專利名稱：一種高低壓轉換電路的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于集成電路技術領域，尤其涉及一種高低壓轉換電路。
技術背景在集成電路制造領域，最新的工藝首先被應用于數字芯片的生產和設計， 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，齊納管被廣泛應用在穩壓系統中，尤其是應用在涉及從高電 壓到低電壓轉換的開關電源集成電路設計中。如果生產工藝提供齊納管，可以通過圖1所示的方式在芯片內部實現高低壓轉換。其中，由電流源I1提供基準電流，輸入電壓為VDD，齊納管Z120穩 壓后，經過由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，經過電容C110穩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，而且調試費 用較高，所以存在一定的弊端。實用新型內容本實用新型的目的在于解決由于高低壓轉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，不需要使用穩壓齊納管而實現從高壓到低壓轉換功能的電路。為實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案 一種高低壓轉換電路， 包括基準電流產生電路、低壓產生電路和輸出穩壓電路；其中，基準電流產生 電路為低壓產生電路提供基準電流；所述低壓產生電路包括寄生PNP、補償電阻和低壓MOS管，寄生PNP、補償電阻和低壓MOS管為輸出穩壓電路提供穩 定的驅動電壓；所述驅動電壓通過第一電流鏡、在輸出穩壓電路中通過穩壓電容輸出穩定的低壓。優選的是，所述的第一電流鏡包括低壓產生電路上的第十NMOS管和輸出 穩壓電路上的第十一 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 間接入所述穩壓電容；低壓產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管的連接關系保證第八MOS管和第九MOS管的 柵源電壓處于二者的導通狀態；第九MOS管與寄生PNP的發射極之間連接所 述補償電阻，寄生PNP的集電極和基極接地。優選的是，所述的基準電流產生電路包括第二、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);基準電流產生電路通過第五電流鏡為低壓產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。優選的是，在所述輸出穩壓電路和低壓產生電路之間增加負載補償電路。 優選的是，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。優選的是，所述電阻為負溫度系數類型電阻；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^^一 NMOS管(M211)為高壓MOS管；第五NMOS管(M205) 和第六NMOS管(M206)為低壓MOS管。本實用新型所述控制器的有益之處是 一方面，本實用新型所述的高低壓 轉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試費用；另一方面，高低壓轉換 電路中的部分MOS管通過低壓工藝實現，較大地減小了實現面積。
圖1為現有高低壓轉換電路的示意圖；圖2為本實用新型所述高低壓轉換電路的第一實施例的示意圖； 圖3為本實用新型所述高低壓轉換電路的第二實施例的示意圖； 圖4為本實用新型所述高低壓轉換電路的第三實施例的示意圖。
具體實施方式
如圖2所示的一種高低壓轉換電路，包括基準電流產生電路21、低壓產生 電路22和輸出穩壓電路23。其中，基準電流產生電路21為低壓產生電路22提 供基準電流；所述低壓產生電路包括寄生PNP、補償電阻和低壓MOS管，寄生 PNP、補償電阻和低壓MOS管為輸出穩壓電路提供穩定的驅動電壓；所述驅動 電壓通過由第一電流鏡、在輸出穩壓電路中通過穩壓電容輸出穩定的低壓VCC。第一電流鏡包括低壓產生電路22上的第十NMOS管M210和輸出穩壓電路 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壓電容C230，由穩壓電容C230輸出低壓VCC。基準電流產生電路21可以采用如下結構基準電流產生電路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;基準電流產生電路21通過第五電流鏡為低壓產生電路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。設第五NMOS管M205和第六NMOS管M206尺寸比為1:"，則第五NMOS 管M205柵源電壓~2G5 、第六NMOS管M206的柵源電壓^2Q6 ，流過電阻R220 (阻值為^2Q)的電流/之間的關系為該電流的計算公式如下2 11， r--^-*丄(1-;)2 (2)、d &2。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的溫度系數相關，如果選擇負溫度系數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 關系。因為基準電流產生電路21為三級電流鏡結構，因此，電流/將成為流入 低壓產生電路22的基準電流/。.低壓產生電路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管的連接關系保證第八MOS管和第九MOS管的柵源電壓處 于二者的導通狀態，第九MOS管與寄生PNP的發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的發射極連接， 此處可以采用二個或者多個寄生PNP，如圖3所示，采用二個寄生PNP，寄生 PNP240的基極與寄生PNP241的發射極連接，而寄生PNP241的集電極和基極 接地，即寄生PNP兩端的電壓為整數倍的基極與發射極之間的電壓。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，輸出穩壓電路23輸出的低壓VCC的計算公式如下VH — y&240卞J八221卞Kgj208卞K^209卞K^210 K^2I1 、 J夕其中，^24o， &21， ~2。8， &，， ~21o， ^川分別為寄生PNP240的基極與發射極之間的電壓，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)等號右側的前兩項得出<formula>formula see original document page 11</formula>根據公式(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 數關系，又由于寄生PNP240的基極與發射極之間的電壓^，為負溫度系數，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)等號右側的前兩項恒定。公式(3)等號右側的中間兩項重新表述如下<formula>formula see original document page 11</formula>其中，,/化。8和,/化。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齒s和C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<formula>formula see original document page 11</formula>由于電阻R220為負溫度系數，則公式(6)等號右側的第一項為正溫度系 數，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，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) 等號右側的中間兩項即為與溫度無關的電壓降。對于公式(3)等號右側的最后兩項，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)等號右側的最后兩項也可設計為與溫度變化無關的量。綜上所述，輸出穩壓電路23輸出的低壓VCC是一個一階零溫度系數的基 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『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H^—NMOS管M211需要通過高壓工藝實現，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，從而可以極大地減小實現面積。另外，如圖4所示，在所述輸出穩壓電路23和低壓產生電路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 和第十一 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。在本實用新型所述的高低壓轉換電路中所使用的PMOS管的襯底可以接在 源極，也可以接在更高電位處。綜上所述僅為本實用新型較佳的實施例，并非用來限定本實用新型的實施 范圍。即凡依本實用新型申請專利范圍的內容所作的等效變化及修飾，皆應屬 于本實用新型的技術范疇。
權利要求1.一種高低壓轉換電路，其特征在于包括基準電流產生電路、低壓產生電路和輸出穩壓電路；其中，基準電流產生電路為低壓產生電路提供基準電流；所述低壓產生電路包括寄生PNP、補償電阻和低壓MOS管，寄生PNP、補償電阻和低壓MOS管為輸出穩壓電路提供穩定的驅動電壓；所述驅動電壓通過第一電流鏡、在輸出穩壓電路中通過穩壓電容輸出穩定的低壓。
2. 根據權利要求1所述的高低壓轉換電路，其特征在于所述的第一電流 鏡包括低壓產生電路上的第十NMOS管(M210)和輸出穩壓電路上的第十一 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 地之間接入所述穩壓電容；低壓產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管的連接關系保證第八MOS管和 第九MOS管的柵源電壓處于二者的導通狀態；第九MOS管與寄生PNP的發 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. 根據權利要求2所述的高低壓轉換電路，其特征在于所述的基準電流 產生電路包括第二、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 電流產生電路通過第五電流鏡為低壓產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. 根據權利要求3所述的高低壓轉換電路，其特征在于在所述輸出穩壓 電路和低壓產生電路之間增加負載補償電路。
5. 根據權利要求4所述的高低壓轉換電路，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. 根據權利要求3、 4或5所述的高低壓轉換電路，其特征在于所述電 阻(R220)為負溫度系數類型電阻；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. 根據權利要求6所述的高低壓轉換電路，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i^一 NMOS管(M211)為高壓MOS管；第五NMOS管(M205)和第六NMOS 管(M206)為低壓MOS管。
專利摘要本實用新型公開了一種高低壓轉換電路，屬于集成電路技術領域，包括基準電流產生電路、低壓產生電路和輸出穩壓電路；其中，基準電流產生電路為低壓產生電路提供基準電流；所述低壓產生電路包括寄生PNP、補償電阻和低壓MOS管，寄生PNP、補償電阻和低壓MOS管為輸出穩壓電路提供穩定的驅動電壓；所述驅動電壓通過第一電流鏡、在輸出穩壓電路中通過穩壓電容輸出穩定的低壓。本實用新型所述的高低壓轉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試費用。
文檔編號H02M3/04GK201365192SQ200920000429
公開日2009年12月16日 申請日期2009年1月7日 優先權日2009年1月7日
發明者李照華, 蒙 王, 王樂康 申請人:深圳市明微電子股份有限公司