[發明專利]交換式電壓產生電路

有效

• 申請號: 200710109960.1
• 申請日: 2007-06-11
• 公開（公告）號: CN101246374A
• 公開（公告）日: 2008-08-20
• 發明（設計）人: 周紹禹;陳炎輝;吳瑞仁;詹偉閔
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: G05F1/10
• 分類號: G05F1/10
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司
• 代理人: 陳晨

技術領域

本發明涉及集成電路，特別涉及交換式電壓產生器。

背景技術

集成電路通常形成于半導體芯片上。半導體芯片上的集成電路由電源供應器來提供電力，以提供操作電壓(通常稱為VDD)。因此，集成電路的電壓通常介于0伏特的接地電壓與操作電壓VDD的范圍之間。

為了提升集成電路的可靠度與性能，也許會需要使用超出一般電壓范圍的電壓(高于操作電壓VDD或是低于接地電壓0伏特的電壓)。具有這樣需求的范例電路包括操作于動態電力下的靜態隨機存取存儲器(static?randomaccess?memory，SRAM)。通過提供低于0伏特或是高于操作電壓VDD的電壓至SRAM單元可提升SRAM單元的讀取與寫入邊緣。

圖1顯示傳統交換式電壓產生電路，包括彼此串聯的P型金屬氧化物半導體(PMOS)晶體管2以及N型金屬氧化物半導體(NMOS)晶體管4。PMOS晶體管2以及NMOS晶體管4耦接于接地點與操作電壓VDD之間，并且形成反相器，使得節點8處的電壓V8為節點6處的電壓V6的反相。電容10串聯至負載電容12，其中負載電容12可以為負載電路的等效電容。

節點處的時鐘信號的電壓切換于0伏特與操作電壓VDD之間。當電壓V6從0伏特上升至VDD時，電壓V8會從VDD下降至0伏特。因此，位于節點14處的電壓V14會從初始電壓V1降低為較低電壓V2。若將V1設定為0伏特，則V2將會低于0伏特，兩者之間的關系如下：

V2＝-VDD×C12/(C10+C12)[方程式1]

其中C10與C12分別為電容10與12的電容值。因而產生了小于接地電壓的交換式電壓。

圖1的電路也可用來產生大于VDD的電壓。當電壓V6從操作電壓VDD降低為0伏特時，電壓V8會從0伏特上升至操作電壓VDD。因此，節點14處的電壓V14會從初始電壓V3上生為較高的電壓V4。若將V3設定為VDD，則V4將會大于VDD，兩者之間的關系如下：

V4＝VDD×C12/(C10+C12)+VDD[方程式2]

方程式1與方程式2顯示交換式電壓V2與V4與操作電壓VDD線性相關。這樣的交換式電壓會受到限制。例如，若負載電路的性能受到溫度的改變而產生偏移，則期望交換式電壓也會隨著溫度產生偏移，以消除負載電路的偏移效應。然而，傳統交換式電壓產生電路無法提供這樣的功能。因此，需要更有彈性的交換式電壓產生電路。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種交換式電壓產生電路，用以在具有負載電容的負載電路產生交換式電壓。交換式電壓產生電路包括：偏壓電路，具有第一端，耦接至具有操作電壓的第一電源節點，以及第二端，耦接至低電壓參考電位，其中位于第一端的電壓以非線性的方式與操作電壓相關；充電電容，具有第一端，耦接至負載電路的；充電路徑，位于充電電容的第二端與偏壓電路的第一端之間，其中充電路徑對應于時鐘信號；放電路徑，位于充電電容的第二端與低電壓參考電位之間，其中放電路徑對應于時鐘信號；以及切換電路，耦接于充電電容的第一端，用來設定充電電容的第一端的電壓，其中切換電路對應于時鐘信號。

根據本發明的交換式電壓產生電路，其中上述充電路徑包括PMOS晶體管，具有源極耦接至上述偏壓電路的第一端，上述放電路徑包括NMOS裝置，具有源極耦接至上述低電壓參考電位，其中上述PMOS晶體管的漏極耦接至上述NMOS晶體管的漏極，且其中上述PMOS晶體管的柵極以及上述NMOS晶體管的柵極都耦接至上述時鐘信號。

根據本發明的交換式電壓產生電路，其中上述偏壓電路的第一端為小于上述操作電壓的常數電壓。

根據本發明的交換式電壓產生電路，其中上述偏壓電路包括二極管。

根據本發明的交換式電壓產生電路，還包括耦接于上述操作電壓與上述偏壓電路的第一端之間的電流源。

根據本發明的交換式電壓產生電路，其中上述低電壓參考電位為接地點。

再者，本發明提供一種交換式電壓產生電路，包括：用來提供電流的電流源；用來接收電流的偏壓電路，其中偏壓電路具有第一端以及耦接至低電壓參考電位的第二端，且其中位于偏壓電路的第一端的電壓與交換式電壓產生電路的電源供應電壓的漂移無關；充電電容，具有耦接至負載電路的第一端；充電路徑，位于充電電容的第二端與偏壓電路的第一端之間，其中充電路徑對應于時鐘信號；放電路徑，位于充電電容的第二端與參考電位之間，其中放電路徑對應于時鐘信號；以及切換電路，耦接至充電電容的第一端，用來設定充電電容的第一端的電壓，其中切換電路對應至時鐘信號。