專利名稱：電壓切換電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及升降壓(Buck-Boost)直流轉(zhuǎn)換器 (DC-DC)中某些子電路模塊不同階段采用不同電壓供電的電壓切換電路。
背景技術(shù)：
目前，隨著便攜式電子產(chǎn)品的巨量使用，使得人類生活更精彩、通信更便捷。DC-DC 變換器是便攜式電子產(chǎn)品的能量供給中心，一個(gè)高品質(zhì)的電源管理模塊，可以使便攜式電 子產(chǎn)品待機(jī)時(shí)間更長(zhǎng)、使用年限更久。Buck-Boost (升降壓)DC-DC (直流轉(zhuǎn)換器)根據(jù)輸入 電壓VIN與輸出電壓VOUT之間的關(guān)系劃分不同的工作模式，當(dāng)VIN大于VOUT時(shí)，系統(tǒng)處于 Buck(降壓)模式；當(dāng)VIN約等于VOUT時(shí)，系統(tǒng)工作在Buck-Boost (升降壓)模式；當(dāng)VIN 小于VOUT時(shí)，系統(tǒng)工作在Boost (升壓)模式下。這樣就出現(xiàn)了芯片里面的某些子模塊用 輸入電壓VIN供電還是用輸出電壓VOUT供電的問(wèn)題。
如果一個(gè)子模塊是由兩個(gè)不同的電源電壓供電，那么就需要電平轉(zhuǎn)換電路(Level Shift Circuit)作為兩個(gè)電源電壓的接口。如圖1所示，當(dāng)子模塊中需要兩次電源電壓交 叉時(shí)，那么就需要兩個(gè)Level Siift (電平轉(zhuǎn)換)電路。Buck-Boost (升降壓)DC-DC (直流 轉(zhuǎn)換器)中有很多這樣的兩個(gè)電源供電的子模塊電路，這樣就需要用到很多Level Shift 電路，浪費(fèi)很多面積，增加芯片成本。所以當(dāng)系統(tǒng)處于不同的工作模式下時(shí)，最好能有一個(gè) 電源供電切換電路統(tǒng)一子模塊電路的供電，以克服子模塊電路中需要多個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路而 帶來(lái)的一系列技術(shù)缺陷。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決以上技術(shù)問(wèn)題，提出一種在集成電路中非常容易實(shí)現(xiàn)的電 壓切換電路，使得升降壓(Buck-B00St)DC-DC芯片中的不同子模塊供電電路得以簡(jiǎn)化，電 源的選擇更加靈活、可靠。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出如下技術(shù)方案一種電壓切換電路，具有兩個(gè)不同的 輸入電源電壓和切換后的電源電壓(VDD)，所述兩個(gè)不同的輸入電源電壓為第一電源電壓 (VIN)和第二電源電壓(VOUT)；所述電壓切換電路包括比較電路，控制電路以及由MOS管構(gòu) 成的開(kāi)關(guān)電路；所述比較電路對(duì)所述第一電源電壓(VIN)和第二電源電壓(VOUT)進(jìn)行比較 后得到一數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)娇刂齐娐分锌刂铺幚砗?，得到控制所述開(kāi)關(guān)電路導(dǎo) 通狀態(tài)的控制信號(hào)，而開(kāi)關(guān)電路的導(dǎo)通狀態(tài)進(jìn)而決定輸出電源電壓(VDD)是由第一電源電 壓(VIN)還是第二電源電壓(VOUT)切換而來(lái)。
其中，所述開(kāi)關(guān)電路由大尺寸PMOS管構(gòu)成。
所述PMOS管包括相匹配的第一 PMOS管(Pl)和第二 PMOS管(P》，且該第一 PMOS 管(Pl)和第二 PMOS管(P》的一端分別接第一電源電壓(VIN)和第二電源電壓(VOUT)，另 一端和第四端一同接切換后的電源電壓(VDD)，柵端分別接控制信號(hào)。
所述比較電路包括第四PMOS管(P4)、第五PMOS管(P5)以及分別與這兩個(gè)PMOS管相接的電流源(II、12)。
所述第四PMOS管和第五PMOS管的源端和第四襯底一起分別接第一電源電壓 (VIN)和第二電源電壓(VOUT)，漏端分別與所述的電流源(II、12)相接，且第四PMOS管和 第五PMOS管接成電流鏡像電路。
所述控制電路包括第一反向器(INVl)、第二反向器(INV2)、第三反向器(INV3)、 第四反向器(INV4)、第五反向器(INV5)、第六反向器(INV6)，以及第三PMOS管(P3)和第六 PMOS管(P6)，所述控制信號(hào)包括第一控制信號(hào)(Controll)與第一控制信號(hào)(Controll)相 反的第二控制信號(hào)(Control〗)。
所述第一反向器(INVl)和第二反向器(INV2)由其中一輸入電源電壓供電，并輸 出第一控制信號(hào)(Control 1)，第三反向器(INV3)由切換后的電源電壓(VDD)供電，并將第 一控制信號(hào)(Control 1)取反得到第二控制信號(hào)(Control〗)；
所述第四反向器(INV4)、第五反向器(INV5)和第六反向器(INV6)由輸出電源電 壓(VDD)供電，且第四反向器(INV4)和第六反向器(INV6)構(gòu)成一鎖存器以鎖存前一個(gè)信 號(hào)；
所述第五反向器(INV5)和第三PMOS管(P3)及第六PMOS管(P6)構(gòu)成反饋控制 回路。
所述控制電路還包括第一電容(Cl)、第二電容(C2)、第三電容(O)和第一電阻 (Rl)、第二電阻(R2)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所揭示的電壓切換電路使升降壓(Buck-B00St)DC-DC芯 片中的不同子模塊供電電路得以簡(jiǎn)化，電源選擇更靈活、更可靠，且節(jié)省了芯片面積，也降 低了成本。


圖1為一現(xiàn)有的對(duì)子電路模塊供電的框圖2為本發(fā)明電壓切換電路的電路框架圖3為本發(fā)明電壓切換電路最佳實(shí)施方式的電路示意圖4為本發(fā)明電壓切換電路對(duì)子電路模塊供電的框圖。
具體實(shí)施方式
在集成電路的升降壓(Buck-B00St)DC-DC芯片中，某些子模塊需要在Buck(降 壓)、Buck-B00St (升降壓)或Boost(升壓)不同模式下的供電，而本發(fā)明揭示的電壓切換 電路則適用這種子模塊的供電，以減少大量的電平轉(zhuǎn)換電路的使用。如圖2所示，本發(fā)明電 壓切換電路主要由電壓比較電路、控制電路和大尺寸P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管P1、P2 構(gòu)成。電壓比較電路比較兩個(gè)不同電壓即第一電源電壓VIN(亦即芯片系統(tǒng)的輸入電壓)和 第二電源電壓VOUT (亦即芯片系統(tǒng)的輸出電壓)，得到一個(gè)數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)送到控制 電路中處理，得到信號(hào)Controll和Control〗去分別控制PMOS晶體管Pl、P2的導(dǎo)通狀態(tài)， 從而實(shí)現(xiàn)VDD輸出的電壓是VIN還是V0UT。其中，控制信號(hào)Control 1和控制信號(hào)Control2 是互為反向的。
圖3是本發(fā)明電壓切換電路最佳實(shí)施方式的電路示意圖。如圖3示，第四P型MOS晶體管P4、第五P型MOS晶體管P5與電流源II、12構(gòu)成電壓比較電路，比較兩個(gè)不同的電 源電壓VIN和V0UT?？刂齐娐酚傻谝浑娙軨l、第二電容C2、第三電容C3、第一反向器INV1、 第二反向器INV2、第三反向器INV3、第四反向器INV4、第五反向器INV5、第六反向器INV6、 和第一電阻Rl、第二電阻R2，以及第三PMOS管P3和第六PMOS管P6構(gòu)成。第一 PMOS管Pl 和第二 PMOS管P2作為開(kāi)關(guān)管使得第一電源電壓VIN和第二電源電壓VOUT與切換后的電 源電壓VDD間有一個(gè)良好的電壓、電流通道，以便給眾多子模塊電路提供電源。
所述電壓比較電路中，第四PMOS管P4的源端(Source)和第四端襯底 (Substrate)接在第二電源電壓VOUT上；漏端(Drain)與第一電流源Il相接，同時(shí)連接到 第一反向器INVl的輸入端上，此結(jié)點(diǎn)還接有第一電容Cl到地(Ground)。第四PMOS管P4 的柵端(Gate)與第五PMOS管P5的柵端(Gate)連接，第五PMOS管P5的柵端(Gate)與漏 端(Drain)接在一起構(gòu)成二極管連接，這樣第四PMOS管P4與二極管連接的第五PMOS管 P5構(gòu)成一定的電流鏡像關(guān)系；第五PMOS管P5的源端(Source)和第四端襯底(Substrate) 一同連到第一電源電壓VIN上。第二電流源12接在第五PMOS管P5管的漏端(Drain)與 Ground之間，形成電源到地的電流通路。
所述控制電路中的第一反向器INVl和第二反向器INV2是由第二電源電壓VOUT 供電，第一電阻Rl跨接在第二反向器INV2的輸出端與第一控制信號(hào)Controll間。第一電 阻Rl可以防止第二反向器INV2的輸出高電平影響后級(jí)電路的電平，起到一定保護(hù)作用。第 三反向器INV3由電壓切換后的電源電壓VDD供電，其主要是第一控制信號(hào)Controll取反 得到第二控制信號(hào)Control2，完成第一 PMOS管Pl和第二 PMOS管P2的開(kāi)、關(guān)控制。
第四、第五、第六反向器INV4、INV5和INV6都是由VDD供電，其中，第四、第六反向 器INV4與INV6構(gòu)成一個(gè)鎖存器(Latch)，能鎖存前一個(gè)信號(hào)，直到下個(gè)不同的信號(hào)到來(lái)才 改變，確保了第一 PMOS管Pl和第二 PMOS管P2在一定條件下保持關(guān)或開(kāi)的狀態(tài)。第五反 向器INV5和第六PMOS管P6、第三PMOS管P3構(gòu)成反饋控制回路，使得系統(tǒng)更穩(wěn)定。第二電 阻R2、第二電容C2和第三電容C3構(gòu)成RC延時(shí)電路，使得控制更平滑。
第一 PMOS管Pl和第二 PMOS管P2尺寸大小相同，在物理版圖上需要匹配，需要對(duì) 稱，具體根據(jù)所驅(qū)動(dòng)的子電路模塊消耗電流的大小確定Pl和P2的尺寸，其一般是由數(shù)十個(gè) PMOS管并聯(lián)構(gòu)成。其中，第一 PMOS管Pl的一端接到第一電源電壓VIN上，另一端和第四端 一同接到切換后的電源電壓VDD上，第一 PMOS管Pl柵端fete接第一控制信號(hào)Controll ； 第二 PMOS管P2的一端接到第二電源電壓VOUT上，另一端和第四端接到換后的電源電壓 VDD上，柵端接第二控制信號(hào)Control。
當(dāng)?shù)谝浑娫措妷篤IN大于第二電源電壓VOUT時(shí)，第五PMOS管P5導(dǎo)通得比第四 PMOS管P4厲害，即IP5大于IP4，此時(shí)IP4小于第一電流源ILNetl被下拉到地，所以Netl 的電壓等于零，這樣第一控制信號(hào)Controll信號(hào)為低電平而第二控制信號(hào)Control〗為高 電平，第一 PMOS管Pl導(dǎo)通第二 PMOS管P2截止；切換后的電源電壓VDD等于第一電源電壓 VIN，后級(jí)子模塊電路都采用第一電源電壓VIN經(jīng)過(guò)電壓切換電路后的VDD供電。此時(shí)，鎖 存器Latch鎖存的是低電平“O”。
當(dāng)?shù)谝浑娫措妷篤IN小于第二電源電壓VOUT時(shí)，第四PMOS管P4導(dǎo)通的比第五 PMOS管P5厲害，即P4產(chǎn)生的電流IP4大于P5產(chǎn)生的電流IP5，Netl被上拉到高電平VOUT， 此時(shí)第一控制信號(hào)Controll信號(hào)為高電平而第二控制信號(hào)Control2為低電平，第一 PMOS管Pl截止第二 PMOS管P2導(dǎo)通，切換后的電源電壓VDD等于第二電源電壓V0UT，后級(jí)子模 塊電路都采用第二電源電壓VOUT經(jīng)過(guò)電壓切換電路后的VDD供電。此時(shí)，鎖存器Latch鎖 存的是高電平“1”。
當(dāng)?shù)谝浑娫措妷篤IN約等于第二電源電壓VOUT時(shí)，根據(jù)鎖存器的狀態(tài)確定第一 PMOS管Pl或第二 PMOS管P2導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)對(duì)后級(jí)供電。
如圖4示，本發(fā)明所述電路實(shí)現(xiàn)第一電源電壓VIN與第二電源電壓VOUT間電壓切 換，為后級(jí)的子模塊電路提供所需的切換后的電源電壓VDD，減少電平轉(zhuǎn)換電路的使用，簡(jiǎn) 化了子模塊電路的供電電路，同時(shí)供電電路的可靠性高。
本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特征已揭示如上，然而熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員仍可能基 于本發(fā)明的教示及揭示而作種種不背離本發(fā)明精神的替換及修飾，因此，本發(fā)明保護(hù)范圍 應(yīng)不限于實(shí)施例所揭示的內(nèi)容，而應(yīng)包括各種不背離本發(fā)明的替換及修飾，并為本專利申 請(qǐng)權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種電壓切換電路，其特征在于該電壓切換電路具有兩個(gè)不同的輸入電源電壓和 切換后的電源電壓(VDD)，所述兩個(gè)不同的輸入電源電壓為第一電源電壓(VIN)和第二電 源電壓(VOUT)；所述電壓切換電路包括比較電路，控制電路以及由MOS管構(gòu)成的開(kāi)關(guān)電路； 所述比較電路對(duì)所述第一電源電壓(VIN)和第二電源電壓(VOUT)進(jìn)行比較后得到一數(shù)字 信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)娇刂齐娐分锌刂铺幚砗?，得到控制所述開(kāi)關(guān)電路導(dǎo)通狀態(tài)的控制 信號(hào)，而開(kāi)關(guān)電路的導(dǎo)通狀態(tài)進(jìn)而決定切換后的電源電壓(VDD)是由第一電源電壓(VIN) 還是第二電源電壓(VOUT)切換而來(lái)。
2.如權(quán)利要求1所述的電壓切換電路，其特征在于所述開(kāi)關(guān)電路由大尺寸PMOS管構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求2所述的電壓切換電路，其特征在于所述PMOS管包括相匹配的第一 PMOS管(Pl)和第二 PMOS管(P2)，且該第一 PMOS管(Pl)和第二 PMOS管(P》的一端分別 接第一電源電壓(VIN)和第二電源電壓(VOUT)，另一端和第四端一同接切換后的電源電壓 (VDD)，柵端分別接控制信號(hào)。
4.如權(quán)利要求1所述的電壓切換電路，其特征在于所述比較電路包括第四PMOS管 (P4)、第五PMOS管(P5)以及分別與這兩個(gè)PMOS管相接的電流源(II、12)。
5.如權(quán)利要求4所述的電壓切換電路，其特征在于所述第四PMOS管和第五PMOS管 的源端和第四襯底一起分別接第一電源電壓(VIN)和第二電源電壓(VOUT)，漏端分別與所 述的電流源(11、1幻相接，且第四PMOS管和第五PMOS管接成電流鏡像電路。
6.如權(quán)利要求1所述的電壓切換電路，其特征在于所述控制電路包括第一反向器 (INVl)、第二反向器(INV2)、第三反向器(INV3)、第四反向器(INV4)、第五反向器(INV5)、 第六反向器(INV6)，以及第三PMOS管(P3)和第六PMOS管(P6)，所述控制信號(hào)包括第一控 制信號(hào)(Controll)與第一控制信號(hào)(Controll)相反的第二控制信 號(hào)(Control〗)。
7.如權(quán)利要求6所述的電壓切換電路，其特征在于所述第一反向器(INVl)和第二 反向器(INV2)由其中一輸入電源電壓供電，并輸出第一控制信號(hào)(Control 1)，第三反向器 (INV3)由切換后的電源電壓(VDD)供電，并將第一控制信號(hào)(Controll)取反得到第二控制 信號(hào)(Control2)；
8.如權(quán)利要求6所述的電壓切換電路，其特征在于所述第四反向器(INV4)、第五反向 器(INV5)和第六反向器(INV6)由輸出電源電壓(VDD)供電，且第四反向器(INV4)和第六 反向器(INV6)構(gòu)成一鎖存器以鎖存前一個(gè)信號(hào)；
9.如權(quán)利要求6所述的電壓切換電路，其特征在于所述第五反向器(INV5)和第三 PMOS管(P3)及第六PMOS管(P6)構(gòu)成反饋控制回路。
10.如權(quán)利要求6所述的電壓切換電路，其特征在于所述控制電路還包括第一電容 (Cl)、第二電容(C2)、第三電容(C3)和第一電阻(Rl)、第二電阻(R2)。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種電壓切換電路，其包括比較電路，控制電路以及由MOS管構(gòu)成的開(kāi)關(guān)電路；所述比較電路對(duì)兩個(gè)不同的輸入電源電壓即第一電源電壓(VIN)和第二電源電壓(VOUT)進(jìn)行比較后得到一數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)娇刂齐娐分锌刂铺幚砗?，得到控制所述開(kāi)關(guān)電路導(dǎo)通狀態(tài)的控制信號(hào)，而開(kāi)關(guān)電路的導(dǎo)通狀態(tài)進(jìn)而決定切換后的電源電壓(VDD)是由第一電源電壓(VIN)還是第二電源電壓(VOUT)切換而來(lái)；本發(fā)明電壓切換電路使升降壓(Buck-Boost)DC-DC芯片中的不同子模塊供電電源選擇更靈活、更可靠，且節(jié)省了芯片面積，也降低了成本。
文檔編號(hào)H02M3/157GK102035385SQ20101061112
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者徐君怡, 杜坦, 江石根, 王金吉, 石萬(wàn)文, 陳志明, 雷紅軍, 黃君山 申請(qǐng)人:蘇州華芯微電子股份有限公司