣阻抗；以及，e)第一和第二控制晶體管(50，51)，各自響應(yīng)耦合在限流晶體管的所述一個集電極向所述一個限流晶體管提供一個所述控制信號Scntrl。
11.權(quán)利要求10所述轉(zhuǎn)換器，進(jìn)一步包括至少一個開關(guān)(43，44)相耦合，它們用于響應(yīng)所述鎖存命令信號向所述第一電流端提供電流；差分放大器(25)，它提供所述差分輸入信號。
12.權(quán)利要求10所述轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述鎖存晶體管和所述控制晶體管都是雙極結(jié)型晶體管；以及，所述絕緣晶體管和所述限流晶體管都是金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
全文摘要
所披露鎖存器結(jié)構(gòu)(20)和系統(tǒng)(60)能夠提高鎖存的速度以及提供互補金屬氧化物半導(dǎo)體電平的鎖存信號。鎖存器結(jié)構(gòu)(20)和系統(tǒng)(60)的實現(xiàn)采用了排列成能增強正反饋信號和長生CMOS電平鎖存信號的雙極結(jié)型結(jié)構(gòu)(31，32，50，51)和CMOS結(jié)構(gòu)(27，28，35，36，46)。
文檔編號H03K3/021GK1531202SQ0314300
公開日2004年9月22日 申請日期2003年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月6日
發(fā)明者C·米哈爾斯基, C 米哈爾斯基 申請人:模擬設(shè)備股份有限公司