(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記を具備する、出力トランジスタのための短絡保護を有するスイッチ型出力段：
前記出力トランジスタに並列に結合された電流検出トランジスタ；
前記出力トランジスタの各端子に存在する電圧が前記電流検出トランジスタの対応する各端子に存在するように、前記出力トランジスタおよび前記電流検出トランジスタに結合されたドレイン電圧等化回路、
前記出力トランジスタにおける過電流条件を示すフィードバック信号をそこから受信するために前記ドレイン電圧等化回路に結合された、前記フィードバック信号に応答してそれを短絡保護するために前記出力トランジスタにインバータ出力電圧を提供する、インバータ。
【請求項２】
さらに下記を具備する、請求項１に記載のスイッチ型出力段：
前記電流検出トランジスタを流れる電流を調整するための電流調整回路。
【請求項３】
請求項２に記載のスイッチ型出力段、ここにおいて、前記スイッチ型出力段は、少なくとも２つの出力トランジスタを含む。
【請求項４】
請求項２に記載のスイッチ型出力段、ここにおいて、前記インバータは、下記を具備する：
前記フィードバック信号を受信するために前記ドレイン電圧等化回路に結合されたソースを有する第１のトランジスタ、
前記出力トランジスタを短絡保護するために前記インバータ出力電圧を提供するために、前記第１のトランジスタのゲートに結合されたゲートと、前記第１のトランジスタのドレインに結合され、前記出力トランジスタおよび前記電流検出トランジスタの両方のゲートに結合されたドレインと、を有する、第２のトランジスタ。
【請求項５】
請求項４に記載のスイッチ型出力段、ここにおいて、
前記ドレイン電圧等化回路は、ゲートが互いに結合された、第３および第４のトランジスタを具備しており、前記第３のトランジスタは、前記出力トランジスタのドレインに結合されたソースと、そのゲートに結合されたドレインとを有しており、前記第４のトランジスタは、前記電流検出トランジスタのドレインに結合されたソースを有しており、
前記第１のトランジスタのソースは、前記フィードバック信号を受信するために前記第４のトランジスタのドレインに結合される。
【請求項６】
さらに下記を具備する、請求項４に記載のスイッチ型出力段：
前記電流調節回路とは別個の、電流をブーストする手段。
【請求項７】
請求項６に記載のスイッチ型出力段、ここにおいて、電流をブーストする前記手段は、前記スイッチ型出力段にバイアス電流を提供する手段を具備する。
【請求項８】
請求項７に記載のスイッチ型出力段、ここにおいて、
ブーストする前記手段は、比較器およびスイッチを含み、
前記ドレイン電圧等化回路は、前記電流調節回路と、前記出力トランジスタに並列に結合された前記電流検出トランジスタを具備する回路部との間に結合され、
前記スイッチは、前記電流調節器と並列に結合される。
【請求項９】
請求項８に記載のスイッチ型出力段、ここにおいて、前記比較器は、少なくとも１つのトランジスタを具備する。
【請求項１０】
請求項７に記載のスイッチ型出力段、ここにおいて、前記バイアス電流は独立して設定される。
【請求項１１】
請求項７に記載のスイッチ型出力段、ここにおいて、前記スイッチ型出力段は、少なくとも２つの出力トランジスタを含む。
【請求項１２】
請求項１に記載のスイッチ型出力段、ここにおいて、前記スイッチ型出力段は、少なくとも２つの出力トランジスタを含む。
【請求項１３】
下記を具備する、出力トランジスタのための短絡保護を有するスイッチ型出力段：
前記出力トランジスタに並列に結合された電流検出トランジスタ；および
前記出力トランジスタの各端子に存在する電圧が前記電流検出トランジスタの対応する各端子に存在するように、前記出力トランジスタおよび前記電流検出トランジスタに結合されたドレイン電圧等化回路、
ここにおいて、前記ドレイン電圧等化回路は、ゲートが互いに結合された第１および第２のトランジスタを具備しており、前記第１のトランジスタは、前記出力トランジスタのドレインに結合されたソースと、そのゲートに対して短絡されたドレインとを有しており、前記第２のトランジスタは、前記電流検出トランジスタのドレインに結合されたソースを有する。
【請求項１４】
下記をさらに具備する、請求項１３に記載のスイッチ型出力段：
前記電流検出トランジスタを流れる電流を調節するための電流調節回路、ここにおいて、前記ドレイン電圧等化回路は、前記電流調節回路と、前記出力トランジスタに並列な前記電流検出トランジスタを具備する回路部と、の間に結合され、前記ドレイン電圧等化回路は、ドライバを調節するために使用される過電流検出信号を生成する。
【請求項１５】
請求項１４に記載のスイッチ型出力段、ここにおいて、前記ドライバは、前記過電流検出信号に応答して前記出力トランジスタの電流を調節する。
【請求項１６】
さらに下記を具備する、請求項１３に記載のスイッチ型出力段：
前記出力トランジスタに結合されたインバータ。
【請求項１７】
請求項１６に記載のスイッチ型出力段、ここにおいて、前記インバータは、過電流検出信号に応答して、前記出力トランジスタ電流を調節する。
【請求項１８】
さらに下記を具備する、請求項１６に記載のスイッチ型出力段：
電流をブーストする手段。
【請求項１９】
請求項１８に記載のスイッチ型出力段、ここにおいて、電流をブーストする前記手段は、前記スイッチ型出力段にバイアス電流を提供する手段を具備する。
【請求項２０】
請求項１９に記載のスイッチ型出力段、ここにおいて、ブーストする前記手段は、比較器およびスイッチを含む。
【請求項２１】
請求項２０に記載のスイッチ型出力段、ここにおいて、前記比較器は少なくとも１つのトランジスタを具備する。
【請求項２２】
請求項２１に記載のスイッチ型出力段、ここにおいて、前記バイアス電流は独立して設定される。
【請求項２３】
請求項２２に記載のスイッチ型出力段、ここにおいて、前記スイッチ型出力段は少なくとも２つのトランジスタを含む。
【請求項２４】
下記を具備する、出力トランジスタのための短絡保護を有するスイッチ型出力段：
前記出力トランジスタの電流を測定する手段；
前記出力トランジスタの端子のところの電圧を設定する手段；および
前記出力トランジスタの電流を調整する手段；
ここにおいて、調整する前記手段は、設定する前記手段および測定する前記手段に結合されたインバータ手段を含んでおり、前記インバータ手段は、前記出力トランジスタにおける過電流条件を示すフィードバック信号を受信し、前記フィードバック信号に応答して、前記出力トランジスタを短絡保護するために前記出力トランジスタにインバータ出力電圧を提供する。
【請求項２５】
請求項２４に記載のスイッチ型出力段ここにおいて、調整する前記手段は、電流調整回路手段をさらに具備し、
設定する前記手段は、前記電流調整回路手段と前記出力トランジスタとの間に結合される。
【請求項２６】
さらに下記を具備する、請求項２５に記載のスイッチ型出力段：
通常動作中は前記スイッチ型出力段にバイアス電流を提供し、過電流動作中はバイアス電流を提供しない手段。
【請求項２７】
下記を具備する、出力トランジスタのための短絡保護を有するスイッチ型出力段を含むデバイス：
前記出力トランジスタに並列に結合された電流検出トランジスタ；および
前記出力トランジスタの各端子に存在する電圧が前記電流検出トランジスタの対応する各端子に存在するように、前記出力トランジスタおよび前記電流検出トランジスタに結合されたドレイン電圧等化回路；
前記出力トランジスタにおける過電流条件を示すフィードバック信号をそこから受信するように前記ドレイン電圧等化回路に結合された、前記フィードバック信号に応答して前記出力トランジスタを短絡保護するために前記出力トランジスタにインバータ出力電圧を提供する、インバータ。
【請求項２８】
請求項２７に記載のデバイス、ここにおいて、前記デバイスは、無線通信デバイスである。
【請求項２９】
請求項２７に記載のデバイス、ここにおいて、前記デバイスは集積回路である。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本願は、本願の譲受人に譲渡された、２００９年５月２８日に提出された名称“SHORT-CIRCUIT PROTECTION IN SWITCHED OUTPUT STAGES”の仮出願６１／１８２０４５号に対する優先権を主張する。上記仮出願は、参照によって本明細書に明確に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、一般に、電子機器に関し、特に、複数のスイッチ型出力段（switched output stage)のための短絡保護に関する。
【背景技術】
【０００３】
電力効率は、モバイルデバイスにおいて最も重要なことである。電力効率を最大にするために、モバイルデバイスは高効率のスイッチング回路を利用する。スイッチング回路の高効率動作は、オン状態スイッチの抵抗が低いことを要求する。しかしながら、オン状態スイッチの抵抗が低いことは、スイッチング回路の出力端子が短絡した場合に、大きな出力電流を発生しうる。大きな出力電流は、スイッチング回路にダメージをもたらしうる。したがって、回路ダメージを防ぐために、高効率スイッチング出力段回路において利用される短絡保護回路を開発する必要がある。
【０００４】
種々の短絡保護回路が利用されることができるが、これらの解決法は重大な欠点を有している。例えば、保護回路は、出力トランジスタに直列に追加されうる。この短絡保護回路は短絡電流を防ぐことができるが、一方で、出力を有する直列回路の追加は、電力損失（power dissipation）の増大を引き起こし、したがって、回路の全体的な効率を低下させる。
【０００５】
従来、デジタル出力段はスイッチングされ、一方、アナログ出力段は連続的な方式で制御される。しかしながら、アナログ出力段をスイッチングすることが有利な場合も存在する。
【０００６】
図１は、典型的なアナログのスイッチ型出力段１００の一例を示す。スイッチ型出力段１００は、ドライバ１０２と、出力端子ＯＵＴに結合する負荷回路（図示せず）を駆動するように構成された出力トランジスタＭ２  １０４およびＭ１  １０６からなる相補的な一対とを含む。負荷回路の一例は拡声器である。出力トランジスタ１０４、１０６は、例えば、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）または金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）でありうる。
【０００７】
非スイッチ型出力段が、負荷回路に印加される電流または電圧を精確に確立できることが望ましい。精確なアナログ出力電流（または電圧）を確立するための知られている技術は、出力端子ＯＵＴのところの出力電流（または電圧）を測定し、測定された出力電流（または電圧）が所望の値に達するまで、フィードバックループを通じて出力段トランジスタのゲート電圧を調節することである。Ｍ１、Ｍ２（１０６、１０４）のような出力トランジスタは、著しい量の電力を損失し、負荷に運ばれる電力を低減するので、最終的に非スイッチ型出力段の効率もまた低減される。
【０００８】
スイッチ型出力構成では、トランジスタゲート電圧は精確には調節されない。むしろ、出力トランジスタゲート電圧は高電圧と低電圧の間でトグルされる。ＮＭＯＳトランジスタの場合、ゲート電圧が高いときには、トランジスタはオン状態にある。反対に、ＮＭＯＳトランジスタのゲート電圧が低いときには、トランジスタはオフ状態にある。ＰＭＯＳトランジスタの場合、ゲート電圧が高いときには、トランジスタはオフ状態にある。反対に、ＰＭＯＳトランジスタゲートが低いときには、トランジスタはオン状態にある。オン状態では、トランジスタのドレイン端子とソース端子との間の抵抗は最小化される。抵抗のこの低減によって、トランジスタ端子間の電圧が低くなる。低い抵抗および低い電圧は、トランジスタにおける電力損失の低下をもたらす。電圧と、電流と、抵抗と、電力損失との間の関係は、以下のように表すことができる。
【０００９】
Ｐ＝ＶＩ＝Ｉ２Ｒ                    式（１）
オフ状態では、トランジスタのドレイン端子とソース端子との間の抵抗は、最大化される。抵抗の増大は、トランジスタを流れる電流の減少をもたらす。トランジスタ電流の低減は、電力損失の低下をもたらす。トランジスタのオン状態中およびオフ状態中の低電力損失特性によって、スイッチング回路は、非常に低い電力損失と、その後の高い電力効率とを達成することができる。スイッチング回路の一例はクラスＤ回路である。
【００１０】
短絡から段を保護することは、出力電流を測定し、所与のしきい値が観測されたときに出力電流を低減することによって、達成されることができる。出力電流を測定可能な回路は、回路出力に直列に結合されることができる。しかしながら、直列回路構成は、そうでなければ負荷回路に運ばれたであろう追加の電力損失をもたらすことになろう。したがって、直列結合による解決法は、出力段の効率を低減することになろう。代替的に、出力電流を測定するために測定回路を並列に結合することは、同じ回路が、負荷回路に運ばれる電力の低減をもたらさず、したがって短絡条件に対して保護することができないという欠点を有する。
【００１１】
図２は、短絡保護を備えた典型的なスイッチ型出力段２００の一例を示す。スイッチ型出力段２００は、短絡保護回路２０１を介して出力トランジスタ２０４に結合されたドライバ２０３を含む。短絡保護回路２０１は、基準トランジスタＭ１ａ  ２０２を含み、該基準トランジスタＭ１ａ  ２０２のゲートは、出力トランジスタＭ１  ２０４のゲートおよびドライバ２０３の出力に結合される。トランジスタＭ１ａ  ２０２およびＭ１  ２０４のゲート端子は、ドライバ出力端子に結合される。トランジスタＭ１ａ  ２０２およびＭ１  ２０４のソース端子はグラウンドに結合される。トランジスタＭ１ａ  ２０２は、出力トランジスタＭ１  ２０４のスケールされたバージョンである。飽和領域では、トランジスタＭ１ａ  ２０２を流れる電流Ｉ１ａは、出力トランジスタＭ１  ２０４を流れる電流Ｉ１のスケールされたバージョンである。電流制限回路２０５は、基準トランジスタＭ１ａ  ２０２および出力トランジスタＭ１  ２０４を流れる電流を制限するために、基準トランジスタＭ１ａのドレインに結合される。
【００１２】
トランジスタＭ１  ２０４を流れる出力電流Ｉ１と基準トランジスタＭ１ａ  ２０２を流れる基準電流Ｉ１ａとの間の関係は、次のように表されることができる。
【数１】
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【００１３】
デバイスが飽和領域で動作していないときには、トランジスタＭ１ａ  ２０２を流れる電流Ｉ１ａは、トランジスタＭ１  ２０４を流れる電流Ｉ１に対して精確にスケールされることができない。したがって、飽和領域で動作していないときには、トランジスタ電流は、その代わりに、トランジスタのドレイン端子とソース端子の間に印加される電圧に大きく左右される。
【００１４】
スイッチング出力トランジスタが飽和領域で動作するようにのみ構成されているわけではない、クラスＤ段および容量チャージポンプ回路とともに利用されうるような、アナログのスイッチ型出力段では、改善された短絡保護が望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、典型的なアナログのスイッチ型出力段の一例を示す。
【図２】図２は、短絡保護を備えた典型的なスイッチ型出力段の一例を示す。
【図３】図３は、短絡保護を備えたアナログのスイッチ型出力段の第１の例示的な実施形態である。
【図４】図４は、図３の演算増幅器が単一トランジスタ構成として実施される、第２の例示的な実施形態によるスイッチ型出力段の例示的な一実施形態を示す。
【図５】図５は、各出力トランジスタが図４のものに類似したスイッチ型出力段構成によって短絡保護される、２つの出力トランジスタを備えたスイッチ型出力段のさらなる例示的な実施形態である。
【図６】図６は、図５のものに類似したスイッチ型出力段の例示的な一実施形態であるが、出力電流を独立して調整するためにフィードバック構成内にインバータを備えて示されている。
【図７】図７はブースト電流機能を備えた、図６のものに類似したスイッチ型出力段の例示的な一実施形態を示す。
【図８】図８は、比較器の代わりに使用される追加的なトランジスタを備えた、図７のものに類似したスイッチ型出力段のさらなる例示的な実施形態である。
【図９】図９は、独立バイアスを含む、図８のものに類似したスイッチ型出力段のさらなる例示的な実施形態である。
【図１０】図１０は、図９のスイッチ型出力段９００に対して、独立した別個の相補的なスイッチ型出力段として使用するためのスイッチ型出力段を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
単語「例示的(exemplary）」は、本明細書では「例、事例、説明として役立つこと」を意味するために使用される。「例示的」として本明細書で記載される実施形態は、必ずしもその他の諸実施形態よりも好ましい、または有利なものとして解釈されるべきではない。
【００１７】
添付図面に関連して以下で記述される詳細な説明は、本発明の例示的な諸実施形態の説明を目的としており、本発明が実施されることができる実施形態のみを示すことを意図したものではない。本明細書全体にわたって使用される用語「例示的」は、「例、事例、説明として役立つこと」を意味し、必ずしも他の例示的な諸実施形態よりも好ましい、または有利なものとして解釈されるべきではない。詳細な説明は、本発明の例示的な諸実施形態の完全な理解を提供することを目的とした特定の詳細を含む。本発明の例示的な諸実施形態が、これら特定の詳細なしに実施されうることが当業者には明らかであろう。いくつかの事例では、よく知られている構造およびデバイスは、本明細書に提示された例示的な諸実施形態の新規性が不明瞭になることを避けるために、ブロック図形態で図示されている。
【００１８】
本発明の例示的な諸実施形態は、スイッチ型出力段における短絡保護を対象とする。これらの例示的な諸実施形態は、デバイスのダメージを引き起こしうる短絡条件における過度な出力電流から、スイッチ型出力段を保護する。
【００１９】
この目的を達成するための設計技術は、ドレイン電圧を実質的に等しくするための回路と組み合わせて、スケールされたトランジスタをスイッチングトランジスタと並列に置くことによって、それらスイッチングトランジスタにおける電流を測定することを含む。短絡保護のための様々な技術は、（ａ）トランジスタと演算増幅器とを組み合わせて使用すること、（ｂ）演算増幅器の代わりに単一のトランジスタを使用すること、（ｃ）過電流検出信号を生成するための回路を使用すること、（ｄ）出力電流を低減するために、ドライバ回路に過電流検出信号を提供すること、（ｅ）出力電流を調整するためにフィードバックを使用すること、（ｆ）通常動作中に電流調整器をバイパスするためにスイッチを使用すること、および（ｇ）過電流状態において、このスイッチを自動的に開くこと、を具備する。これらの態様およびその他の態様は、図３〜図１０に関してさらに詳細に記述される。
【００２０】
示されるスイッチ型出力段は、集積回路の一部を形成することができ、またはディスクリート回路であることができる。同様に、ダメージから保護されたデバイスは、モバイルデバイス、ラップトップ、ノートブックなどを含む無線通信デバイスのようなデバイスを含む、スイッチ型出力段を用いる任意のデバイスでありうる。
【００２１】
図３は、短絡保護を備えたスイッチ型出力トランジスタを備えるスイッチ型出力段３００の第１の例示的な実施形態である。例示的な実施形態によれば、スイッチ型出力トランジスタは、非飽和領域で操作されることができ、飽和領域で動作している場合と同様に保護されることができる。
【００２２】
スイッチ型出力段３００は、ドレイン等化回路３０１に結合された電流検出トランジスタＭ１ａ  ３０６と、ドライバ３０３と、出力トランジスタＭ１  ３０８を短絡保護するための電流制限回路３０５とを含む。
【００２３】
ドレイン等化回路３０１は、測定トランジスタＭ３  ３０４と演算増幅器Ａ１  ３０２とを具備する。ドレイン等化回路３０１は、出力トランジスタＭ１  ３０８のドレイン電圧を測定し、測定された電圧をフィードバックループを通じて電流検出トランジスタＭ１ａ  ３０６のドレイン端子に印加する。このように、トランジスタ３０６、３０８の両方のドレイン電圧が、電流Ｉ１の精確なスケールされた測定量（measure）である基準電流Ｉ１ａを生み出すように、類似した電位に設定される。
【００２４】
図示されるように、演算増幅器Ａ１  ３０２の出力は、トランジスタＭ３  ３０４のゲート端子に結合される。トランジスタＭ３  ３０４のソース端子は、トランジスタＭ１ａ  ３０６のドレイン端子に結合される。トランジスタＭ３  ３０４のドレイン端子は電流制限回路３０５に結合される。トランジスタＭ１ａ  ３０６およびＭ１  ３０８のソース端子はグラウンドに結合される。
【００２５】
ドレイン電圧等化回路３０１は、出力トランジスタＭ１  ３０８の各端子に存在する電圧が電流検出トランジスタＭ１ａの対応する各端子に存在するような方式で結合される。このように、出力トランジスタの飽和領域で動作していないときでも、適切な短絡保護が最小の追加電力消費で提供される。
【００２６】
ここでは、ただ１つの出力トランジスタＭ１  ３０８と、そのそれぞれの短絡保護とを備えたスイッチ出力段が示されることに留意する。第２の演算増幅器は、ドレイン電圧を測定し、第２の出力トランジスタを保護するために必要とされ、それは、フィードバックループを通じて、第２の測定トランジスタのドレイン端子に適用されることになる。相補型トランジスタ形式で構成される第２のトランジスタの一例が、以下でさらに説明される代替の実施形態に関連して、図５および図１０に示されている。
【００２７】
ラベルされた同様のコンポーネント（例えばＭ１、Ｍ２、Ｍ３など）は、後の図において同様に配置され機能するコンポーネントを同じ表記で表すよう意図されていることが理解されるべきである。各事例において、異なる参照番号は複数の図にわたって類似のコンポーネントを表すために使用されうる。これは、単に参照を容易にするためになされたものであり、当業者にはよく理解されるであろう明らかな技術的相違を除き、相違が含意または示唆されるものではない。
【００２８】
図４は、図３の演算増幅器が単一のトランジスタ構成として実施される第２の例示的な実施形態による、スイッチ型出力段４００の例示的な実施形態を示す。
【００２９】
ここでは、ドレイン等化回路４０１は、単一のトランジスタＭ４  ４０８に結合されたトランジスタＭ３  ４０６で構成される様子が示され、その単一のトランジスタＭ４  ４０８は、図３に示された演算増幅器Ａ１  ３０２を置き換えている。一対の電流源は、供給電圧Ｖｓｕｐに結合されたトランジスタＭ５  ４０２およびＭ６  ４０４を使用して実施され、スイッチ型出力段４００へ、特に、電流検出トランジスタ４１０へ供給される電流を調整する働きをする。
【００３０】
出力電流Ｉ１が保護しきい値未満であり、電流Ｉ１ａがトランジスタＭ５  ４０２によって運ばれる公称電流未満である場合、ノードＯＣにおける過電流電圧は、供給電圧Ｖｓｕｐにほぼ等しい値において高くなる。出力電流Ｉ１が保護しきい値よりも大きい場合、Ｉ１ａの公称値は、トランジスタＭ５  ４０２の公称ドレイン電流よりも大きい。これは、次には、ノードＯＣをグラウンドに近い電圧レベルにする。したがって、ノードＯＣは、通常動作条件下では、より高い電圧レベルにあり、出力段がしきい値よりも大きな電流を運ぶときには、より低い電圧レベルにある。
【００３１】
ノードＯＣに結合されたドライバ４０３は、ノードＯＣにおいて検出された電圧レベルを使用して出力トランジスタＭ１  ４１２をオフに切り替え、したがって、短絡電流から出力トランジスタＭ１  ４１２を保護する。ここでは、出力トランジスタＭ１  ４１２だけのための短絡保護が示されることに留意する。
【００３２】
図５は、各出力トランジスタが図４のものに類似したスイッチ型出力段構成によって短絡保護される、２つの出力トランジスタＭ１およびＭ２（５２４、５１４）を備えたスイッチ型出力段５００のさらなる例示的な実施形態である。
【００３３】
示されたように、スイッチ型出力段５００の第２の出力トランジスタＭ２  ５１４は、図４の出力トランジスタＭ１  ４１２と同じやり方で構成され、動作する、第１の出力トランジスタＭ１  ５２４と類似したやり方で保護される。
【００３４】
ここでは、２つのドレイン等化回路は、トランジスタＭ３、Ｍ４（５０６、５０８）およびＭ７、Ｍ８（５１６、５１８）でそれぞれ構成される、５０１および５０１ａとされている。
【００３５】
ドレイン等化回路５０１ａは、トランジスタＭ２  ５１４およびＭ２ａ  ５１２のドレイン電圧を同じ電圧に設定する。Ｍ２  ５１４およびＭ２ａ  ５１２のドレイン電圧が同じ電圧レベルに設定されることを考慮すると、トランジスタＭ２ａ  ５１２における電流は、トランジスタＭ２  ５１４における電流の精確なスケールされた測定量（measure）である。トランジスタＭ２  ５１４を流れる電流がしきい値より大きいときには、ノードＯＣ２における第２の過電流電圧は、高くなり、電源電圧に対応するＶｓｕｐとほぼ等しい値になる。信号ＯＣおよびＯＣ２はドライバ５９０に過電流条件を伝達し、該ドライバ５９０は出力電流を低減することによって応答する。ドライバ５９０は、トランジスタＭ１  ５２４およびＭ２  ５１４の駆動電圧を低減することによって出力電流を低減する。代替的に、ドライバ５９０は、出力トランジスタＭ１  ５２４またはＭ２  ５１４をオフ状態に切り替えることによって出力電流を低減することもできる。
【００３６】
図６は、図５のものに類似したスイッチ型出力段６００のさらなる例示的な実施形態であるが、出力電流を独立して調整するためにフィードバック構成内にインバータを備えて示されている。
【００３７】
図５では、電流調整はドライバ５９０の介在により出力電流を制限することによって提供される。図６では、ドライバ出力電流は、ドライバ６９０から独立して調整される。ここでは、フィードバックが、出力電流を調整するために使用される。通常動作では、電圧Ｖｄは供給電圧に近い。この電圧は、トランジスタＭ１１  ６１２およびＭ１２  ６１０から構成されるインバータに電力を供給する。このインバータの入力電圧が低い場合、Ｍ１２  ６１０はオン状態にあり、Ｍ１１の６１２はオフ状態にある。オン状態にあるとき、Ｍ１２  ６１０はＭ１のゲートをＶｄに結合し、したがって、トランジスタＭ１  ６１６をオン状態にセットする。トランジスタＭ１  ６１６における電流が大きくなりすぎる場合、トランジスタＭ１ａ  ６１４における電流はトランジスタＭ５  ６０２によって運ばれる公称電流よりも大きくなる。これは、トランジスタＭ１ａ  ６１４における電流がトランジスタＭ５  ６０２によって運ばれる電流に等しくなるまで、ＶｄおよびトランジスタＭ１  ６１４のゲート電圧を低減する。これは、トランジスタＭ１  ６１６における電流を、トランジスタＭ１  ６１６とＭ１ａ  ６１４との間のスケール係数を乗じた、トランジスタＭ５  ６０２によって運ばれる電流に制限するだろう。
【００３８】
トランジスタＭ１  ６１６が大きなゲートキャパシタンスを有する大きなトランジスタである場合、トランジスタＭ５  ６０２は、トランジスタＭ１  ６１６をオン状態に切り替えるために、トランジスタＭ１  ６１６のゲートへ大量のチャージを運ばなければならない。トランジスタＭ５  ６０２が運ぶ電流は、許容可能な時間量でトランジスタＭ１  ６１６のゲートをチャージするのには十分ではないことがありうる。提供される電流をブーストすることが可能な回路が、このような状況において望まれうる。
【００３９】
図７は、ブースト電流機能が設けられた、図６のものに類似したスイッチ型出力段７００の例示的な一実施形態を示す。
【００４０】
ここでは、トランジスタＭ１３  ７１０およびＭ１４  ７０４は、短絡検出器の余分な出力（extra output）Ｖｄ２を提供する。トランジスタＭ１５  ７０２は出力トランジスタＭ１  ７２２に余分な電流（extra current）を提供する。トランジスタＭ１５  ７０２によって提供される余分な電流は、比較器７９０を通じて出力Ｖｄ２における電圧によって制御される。追加のバイアス回路は、トランジスタＭ１  ７２２が大きなゲートキャパシタンスを有する大きなトランジスタである場合、トランジスタＭ１  ７２２のゲートに大量のチャージを供給するように、増加した電流を提供する。
【００４１】
スイッチ型出力段７００は、また、トランジスタＭ１５  ７０２および比較器７９０で構成される電流ブースト制御回路を含む。Ｍ１５  ７０２のソースはＶｓｕｐに結合され、一方、トランジスタＭ１５  ７０２のドレイン端子は、トランジスタＭ１２  ７１６のソースおよびトランジスタＭ５  ７０６のドレイン端子に結合される。トランジスタＭ１５  ７０２のゲート端子は、比較器７９０の出力端子に結合される。ノードＶｄ２は比較器７９０の入力に結合される。基準電圧（図示せず）は、また、比較器７９０の入力に結合される。
【００４２】
ここでは、比較器がノードＶｄ２における電圧変化に反応するように、比較レベルを設定することが有利でありうることに留意する。
【００４３】
通常動作では、スイッチＭ１５  ７０２は閉じられ、トランジスタＭ１  ７２２のゲートに電流を提供するための低い抵抗の経路を実現する。電流Ｉ１ａはトランジスタＭ３  ７１２とＭ１３  ７１０とに分けられる。過電流状態では、電流Ｉ１ａはノードＶｄ２における電圧を低減するのに十分に大きい。比較器７９０は、これを検出し、トランジスタＭ１５  ７０２を開いてオフ状態にする。トランジスタＭ１５  ７０２がオフ状態になると、トランジスタＭ３  ７１２はノードＶｄにおける電圧を制御し、それにより、上述された図６のスイッチ型出力段６００と同じ方式でトランジスタＭ１  ７２２における電流を調整する。
【００４４】
図７に示される比較器７９０が様々なトランジスタ構成で実施されうるということが理解されるべきである。
【００４５】
図８は、トランジスタＭ１６  ８０２およびＭ１７  ８１２が比較器７９０の代わりに使用される、図７のものに類似したスイッチ型出力段８００の例示的な一実施形態を示す。
【００４６】
ここでは、トランジスタＭ１６  ８０２およびＭ１７  ８１２は、図７に示される比較器７９０の代わりとなる。トランジスタＭ１６  ８０２のソース端子は、Ｖｓｕｐに結合され、一方、トランジスタＭ１６  ８０２のドレイン端子は、トランジスタＭ１７  ８１２のドレイン端子およびトランジスタＭ１５  ８０４のゲート端子に結合される。Ｍ１６  ８０２のゲート端子は、ノードＶｄ２に結合される。トランジスタＭ１７  ８１２のゲート端子は、バイアス基準電圧に結合される。
【００４７】
Ｍ１６およびＭ１７は、ノードＶｄ２上に存在する電圧を検出する。ノードＶｄ２に存在する電圧がしきい値電圧未満に下がるとき、トランジスタＭ１６  ８０２のドレイン端子のところの電圧は高くなり、したがってトランジスタＭ１５  ８０４をオフ状態にする。トランジスタＭ１５  ８０４がオフ状態になると、トランジスタＭ３  ８２０はノードＶｄにおける電圧を制御し、それにより、上述された図７のスイッチ型出力段７００と同じ方式でトランジスタＭ１  ８２６における電流を調整する。
【００４８】
ノードＶｄ２に存在する電圧がしきい値電圧を上回って上昇するとき、トランジスタＭ１６  ８０２のドレイン端子のところの電圧は低くなり、したがって、トランジスタＭ１５  ８０４をオン状態にする。トランジスタＭ１５  ８０４がオン状態になると、それは、ノードＶｄにおける電圧を制御し、トランジスタＭ１  ８２６のゲートを供給電圧へとチャージして、それを制御してオン状態にする。
【００４９】
図９は、独立したバイアスを含む、図８のものに類似したスイッチ型出力段９００のさらなる例示的な実施形態である。
【００５０】
ここでは、追加的なトランジスタＭ１ｂ  ９１８が、Ｍ１３に独立してバイアスをかける働きをする供給電流を提供するために、トランジスタＭ１３  ９２０のソースに結合される。追加的なトランジスタＭ１ｂ  ９１８をこのように利用することによって、トランジスタＭ１３  ９２０内を流れる電流のより精確な制御が提供される。
【００５１】
図１０は、図９のスイッチ型出力段９００に対して、独立した別個の相補的なスイッチ型出力段として使用するためのスイッチ型出力段１０００を示す。容易に理解されうるように、スイッチ型出力段１０００内のトランジスタの配置は、出力トランジスタＭ１  ９２８に対して相補的に動作するように構成された出力トランジスタＭ２  １０１２を短絡保護するために、スイッチ型出力段９００内の類似して配置されたトランジスタと比較して、逆にされている。
【００５２】
当業者は、情報および信号が様々な異なる技術および技法のうち任意のものを使用して表わされうることを理解するだろう。例えば、上記説明全体を通して参照されうるデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁場もしくは磁性粒子、光場もしくは光学粒子、またはこれらの任意の組み合わせによって表現されることができる。
【００５３】
当業者はさらに、本明細書で開示された諸実施形態に関して説明された様々な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップが、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、またはそれら両方の組み合わせとして実装されうることを理解するだろう。ハードウェアおよびソフトウェアのこの交換可能性を明確に説明するために、様々な例示的なコンポーネント、ブロック、モジュール、回路、およびステップが、以上でそれらの機能の観点から一般的に記載された。そのような機能がハードウェアとして実装されるかソフトウェアとして実装されるかは、特定のアプリケーションおよびシステム全体に課せられる設計制約によって決まる。当業者は、ここに記載された機能を特定のアプリケーションごとに様々な方法で実装することができるが、このような実装の決定は、本発明の例示的な諸実施形態の範囲からの逸脱をまねくものと解釈されるべきではない。
【００５４】
本明細書で開示された諸実施形態に関連して説明された様々な例示的な論理ブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）もしくはその他のプログラマブル論理デバイス、ディスクリートゲートもしくはトランジスタロジック、ディスクリートハードウェアコンポーネント、または本明細書で説明された機能を果たすように設計されたそれらの任意の組み合わせによって、実装または実施されることができる。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサであることができるが、代替的に、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、またはステートマシンであることもできる。プロセッサは、また、コンピューティングデバイスの組み合わせ、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと連携する１つもしくは複数のマイクロプロセッサ、またはその他任意のこのような構成として実装されることができる。
【００５５】
本明細書で開示された諸実施形態に関して説明された方法またはアルゴリズムの諸ステップは、ハードウェアにおいて直接実現されるか、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールにおいて実現されるか、またはそれら２つの組み合わせにおいて実現されることができる。ソフトウェアモジュールは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、フラッシュメモリ、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的プログラマブルＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブルＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、または当該技術分野において知られているその他任意の形態の記憶媒体に存在しうる。例示的な記憶媒体は、プロセッサが該記憶媒体から情報を読み取り、該記憶媒体に情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合される。あるいは、記憶媒体は、プロセッサに一体化されることもできる。プロセッサおよび記憶媒体は、ＡＳＩＣ内に存在することができる。ＡＳＩＣは、ユーザ端末内に存在することができる。あるいは、プロセッサおよび記憶媒体は、ユーザ端末内にディスクリートコンポーネントとして存在することもできる。
【００５６】
１つまたは複数の例示的な実施形態では、説明された機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組合せにおいて実装されることができる。ソフトウェアにおいて実装される場合、これら機能は、コンピュータ読取可能媒体上に１つもしくは複数の命令もしくはコードとして格納されることができ、または、コンピュータ読取可能媒体上で１つもしくは複数の命令もしくはコードとして伝送されることができる。コンピュータ読取可能媒体は、ある場所から別の場所へのコンピュータプログラムの移動を容易にする任意の媒体を含む通信媒体およびコンピュータ記憶媒体の両方を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスされうる利用可能な任意の媒体であることができる。制限するものではなく一例として、このようなコンピュータ読取可能媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭもしくはその他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置もしくはその他の磁気記憶デバイス、または、所望のプログラムコードを命令もしくはデータ構造の形態で搬送もしくは格納するために使用されることができ、コンピュータによってアクセスされることができる、その他任意の媒体を具備することができる。さらに、任意の接続が、コンピュータ読取可能媒体と適切に呼ばれる。例えば、ソフトウェアが、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、デジタル加入者線（ＤＳＬ）、または、赤外線、無線およびマイクロ波のような無線技術を使用して、ウェブサイト、サーバ、またはその他の遠隔ソースから伝送される場合、該同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、ＤＳＬ、または、赤外線、無線およびマイクロ波のような無線技術は、媒体の定義に含まれる。本明細書で使用されるディスク（ｄｉｓｋおよびｄｉｓｃ）は、コンパクトディスク（ＣＤ）、レーザディスク、光ディスク、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、フロッピー（登録商標）ディスク、およびブルーレイディスクを含んでおり、ここで、ｄｉｓｋは、通常、データを磁気的に再生し、一方、ｄｉｓｃは、レーザを用いてデータを光学的に再生する。上記の組み合わせもまた、コンピュータ読取可能媒体の範囲内に含まれるべきである。
【００５７】
開示された例示的な諸実施形態に関する以上の説明は、当業者が本発明を製造あるいは使用できるように提供される。これらの例示的な諸実施形態に対する様々な修正が、当業者には容易に明らかであり、本明細書で定義された一般的原理は、本発明の精神または範囲から逸脱することなくその他の実施形態に適用されうる。よって、本発明は本明細書に示される諸実施形態に限定されるよう意図されたものではなく、本明細書で開示された原理および新規の特徴と矛盾しない最大範囲であると認められるべきである。
以下に本願発明の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［Ｃ１］
下記を具備する、出力トランジスタのための短絡保護を有するスイッチ型出力段：
前記出力トランジスタに並列に結合された電流検出トランジスタ；および
前記出力トランジスタの各端子に存在する電圧が前記電流検出トランジスタの対応する各端子に存在するように、前記出力トランジスタおよび前記電流検出トランジスタに結合されたドレイン電圧等化回路。
［Ｃ２］
さらに下記を具備する、Ｃ１に記載のスイッチ型出力段：
前記電流検出トランジスタを流れる電流を調整するための回路。
［Ｃ３］
Ｃ２に記載のスイッチ型出力段、ここにおいて、前記調整するための回路は、過電流検出信号を生成する。
［Ｃ４］
Ｃ３に記載のスイッチ型出力段、ここにおいて、前記過電流検出信号は、ドライバを調節するために使用される。
［Ｃ５］
Ｃ４に記載のスイッチ型出力段、ここにおいて、前記ドライバは、前記過電流検出信号に応答して前記出力トランジスタの電流を調節する。
［Ｃ６］
Ｃ２に記載のスイッチ型出力段、ここにおいて、前記スイッチ型出力段は、少なくとも２つの出力トランジスタを含む。
［Ｃ７］
さらに下記を具備する、Ｃ２に記載のスイッチ型出力段：
前記出力トランジスタに結合されたインバータ。
［Ｃ８］
Ｃ７に記載のスイッチ型出力段、ここにおいて、前記インバータは、過電流検出信号（Ｖｄ）に応答して、前記出力トランジスタ電流を調節する。
［Ｃ９］
さらに下記を具備する、Ｃ７に記載のスイッチ型出力段：
電流をブーストする手段。
［Ｃ１０］
Ｃ９に記載のスイッチ型出力段、ここにおいて、電流をブーストする前記手段は、前記スイッチ型出力段にバイアス電流を提供する手段を具備する。
［Ｃ１１］
Ｃ１０に記載のスイッチ型出力段、ここにおいて、ブーストする前記手段は、比較器およびスイッチを含む。
［Ｃ１２］
Ｃ１１に記載のスイッチ型出力段、ここにおいて、前記比較器は、少なくとも１つのトランジスタを具備する。
［Ｃ１３］
Ｃ１０に記載のスイッチ型出力段、ここにおいて、前記バイアス電流は独立して設定される。
［Ｃ１４］
Ｃ１０に記載のスイッチ型出力段、ここにおいて、前記スイッチ型出力段は、少なくとも２つの出力トランジスタを含む。
［Ｃ１５］
Ｃ１に記載のスイッチ型出力段、ここにおいて、前記スイッチ型出力段は、少なくとも２つの出力トランジスタを含む。
［Ｃ１６］
さらに下記を具備する、Ｃ１に記載のスイッチ型出力段：
前記出力トランジスタに結合されたインバータ。
［Ｃ１７］
Ｃ１６に記載のスイッチ型出力段、ここにおいて、前記インバータは、過電流検出信号（Ｖｄ）に応答して、前記出力トランジスタ電流を調節する。
［Ｃ１８］
さらに下記を具備する、Ｃ１６に記載のスイッチ型出力段：
電流をブーストする手段。
［Ｃ１９］
Ｃ１８に記載のスイッチ型出力段、ここにおいて、電流をブーストする前記手段は、前記スイッチ型出力段にバイアス電流を提供する手段を具備する。
［Ｃ２０］
Ｃ１９に記載のスイッチ型出力段、ここにおいて、ブーストする前記手段は、比較器およびスイッチを含む。
［Ｃ２１］
Ｃ２０に記載のスイッチ型出力段、ここにおいて、前記比較器は少なくとも１つのトランジスタを具備する。
［Ｃ２２］
Ｃ２１に記載のスイッチ型出力段、ここにおいて、前記バイアス電流は独立して設定される。
［Ｃ２３］
Ｃ２２に記載のスイッチ型出力段、ここにおいて、前記スイッチ型出力段は少なくとも２つのトランジスタを含む。
［Ｃ２４］
下記を具備する、出力トランジスタのための短絡保護を有するスイッチ型出力段：
前記出力トランジスタの電流を測定する手段；
前記出力トランジスタの端子のところの電圧を設定する手段；および
前記出力トランジスタの電流を調整する手段。
［Ｃ２５］
さらに下記を具備する、Ｃ２４に記載のスイッチ型出力段：
過電流イベントが生じているときを検出する手段；および
過電流イベントが検出されたときに、前記出力トランジスタの電流を調節する手段。
［Ｃ２６］
さらに下記を具備する、Ｃ２５に記載のスイッチ型出力段：
通常動作中は前記スイッチ型出力段にバイアス電流を提供し、過電流動作中はバイアス電流を提供しない手段。
［Ｃ２７］
下記を具備する、出力トランジスタのための短絡保護を有するスイッチ型出力段を含むデバイス：
前記出力トランジスタに並列に結合された電流検出トランジスタ；および
前記出力トランジスタの各端子に存在する電圧が前記電流検出トランジスタの対応する各端子に存在するように、前記出力トランジスタおよび前記電流検出トランジスタに結合されたドレイン電圧等化回路。
［Ｃ２８］
Ｃ２７に記載のデバイス、ここにおいて、前記デバイスは、無線通信デバイスである。
［Ｃ２９］
Ｃ２７に記載のデバイス、ここにおいて、前記デバイスは集積回路である。
【図１】
0005420763.tif 000003
【図２】
0005420763.tif 000004
【図３】
0005420763.tif 000005
【図４】
0005420763.tif 000006
【図５】
0005420763.tif 000007
【図６】
0005420763.tif 000008
【図７】
0005420763.tif 000009
【図８】
0005420763.tif 000010
【図９】
0005420763.tif 000011
【図１０】
0005420763.tif 000012