TWI440307B - 輸出焊墊系統及其焊墊驅動電路 - Google Patents

Description

輸出焊墊系統及其焊墊驅動電路

本發明是有關於一種焊墊驅動電路，且特別是有關於一種輸入/輸出系統之焊墊驅動電路。

輸出信號轉態過程所需要花費的時間係與旋轉率(Slew rate)相關，此旋轉率可以單位時間內的電壓變化(dv/dt的)來表示。在理想情況下，旋轉率應為無限大，使輸出信號可在瞬間由一邏輯狀態轉換至另一邏輯狀態。然而自然界的慣性定律會使物體傾向於維持現狀，且積體電路的輸出焊墊電路元件也會儲存能量，導致邏輯狀態無法瞬間完成改變，輸出信號因而需要較長的時間由一個邏輯狀態轉換到另一個邏輯狀態，因此降低了積體電路的轉態速度。

現今的電子系統需要能夠高速切換的積體電路。舉例來說，應用於通訊系統的積體電路信號必須遵守適用的通信規格和協議，如小型計算機標準介面協議(SCSI)，周邊元件互聯介面(PCI)匯流排協議等。這些協議會規定驅動信號的強度、從輸入到輸出的信號延遲時間，以及輸出信號的旋轉率。然而當連接到積體電路輸出焊墊的負載面積發生變化時，要即時符合前述規格並不容易。

因此需要一個新的焊墊電路驅動架構，能在維持原本焊墊電路面積的前提之下，改良焊墊電路所傳遞輸出信號的時序。

因此，本發明之一態樣是在提供一種焊墊驅動電路，不需要增加焊墊電路的面積，即可改良焊墊電路所傳遞輸出信號的時序，使輸出信號能快速地完成邏輯轉態。

依據本發明之一實施例，焊墊驅動電路內含一輸出控制電路、一電壓幫浦電路、一第一緩衝器串列以及一第二緩衝器串列。輸出控制電路控制一焊墊電路是否可傳遞一輸入信號，其中當一致能信號被確立時，輸出控制電路致能焊墊電路來輸出輸入信號。電壓幫浦電路產生一負供應電壓，其中負供應電壓之電壓值小於零伏特。第一緩衝器串列電性連接於輸出控制電路與焊墊電路之間來傳遞一反相輸入信號，並以來自電壓幫浦電路之一正供應電壓與負供應電壓驅動焊墊電路。第二緩衝器串列則以一接地電壓以及正供應電壓驅動焊墊電路。

本發明之另一態樣是在提供一種輸出焊墊系統，不需要增加焊墊電路的面積，即可改良焊墊電路所傳遞的輸出信號的時序，使輸出信號能快速地完成邏輯轉態。

依據本發明之另一實施例，輸出焊墊系統含有一焊墊電路、一輸出控制電路、一電壓幫浦電路、一第一緩衝器串列，以及一第二緩衝器串列。輸出控制電路控制焊墊電路是否可傳遞一輸入信號；當一致能信號被確立時，輸出控制電路致能焊墊電路來輸出輸入信號。電壓幫浦電路產生一負供應電壓，其中負供應電壓之電壓值小於零伏特。第一緩衝器串列電性連接於輸出控制電路與焊墊電路之間來傳遞一反相輸入信號，其中第一緩衝器串列係以來自電壓幫浦電路之一正供應電壓與負供應電壓驅動焊墊電路。第二緩衝器串列以一接地電壓以及一正供應電壓驅動焊墊電路。

根據上述實施例，焊墊驅動電路以及輸出焊墊系統能夠縮短輸出信號轉態所佔用的上升時間以及下降時間，改良焊墊電路所傳遞的輸出信號的時序，使輸出信號能快速地完成邏輯轉態。

以下實施例係以電壓幫浦電路所產生的負供應電壓來驅動輸出焊墊，藉此減少焊墊所輸出信號的反應時間或是轉態時間，因此可增加整體積體電路的操作速度。

請同時參照第1A、1B圖，其中第1A圖係繪示本發明一實施方式行動電話信號的波形圖，第1B圖則繪示本發明一實施例行動電話信號之時序圖。在此第1A、1B圖當中，信號1會顯示匯流排DB所攜帶的訊息為指令或是資料，當信號3在索引週期(Index)內為確立時(低邏輯準位)，信號1會被取樣，接著而來的則是仿讀取週期(Dummy read cycle)。在索引週期與仿讀取週期之後，輸出焊墊電路應於存取週期內的信號2上升缘(Leading edge)或下降緣(Falling edge)處，將主機端資料準備好來提供外界讀取。舉例來說，若索引週期與仿讀取週期分別佔用66ns與160ns，那麼負供應電壓VBBS應於226ns(66ns+160ns)之後就備妥。

在第1B圖的間隔B當中且信號4確立時(低邏輯準位)，外部的邏輯電路會開始進行邏輯函數的運算，當運算得出結果之後，此運算結果會於間隔C中由匯流排的輸出焊墊電路來輸出。若是焊墊電路能使匯流排信號快速地上升至V _OH ，行動電話的操作時間就會縮短。

請參閱第2A圖，其係繪示本發明一實施例輸出焊墊系統之電路圖。輸出焊墊系統229含有焊墊驅動電路219以及焊墊電路221，其中焊墊電路221含有由第一緩衝器串列209所驅動的P通道金氧半場效應電晶體(PMOS)M1，以及由第二緩衝器串列211所驅動的N通道金氧半場效應電晶體(NMOS) M2。

輸出控制電路213負責控制焊墊電路221是否可以傳遞輸入信號，其中當致能信號確立時(例如為高邏輯準位)，輸出控制電路213會致能焊墊電路221來輸出輸入信號。舉例來說，當致能信號Enable為低邏輯準位例如0伏特時，輸出控制電路213會關閉PMOS M1以及NMOS M2來使焊墊輸出埠呈現浮接狀態(Float)；當致能信號Enable為高邏輯準位則會導通PMOS M1與NMOS M2來傳遞輸入信號。

第二緩衝器串列211含有奇數個第二反相器217，這些第二反相器217係接收由外部系統而來的正供應電壓IOVCC與由接地端而來的接地電壓VSSD，因此第二緩衝器串列211係以正供應電壓IOVCC與接地電壓VSSD及來驅動焊墊電路。由於第二反相器217的PMOS與NMOS所接收到控制輸出2的電壓大致上會與正供應電壓IOVCC或是接地電壓VSSD相等，第二緩衝器串列211的第二反相器217中的PMOS與NMOS(未顯示於圖中)不會同時導通，因此短路電流會減少。

第一緩衝器串列209，電性連接於輸出控制電路213與焊墊電路221之間來傳遞反相後之輸入信號，此第一緩衝器串列209含有偶數個第一反相器215，此第一緩衝器串列209係以來自電壓幫浦電路223之正供應電壓IOVCC與負供應電壓VBBS驅動焊墊電路221。因為第一個第一反相器215中的NMOS所接收之控制輸出1的電壓會大於負供應電壓VBBS，所以第一緩衝器串列209的第一反相器215中的PMOS與NMOS(未顯示於圖中)會同時被導通而引發短路電流。因此，須要減少鄰近輸出控制電路213的第一反相器215面積來降低短路電流。

電壓幫浦電路223產生小於0伏特的供應電壓，例如-1V。電壓幫浦電路223含有震盪器201以及電荷幫浦群組225。震盪器201係為多階級震盪器，例如第2C圖所繪示的三階級震盪器，此多階級震盪器201含有第一反相器301、第二反相器303以及第三反相器305。第一反相器301輸出第一相位信號P1，第二反相器303電性連接第一反相器301並輸出第二相位信號P2。第三反相器305電性連接於第二反相器303與第一反相器301之間，來輸出第三相位信號P3。此三相位信號(P1、P2、P3)的相位係相異，更具體地說，第二相位信號P2會落後第一相位信號P1，第三相位信號P3則落後第二相位信號P2。

在此第2B圖當中，電荷幫浦群組225依據第一相位信號P1、第二相位信號P2與第三相位信號P3之電壓準位來將正供應電壓IOVCC轉換為負供應電壓VBBS。電荷幫浦群組225含有第一電荷幫浦203、第二電荷幫浦205，以及第三電荷幫浦207，這些幫浦電路分別接收第一相位信號P1、第二相位信號P2以及第三相位信號P3。

更具體來說，第2C圖所繪示的第一電荷幫浦203含有第一儲存電容CP1、第一開關S1、第二開關S2、第三開關S3，以及第四開關S4。

第一開關S1電性連接於第一儲存電容CP1之第一端A1與提供接地電壓VSSD的接地端之間，此第一開關S1係依據第一相位反相信號P1’來決定是否導通，其中第一相位反相信號P1’為第一相位信號P1的反相(inverse)。第三開關S3係電性連接於第一儲存電容CP1之第二端B1與提供正供應電壓IOVCC之電源供應端之間，此第三開關S3亦依據第一相位反相信號P1’來決定是否導通。當第一相位反相信號P1’導通了第一開關S1與第三開關S3，正供應電壓IOVCC會對第一儲存電容CP1充電，電壓IOVCC則可於此一階段儲存於第一儲存電容CP1上。

第二開關S2係電性連接於第一儲存電容CP1之第二端B1與提供接地電壓VSSD的接地端之間，此第二開關S2係依據第一相位信號P1來決定是否導通。第四開關S4係電性連接於第一儲存電容CP1之第一端A1與負載CL之間，此第四開關S4亦依據第一相位信號P1來決定是否導通。

當第二開關S2與第四開關S4導通時，第一儲存電容CP1第二端B1連接至接地端，儲存在第一儲存電容CP1上的電壓會使第一端A1上的電壓轉換為負壓(-IOVCC)。所以，第一端A1將可提供負供應電壓VBBS。事實上，第一端A1上的電壓值與第一儲存電容CP1與負載電容CL的電容量比例有關；當此兩電容量的比例越大，轉換後的第一端A1電壓與-IOVCC越接近。

第二電荷幫浦205含有第二儲存電容CP2、第五開關S5、第六開關S6、第七開關S7以及第八開關S8。第二電荷幫浦205由第二相位信號P2與第二相位反相信號P2’來控制，此第二相位信號P2的相位相異於第一相位信號P1的相位，第二相位反相信號P2’則為第二相位信號P2的反相，此第二電荷幫浦205的運作類似於第一電荷幫浦203。因為提供負供應電壓VBBS的節點可在不同時間由第一電荷幫浦203與第二電荷幫浦205來充電，因此負供應電壓VBBS可時常被更新來維持其電壓值。

根據上述實施例，焊墊驅動電路與輸出焊墊系統係採用負供應電壓來驅動輸出焊墊電路的P通道金氧半場效應電晶體(PMOS)，因此可增加輸出焊墊電路PMOS的電流，使充電時間減少，因此輸出焊墊的轉態時間與驅動能力也會增加，因而增加了整體積體電路的操作速度。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在本發明所屬技術領域中具有通常知識者者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

201．．．震盪器

203．．．第一電荷幫浦

205．．．第二電荷幫浦

207．．．第三電荷幫浦

209．．．第一緩衝器串列

211．．．第二緩衝器串列

213．．．輸出控制電路

215．．．第一反相器

217．．．第二反相器

219．．．焊墊驅動電路

221．．．焊墊電路

223．．．電壓幫浦電路

225．．．電荷幫浦群組

229．．．輸出焊墊系統

301．．．第一反相器

303．．．第二反相器

305．．．第三反相器

A1．．．第一端

A2．．．第一端

B1．．．第二端

B2．．．第二端

CP1．．．第一儲存電容

M1．．．電晶體

M2．．．電晶體

P1．．．第一相位信號

P1’．．．第一相位反相信號

P2．．．第二相位信號

P2’．．．第二相位反相信號

P3．．．第三相位信號

P3’．．．第三相位反相信號

S1．．．第一開關

S2．．．第二開關

S3．．．第三開關

S4．．．第四開關

S5．．．第五開關

S6．．．第六開關

S7．．．第七開關

S8．．．第八開關

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1A圖係繪示本發明一實施方式行動電話信號之波形圖。

第1B圖係繪示本發明一實施例行動電話信號之時序圖。

第2A圖係繪示本發明一實施例輸出焊墊系統之電路圖。

第2B圖係繪示本發明一實施例輸出焊墊系統之方塊圖。

第2C圖係繪示本發明一實施例電荷幫浦電路之電路圖。

201．．．震盪器

209．．．第一緩衝器串列

211．．．第二緩衝器串列

213．．．輸出控制電路

215．．．第一反相器

217．．．第二反相器

219．．．焊墊驅動電路

221．．．焊墊電路

223．．．電壓幫浦電路

225．．．電荷幫浦群組

229．．．輸出焊墊系統

Claims (14)

1. 一種焊墊驅動電路，包含：一輸出控制電路，以控制一焊墊電路是否可傳遞一輸入信號，其中當一致能信號被確立時，該輸出控制電路致能該焊墊電路來輸出該輸入信號；一電壓幫浦電路，以產生一負供應電壓，其中該負供應電壓之電壓值小於零伏特，其中該電壓幫浦電路包含：一震盪器，以產生一第一相位信號；以及一電荷幫浦群組，以產生該負供應電壓，其中該電荷幫浦群組係依據該第一相位信號之一電壓準位來將一正供應電壓轉換為該負供應電壓；一第一緩衝器串列，電性連接於該輸出控制電路與該焊墊電路之間來傳遞一反相輸入信號，其中該第一緩衝器串列係以來自該電壓幫浦電路之該正供應電壓與該負供應電壓驅動該焊墊電路；以及一第二緩衝器串列，以一接地電壓以及該正供應電壓驅動該焊墊電路。
2. 如請求項1所述之焊墊驅動電路，其中該震盪器係為一多階級震盪器，該多階級震盪器包含：一第一反相器，以輸出該第一相位信號；一第二反相器，電性連接該第一反相器，以輸出該第二相位信號；以及一第三反相器，電性連接於該第二反相器與該第一反 相器之間，以輸出一第三相位信號，其中該第一相位信號、該第二相位信號，以及該第三相位信號之相位係相異。
3. 如請求項2所述之焊墊驅動電路，其中該電荷幫浦群組包含一第一電荷幫浦，該第一電荷幫浦包含：一第一儲存電容；一第一開關，電性連接於該第一儲存電容之一第一端與提供該接地電壓之一接地端之間，該第一開關係依據一第一相位反相信號來決定是否導通；一第二開關，電性連接於該第一儲存電容之一第二端與提供該接地電壓之該接地端之間，其中該第二開關係依據該第一相位信號來決定是否導通；一第三開關，電性連接於該第一儲存電容之該第二端與提供該正供應電壓之一電源供應端之間，其中該第三開關係依據該第一相位反相信號來決定是否導通；以及一第四開關，電性連接於該第一儲存電容之該第一端與一負載之間，其中該第四開關係依據該第一相位信號來決定是否導通。
4. 如請求項3所述之焊墊驅動電路，其中該電荷幫浦群組更包含一第二電荷幫浦，該第二電荷幫浦包含：一第五開關，電性連接於該第二儲存電容之一第一端與該接地端之間，其中該第五開關係依據後一第二相位反相信號來決定是否導通； 一第六開關，電性連接於該第二儲存電容之一第二端與該接地端之間，其中該第六開關係依據該第二相位信號來決定是否導通；一第七開關，電性連接於該第二儲存電容之該第二端與提供該正供應電壓之一電源供應端之間，其中該第七開關係依據該第二相位反相信號來決定是否導通；以及一第八開關，電性連接於該負載與該第二儲存電容之該第一端之間，其中該第八開關係依據該第二相位信號來決定是否導通。
5. 如請求項1所述之焊墊驅動電路，其中該第一緩衝器串列係驅動該焊墊電路之一P通道金氧半場效電晶體。
6. 如請求項5所述之焊墊驅動電路，其中該第一緩衝器串列包含偶數個第一反相器，以接收該正供應電壓與該負供應電壓來驅動該焊墊電路。
7. 如請求項6所述之焊墊驅動電路，其中該第二緩衝器串列包含奇數個第二反相器，以接收該正供應電壓與該負供應電壓來驅動該焊墊電路。
8. 一種輸出焊墊系統，包含：一焊墊電路； 一輸出控制電路，以控制該焊墊電路是否可傳遞一輸入信號，其中當一致能信號被確立時，該輸出控制電路致能該焊墊電路來輸出該輸入信號；一電壓幫浦電路，以產生一負供應電壓，其中該負供應電壓之電壓值小於零伏特，其中該電壓幫浦電路包含：一震盪器，以產生至少一第一相位信號；以及一電荷幫浦群組，以產生該負供應電壓，其中該電荷幫浦群組係依據該第一相位信號之一電壓準位，將一正供應電壓轉換為該負供應電壓；一第一緩衝器串列，電性連接於該輸出控制電路與該焊墊電路之間來傳遞一反相輸入信號，其中該第一緩衝器串列係以來自該電壓幫浦電路之該正供應電壓與該負供應電壓驅動該焊墊電路；以及一第二緩衝器串列，以一接地電壓以及該正供應電壓驅動該焊墊電路。
9. 如請求項8所述之輸出焊墊系統，其中該震盪器係為一多階級震盪器，該多階級震盪器包含：一第一反相器，以輸出該第一相位信號；一第二反相器，電性連接該第一反相器，以輸出該第二相位信號；以及一第三反相器，電性連接於該第二反相器與該第一反相器之間，以輸出一第三相位信號，其中該第一相位信號、該第二相位信號，以及該第三相位信號之相位係相異。
10. 如請求項9所述之輸出焊墊系統，其中該電荷幫浦群組包含一第一電荷幫浦，該第一電荷幫浦包含：一第一儲存電容；一第一開關，電性連接於該第一儲存電容之一第一端與提供該接地電壓之一接地端之間，其中該第一開關係依據一第一相位反相信號來決定是否導通；一第二開關，電性連接於該第一儲存電容之一第二端與提供該接地電壓之該接地端之間，其中該第二開關係依據該第一相位信號來決定是否導通；一第三開關，電性連接於該第一儲存電容之該第二端與提供該正供應電壓之一電源供應端之間，其中該第三開關係依據該第一相位反相信號來決定是否導通；以及一第四開關，電性連接於該第一儲存電容之該第一端與一負載之間，其中該第四開關係依據該第一相位信號來決定是否導通。
11. 如請求項10所述之輸出焊墊系統，其中該電荷幫浦群組更包含一第二電荷幫浦，該第二電荷幫浦包含：一第五開關，電性連接於該第二儲存電容之一第一端與該接地端之間，其中該第五開關係依據一第二相位反相信號來決定是否導通；一第六開關，電性連接於該第二儲存電容之一第二端與該接地端之間，其中該第六開關係依據該第二相位信號來決定是否導通； 一第七開關，電性連接於該第二儲存電容之該第二端與提供該正供應電壓之一電源供應端之間，其中該第七開關係依據反相後之該第二相位信號來決定是否導通；以及一第八開關，電性連接於該負載與該第二儲存電容之該第一端之間，其中該第八開關係依據該第二相位信號來決定是否導通。
12. 如請求項8所述之輸出焊墊系統，其中該焊墊電路包含：一P通道金氧半場效電晶體，由該第一緩衝器串列所驅動；以及一N通道金氧半場效電晶體，電性連接至該P通道金氧半場效電晶體，其中該N通道金氧半場效電晶體係由該第二緩衝器串列所驅動。
13. 如請求項12所述之輸出焊墊系統，其中該第一緩衝器串列包含偶數個第一反相器，以接收該正供應電壓與該負供應電壓來驅動該焊墊電路。
14. 如請求項12所述之輸出焊墊系統，其中該第二緩衝器串列包含奇數個第二反相器，以接收該正供應電壓與該負供應電壓來驅動該焊墊電路。