一种基于BICMOS工艺具有冷备份和短路保护功能的高速驱动电路的制作方法

一种基于bicmos工艺具有冷备份和短路保护功能的高速驱动电路
技术领域
1.本发明涉及一种基于bicmos工艺具有冷备份和短路保护功能的高速驱动电路，尤其是一种通过共模反馈和输出短路保护控制的高速驱动电路，属于高速接口电路设计领域。


背景技术：

2.高速驱动电路由于在高增益放大器中输出共模电平对输入电压的变化、器件的特性和失配等相当敏感，而且不能通过差动反馈来达到稳定，因此，必须增加共模反馈电路，稳定输出的直流电压，使输出直流电平具有足够的稳定性。
3.此外，如果驱动电路的输出端出现短路的现象，会使得电流增大，造成电路烧毁。然而通常对驱动器进行保护，常常需要外加保护电路。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于bicmos工艺具有冷备份和短路保护功能的高速驱动电路。该驱动级不需外加保护，具备较强的保护能力和高速的驱动能力。
5.本发明目的通过如下技术方案予以实现：一种基于bicmos工艺具有冷备份和短路保护功能的高速驱动电路，所述的高速驱动电路为电流模电路，包括共模反馈模块、驱动级、冷备份电源偏置模块、短路保护比较器模块；
6.所述的驱动级在上电完成后开始工作，由所述共模反馈模块保证输出工作点满足驱动级协议要求；所述短路保护模块用于监控驱动级的输出端电压值，并在输出电压异常时关闭所述驱动级；所述冷备份电源偏置模块控制驱动级输出端口到电源的漏电流，用于完全切断所述输出端口到电源的漏电通路。
7.进一步的，所述的共模反馈模块包括由电阻r1和r2电阻组成的共模检测模块和共模比较放大器，通过r1和r2串连检测输出共模电位vin，共摸比较放大器通过比较基准电压vref与共膜电位vin的差异，控制输出电流大小，对输出共模电压进行调整。
8.进一步的，所述的共模比较放大器由三级运放组成，第一级采用差分输入结构，抑制共摸干扰；第二级采用npn射随器结构，提供带宽和驱动能力，最后一级采用pmos管跟随器结构，调整输出直流工作点。
9.进一步的，所述的共模比较放大器包括nmos管n0～n5，pmos管p0～p5，三极管q1；
10.nmos管n0、n3、n4、n5的源极均接地gs，n3、n4、n5的栅极并联后连接n0的栅极，n0的栅极与漏极连接后接基准源产生的偏置电流；nmos管n1、n2的衬底接地、栅极分别连接比较基准电压vref与共膜电位vin、n1、n2的源极并接在一起后接入n4的漏极，n1、n2的漏极分别连接pmos管p1、p2的漏极，p1、p2的源极连接电源vcc；三极管q1的基极与p2的漏极连接，发射极与n5的漏极连接，集电极接电源vcc；pmos管p4、p5的源极接电源vcc，p4、p5的栅极连接在一起后与p4的漏极一起与n3的漏极相连；pmos管p0、p3的衬底接电源vcc，p0的漏极接地
gs，栅极连接n5的漏极，p3的源极与p5的漏极连接，p3的栅极接使能控制信号en，p3的漏极与p0的源极连接在一起作为共模比较放大器的输出vo。
11.进一步的，所述的短路保护比较器模块包括两个短路保护模块以及逻辑判别电路；两个短路保护模块分别将驱动级的输出电压与参考电压pvb进行比较，根据二者的大小输出信号v1至逻辑判别电路，由逻辑判别电路根据v1发出对应的使能信号至共模反馈模块；其中，若驱动级的输出电压大于参考电压pvb，则输出表征驱动级正常工作的信号v1，否则，输出表征关闭驱动级的主通路的信号v1。
12.进一步的，所述的短路保护模块包括比较器以及二级保护电路；所述的二级保护电路包括三个nmos管n6-n8和一个电阻，驱动级的输出串联该电阻后接入比较器的输入以及n7的栅极。n6、n7的衬底接地，n6、n7、n8的源极漏极依次串联后，n8的源极接地，n6的漏极接电源vcc，n6的栅极、n8的栅极分别接电源vcc与接地。
13.进一步的，所述的冷备份电源偏置模块包括一个反相器401、pmos管p10、p11和nmos管n12；
14.pmos管p10、p11的源极均与衬底连接，p10、p11的源极连接后产生冷备份电源，p10的栅极连接p11的漏极，p10的漏极连接电源vcc，p11的漏极连接n12的漏极，p11的栅极连接反相器的输出，n12的栅极连接电源vcc，n12的衬底接地gs，n12的源极连接使能信号en；
15.en有效时，en有效时，p10、p11、n12均导通，冷备份电源与电源vcc相通，为驱动级提供正常的偏置电压；冷备份使用时，en无效，p10、p11关闭冷备份电源偏置与电源断开，切断驱动级从输出到电源的漏电通路。
16.本发明与现有驱动器相比具有如下优点：
17.(1)本发明通过共模反馈电路稳定电路的共模电平，保证输出工作点满足驱动级协议要求；
18.(2)本发明通过短路保护电路对输出电压进行保护，不需外加保护就可以对电路进行保护，避免电路烧毁；
19.(3)本发明支持电路冷备份使用，使用范围更加宽泛。
附图说明
20.图1为驱动电路结构原理图；
21.图2为共模比较放大器的电路图；
22.图3为短路保护模块的电路图；
23.图4位冷备份电源偏置电路图。
具体实施方式
24.下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
25.本发明基于bicmos工艺具有冷备份和短路保护功能的高速驱动电路，该电路包括驱动器(亦称驱动级)101、共模反馈电路102、短路保护电路103、冷备份电源偏置104、逻辑判别电路105等模块。此驱动电路101采用电流模架构，上电完成后，驱动器101开始工作，共模反馈电路102保证输出工作点满足驱动级协议要求，短路保护电路103监控输出端电压值，如果输出电压异常，短路保护电路103将关闭驱动电路101，以免电路烧毁。电路同时支
持冷备份使用，冷备份偏置模块104将输出端口到电源的漏电流控制在微安级以内，完全切断输出到电源的漏电通路。采用此架构适用于多种协议驱动器，满足多种使用条件，具备较强的保护能力和高速的驱动能力。
26.所述驱动器主要的功能：使能有效时，完成差分信号输出；在使能关断时，保证输出为高阻态；在冷备份使用时，保证输入漏电流极小；输出短路时，限流保护。
27.所述共模反馈电路102采用电阻网络对输出共模电压进行检测，检测输出电路的输出电压并和希望的共模电压进行比较，利用检测的结果控制共模比较放大器201的输出电压。
28.共模反馈电路102主要由共模检测模块r1/r2和共模比较放大器201组成，共模检测模块主要由电阻r1和r2电阻组成，通过r1和r2串连检测输出共模电位vin。
29.共摸比较放大器201通过比较基准电压vref与共摸电位vin的差异，控制输出vo。共摸比较放大器201由三级运放组成，第一级采用差分输入结构，抑制共摸干扰；第二级采用npn射随器结构，提供较大的带宽和驱动能力，最有一级采用pmos管跟随器结构，调整输出vo直流工作点，以便驱动级的npn管正常工作。具体结构如图2所示，共模比较放大器包括nmos管n0～n5，pmos管p0～p5，三极管q1；nmos管n0、n3、n4、n5的源极均接地gs，n3、n4、n5的栅极并联后连接n0的栅极，n0的栅极与漏极连接后接基准源产生的偏置电流；nmos管n1、n2的衬底接地、栅极分别连接比较基准电压vref与共膜电位vin、n1、n2的源极并接在一起后接入n4的漏极，n1、n2的漏极分别连接pmos管p1、p2的漏极，p1、p2的源极连接电源vcc；三极管q1的基极与p2的漏极连接，发射极与n5的漏极连接，集电极接电源vcc；pmos管p4、p5的源极接电源vcc，p4、p5的栅极连接在一起后与p4的漏极一起与n3的漏极相连；pmos管p0、p3的衬底接电源vcc，p0的漏极接地gs，栅极连接n5的漏极，p3的源极与p5的漏极连接，p3的栅极接使能控制信号en，p3的漏极与p0的源极连接在一起作为共模比较放大器的输出vo。
30.所述短路保护比较器模块包括短路保护模块103和逻辑判别电路105，短路保护模块103由比较器和二级保护电路301组成。比较器将驱动器输出电压和输入参考电压pvb进行比较，如果大于，则驱动器正常工作，如果大于等于，则短路保护电路将驱动器主通路关闭，将短路电流限制在电路指标范围内。比较器其中一个输入端口与输出相连，为避免esd事件烧毁内部器件，所以设计二级保护电路301。如图3所示，二级保护电路包括三个nmos管n6-n8和一个电阻，驱动级的输出串联该电阻后接入比较器的输入以及n7的栅极。n6、n7的衬底接地，n6、n7、n8的源极漏极依次串联后，n8的源极接地，n6的漏极接电源vcc，n6的栅极、n8的栅极分别接电源vcc与接地。
31.如图4所示，所述冷备份电源偏置电路包括一个反相器401、pmos管p10、p11和nmos管n12组成。pmos管p10、p11的源极均与衬底连接，p10、p11的源极连接后产生冷备份电源，p10的栅极连接p11的漏极，p10的漏极连接电源vcc，p11的漏极连接n12的漏极，p11的栅极连接反相器的输出，n12的栅极连接电源vcc，n12的衬底接地gs，n12的源极连接使能信号en；en有效时，p10、p12、n12均导通，冷备份电源与电源vcc相通，为驱动器101pmos管提供正常的偏置电压。冷备份使用时，en无效，p10、p12关闭冷备份电源偏置与电源断开，切断驱动器从输出到电源的漏电通路。
32.以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，
都应涵盖在本发明的保护范围之内。
33.本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。