[發明專利]一種在高壓線性電壓轉換器中的串聯式補償電路

有效

• 申請號: 202110004328.0
• 申請日: 2021-01-04
• 公開（公告）號: CN112783257B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 莊文賢;余岱原;邱偉茗
• 申請（專利權）人: 深圳市南方硅谷半導體股份有限公司
• 主分類號: G05F3/26
• 分類號: G05F3/26
• 代理公司: 深圳礫智知識產權代理事務所(普通合伙) 44722
• 代理人: 翁治林

本發明公開了一種在高壓線性電壓轉換器中的串聯式補償電路，涉及芯片的補償電路技術領域，解決線性電壓轉換器可靠度低的技術問題。本發明包括n+1個串聯的高壓補償電容、高壓傳輸晶體管、第一高壓開關晶體管以及第二高壓開關晶體管，所述第一高壓開關晶體管、高壓補償電容、第二高壓開關晶體管依次串聯，所述高壓傳輸晶體管與所述高壓補償電容并聯，在每兩個串聯的所述高壓補償電容之間均接入一可調電壓。本發明串聯多個高壓補償電容，在每兩個串聯的高壓補償電容之間分別接入可調電壓，從而有效保護了晶體管的安全，從而提升了線性電壓轉換器的可靠度。

技術領域

本發明涉及芯片的補充電路技術領域，尤其涉及一種在高壓線性電壓轉換器中的串聯式補償電路。

背景技術

在SoC(System on Chip，SoC)電源架構中，上層采用數個線性電壓轉換器，主要目的有兩個：一是，直流電壓降轉(5V-to-1V)，提供低電壓給下層的核心電路；二是，讓下層多個模擬或數字負載電路彼此之間有很好的隔離度，進而提高傳輸效能。

其中，線性電壓轉換器區可分為核心級和輸出級，核心級主要是參考電壓跟反饋電壓通過誤差放大器，讓線性電壓轉換器有一個穩定的電壓輸出。輸出級為高壓傳輸晶體管、高壓補償電容、反饋電阻跟負載電容所構成，還包括關閉線性電壓轉換器的兩個高壓開關晶體管。其中兩個反饋電阻的比例，是根據參考電壓跟所需的輸出電壓去做設計。為了維持系統穩定度，高壓補償電容是必須的。目前，線性電壓轉換器常使用PMOS晶體管(P-channel MOSFET)作為高壓補償電容與高壓傳輸晶體管。

由于家居設備常見的輸出電壓是直流5V，因此線性電壓轉換器要能夠承受大于3.3V耐壓。如果是采用較舊有制程技術，大部分晶體管廠商提供的MOS晶體管能力都可以承受5V耐壓，對于線性電壓轉換器設計上是容易的；而較先進的制程技術，盡管晶體管廠商有提供高壓MOS晶體管，但僅針對漏級到源級可以保證承受5V耐壓，而柵極到源級或柵極到漏級，因為柵極氧化層變薄的關系，還是無法承受5V耐壓，晶體管廠商也就沒有提供相關技術保證。因此需要解決在采用先進制程的MOS晶體管時，如何降低其柵極到源級或柵極到漏級的工作電壓，使其作為高壓補償電容時不會被燒壞，從而確保線性電壓轉換器的可靠度。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于針對上述問題，提供一種在高壓線性電壓轉換器中的串聯式補償電路。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種在高壓線性電壓轉換器中的串聯式補償電路，其特征在于，包括n+1個串聯的高壓補償電容M1、高壓傳輸晶體管M2、第一高壓開關晶體管M3以及第二高壓開關晶體管M4，所述第一高壓開關晶體管M3、高壓補償電容M1、第二高壓開關晶體管M4依次串聯，所述高壓傳輸晶體管M2與所述高壓補償電容M1并聯，在每兩個串聯的所述高壓補償電容M1之間均接入一可調電壓Vc(i)，其中，i∈[1,n]，n為大于0的自然數；在多個所述高壓補償電容M1依次串聯的結構中，每兩個相互串聯的所述高壓補償電容M1之間，其中一個所述高壓補償電容M1的柵極與另一所述高壓補償電容M1的漏極與源級均連接，連接處接入一所述可調電壓Vc(i)，其中，i∈[1,n]，n為大于0的自然數；串聯在首位所述高壓補償電容M1，其漏極與源級均與所述高壓傳輸晶體管M2的柵極、第一高壓開關晶體管M3的漏極連接，串聯在末尾的所述高壓補償電容M1，其柵極與所述高壓傳輸晶體管M2的漏極、第二高壓開關晶體管M4的漏極均連接；所述高壓傳輸晶體管M2的源級、第一高壓開關晶體管M3的源級均連接一輸入電壓(Vin)；所述第二高壓開關晶體管M4的源級接地；所述第一高壓開關晶體管M3的柵極連接第一偏置電壓(Ven)，第二高壓開關晶體管M4的柵極連接第二偏置電壓(Venb)；所述可調電壓Vc(i)的電壓值按照如下公式計算：可調電壓Vc(i)的電壓值靈敏度D＝Vin/(n+1)；可調電壓Vc(i)的電壓值Vi＝Vi-1-D；其中，可調電壓Vc(1)的電壓值V1＝Vin-D，Vin為所述輸入電壓(Vin)的電壓值。

進一步地，所述高壓補償電容M1均為P-MOS晶體管。