[發(fā)明專利]電壓轉(zhuǎn)換電路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210118983.X
• 申請(qǐng)日: 2012-04-20
• 公開（公告）號(hào): CN103259409A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃朝巖;莊榮圳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 創(chuàng)意電子股份有限公司;臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號(hào): H02M3/158
• 分類號(hào): H02M3/158
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 史新宏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是有關(guān)于一種轉(zhuǎn)換電路，且特別是有關(guān)于一種直流電壓轉(zhuǎn)換電路。

背景技術(shù)

當(dāng)代的許多電子產(chǎn)品中，經(jīng)常使用集成電路芯片(Integrated?Chip，簡(jiǎn)稱為IC)來搭配其它的元件使用。然而，集成電路芯片內(nèi)部的核心電壓(core?voltage，Vcore)以及輸入輸出電壓(Input/Output?voltage，Vio)并不完全相同。特別是在芯片制程快速進(jìn)步的今日，許多集成電路芯片往往使用較低的核心電壓(Vcore)。因此，需要提供直流電壓之間的升壓/降壓轉(zhuǎn)換電路(buck?converter)以提供芯片內(nèi)部核心電路與輸入輸出電路的各種直流電壓。

請(qǐng)參照?qǐng)D1A，其所繪示為已知電壓轉(zhuǎn)換電路圖。電壓轉(zhuǎn)換電路101包括一驅(qū)動(dòng)級(jí)(driving?stage)100以及一輸出級(jí)(output?stage)109。再者，電壓轉(zhuǎn)換電路101中的P型功率晶體管(Power?MOS?transistor，P)與N型晶體管(power?MOS?transistor，N)電連接于輸入輸出電壓輸入端(Vio)以及接地電壓(GND)之間。

驅(qū)動(dòng)電路104的二驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Sp、Sn)分別電連接至P型功率晶體管(P)與N型功率晶體管(N)的柵極。P型功率晶體管(P)與N型功率晶體管(N)的漏極與核心電壓輸出端(Vcore)之間連接一電感(L)；而核心電壓輸出端(Vcore)與接地電壓(GND)之間連接一電容(C)，以及一分壓電路(voltage?divider)。

分壓電路由二電阻(R1、R2)組成，可提供一分壓電壓(Vd)至反饋脈沖寬度調(diào)制控制器105(調(diào)制電路)。再者，反饋脈沖寬度調(diào)制控制器105提供一控制信號(hào)Sc至驅(qū)動(dòng)電路104，使得驅(qū)動(dòng)電路104改變二驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Sp、Sn)的脈沖寬度，并且輸出穩(wěn)定的核心電壓(Vcore)。

以一系統(tǒng)單芯片(system?on?chip，簡(jiǎn)稱SOC)為例，通常需要接收核心電壓(Vcore)以及輸入輸出電壓(Vio)。舉例來說，輸入輸出電壓(Vio)為3.3V，核心電壓(Vcore)為1.8V。在此情況下，即需要利用直流電壓轉(zhuǎn)換電路來產(chǎn)生核心電壓(Vcore)。

請(qǐng)參照?qǐng)D1B，其所繪示為已知系統(tǒng)單芯片的外部供電系統(tǒng)示意圖。系統(tǒng)單芯片20內(nèi)部包括一核心電路11以及輸入輸出電路13。而在系統(tǒng)單芯片20外部有一電壓轉(zhuǎn)換電路15，其構(gòu)造與圖1A的電壓轉(zhuǎn)換電路101相同。

電壓轉(zhuǎn)換電路15以及系統(tǒng)單芯片20中的輸入輸出電路13根據(jù)所接收的輸入輸出電壓(Vio)來操作。再者，電壓轉(zhuǎn)換電路15根據(jù)輸入輸出電壓(Vio)來產(chǎn)生核心電壓(Vcore)至核心電路11。因此，系統(tǒng)單芯片20即可接收輸入輸出電壓(Vio)與核心電壓(Vcore)，并據(jù)此而正常運(yùn)作。

然而，系統(tǒng)單芯片20的主要目的是將所有的電路集成于單一芯片上，如果于系統(tǒng)單芯片20外部仍須增加一電壓轉(zhuǎn)換電路15，則會(huì)增加成本。

為此，現(xiàn)有技術(shù)的另外一種作法即如圖1C所示，將電壓轉(zhuǎn)換電路112直接集成于系統(tǒng)單芯片10中。由于電壓轉(zhuǎn)換電路112的輸出級(jí)119無法集成于系統(tǒng)單芯片10中，所以電感(L)與電容(C)需外接于系統(tǒng)單芯片10外。因此，系統(tǒng)單芯片10包括核心電路113、輸入輸出電路116、與電壓轉(zhuǎn)換電路112的驅(qū)動(dòng)級(jí)110。圖1C所示的電壓轉(zhuǎn)換電路112的運(yùn)作原理與圖1A相同，此處不再贅述。

一般來說，將電壓轉(zhuǎn)換電路112的驅(qū)動(dòng)級(jí)110集成于系統(tǒng)單芯片10中，將會(huì)遭遇到功率晶體管的耐壓?jiǎn)栴}。由于核心電路113以及輸入輸出電路116的設(shè)計(jì)皆是兼容于CMOS半導(dǎo)體邏輯電路制程，其僅能制作較低耐壓(voltage?stress)的MOS晶體管，例如耐壓1.8V的MOS晶體管。

然而，在圖1C中，驅(qū)動(dòng)級(jí)114所采用的P型功率晶體管與N型功率晶體管需要承受較高的耐壓，例如3.3V。因此，于制造系統(tǒng)單芯片10時(shí)，除了需要利用兼容于CMOS半導(dǎo)體邏輯電路制程外，還需要利用深N型槽制程(deep?n-well?process)來制造耐高壓的MOS晶體管。所以，系統(tǒng)單芯片10的制造成本也將居高不下。

因此，如何利用兼容于CMOS半導(dǎo)體邏輯電路制程來設(shè)計(jì)電壓轉(zhuǎn)換電路的驅(qū)動(dòng)級(jí)，即為本發(fā)明所欲達(dá)成的目的。

發(fā)明內(nèi)容