[发明专利]利用薄氧化物场效应晶体管的数字输出驱动器和输入缓冲器

说明书

技术领域

本公开内容总体上涉及电子器件，更具体而言涉及用于集成电路(IC)的数字输出驱动器和输入缓冲器。

背景技术

在各种应用中，例如在通信装置、计算机、消费电子器件等中广泛使用了数字IC。很多数字IC都是制造成互补金属氧化物半导体(CMOS)的，其利用了N沟道场效应晶体管(N-FET)和P-沟道FET(P-FET)二者。FET也被称为晶体管器件或简称为器件。

数字IC可以利用薄氧化物FET、厚氧化物FET或薄氧化物与厚氧化物FET二者的组合。通常，薄氧化物FET可以工作在较低的电源电压下且具有薄的氧化物层、较低的阈值电压和较低的击穿电压。相反，厚氧化物FET能够耐受更高的电源电压，且具有厚的氧化物层、较高的阈值电压和较高的击穿电压。

很多数字IC，例如用于处理器的数字IC，被设计成大部分为薄氧化物FET或仅具有薄氧化物FET。这是因为随着IC制造技术的改进更小的晶体管尺寸成为可能，薄氧化物FET的尺寸缩小变得容易。此外，薄氧化物FET能够工作在更低的电源电压，这实现了更低的功耗。因此，对于靠电池电源工作的便携式电子设备而言，薄氧化物FET是非常适合的。

数字IC通常与一个或多个外部设备，例如存储设备相接口。外部设备可以使用比数字IC的电源电压高的输入/输出(I/O)电压。为了适应较高的I/O电压，可以利用能够处理较高I/O电压的厚氧化物FET制造数字IC内的I/O电路。

对于数字IC而言，可以利用一些数量的掩模来制造薄氧化物FET，这可以取决于用于制造数字IC的IC工艺。可以利用除薄氧化物FET所需的掩模之外的若干数量的掩模来制造厚氧化物FET。对于给定的IC管芯面积而言，IC管芯的成本大致正比于制造IC管芯所需的掩模总数。因此，希望仅利用薄氧化物FET与较高的I/O电压相接口，从而可以避免厚氧化物FET所需的额外掩模，以便降低制造成本。

发明内容

因此在本领域中需要一种能够利用薄氧化物FET与更高I/O电压相接口的数字输出驱动器。

本文描述了可以利用薄氧化物FET实现且具有良好性能的数字输出驱动器和数字输入缓冲器。数字输出驱动器包括前置驱动器和驱动器。前置驱动器接收来自数字IC内部的电路的数字输入信号并基于所述数字输入信号生成第一和第二数字信号。驱动器接收第一和第二数字信号并为外部装置提供数字输出信号。第一数字信号具有由第一电源电压和中间电压确定的第一电压范围。第二数字信号具有由第二电源电压和电路的地确定的第二电压范围。数字输出信号具有由第一电源电压和电路的地确定的第三电压范围。第一电源电压可以是盘电源电压V_PAD，其为用于外部装置的I/O电压。第二电源电压低于第一电源电压，其可以是内用于数字IC内部的电路的内核电源电压V_CORE。

在实施例中，前置驱动器包括锁存器和锁存器驱动器。锁存器存储数字输入信号的当前逻辑值，可以使用耦合在第一电源电压和中间电压之间的两个反相器实现锁存器。锁存器驱动器向锁存器写入逻辑值。仅使能锁存器驱动器达一个短的时间段，以写入逻辑值，随后可以将其关闭。锁存器驱动器可以包括(1)第一组叠置在一起的N-FET，其被配置成下拉锁存器内的第一节点，以向锁存器写入逻辑高，以及(2)第二组叠置在一起的N-FET，其被配置成下拉锁存器内的第二节点，以向锁存器写入逻辑低。可以导通一组N-FET达一个短的时间段，以向锁存器写入逻辑值(例如逻辑高或低)。前置驱动器还可以包括用于缓冲第一数字信号的第一缓冲器和/或用于缓冲数字输入信号的第二缓冲器。

在实施例中，驱动器包括叠置在一起的至少两个P-FET和至少两个N-FET。最上方的P-FET接收第一数字信号，最下方的N-FET接收第二数字信号。对于前置驱动器和驱动器，可以基于P-FET和N-FET的第一和第二电源电压和电压极限来确定叠置在一起的N-FET和P-FET的数量。

下文将描述该数字输入缓冲器以及本发明的各方面和实施例。

附图说明

结合附图参考下文给出的详细说明，本发明的特征和属性将变得更加显而易见，在所有附图中类似的附图标记相应表示类似元件。

图1示出了无线装置的方框图；

图2示出了由输出驱动器和输入缓冲器构成的I/O电路；

图3示出了输出驱动器的方框图；

图4示出了输出驱动器的示意图；

图5示出了输出驱动器内的锁存器驱动器的数字信号的时序图；