專利名稱：一種高低壓轉(zhuǎn)換電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高低壓轉(zhuǎn)換電路。
背景技術(shù)：
在集成電路制造領(lǐng)域，最新的工藝首先被應(yīng)用于數(shù)字芯片的生產(chǎn)和設(shè)計， 然后在工藝中加入一些模擬芯片需要的電阻、電容，以及寄生三極管等。但是， 電子代工廠提供的模擬工藝不能提供一些特殊模擬電路需要的器件，其中一種 器件就是齊納管，齊納管被廣泛應(yīng)用在穩(wěn)壓系統(tǒng)中，尤其是應(yīng)用在涉及從高電 壓到低電壓轉(zhuǎn)換的開關(guān)電源集成電路設(shè)計中。
如果生產(chǎn)工藝提供齊納管，可以通過圖1所示的方式在芯片內(nèi)部實現(xiàn)高低
壓轉(zhuǎn)換。其中，由電流源I1提供基準電流，輸入電壓為VDD,齊納管Z120穩(wěn) 壓后，經(jīng)過由MOS管M101和MOS管M102組成的電流鏡輸出，輸出電壓VCC 近似等于齊納管Z120的壓降，經(jīng)過電容C110穩(wěn)壓后可以作為低壓模塊電源使 用。但是由于齊納管并不是標準器件，定制該器件需要較長時間，而且調(diào)試費 用較高，所以存在一定的弊端。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決由于高低壓轉(zhuǎn)換電路中使用齊納管所帶來的問題，提 供一種在標準代工廠工藝中，不需要使用穩(wěn)壓齊納管而實現(xiàn)從高壓到低壓轉(zhuǎn)換功能的電路。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 一種高低壓轉(zhuǎn)換電路，包括 基準電流產(chǎn)生電路、低壓產(chǎn)生電路和輸出穩(wěn)壓電路；其中，基準電流產(chǎn)生電路 為低壓產(chǎn)生電路提供基準電流；所述低壓產(chǎn)生電路包括寄生PNP、補償電阻和
低壓MOS管，寄生PNP、補償電阻和低壓MOS管為輸出穩(wěn)壓電路提供穩(wěn)定的 驅(qū)動電壓；所述驅(qū)動電壓通過第一電流鏡、在輸出穩(wěn)壓電路中通過穩(wěn)壓電容輸 出穩(wěn)定的低壓。
優(yōu)選的是，所述的第一電流鏡包括低壓產(chǎn)生電路上的第十NMOS管和輸出 穩(wěn)壓電路上的第十一 NMOS管；其中，第十NMOS管的柵極與漏極連接在一起， 所述基準電流輸入其漏極；第十一NMOS管的漏極接入輸入電壓，源極與地之 間接入所述穩(wěn)壓電容；低壓產(chǎn)生電路包括二個低壓MOS管，分別為第八MOS 管和第九MOS管，二者各自的柵極與漏極連接在一起，第八MOS管與第十 NMOS管的源極和第九MOS管的連接關(guān)系保證第八MOS管和第九MOS管的 柵源電壓處于二者的導(dǎo)通狀態(tài)；第九MOS管與寄生PNP的發(fā)射極之間連接所 述補償電阻，寄生PNP的集電極和基極接地。
優(yōu)選的是，所述的基準電流產(chǎn)生電路包括第二、三和四電流鏡，其中，第 二電流鏡包括二個尺寸相同的第一 PMOS管(M201)和第二 PMOS管(M202)， 二者的源極均接入輸入電壓，柵極彼此連接，第一PMOS管(M201)的柵極與 漏極連接在一起；第三電流鏡包括第三NMOS管(M203)和第四NMOS管 (M204)， 二者的漏極分別與第一 PMOS管(M201)的漏極和第二 PMOS管 (M202)的漏極電連接，二者的柵極彼此連接在一起；第四NMOS管(M204)的漏極與柵極連接在一起;第四電流鏡包括第五NMOS管(M205)和第六NMOS 管(M206)， 二者的漏極分別與第三NMOS管(M203)的源極和第四NMOS 管(M204)的源極電連接，二者的柵極彼此連接在一起，第六NMOS管(M206) 的漏極與柵極連接在一起，第六NMOS管(M206)的源極與地之間串接電阻 (R220);基準電流產(chǎn)生電路通過第五電流鏡為低壓產(chǎn)生電路提供基準電流，第 五電流鏡包括所述第一 PMOS管(M201)和低壓產(chǎn)生電路上的第七PMOS管 (M207)， 二者的柵極連接在一起，第七PMOS管(M207)的源極接入輸入電 壓，漏極與所述第十NMOS管(M210)的漏極電連接。
優(yōu)選的是，在所述輸出穩(wěn)壓電路和低壓產(chǎn)生電路之間增加負載補償電路。
優(yōu)選的是，所述負載補償電路包括第六電流鏡，所述第六電流鏡包括第十 三PMOS管和第十四PMOS管，二者的源極均接入輸入電壓，二者的柵極彼此 連接在一起，第十四PMOS管的柵極與漏極連接在一起；第十三PMOS管的漏 極與第十NMOS管的柵極電連接，第十四PMOS管的漏極與一第十二 NMOS 管的漏極電連接，所述第十二 NMOS管的柵極與第十NMOS管的柵極電連接， 源極與第十一 NMOS管的源極電連接。
優(yōu)選的是，所述電阻為負溫度系數(shù)類型電阻；所述補償電阻的材料與電阻 的材料相同；所述第十NMOS管和第十一NMOS管的尺寸相同。
優(yōu)選的是，所述第一 PMOS管(M201)、第二 PMOS管(M202)、第三NMOS 管(M203)和第四NMOS管(M204)、第七PMOS管(M207)，以及第十NMOS 管(M210)和第i^一 NMOS管(M211 )通過高壓MOS管；第五NMOS管(M205) 和第六NMOS管(M206)為低壓MOS管。本發(fā)明所述控制器的有益之處是 一方面，本發(fā)明所述的高低壓轉(zhuǎn)換電路 不需要使用齊納二極管，均使用MOS管、三極管、電阻和電容等標準器件，不 需要額外定制，降低了芯片成本和調(diào)試費用；另一方面，高低壓轉(zhuǎn)換電路中的 部分MOS管通過低壓工藝實現(xiàn)，較大地減小了實現(xiàn)面積。


圖1為現(xiàn)有高低壓轉(zhuǎn)換電路的示意圖2為本發(fā)明所述高低壓轉(zhuǎn)換電路的第一實施例的示意圖； 圖3為本發(fā)明所述高低壓轉(zhuǎn)換電路的第二實施例的示意圖； 圖4為本發(fā)明所述高低壓轉(zhuǎn)換電路的第三實施例的示意圖。
具體實施例方式
如圖2所示的一種高低壓轉(zhuǎn)換電路，包括基準電流產(chǎn)生電路21、低壓產(chǎn)生 電路22和輸出穩(wěn)壓電路23。其中，基準電流產(chǎn)生電路21為低壓產(chǎn)生電路22提 供基準電流；所述低壓產(chǎn)生電路包括寄生PNP、補償電阻和低壓MOS管，寄生 PNP、補償電阻和低壓MOS管為輸出穩(wěn)壓電路提供穩(wěn)定的驅(qū)動電壓；所述驅(qū)動 電壓通過由第一電流鏡、在輸出穩(wěn)壓電路中通過穩(wěn)壓電容輸出穩(wěn)定的低壓VCC。
第一電流鏡包括低壓產(chǎn)生電路22上的第十NMOS管M210和輸出穩(wěn)壓電路 23上的第十一NMOS管M211。其中，第十NMOS管M210的柵極與漏極連接 在一起，所述基準電流輸入其漏極；第十一NMOS管M211的漏極接入輸入電 壓VDD，源極與地之間接入穩(wěn)壓電容C230，由穩(wěn)壓電容C230輸出低壓VCC?；鶞孰娏鳟a(chǎn)生電路21可以采用如下結(jié)構(gòu)-
基準電流產(chǎn)生電路21包括第二、三和四電流鏡。其中，第二電流鏡包括二 個尺寸相同的第一 PMOS管M201和第二 PMOS管M202， 二者的源極均接入 輸入電壓VDD，柵極彼此連接，第一PMOS管M201的柵極與漏極連接在一起； 第三電流鏡包括第三NMOS管M203和第四NMOS管M204， 二者的漏極分別 與第一PMOS管M201的漏極和第二 PMOS管的漏極M202電連接，二者的柵 極彼此連接，第四NMOS管M204的漏極與柵極連接在一起；第四電流鏡包括 第五NMOS管M205和第六NMOS管M206， 二者的漏極分別與第三NMOS管 M203的源極和第四NMOS管M204的源極電連接，二者的柵極彼此連接，第 六NMOS管M206的漏極與柵極連接在一起，第六NMOS管M206的源極與地 之間串接電阻R220;基準電流產(chǎn)生電路21通過第五電流鏡為低壓產(chǎn)生電路22 提供基準電流，第五電流鏡包括所述第一 PMOS管M201和低壓產(chǎn)生電路22上 的第七PMOS管M207， 二者的柵極連接在一起，第七PMOS管M207的源極 接入輸入電壓。
設(shè)第五NMOS管M205和第六NMOS管M206尺寸比為1: w ，則第五NMOS 管M205柵源電壓~2Q5 、第六NMOS管M206的柵源電壓，流過電阻R220 (阻值為^22())的電流/之間的關(guān)系為
該電流的計算公式如下
2 11，
/ =_f-*…(1 — _^_)2 (2)
A",雄"，2 其中，//"為電子遷移率，C^為單位面積的柵氧化層電容，(『")2。6為第六NMOS管M206的溝道寬度與溝道長度的比值。從式(2)中可以看出，電流/ 和電阻R220的溫度系數(shù)相關(guān)，如果選擇負溫度系數(shù)類型的電阻形成電阻R220， 則電流/為一個隨著溫度的上升而上升的電流，基準電流的變化和溫度為二次方 關(guān)系。因為基準電流產(chǎn)生電路21為三級電流鏡結(jié)構(gòu)，因此，電流/將成為流入 低壓產(chǎn)生電路22的基準電流/。
低壓產(chǎn)生電路22可以包括二個低壓MOS管，分別為第八MOS管和第九 MOS管，二者各自的柵極與漏極連接在一起，第八MOS管與第十NMOS管的 源極和第九MOS管的連接關(guān)系保證第八MOS管和第九MOS管的柵源電壓處 于二者的導(dǎo)通狀態(tài)，第九MOS管與寄生PNP的發(fā)射極之間連接補償電阻R221， 寄生PNP的集電極和基極接地。如圖2所示，若采用二個低壓NMOS管，則第 八MOS管M208的漏極與第十NMOS管M210的源極連接，源極與第九MOS 管M209的漏極連接，第九MOS管M209的源極與寄生PNP240的發(fā)射極連接， 此處可以采用二個或者多個寄生PNP，如圖3所示，釆用二個寄生PNP，寄生 PNP240的基極與寄生PNP241的發(fā)射極連接，而寄生PNP241的集電極和基極 接地，即寄生PNP兩端的電壓為整數(shù)倍的基極與發(fā)射極之間的電壓。如圖3所 示，若第八MOS管M208采用PMOS管，則第八MOS管M208的源極與第十 NMOS管M210的源極連接，漏極與第九MOS管M209的漏極連接。同樣，第 八MOS管M208和第九MOS管M209均可以采用PMOS管。 如圖2所示，輸出穩(wěn)壓電路23輸出的低壓VCC的計算公式如下
VCC = 4240 + " ^ 221 + ^208 + ^209 + 210 - ^gs2U ( 3 )
其中，^24。， A21，^208，^209，^麼 211分別為寄生PNP240的基極與發(fā)射極之間的電壓，補償電阻R221的阻值，以及，第八MOS管M208至 第i^一NMOS管M211的柵源電壓。
將公式(2)代入公式(3)等號右側(cè)的前兩項得出
^240 + /"221 = ^240 + 7 221 * ^ 二、 *占(1 -;)2 (4)
隊d
220
根據(jù)公式(4)可知，如果補償電阻R221的材料與電阻R220的材料相同， 均為負溫度系數(shù)類型的電阻，則公式(4)中后一項與溫度為一次方的正溫度系 數(shù)關(guān)系，又由于寄生PNP240的基極與發(fā)射極之間的電壓^24。為負溫度系數(shù)，可 知，如果選擇合適的補償電阻R221可以抵消寄生PNP240隨溫度的變化，而保 持公式(3)等號右側(cè)的前兩項恒定。
公式(3)等號右側(cè)的中間兩項重新表述如下
~208 + ^gs209 = (^ov208 + ^ 208) + d209 + K/譜)
=(V2 V "208 〃208 +V2 */209 )
+ (^1208 + 7齒9 ) ( 5 )
其中，(r/丄)2。8和(『/Z)2。9分別為第八MOS管M208與第九MOS管M209 的溝道寬度與溝道長度的比值，/2()8和/2。9分別為流過第八MOS管M208與第九 MOS管M209的電流，R纖和K扁分別為第八MOS管M208與第九MOS管 M209的閾值電壓，^2。9和^2。9分別為第八MOS管M208與第九MOS管M209 的驅(qū)動電壓。由于第五電流鏡的作用，流過第八MOS管M208與第九MOS管 M209的電流/2。8和/2。9等于基準電流/。
因此，將公式(2)代入公式(5)中得出
209 、 , fT/r , T/、 W A
Kg*208 + ^^209 =~(1 — ~P)(、服〃、~ + 、 m// r、~) + (K,/>208 + K,A209 ) 、 0;
11由于電阻R220為負溫度系數(shù)，則公式(6)等號右側(cè)的第一項為正溫度系 數(shù)，而第八MOS管M208與第九MOS管M209的閾值電壓^2。8和^2。9為負溫 度系數(shù)，因此，通過為第八MOS管M208與第九MOS管M209選擇合適的尺 寸，公式(6)等號右側(cè)的第一項和第二項的溫度變化即可抵消，所以，公式(3) 等號右側(cè)的中間兩項即為與溫度無關(guān)的電壓降。
對于公式(3)等號右側(cè)的最后兩項，通過選擇尺寸匹配的第十NMOS管 M210和第十一NMOS管M211，如二者的尺寸完全相同，則可相互抵消，因此， 公式(3)等號右側(cè)的最后兩項也可設(shè)計為與溫度變化無關(guān)的量。
綜上所述，輸出穩(wěn)壓電路23輸出的低壓VCC是一個一階零溫度系數(shù)的基 準電壓。另外，在選擇第八MOS管M208與第九MOS管M209的尺寸時，可 以盡量選擇較大的溝道寬度r與溝道長度丄，以減小工藝對低壓VCC帶來的影 響。
圖2中所示的高低壓轉(zhuǎn)換電路中，只有第一 PMOS管M201、第二 PMOS 管M202、第三NMOS管M203和第四NMOS管M204、第七PMOS管M207， 以及第十NMOS管M210和第十一 NMOS管M211需要通過高壓工藝實現(xiàn)，而 第五NMOS管M205和第六NMOS管M206由于第三NMOS管M203和第四 NMOS管M204的屏蔽可以采用低壓工藝實現(xiàn)，從而可以極大地減小實現(xiàn)面積。
另外，如圖4所示，在所述輸出穩(wěn)壓電路23和低壓產(chǎn)生電路22之間可以 增加負載補償電路24。所述負載補償電路24包括第六電流鏡，所述第六電流鏡 包括第十三PMOS管M213和第十四PMOS管M214， 二者的源極均接入輸入 電壓VDD， 二者的柵極彼此連接在一起，第十四PMOS管M214的柵極與漏極連接在一起。第十三PMOS管M213的漏極與第十NMOS管M210的柵極電連 接，第十四PMOS管M214的漏極與一第十二 NMOS管M212的漏極電連接， 所述第十二 NMOS管M212的柵極與第十NMOS管M210的柵極電連接，源極 與第十一NMOS管M211的源極電連接。負載補償電路24的補償過程如下
如果負載突然變重，輸出低壓VCC將下降，由于第十二 NMOS管M212 和第i"^一 NMOS管M211的柵極連接在一起，從而第十二NMOS管M212的柵 源電壓差提高，第十二NMOS管M212的電流將增加，第六電流鏡的電流同時 增加，進而第十NMOS管M210及其串接到地的支路的電流增加，因此，第十 NMOS管M210的柵極電壓提高，則輸出低壓VCC將提高。
在本發(fā)明所述的高低壓轉(zhuǎn)換電路中所使用的PMOS管的襯底可以接在源 極，也可以接在更高電位處。
綜上所述僅為本發(fā)明較佳的實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍。即 凡依本發(fā)明申請專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化及修飾，皆應(yīng)屬于本發(fā)明的技 術(shù)范疇。
權(quán)利要求
1. 一種高低壓轉(zhuǎn)換電路，其特征在于包括基準電流產(chǎn)生電路、低壓產(chǎn)生電路和輸出穩(wěn)壓電路；其中，基準電流產(chǎn)生電路為低壓產(chǎn)生電路提供基準電流；所述低壓產(chǎn)生電路包括寄生PNP、補償電阻和低壓MOS管，寄生PNP、補償電阻和低壓MOS管為輸出穩(wěn)壓電路提供穩(wěn)定的驅(qū)動電壓；所述驅(qū)動電壓通過第一電流鏡、在輸出穩(wěn)壓電路中通過穩(wěn)壓電容輸出穩(wěn)定的低壓。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高低壓轉(zhuǎn)換電路，其特征在于所述的第一電流 鏡包括低壓產(chǎn)生電路上的第十NMOS管(M210)和輸出穩(wěn)壓電路上的第十一 NMOS管(M211);其中，第十NMOS管的柵極與漏極連接在一起，所述基 準電流輸入其漏極；第十一NMOS管(M211)的漏極接入輸入電壓，源極與 地之間接入所述穩(wěn)壓電容；低壓產(chǎn)生電路包括二個低壓MOS管，分別為第八 MOS管和第九MOS管，二者各自的柵極與漏極連接在一起，第八MOS管與 第十NMOS管(M210)的源極和第九MOS管的連接關(guān)系保證第八MOS管和 第九MOS管的柵源電壓處于二者的導(dǎo)通狀態(tài)；第九MOS管與寄生PNP的發(fā) 射極之間連接所述補償電阻，寄生PNP的集電極和基極接地。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高低壓轉(zhuǎn)換電路，其特征在于所述的基準電流 產(chǎn)生電路包括第二、三和四電流鏡，其中，第二電流鏡包括二個尺寸相同的第 一PMOS管(M201)和第二PMOS管(M202)， 二者的源極均接入輸入電壓， 柵極彼此連接，第一PMOS管(M201)的柵極與漏極連接在一起；第三電流 鏡包括第三NMOS管(M203)和第四NMOS管(M204)， 二者的漏極分別與 第一PMOS管(M201)的漏極和第二PMOS管(M202)的漏極電連接，二者 的柵極彼此連接在一起；第四NMOS管(M204)的漏極與柵極連接在一起；第四電流鏡包括第五NMOS管(M205)和第六NMOS管(M206)， 二者的漏 極分別與第三NMOS管(M203)的源極和第四NMOS管(M204)的源極電 連接，二者的柵極彼此連接在一起，第六NMOS管(M206)的漏極與柵極連 接在一起，第六NMOS管(M206)的源極與地之間串接電阻(R220);基準 電流產(chǎn)生電路通過第五電流鏡為低壓產(chǎn)生電路提供基準電流，第五電流鏡包括 所述第一PMOS管(M201)和低壓產(chǎn)生電路上的第七PMOS管(M207)， 二 者的柵極連接在一起，第七PMOS管(M207)的源極接入輸入電壓，漏極與 所述第十NMOS管(M210)的漏極電連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高低壓轉(zhuǎn)換電路，其特征在于在所述輸出穩(wěn)壓 電路和低壓產(chǎn)生電路之間增加負載補償電路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的高低壓轉(zhuǎn)換電路，其特征在于所述負載補償電 路包括第六電流鏡，所述第六電流鏡包括第十三PMOS管(M213)和第十四 PMOS管(M214)， 二者的源極均接入輸入電壓，二者的柵極彼此連接在一起， 第十四PMOS管(M214)的柵極與漏極連接在一起；第十三PMOS管(M213) 的漏極與第十NMOS管(M210)的柵極電連接，第十四PMOS管(M214) 的漏極與一第十二 NMOS管(M212)的漏極電連接，所述第十二 NMOS管(M212)的柵極與第十NMOS管(M210)的柵極電連接，源極與第十一 NMOS 管(M211)的源極電連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3、 4或5所述的高低壓轉(zhuǎn)換電路，其特征在于所述電 阻(R220)為負溫度系數(shù)類型電阻；所述補償電阻的材料與電阻(R220)的 材料相同；所述第十NMOS管(M210)和第H^—NMOS管(M211)的尺寸相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高低壓轉(zhuǎn)換電路，其特征在于所述第一PMOS管(M201)、第二PMOS管(M202)、第三NMOS管(M203)和第四NMOS 管(M204)、第七PMOS管(M207)，以及第十NMOS管(M210)和第H^— NMOS管(M211)通過高壓MOS管；第五NMOS管(M205)和第六NMOS 管(M206)為低壓MOS管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高低壓轉(zhuǎn)換電路，屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域，包括基準電流產(chǎn)生電路、低壓產(chǎn)生電路和輸出穩(wěn)壓電路；其中，基準電流產(chǎn)生電路為低壓產(chǎn)生電路提供基準電流；所述低壓產(chǎn)生電路包括寄生PNP、補償電阻和低壓MOS管，寄生PNP、補償電阻和低壓MOS管為輸出穩(wěn)壓電路提供穩(wěn)定的驅(qū)動電壓；所述驅(qū)動電壓通過第一電流鏡、在輸出穩(wěn)壓電路中通過穩(wěn)壓電容輸出穩(wěn)定的低壓。本發(fā)明所述的高低壓轉(zhuǎn)換電路不需要使用齊納二極管，均使用MOS管、三極管、電阻和電容等標準器件，不需要額外定制，降低了芯片成本和調(diào)試費用。
文檔編號G05F3/26GK101458541SQ20091000036
公開日2009年6月17日 申請日期2009年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月7日
發(fā)明者李照華, 蒙 王, 王樂康 申請人:深圳市明微電子股份有限公司