用于信号传输的电路的制作方法

1.本公开涉及一种用于信号传输的电路，其包括能够在导通状态或几乎不导通的状态下运行的传输门。


背景技术：

2.传输门通常设置在电路中以在电路的组件之间或在其他电子设备之间传输信号。图1示出常规传输门100的一个实施例，该传输门包括在节点a与节点b之间并联连接的第一晶体管110和第二晶体管120。节点a和节点b中的每一个可以配置为输入节点以施加输入信号，或者配置为输出节点以在通过传输门传输之后响应于所施加的输入信号提供输出信号。
3.根据图1所示的传输门的实施例，第一晶体管110和第二晶体管120配置为场效应晶体管，其中两个晶体管相应漏极端子和相应的源极端子连接在一起。第一晶体管110的栅极端子配置为控制端子c110以施加控制信号cs1，第二晶体管120的栅极端子配置为控制端子c120以施加控制信号cs2。控制信号cs2相对于控制信号cs1通常是反相的。
4.图1b示出图1a所示的传输门100的等效电路。如图1b所示，第一晶体管110能够由可控开关111和具有可变电阻的电阻器112来模拟。可控开关111和电阻器112串联连接。同样地，第二晶体管120的电特性对应于可控开关121串联连接到具有可变电阻的电阻器122。
5.下面对传输门100的功能进行简要说明。当控制信号cs1为逻辑0并从而具有负电位时，第一晶体管110的控制端子c110，例如n沟道mosfet的栅极，也具有负电位。由于控制信号的反相，第二晶体管120的控制端子c120处的控制信号cs2具有正电压电位。无论在传输门100的哪个开关端子a或b上施加电压，第一晶体管110(在示例中为n沟道mosfet)的栅-源电压始终为负，第二晶体管120(在示例中为p沟道mosfet)的栅-源电压始终为正。因此，两个晶体管都不会导通，传输门关闭。
6.当控制信号cs1为逻辑1并从而具有正电压电位时，第一晶体管的控制端子c110由正电压电位驱动。因此，第二晶体管120的控制端子c120处的控制信号cs2为逻辑0并从而具有负电压电位。结果，晶体管110和120在导通状态下运行。
7.图2示出当节点a或节点b中之一处的输入信号/电压从负电源电位v
ss
升高到正电源电位v
dd
时传输门100的电阻特性。假设第一晶体管110实施为n沟道mosfet，第二晶体管120实施为p沟道晶体管，电压值v
thn
表示第一晶体管110的阈值电压，电压值v
thp
表示第二晶体管120的阈值电压。
8.如果传输门100的端子a或端子b中之一升高到接近负电源电压v
ss
的电压，则在第一晶体管110处将出现正栅-源电压/栅-漏电压。结果，第一晶体管110开始导通，从而传输门100在导通状态下运行。如果此时传输门的端子a或端子b中之一处的电压持续升高到正电源电压电位v
dd
，则第一晶体管110的栅-源电压/栅-漏电压降低，并且第一晶体管110的沟道的可变电阻增加。同时，负栅-源电压/栅-漏电压在第二晶体管120处建立，由此第二晶体管120开始导通，在示例中第二晶体管为p沟道mosfet。
9.综上，实现了传输门在从负电源电位v
ss
到正电源电位v
dd
的整个电压范围上在导通状态下运行。
10.如图2所示，根据施加在端子a或端子b中之一处的输入电压，传输门的传输电阻r
on
变化。尤其是，图2中所示的传输门100的电阻r
on
是第一晶体管110(例如n沟道mosfet)的导通电阻和第二晶体管120(例如p沟道mosfet)的导通电阻的组合。当共模输入电压v
in
在负电源电位v
ss
与正电源电位v
dd
之间变化时，传输门的电阻r
on
如图2所示进行变化。
11.图3示出了一种电路配置，其中输入信号摆动v1经由电阻器r1施加到传输门100。如图3所示，当传输门100连接到固定负载阻抗r2时，传输门100的电阻r
on
的电压相关变化导致传输门表现得像具有负载阻抗的可变分压器。这导致了将失真引入到输出信号v2的电压相关传递函数。
12.图4中示出传输门100的传递函数的失真特性。传递函数的失真特性具有两个峰，这两个峰对应于施加到端子a或端子b的输入电压v
in
，在该端子a或该端子b处，传输门的各个晶体管110、120在截止与线性运行之间切换。在这些点处，传输门的绝对电阻r
on
由处于线性运行的晶体管支配，但电阻r
on
的变化由在截止与线性运行之间切换的另一个晶体管支配。
13.期望提供一种用于信号传输的电路，其中电路的传输门的传递函数呈现出改进的失真特性。


技术实现要素：

14.权利要求1中详述了用于信号传输的电路的一个实施例，其提供传输门的输出信号的减小的失真。
15.用于信号传输的电路包括传输门，该传输门具有输入节点以施加输入信号并具有输出节点以提供输出信号。该电路还包括控制电路以控制输入节点与输出节点之间的传输门的信号传输。传输门包括具有第一类型导电性的导电沟道的第一晶体管和具有第二类型导电性的导电沟道的第二晶体管。
16.第一晶体管具有控制端子以施加第一控制信号以控制第一晶体管的导电沟道的导电性。第二晶体管具有控制端子以施加第二控制信号以控制第二晶体管的导电沟道的导电性。控制电路配置为根据输入信号的电压电平生成第一控制信号和第二控制信号以控制第一晶体管和第二晶体管的导电性。
17.电路可以包括评估电路以评估输入信号的电平。尤其是，评估电路将传输门的输入信号与从第一晶体管和第二晶体管的阈值电压导出的两个参考电压进行比较。当检测到传输门输入信号摆动跨越电压参考之一时，控制电路生成第一控制信号和第二控制信号以关断传输门的第一晶体管或第二晶体管。
18.传输门的第一晶体管和第二晶体管的单独控制使得传输门响应于输入信号条件的运行能够优化以减少当传输门连接到有限负载阻抗时由传输门传输的信号的失真。
19.根据电路的一个可能实施例，可以实现保持功能以确保施加到传输门的第一晶体管和第二晶体管的相应控制端子的第一控制信号和第二控制信号的相应状态不会由于输入信号的瞬时变化(即输入信号在第一阈值或第二阈值上下摆动)而变化。
附图说明
20.图1示出在传输门以及传输门的对应等效电路的输入端子与输出端子之间传递信号的传输门的一个实施例；
21.图2示出取决于施加到传输门的输入电压的传输门的电阻特性；
22.图3示出包括连接在输入电阻器与输出电阻器之间以形成可变分压器的传输门的电路；
23.图4示出常规传输门的传递函数的失真特性；
24.图5示出具有改进的失真特征的电路传输门的传递函数的信号传输电路的实施例；
25.图6示出了具有改进的失真特性的传输门的传递函数；以及
26.图7示出了用于线缆数据传输的通信系统。
具体实施方式
27.图5示出实现将输入信号v
in
从节点a或节点b中的一个传递到节点a、b中的另一个的电路10的一个实施例。为了以下说明，假设输入信号v
in
从配置为输入节点的节点a传输到配置为输出节点的节点b。然而，通过使用图5所示的电路，反向信号传输路径，即输入信号从节点b传输到节点a，也是可能的。
28.电路10包括传输门100，该传输门具有输入节点a以施加输入信号v
in
并具有输出节点b以提供输出信号v
out
。电路还包括控制电路200以控制传输门100在输入节点a与输出节点b之间的信号传输。传输门100包括具有第一类型导电性的导电沟道的第一晶体管110和具有第二类型导电性的导电沟道的第二晶体管120。
29.根据图5所示的电路10的示例性实施例，第一晶体管110的导电沟道可以具有n型导电性。尤其是，第一晶体管110可以配置成n沟道mosfet。第二晶体管120的导电沟道可以具有p型导电性。尤其是，第二晶体管120可以是作为p沟道mosfet的连接组件。
30.第一晶体管110具有控制端子c110以施加第一控制信号cs1来控制第一晶体管110的导电沟道的导电性。第二晶体管120具有控制端子c120以施加第二控制信号cs2来控制第二晶体管120的导电沟道的导电性。控制电路200配置为根据输入信号v
in
的电压电平生成第一控制信号cs1和第二控制信号cs2以控制第一晶体管110和第二晶体管120的导电性。
31.电路10包括评估电路300以评估输入信号v
in
的电平。评估电路300配置为评估输入信号v
in
的电平是否超过第一阈值v
thn
和第二阈值v
thp
。第一阈值v
thn
对应于第一晶体管110的阈值电压，第二阈值v
thp
对应于第二晶体管120的阈值电压。
32.晶体管的阈值电压是晶体管的控制/栅极端子与输入/源极端子之间的电压，从晶体管中明显的电流流过晶体管的导通沟道，即当施加在输入/源极端子与控制/栅极端子之间的输入电压超过晶体管的阈值电压时，就会出现明显的电流流动。
33.第一晶体管110和第二晶体管120配置为在第一运行状态下和在第二运行状态下运行。第一晶体管110和第二晶体管120的导电沟道的各自的电阻在第一运行状态下比在相应的第一晶体管和第二晶体管的第二运行状态下高。第一运行状态指定了晶体管的所谓“非导通”状态。第二运行状态指定了晶体管的所谓“导通”状态。
34.控制电路200配置为当评估电路300检测到输入信号v
in
的电平跨越第一阈值v
thn
时，改变诸如nmos晶体管的第一晶体管110的运行状态。控制电路200配置为当评估电路300检测到输入信号v
in
的电平高于第一阈值v
thn
时，生成第一控制信号cs1，使得第一晶体管110
在第一运行状态(“非导通状态”)下运行。控制电路200还配置为当评估电路200检测到输入信号v
in
的电平低于第一阈值v
thn
时，生成第一控制信号cs1，使得第一晶体管110在第二运行状态(“导通状态”)下运行。
35.控制电路200配置为当评估电路300检测到输入信号v
in
的电平跨越第二阈值v
thp
时，改变诸如pmos晶体管的第二晶体管120的运行状态。尤其是，控制电路200配置为当评估电路300检测到输入信号v
in
的电平低于第二阈值v
thp
时，生成第二控制信号cs2，使得第二晶体管120在第一运行状态(“非导通状态”)下运行。控制电路200还配置为当评估电路300检测到输入信号v
in
的电平高于第二阈值v
thp
时，生成第二控制信号cs2，使得第二晶体管120在第二运行状态(“导通状态”)下运行。
36.第一晶体管110和第二晶体管120各自的第一运行状态是第一晶体管和第二晶体管各自的截止状态。第一晶体管110和第二晶体管120各自的第二运行状态是第一晶体管和第二晶体管各自的线性运行状态，即晶体管的电沟道的电阻呈现线性电阻特性。
37.如图5的电路的实施例所示，评估电路300包括第一比较器310，该第一比较器配置为将输入信号v
in
的电平与第一阈值v
thn
进行比较，并提供指示输入信号v
in
的电平高于或低于第一阈值v
thn
的第一比较器输出信号s310。评估电路300还包括第二比较器320，该第二比较器配置为将输入信号v
in
的电平与第二阈值v
thp
进行比较，并提供指示输入信号v
in
的电平高于或低于第二阈值v
thp
的第二比较器输出信号s320。
38.评估电路300包括第一保持电路330以响应于第一比较器输出信号s310向控制电路200提供第一评估信号s330。评估电路300还包括第二保持电路340以响应于第二比较器输出信号s320向控制电路200提供第二评估信号s340。
39.第一保持电路330配置为提供保持功能，使得即使评估电路300检测到输入信号v
in
的值在第一阈值v
thn
上下摆动的瞬时变化，第一控制信号cs1的状态依然保持不变。同样地，第二保持电路340配置为提供保持功能，使得即使评估电路300检测到输入信号v
in
的值在第二阈值v
thp
上下摆动的瞬时变化，第二控制信号cs2的状态依然保持不变。
40.控制电路200配置为响应于第一评估信号s330生成第一控制信号cs1。如图5所示，控制电路200可以包括逻辑门210，该逻辑门耦合到控制输入端子c200以施加外部控制信号cs。外部控制信号cs用于以导通或非导通运行模式来运行传输门100。第一评估信号s330被施加到逻辑门210的输入侧。如图5的电路10的示例性实施例所示，第一评估信号s330能够经由反相器230施加到逻辑门210的输入侧。逻辑门210的输出端连接到传输门100的第一晶体管110的控制端子c110。
41.控制电路200还包括逻辑门220，该逻辑门以其输出侧耦合到传输门100的第二晶体管120的控制端子c120。逻辑门220的输入侧连接到控制电路的外部控制端子c200以施加外部控制信号cs。逻辑门220的输入侧还耦合到第二保持电路340的输出以将第二评估信号s340施加到逻辑门220的输入侧。根据图5所示的电路10的示例性实施例，第二评估信号s340能够经由反相器240施加到逻辑门220的输入侧。当评估电路300通过第二比较器320检测到输入信号v
in
下降到低于第二阈值v
thp
时，控制电路200生成第二控制信号cs2，使得第二晶体管120在第一运行状态(“非导通状态”)下运行。只要输入信号v
in
低于第一阈值v
thn
，第一晶体管110就在第二运行状态(“导通状态”)下运行。在这种情况下，传输门100的导通状态仅由第一晶体管110提供。
42.当评估电路通过第一比较器电路310检测到输入信号v
in
超过第一阈值v
thn
时，控制电路200生成第一控制信号cs1以将第一晶体管110运行在第一运行状态(“非导通状态”)下。只要输入信号v
in
高于第二阈值v
thp
，第二晶体管120就在第二运行状态(“导通状态”)下运行。在这种情况下，传输门100仅借助于第二晶体管120导通。
43.当评估电路300通过第一比较器和第二比较器310、330检测到输入电压v
in
在第一阈值v
thn
与第二阈值v
thp
之间时，传输门100的第一晶体管和第二晶体管110、120都在第二运行状态(“导通状态”)下运行。图5所示电路的配置能够防止输入信号v
in
的信号摆动使传输门晶体管110和120中的一个在截止运行与线性运行之间切换。图6示出了图5所示的电路10的传输门110的传递函数的失真特性。如图6所示，图4所示的失真特性的峰变平，从而几乎被消除。能够减少实现特定最大失真规范所需的传输门面积。图6所示的总谐波失真thd的降低量取决于所使用的特定失真规范、信号和电源电压以及cmos技术。
44.图7示出用于电缆数据传输的通信系统。通信系统包括第一电子设备1以提供数据并且包括第二电子设备2以接收数据。第一电子设备1例如可以配置为移动电话或计算机或麦克风。第二电子设备2可以配置为用于对从第一电子设备1接收到的数据进行信号处理。第二电子设备2例如可以配置为模数转换器、记录设备、耳机或传感器设备。
45.电路10连接在第一电子设备1与第二电子设备2之间。数据通过电路10的传输门100从第一电子设备1传输到第二电子设备2。电路10能够有利地用于在第一电子设备1与第二电子设备2之间传输具有低信号失真的数据，特别是当传输门被加载有限阻抗，使得在传输门100与第二电子器件2的输入电阻之间形成分压器时。
46.参考标记列表
[0047]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一电子设备
[0048]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二电子设备
[0049]
10
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电路
[0050]
100
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
传输门
[0051]
110
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一晶体管
[0052]
120
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二晶体管
[0053]
200
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
控制电路
[0054]
210
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一逻辑门
[0055]
220
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二逻辑门
[0056]
230、240
ꢀꢀꢀꢀꢀ
反相器
[0057]
300
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
评估电路
[0058]
310
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一比较器
[0059]
320
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二比较器
[0060]
330、340
ꢀꢀꢀꢀꢀ
保持电路
[0061]vin
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
输入信号
[0062]vthn
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一阈值
[0063]vthp
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二阈值
[0064]
cs1、cs2
ꢀꢀꢀꢀ
控制信号
[0065]
c110、c120
ꢀꢀꢀ
控制端子。