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1、10申请公布号CN102118153A43申请公布日20110706CN102118153ACN102118153A21申请号200910261863322申请日20091231H03K19/017520060171申请人财团法人工业技术研究院地址中国台湾新竹县72发明人庄凯翔侯信宏李永斌74专利代理机构中科专利商标代理有限责任公司11021代理人周国城54发明名称输出元件、信号回转率校正方法及振幅控制方法57摘要本发明公开了一种输出元件，可在不同的负载及负载条件持续变动下，输出一具有可精确控制回转率及电压电平的驱动信号。输出波形由精密控制调整的电路经自我校正程序提高精确度并改善生产制造及工作。
2、环境变异的影响，再由一隔绝驱动电路提供驱动能力并隔绝外部的负载变异。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图7页CN102118159A1/2页21一种输出元件，用于根据一输入信号控制该输出元件的一驱动电压，其特征在于，包括一第一可切换电流模块，耦接一端点，用以输出一第一电流；一第二可切换电流模块，耦接该端点，用以输出一第二电流；一可切换电容模块，耦接该端点，具有一电容值；一校正控制电路，用以校正该电容值、该第一电流与该第二电流；一时间常数校正电路，根据固定的电压源与时间源产生一参考回转率，并且根据该参考回转率控制该校正控制电路去选择性地校正该。
3、第一电流、第二电流或该电容值，使得该第一电流、第二电流与该电容值的比值符合该参考回转率；以及一电压箝制器，用于设定一高低电压值，将该端点的该驱动电压的振幅箝制在该高低电压值的范围内。2根据权利要求1所述的输出元件，其特征在于，更包括一反相器，根据该输入信号产生一反相输入信号；一第一开关，具有一第一输入端耦接该第一可切换电流模块，一第一输出端耦接该端点，以及一第一控制端接收该反相输入信号；以及一第二开关，具有一第二输入端耦接该第二可切换电流模块，一第二输出端耦接该端点，以及一第二控制端接收该输入信号；其中该第一开关根据该反相输入信号切换，并且该第二开关根据该输入信号切换，以此控制该驱动电压的频率。
4、。3根据权利要求2所述的输出元件，其特征在于，更包含一隔绝驱动电路，用于缓冲该驱动电压以及隔离该驱动电压与负载。4根据权利要求1所述的输出元件，其特征在于，该时间常数校正电路耦接该端点，在特定时间测量因该第一电流与该第二电流充放电该可切换电容模块所产生的该驱动电压。5一种信号回转率校正方法，适用于一电子装置的一输出元件，该输出元件根据一输入信号校正一驱动电压的回转率，其特征在于，该校正方法包括该输出元件中的一时间常数校正电路根据固定的电压源与时间源产生一参考回转率；该时间常数校正电路根据该参考回转率校正该输出元件的一输出电流值以及校正该输出元件中的一可切换电容模块的一电容值，使得该输出电流值与。
5、该电容值的比例符合该参考回转率。6根据权利要求5所述的信号回转率校正方法，其特征在于，该驱动电压是根据该电流值对该可切换电容模块进行充放电所产生。7一种信号回转率及振幅控制方法，适用于一电子装置的一输出元件，其特征在于，该方法包括提供一校正的电流值及一校正的电容值至该输出元件；该输出元件根据该校正的电流值调整一可切换电流模块的一输出电流值，且根据该校正的电容值调整一可切换电容模块的一输出电容值，并且产生一电压信号；该电压信号送至该一电压箝制器；以及设定一高低电压值使得该电压箝制器将该驱动电压的振幅限制于该高低电压值范围权利要求书CN102118153ACN102118159A2/2页3内；其中。
6、当该输出电流值与该输出电容值变化时，该驱动电压的该回转率相对应地变化；以及其中该电压箝制器设定箝制电压范围对应输出信号的振幅高低电压值。8根据权利要求7所述的信号回转率及振幅控制方法，其特征在于，该可切换电流模块包括一第一可切换电流模块与一第二可切换电流模块。9一种信号控制方法，适用于一电子装置的一输出元件，其特征在于，该控制方法包括该输出元件中的一时间常数校正电路根据固定的电压源与时间源产生一参考回转率；该时间常数校正电路根据该参考回转率校正该输出元件中的一电流模块以得到一校正电流值及/或校正该输出元件中的一可切换电容模块以得到一校正电容值，使得该校正电流值与该校正电容值的比例符合该参考回转。
7、率；该输出元件根据该校正电流值调整该可切换电流模块的一输出电流值，且根据该校正电容值调整该可切换电容模块的一输出电容值，并且产生一驱动电压；提供该驱动电压至该输出元件的一电压箝制器；设定一高低电压值使得该电压箝制器将该驱动电压的振幅限制于该高低电压值范围内；以及透过一隔离驱动电路输出该驱动电压至负载；其中当该输出电流值与该输出电容值变化时，该驱动电压的回转率相对应地变化；以及其中该电压箝制器设定箝制电压范围对应输出信号的振幅高低电压值。权利要求书CN102118153ACN102118159A1/5页4输出元件、信号回转率校正方法及振幅控制方法技术领域0001本发明公开了一种可控制回转率及电平。
8、输出的元件，可在不同的负载及负载条件持续变动下，输出一具有可精确控制回转率及电压电平的驱动信号。背景技术0002输出与驱动电路是芯片设计上常见的接口电路，是作为芯片核心电路与外部电路或其它芯片之间的缓冲装置，可使得芯片外的负载变异与干扰所造成的影响降低。一般的输出与驱动电路只需具有适当的电流驱动能力以及适当的自我保护机制即可。但因为输出与驱动电路所要驱动的负载装置有可能会有极大的变异，加上在输出波形上有极高的精确度要求，如在信号转态的上升与下降时间及输出电平，以现行的实施方式。0003图1为一现有的输出信号的回转率SLEWRATE控制装置的示意图。在图1中，输入信号经过回转率控制逻辑11后，通。
9、过多个反相器，如反相器12，输出，其中反相器的高电压电平VIH与低电压电平VIL分别透过第一可编程稳压器13与第二可编程稳压器14设定。因为反相器并非理想的开关元件，且存在特定的导通电阻ONRESISTANCE，经过此一非理想反向器对存在特定寄生电容性的输出端，会使得逻辑电平转态需要时间。因此透过并联的反相器的数量可以控制其导通电阻，达到改变回转率的目的。0004但在图1中，若输出信号所驱动的负载改变，则第一可编程稳压器13与第二可编程稳压器14提供的电压也会与负载上的电压有所不同。为了降低两者的电压差，必需增加反相器的大小，亦就是降低经过反相器的电压差，而因增加面积造成其寄生电容变大又会降低。
10、整体电路的操作速度。此外，反相器的导通电阻会随着输出到负载的电压不同而产生非线性效应，使得输出的波形造成极大的失真，而且PMOS与NMOS的导通时间控制DEADTIMECONTROL亦可能会造成波形的交错失真。因此，以切换反相器为主的现有输出信号的回转率控制装置有其许多的缺点存在。发明内容0005有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种输出元件，用于根据一输入信号控制该输出元件的一驱动电压，包括一第一可切换电流模块，耦接一端点，用以输出一第一电流；一第二可切换电流模块，耦接该端点，用以输出一第二电流；一可切换电容模块，耦接该端点，具有一电容值；一校正控制电路，用以校正该电容值、该第一与该第二电流。
11、；一时间常数校正电路，根据固定的电压源与时间源产生一参考回转率，并且根据该参考回转率控制该校正控制电路去选择性地校正该第一、第二电流或该电容值，使得该第一、第二电流与该电容值的比值符合该参考回转率；以及一电压箝制器，用于设定一高低电压值，将该端点的该驱动电压的振幅箝制在该高低电压值的范围内。0006本发明更提供一种信号回转率校正方法，适用于一电子装置的一输出元件，该输出元件根据一输入信号校正一驱动电压的回转率，该校正方法包括该输出元件中的一时间常数校正电路根据固定的电压源与时间源产生一参考回转率；该时间常数校正电路根据说明书CN102118153ACN102118159A2/5页5该参考回转率。
12、校正该输出元件的一输出电流值以及校正该输出元件中的一可切换电容模块的一电容值，使得该输出电流值与该电容值的比例符合该参考回转率。0007本发明更提供一种信号回转率及振幅控制方法，适用于一电子装置的一输出元件，该方法包括提供一校正的电流值及一校正的电容值至该输出元件；该输出元件根据该校正的电流值调整一可切换电流模块的一输出电流值，且根据该校正的电容值调整一可切换电容模块的一输出电容值，并且产生一驱动电压；提供该驱动电压至该输出元件的一电压箝制器；以及设定一高低电压值使得该电压箝制器将该驱动电压的振幅限制于该高低电压值范围内；其中当该输出电流值与该输出电容值变化时，该驱动电压的该回转率相对应地变化。
13、；以及其中该电压箝制器对应该驱动电压的振幅设定该高低电压值范围。0008本发明更提供一种信号控制方法，适用于一电子装置的一输出元件，该控制方法包括该输出元件中的一时间常数校正电路根据固定的电压源与时间源产生一参考回转率；该时间常数校正电路根据该参考回转率校正该输出元件中的一电流模块以得到一校正电流值及/或校正该输出元件中的一可切换电容模块以得到一校正电容值，使得该校正电流值与该校正电容值的比例符合该参考回转率；该输出元件根据该校正电流值调整该可切换电流模块的一输出电流值，且根据该校正电容值调整该可切换电容模块的一输出电容值，并且产生一驱动电压；提供该驱动电压至该输出元件的一电压箝制器；设定一高。
14、低电压值使得该电压箝制器将该驱动电压的振幅限制于该高低电压值范围内；以及透过一隔离驱动电路输出该驱动电压至负载；其中当该输出电流值与该输出电容值变化时，该驱动电压的回转率相对应地变化；以及其中该电压箝制器对应该驱动电压的振幅设定该高低电压值范围。0009从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果0010本发明提供的输出元件、信号回转率的校正与控制方法以及信号振幅的控制方法可在不同的负载及负载条件持续变动下，输出一具有可精确控制回转率及电压电平的驱动信号，并且可广泛使用于仪器、测量设备以及须精准输出波型的设备，亦可用于须大驱动力的长距离有线通讯。附图说明0011图1为一现有的输出信号的回转率。
15、SLEWRATE控制装置的示意图；0012图2为本发明的一可控制信号回转率与振幅的输出元件的一实施例的示意图；0013图3根据本发明的实施例是一信号控制方法的流程图；0014图4A至图4C为图2的电容/电流时间常数校正装置的校正运作的示意图；0015图5A为低回转率的输出信号的波形图；0016图5B为图5A的输出信号经过电压箝制器26的输出信号图；0017图5C为一高回转率的输出信号的波形图；以及0018图5D为图5C的输出信号经过电压箝制器26的输出信号图。0019【主要元件符号说明】002011回转率控制逻辑002112反相器002213第一可编程稳压器说明书CN102118153ACN1。
16、02118159A3/5页6002314第二可编程稳压器002421第一可切换电流模块002522第二可切换电流模块002623校正控制电路002724可切换电容模块002825C/I时间常数校正电路002926电压箝制器003027隔绝驱动电路003128反相器003229固定电压源与时间源003330端点0034SW1第一开关0035SW2第二开关0036S31、S32、S33、S34、S34、S35、S36方法步骤具体实施方式0037下文所讨论者为本发明的较佳实施例。虽然本说明书在基于本发明的精神以下列实施例说明，但是并非用以限制本发明为该等实施例。本发明所举的实施例仅用以为本说明书的举。
17、例说明使用，并非用以限制本发明的观点。0038图2为本发明的一可控制信号回转率与振幅的输出元件的一实施例的示意图。在本实施例中，是以一测试装置输出测试信号到待测装置DEVICEUNDERTEST为例说明，因此输入信号是指原先测试装置输出的测试信号，而输出信号是指经过回转率及电压电平调整后且经过隔离驱动电路送至待测物或负载的测信号，内部电压是指在节点30的电压。0039输出元件200包括第一可切换电流模块21、第二可切换电流模块22、校正控制电路23、可切换电容模块24、C/I时间常数校正电路25、电压箝制器26、隔离驱动电路27、反相器28以及固定的电压源与时间源29。0040第一可切换电流模。
18、块21连接第一开关SW1的第一输入端。第一开关SW1的第一输出端连接端点30，并且其第一控制端连接反相器28的输出端。第二可切换电流模块22连接第二开关的第二输入端。第二开关SW2的第二输出端连接端点30，并且第一控制端直接接收输入信号。可切换电容模块23连接端点30。校正控制电路23连接第一可切换电流模块21、第二可切换电流模块22与可切换电容模块23。时间常数校正电路25连接端点30以及校正控制电路23。电路箝制器26的输入端连接端点30，其输出端连接隔离驱动电路27。0041输入信号被直接传送到第二开关SW2以及透过一反相器28传送到第一开关SW1，用以控制开关SW1与SW2的导通或关闭。
19、。电容电流CAPACITANCE/CURRENT，C/I时间常数校正电路25会根据电子系统上的参考脉冲以及以半导体的能级产生而产生的稳定电压参考源亦即是固定的时间源与电压源29，产生一参考回转率。因为是使用以半导体的能级产生而产生的稳定电压参考源，因此可以避免因为工艺、温度及供给电压所造成的电压差异。回转率的定义为单位时间的瞬时电压变化，也就是DV/DT。换言之，回转率的表示方式说明书CN102118153ACN102118159A4/5页7也可以替换成I/C。因为电压与时间的参考源的精确度高，因此可以依据参考回转率对输出元件的驱动电压的回转率作精确的校正，亦即是通过校正电容值与电流值间接符合。
20、参考回转率。最后，再根据校正的电容值与电流值控制或调整驱动电压的回转率。0042在图2的实施例中，当电容电流时间常数校正电路25根据固定电压源与固定时间源29产生参考回转率后，透过校正控制电路23来控制第一可切换电流模块21与第二可切换电流模块22的输出电流值包含来自第一可切换电流模块21的第一电流ISW1以及来自第二可切换电流模块22的第二电流ISW2，或是改变可切换电容模块24的电容值，使得输出电流值与电容值的比例能符合参考回转率。0043一般而言，输出信号所需的电压电平都低于系统的供给电压。为了达到输出信号所需的电压电平，利用一电压箝制器26来控制输出信号的高低电压电平。电压箝制器26可。
21、根据数字模拟转换器或是低输出能力的可编程稳压器所提供一组高和低的电压设定值，将超过此组电压电平上下限部份截除，使输出信号的电压电平满足需求。于另一实施例中，在电压箝制器26的输出端设置一隔绝驱动电路27，例如运算放大器组成的电压随耦器，用以缓冲输出元件所输出的驱动电压以及隔绝输出元件与负载，使得负载变动不会影响驱动电压的品质。0044图3根据本发明的实施例是一信号控制方法的流程图。本方法是应用在电子装置的输出驱动电路。在步骤S31中，先找出电子装置的一个固定的电压源与时间源，例如以半导体的能级产生而产生的稳定电压参考源以及电子装置的脉冲震荡器，根据固定的电压源与时间源29产生参考回转率亦即是电。
22、压时间变化率DV/DT。接着，在步骤S32中，根据参考回转率DV/DT校正目前可切换电流模块21与22与可切换电容模块24的电流值与电容值。接着在步骤S33中，判断校正后的电流值与电容值是否符合参考回转率，若否，则回到步骤S32中，再次对可切换电流模块21与22与可切换电容模块24的电流值与电容值进行校正，直到驱动电路的电容值与电流值的比例符合参考回转率DV/DT为止。若是，则跳到步骤S34，根据校正后的电流值与电容值符合参考回转率再调整可切换电流模块21与22与可切换电容模块24以产生驱动电压同时改变驱动电压的回转率。在步骤S35，通过电压箝制器26将驱动电压限制于一定的电压电平范位内以符合。
23、负载电路需要。最后，在步骤S36，透过隔离驱动电路27输出驱动电压。须注意到校正回转率与控制/调整回转率是不同的。以下将更详细说明校正回转率的方式。0045电容电流C/I时间常数校正电路25会先根据一个已知且精确的电压源与脉冲源进行电压时间变化率也就是参考回转率的设定。因为电压时间变化率DV/DT等于电容/电流的比值。接着，电容电流时间常数校正电路25会根据已经决定的电容/电流的比值来控制第一可切换电流模块21与第二可切换电流模块22调整第一电流ISW1与/或第二电流ISW2的大小以及可切换电容模块24的电容值。于一实施例中，可切换电容模块24的电容值是固定，因此通过控制第一电流ISW1与/或。
24、第二电流ISW2的大小来达到调整回转率的目的。当电流调整后，电容电流时间常数校正电路25会测量端点30上的电流对电容充电所产生的电压值以了解目前的电容值与电流值的比例与参考回转率之间的关系，并判断此时的电容值与电流值的比例是否符合参考回转率。若不是，则再次调整第一电流ISW1与/或第二电流ISW2的大小，直到电容值与第一电流ISW1的比值以及电容值与第二电流ISW2的比值符合参考回转率为止。说明书CN102118153ACN102118159A5/5页80046于另一实施例中，可切换电容模块24的电容值也是可调整的，因此通过同时控制第一电流ISW1与/或第二电流ISW2的大小以及电容值的大小来。
25、达到调整回转率的目的。亦即是电容电流时间常数校正电路25会测量目前的第一电流ISW1与/或第二电流ISW2、可切换电容模块24的电容值以及可切换电容模块24上的电压，并判断此时的电容值与第一电流ISW1以及电容值与第二电流ISW2的比例是否符合参考回转率直到符合参考回转率为止。同样地，于另一于实施例中，可固定电容值而仅校正第一电流ISW1与/或第二电流ISW2以符合参考回转率。0047图4A至图4C为图2的电容/电流时间常数校正装置的校正运作的示意图。在图4A至图4C中，回转率被设定为VREF/T。1为开关SW1的导通时间，2为开关SW2的导通时间。在图4A中，电流源输出的电流值为I1，此时开。
26、关SW2在导通时间T后，电压值大于预定的电压VREF，因此可知电流I1值过大。在图4B中，电流源输出的电流值为I2，此时开关SW2在导通时间T后，电压值等于预定的电压VREF，因此可知电流I2值即为所求。在图4C中，电流源输出的电流值为I3，此时开关SW2在导通时间T后，电压值小于预定的电压VREF，因此可知电流I3值过小。0048请参考图5A至图5D。图5A为低回转率的驱动电压的波形图。图5A中的回转率控制是降低第一可切换电流模块21与第二可切换电流模块22的输出电流ISW1与ISW2的大小，并增加可切换电容模块24的电容值。要注意的是，第一可切换电流模块22的输出电流ISW1与可切换电容模。
27、块24的电容值可决定驱动电压的上升时间。第二可切换电流模块22的输出电流ISW2与可切换电容模块24的电容值可决定驱动电压的下降时间。于本实施例中，第一可切换电流模块21与第二可切换电流模块22输出的电流是相同的，但亦可设定不同的输出电流，使得驱动电压的上升时间与下降时间不同。另外，透过控制第一开关SW1与第二开关SW2可决定驱动电压的转态点由低电位转成高电位或由高电位成低电位的时间，亦即是控制第一开关SW1与第二开关SW2可决定驱动电压的频率。0049图5B为图5A的驱动电压经过电压箝制器26的输出信号图。利用电压箝制器26来限制驱动电压的高电压电平与低电压电平。在图5B中的高电压电平VH与。
28、低电压电平VL可根据所需输出要求而设定，非用以将本发明限于图5B的高电压电平VH与低电压电平VL。0050图5C为一高回转率的输出信号的波形图。图5A中的回转率控制是增加第一可切换电流模块21与第二可切换电流模块22的输出电流ISW1与ISW2的大小，并降低可切换电容模块24的电容值。要注意的是，第一可切换电流模块22的输出电流ISW1与可切换电容模块24的电容值可决定驱动电压的上升时间。第二可切换电流模块22的输出电流ISW2与可切换电容模块24的电容值可决定驱动电压的下降时间。于本实施例中，第一可切换电流模块21与第二可切换电流模块22输出的电流是相同的，但亦可设定不同的输出电流，使得驱动。
29、电压的上升时间与下降时间不同。另外，透过控制第一开关SW1与第二开关SW2可决定驱动电压的转态点由低电位转成高电位或由高电位成低电位的时间，亦即是控制第一开关SW1与第二开关SW2可决定驱动电压的频率。图5D为图5C的驱动电压经过电压箝制器26的输出信号图。0051虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定的范围为准。说明书CN102118153ACN102118159A1/7页9图1说明书附图CN102118153ACN102118159A2/7页10图2说明书附图CN102118153ACN102118159A3/7页11图3说明书附图CN102118153ACN102118159A4/7页12图4A图4B说明书附图CN102118153ACN102118159A5/7页13图4C图5A说明书附图CN102118153ACN102118159A6/7页14图5B图5C说明书附图CN102118153ACN102118159A7/7页15图5D说明书附图CN102118153A。