專利名稱:形成低靜態電流電壓調節器的方法及其結構的制作方法
背景技術:
本發明總的來說涉及電子設備,尤其是,涉及形成半導體裝置的方法和結構。
過去,半導體工業利用各種方法和結構來制造包括有線性電壓調節器的電壓調節器。正常工作期間,當由電壓調節器產生的輸出電壓達到期望工作值時,該電壓調節器使輸出晶體管截止(disable)。輸出晶體管保持截止直到輸出電壓降低到低于該期望工作值的值。外部濾波電容器和負載典型地連接到調節器的輸出。在輸出晶體管截止期間,輸出晶體管的漏電流會流過外部濾波電容器并連續給該濾波電容器充電。漏電流給電容器充電以及電容器上的電壓值增加并可能達到會引起負載損壞的值。一些情況下,在輸出晶體管和地之間連接一電阻,使得晶體管的漏電流流過電阻而不流過濾波電容器。這樣構造存在的問題就是功率損耗。流過電阻的漏電流使靜態電流消耗增加,并相應使得電壓調節器的功耗增加。典型地,利用電阻這樣構造的電壓調節器的平均靜態電流消耗至少為大約55微安。
因此,期望有一種形成電壓調節器的方法,其減少靜態電流消耗,并將輸出電壓維持在低于使負載損壞的值。
附圖的簡要說明
圖1簡要示出根據本發明的電壓調節器的實施例的一部分;和圖2簡要示出半導體裝置的實施例的一部分,該裝置包括根據本發明圖1的電壓調節器。
為了描述的簡要和清楚,附圖中的組成部分沒有必要按比例描制,而且不同的圖中相同的附圖標記表示相同的組成部分。此外,為說明的簡要省略了公知步驟和組成部分的說明和詳解。如文中所使用的載流極表示器件的一個組成部分,其承載通過該器件如MOS晶體管的源極或漏極或雙極性晶體管的發射極或控制極的電流,控制極表示器件的一個組成部分,其控制通過該器件如MOS晶體管的柵極或雙極性晶體管的基極電流。
附圖的詳細說明圖1簡要示出電壓調節器10的實施例的一部分,該電壓調節器10具有低的靜態電流消耗和低的功率消耗。調節器10接收來自功率輸入11和功率返回(power return)12上的外部電源的功率,并具有在電壓輸出13和電壓返回(voltage return)14之間的輸出電壓。濾波電容器34和負載33外部連接到輸出13和返回14之間的調節器10。調節器10包括誤差放大器26,輸出設備或輸出晶體管24,反饋網絡19,和參考發生器16。網絡19,用虛線框標識,包括一對反饋電阻22和23,其串聯連接在輸出13和返回14之間以形成具有通過將電阻22和電阻23連接而形成的反饋節點21的電阻分壓器。誤差放大器26接收來自節點21的反饋電壓和來自參考發生器16的輸出17的參考電壓。放大器26接收參考電壓和反饋電壓并在放大器26的輸出響應產生誤差電壓。為了控制輸出電壓的值到期望工作電壓,調節器10利用該誤差電壓驅動晶體管24。該期望工作電壓取決于分壓器的值和參考電壓的值。本領域技術人員理解期望工作電壓典型地具有包括上限和下限的期望工作范圍。例如,2.5伏特(2.5V)的期望工作電壓值可以包括包括有正或負百分之二(±2%)的上限和下限的期望工作范圍。因此,期望工作電壓范圍應該具有大約2.5伏特的標準值,大約2.55伏特的最大值,和大約2.45伏特的最小值。當輸出電壓值低于該標準值時,反饋電壓值低于參考電壓值并且誤差放大器26形成使晶體管24工作的誤差電壓。晶體管24提供流過負載33和電容器34的負載電流IL,并給電容器34充電以將輸出電壓提高到期望工作值。當輸出電壓值達到期望工作值時,反饋電壓值高于或等于輸出17上的參考電壓值并且誤差放大器26產生使晶體管24截止的誤差電壓。網絡19,發生器16,放大器26和晶體管24的特征和工作方式是本領域技術人員所公知的。
調節器10還包括補償電路20,一般用虛線框標識,其有助于降低調節器10的靜態電流和功率消耗。電路20包括可選擇電流源28,固定電流源29,補償比較器27,和參考偏移18。當輸出電壓值等于或高于第一電壓值或補償電壓值時,調節器10形成為選擇性地使可選擇電流源28工作以產生從晶體管24流出,經過電流源28并流到返回12的補償電流。典型地補償電壓值高于期望工作電壓范圍的最大值并低于可能損壞負載33的值。如下文將看到的,偏移18形成偏移參考電壓,其等于來自發生器16的參考電壓值加上偏移電壓值。比較器27接收該偏移參考值和反饋電壓并響應使可選擇電流源28工作或不工作。
固定電流源29吸收來自晶體管24的固定電流值。該固定電流值通常形成為大約漏電流值,其期望來自在包括溫度的標準工藝條件和標準工作條件下的晶體管24。在標準的工作和工藝條件下,當晶體管24截止時,電流源29吸收來自晶體管24的漏電流而且沒有來自晶體管24的漏電流流過電容器34或負載33。但是,如果用于形成晶體管24的工藝條件比標準工藝參數有所變化或如果工作條件比標準的工作條件有所變化,則當晶體管24截止時,晶體管24的漏電流將超出被固定源29吸收的電流。該額外的漏電流或超出的漏電流大于能夠被固定源29吸收的漏電流并將流過電容器34。該超出的漏電流開始給電容器34充電引起輸出電壓值的增加。輸出電壓值增加直到達到由來自偏移18的偏移參考電壓值和反饋電壓所決定的補償值。補償比較器27接收反饋電壓和偏移參考電壓,并當輸出電壓值達到補償電壓值時響應使電流源28工作。補償電流加上固定電流應該至少等于并最好高于最差情況下晶體管24的漏電流。優選實施例中,單獨的補償電流設置為至少等于或高于最差情況下晶體管24的漏電流。這為最差情況下漏電流的變量提供一安全界限。工作源28吸收超出的漏電流抑制了輸出電壓值增加到超出補償值并防止負載33的損壞。由于電流源28只工作于當輸出電壓超出補償電壓值時吸收電流,于是,電流源28不是一直工作,所以選擇性工作源28吸收超出的漏電流降低了調節器10的靜態電流消耗。
比較器27典型地形成為具有滯后作用以確保可選擇電流源28在工作和不工作之間不來回振蕩。優選實施例中,比較器27具有二十毫伏特的滯后特性,這樣當反饋電壓等于或高于偏移參考電壓值時比較器27能使電流源28工作,并當反饋電壓值比偏移參考電壓值低二十毫伏特時使電流源28不工作。
應該注意的是,某些實施例中電流源29可以省略但即使在標準條件下輸出電壓也可能在期望電壓值和補償電壓值之間振蕩。但是,電阻22和23的電阻分壓器可以形成為具有固定電流值并且固定電流源29可以省略。其它實施例中,比較器27可以替換為選擇性使電流源28工作的放大器,以形成響應于放大器的模擬輸出信號的補償電流。此外,調節器10可以包括其它公知的包括過電流保護和溫度保護的電路功能。為解釋的清楚這樣的電路在圖1中未示出。
一個實施例中,調節器10形成為具有接近2.5伏特(2.5V)的標準的期望工作值,其正或負百分之二(±2%)為期望工作范圍大約2.45伏特到大約2.55伏特。不會損壞負載33的最大電壓值為接近2.7伏特的值。電容器34的值為大約1微法。在接近25攝氏度(25℃)和標準工藝參數時晶體管24的標準漏電流為大約二(2)微安。在最差工藝參數和最差工作條件下晶體管24的最差情況的漏電流為接近十五(15)微安。固定電流值選擇為等于標準漏電流或大約2微安。電流源28能夠吸收的電流值選擇為四十微安培,以確保電流源28能夠吸收全部的最差情況下晶體管24的漏電流。但是電流源28吸收的實際電流為超出晶體管24漏電流的實際值。補償電壓值選擇為大約2.6伏特(2.6V)。偏移電壓值為100毫伏特以確保輸出13的輸出電壓值不大于高于2.5V的期望工作值的100毫伏。當輸出13上的輸出電壓達到接近2.5V的值時,放大器26使晶體管24截止以將出電壓維持在這個值。由于來自晶體管24的漏電流值超出2微安,所以電容器34上的電壓值增加到大約2.6伏的值,并且比較器27使可選擇電流源28工作,以吸收晶體管24的超出的漏電流。電容器34上的電壓值緩慢下降到低于2.6伏的值并且比較器27的輸出再次使電流源28不工作。在該例證電路賦值期間,在晶體管24截止的一段時間內,電流源28不工作大約二(2)毫秒,而電容器34充電并工作大約六百五十(650)微秒,而電容器34放電,從而電流源28工作大約為晶體管24截止時間的百分之二十五(25%)。該實施例中,調節器10的平均靜態電流為大約三十五微安,其比現有調節器的五十五微安的平均靜態電流低百分之三十六(36%)。某些應用中如,電池工作中,該電流的節省非常重要。
圖2簡要示出形成在半導體模塊41上的半導體裝置40的實施例的部分放大平面圖。調節器10形成在模塊41上。模塊41也可以包括其它電路,為附圖的簡要,這些電路在圖2中未示出。
雖然本發明是參考特定優選實施例進行的描述,但顯然對半導體領域的技術人員來說許多替換和變化是顯而易見的。例如,偏移參考電壓可以形在包括形成為發生器16的單獨輸出的其它地方。比較器27可以為模擬放大器而不是比較器。此外,可以省略固定電流源29。還有,本發明描述了特定的P-溝道輸出晶體管,雖然該方法直接可應用于其它MOS晶體管,但也可應用于雙極性晶體管,BiCMOS,金屬半導體FETs(MESFETs),HFETs,和其它晶體管結構。
鑒于上述內容,顯然公開的是一種新的方法和設備。包括其它特征中的是形成一種電壓調節器來選擇性地產生流動的補償電流,以防止來自輸出晶體管的漏電流使得電壓調節器的輸出電壓增加到可能損壞負載的值。選擇性地使電流流動降低了調節器的靜態電流消耗。
權利要求
1.一種形成電壓調節器的方法包括形成電壓調節器(10)以提供輸出電壓,該輸出電壓具有第一值和電壓輸出上的負載電流;以及形成電壓調節器(10)以選擇性地產生補償電流,當電壓調節器的輸出電壓超出比第一值高的第二值時,該補償電流從電壓調節器的輸出設備(24)流到電壓調節器的電壓返回(14)。
2.權利要求1的方法,其中形成電壓調節器以選擇性地產生補償電流包括當輸出電壓降低到低于第二值并高于第一值的第三值時,中止該補償電流。
3.權利要求1的方法,其中形成電壓調節器以選擇性地產生補償電流包括當輸出設備(24)不工作時,形成電壓調節器以選擇性地產生補償電流。
4.權利要求1的方法,其中形成電壓調節器以選擇性地產生補償電流以流動包括形成電壓調節器以選擇性地產生流過該輸出設備但不流過外部負載(33)或外部濾波電容器(34)的補償電流。
5.一種形成調節電壓的方法包括產生輸出電壓,其具有在第一期望值和低于該第一期望值的第二期望值之間的期望工作范圍;當輸出電壓達到第一期望值時使輸出設備(24)不工作;以及當輸出電壓超出高于第一期望值的補償值(18加17)時,選擇性地使補償電流(28)從輸出設備流到電壓返回。
6.權利要求5的方法,進一步包括當輸出電壓降低到低于補償值并高于第一期望值的另一值時,中止補償電流(28)。
7.權利要求5的方法,其中產生輸出電壓包括將輸出電壓連接到電壓調節器的輸出端(13,14),并且其中選擇性地使補償電流從輸出設備流到電壓返回包括將從輸出端流過的電流轉移(diverting)。
8.一種電壓調節器包括輸出設備(24),用于接收輸入電壓并在電壓調節器的輸出上的形成輸出;反饋網絡(19),用于形成表示輸出電壓的反饋電壓;誤差放大器(26),用于接收第一參考電壓和反饋電壓,并響應驅動輸出設備;以及補償放大器(27),用于接收反饋電壓和高于第一參考電壓的第二參考電壓,并響應產生從輸出設備流出的補償電流。
9.權利要求8的電壓調節器,其中補償放大器是滯后比較器。
10.權利要求8的電壓調節器,進一步包括固定電流源,用于產生從輸出設備流出的固定電流。
全文摘要
電壓調節器(10)形成為產生補償電流以當電壓調節器(10)的輸出電壓超出補償值時流動。該補償電流至少等于輸出晶體管(24)的漏電流。
文檔編號G05F1/10GK1538261SQ20041003291
公開日2004年10月20日 申請日期2004年4月13日 優先權日2003年4月14日
發明者斯蒂芬·皮萊爾, 帕特里克·伯納德, 皮埃爾·島德, 島德, 克 伯納德, 斯蒂芬 皮萊爾 申請人:半導體元件工業有限責任公司