CN101047313A - 过压保护控制电路和过压保护控制方法 - Google Patents

过压保护控制电路和过压保护控制方法 Download PDF

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CN101047313A CNA2007100922057A CN200710092205A CN101047313A CN 101047313 A CN101047313 A CN 101047313A CN A2007100922057 A CNA2007100922057 A CN A2007100922057A CN 200710092205 A CN200710092205 A CN 200710092205A CN 101047313 A CN101047313 A CN 101047313A
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Abstract

本发明提供了一种过压保护控制电路，包括：电压转换电路、电压比较电路和开关电路。电压转换电路基于电源电压产生第一电压和第二电压。电压比较电路基于第一电压和第二电压之间的比较产生控制信号。开关电路响应控制信号确定是否向芯片施加电源电压。过压保护控制电路形成在芯片的内部。

Description

过压保护控制电路和过压保护控制方法
本申请要求于2006年3月31日在韩国知识产权局提交的第10-2006-0029815号韩国专利申请的优先权，其内容通过引用结合于此，以资参考。
                          技术领域
本发明涉及一种过压保护控制电路和过压保护控制方法，所述过压保护控制电路可以形成在芯片的内部，从而可以减小芯片的单价和/或尺寸(例如，芯片版图面积)。
                          背景技术
传统的过压保护控制电路用于抑制和/或防止当大于特定阈值的电压施加到芯片内的数字逻辑电路时导致的数字电路可靠性降低。通常，当施加大约6V或更大的电压时，数字逻辑电路的可靠性会劣化。下面，大约6V或更大的电压将称为“过压”。
图1是示出包括传统的过压保护控制电路的系统的示意图。参照图1，过压保护控制电路10可以确定电源电压USB的过压。当电源电压没有处于过压时，过压保护控制电路10可以向片上系统(SOC)20施加电源电压。由与SOC 20分离的芯片形成的传统的过压保护控制电路10会增加所得系统和/或芯片的成本和/或大小。由单独的芯片形成的过压保护控制电路也会限制尺寸减小和/或系统的集成。
                          发明内容
示例性实施例涉及过压保护控制电路，例如，用于确定过压的在片上系统(SOC)构造中包括BJT二极管和电阻(或电阻器)梯的过压保护控制电路。示例性实施例还涉及过压保护控制方法。
至少一个示例性实施例提供了一种过压保护控制电路，其可以减小芯片的单价和/或片上系统(SOC)的版图面积。至少一个其他示例性实施例提供了一种过压保护控制方法，其可以减小芯片的单价和/或SOC的版图面积。
至少一个示例性实施例提供了一种过压保护控制电路，包括：电压转换电路、电压比较电路和开关电路。电压转换电路可以将电源电压转换成第一电压和第二电压。电压比较电路可以通过比较第一电压和第二电压产生控制信号。开关电路可以响应控制信号确定是否向芯片施加电源电压。
根据至少一些示例性实施例，电压转换电路可以形成在芯片的内部，并且可以包括第一电压发生器和第二电压发生器。第一电压发生器可以将电源电压转换成第一电压。第二电压发生器可以将电源电压转换成第二电压。第一电压发生器可以包括与第一电压的电平相对应的多个BJT二极管。根据至少一个示例性实施例，第一电压发生器可以包括两个BJT二极管。第二电压发生器可以包括多个电阻器。例如，第二电压发生器可以包括由串联连接的两个电阻器形成的电阻梯。第二电压发生器可以通过分配电源电压来产生第二电压。
根据至少一些示例性实施例，电压比较电路可以形成在芯片的内部，并且可以包括比较器和反相器。比较器可以输出比较第一电压和第二电压的比较结果。反相器可以通过使比较结果的逻辑电平反相产生控制信号。当第二电压大于第一电压时，电压比较电路可以产生为逻辑低L的控制信号。第二电压可以用作电压比较电路的操作电源。
根据至少一些示例性实施例，开关电路可以包括至少两个晶体管和一个电阻器。例如，开关电路可以包括NMOS晶体管、电阻器和PMOS晶体管。控制信号可以用作至少一个晶体管(例如，NMOS晶体管)的栅电压。电阻器可以使电源电压降低期望的量。期望的降低了的电源电压可以用作所述至少两个晶体管中的另一个(例如，PMOS晶体管)的栅电压。当第二电压大于第一电压时，具有期望的降低了的电源电压作为栅电压的晶体管(例如，PMOS晶体管)可以截止。
至少一个其他示例性实施例提供了一种过压保护控制方法。至少根据这个示例性实施例，电源电压可以转换成第一电压，并且电源电压可以转换成第二电压。可以比较第一电压和第二电压，并且可以基于比较第一电压和第二电压的比较结果确定是否向芯片施加电源电压。
根据至少一些示例性实施例，当确定第二电压大于第一电压时，可以不向芯片施加电源电压。可以通过与第一电压的电平相对应的多个BJT二极管来执行电源电压向第一电压的转换。所述多个BJT二极管可以形成在芯片的内部。可以通过基于由串联连接的两个电阻器形成的电阻梯的比例分配电源电压，来执行电源电压向第二电压的转换。电阻梯可以形成在芯片的内部。根据至少一些示例性实施例，第一电压可第二电压的比较可以包括在比较第一电压和第二电压之后产生比较结果。可以使用第二电压作为操作电压来执行第一电压和第二电压的比较。
至少一个其他示例性实施例提供了一种过压保护控制电路。过压保护控制电路可以包括电压转换电路、电压比较电路和开关电路。电压转换电路可以被构造成基于电源电压产生第一电压和第二电压。电压比较电路可以被构造成基于第一电压和第二电压的比较产生控制信号。开关电路可以被构造成响应控制信号确定是否向芯片施加电源电压。
根据至少一些示例性实施例，第二电压发生器可以包括多个电阻器，并可以被构造成通过分配电源电压来产生第二电压。第一电压发生器可以包括被构造成将电源电压转换成第一电压的多个二极管。电压转换电路和电压比较电路可以形成在芯片上。
至少一个其他示例性实施例提供了一种过压保护控制方法。至少根据这个方法，可以基于电源电压产生第一电压和第二电压，并可以比较第一电压和第二电压。可以基于第一电压和第二电压的比较结果来确定是否向芯片施加电源电压。
                          附图说明
通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，本发明将变得更加清楚，附图中：
图1是包括传统的过压保护控制电路的系统的示意图；
图2是根据示例性实施例的过压保护控制电路的示图；
图3是示出图2的过压保护控制电路中的每个电压电平的曲线图；
图4是示出由图2的过压保护控制电路施加到芯片的电压范围的曲线图；
图5是示出根据示例性实施例的过压保护控制方法的流程图。
                          具体实施方式
现在将参照附图更全面地描述本发明的多个示例性实施例，附图中示出了本发明的一些示例性实施例。在附图中，为了清晰起见，放大了层和区域的厚度。
这里公开了本发明的详细的说明性实施例。然而，这里公开的具体结构和功能上的细节只代表用于描述本发明的示例性实施例的目的。而本发明可以以多种可选的形式实施，并不应理解为只限于这里阐述的实施例。
因此，虽然本发明的示例性实施例能够有各种修改和可选形式，但是在附图中以示例的方式示出其实施例，并且将在这里详细描述其实施例。然而，应该理解，没有意图将本发明的示例性实施例限制于所公开的特定形式，恰恰相反，本发明的示例性实施例将覆盖落入本发明范围的所有修改、等同物和替换。整个附图描述中，相同的标号表示相同的元件。
应该理解，虽然这里可使用第一、第二等术语来描述各个元件，但是这些元件不应被这些术语限制。这些术语只是用来将一个元件与另一元件相区分。例如，在不脱离本发明示例性实施例的范围的情况下，第一元件可被描述为第二元件，相似地，第二元件可以被描述为第一元件。这里所使用的术语“和/或”包括一个或多个所列出的相关术语的任意组合及所有组合。
应该理解，当元件被称为“连接到”或“结合到”另一元件时，该元件可以直接连接到或结合到另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接连接到”或“直接结合到”另一元件时，不存在中间元件。应该以相似的方式来理解用于描述元件间关系的其他词语(例如，“在...之间”相对于“直接在...之间”，“相邻”相对于“直接相邻”等)。
这里所使用的术语只是为了描述具体的实施例，并不是为了限制本发明的示例性实施例。如这里所使用的单数形式意在也包括复数形式，除非上下文明确指出不包括复数形式。还应明白，当这里使用术语“包括”时，指定存在所述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组。
还应指出的是，在一些可选实施方式中，所指出的功能/作用的次序会与附图中指出的次序不同。例如，取决于所包含的功能/作用，连续示出的两幅图实际上可以基本上同时被执行，或者有时可以以相反的次序执行。
图2是根据示例性实施例的过压保护控制电路的示图。参照图2，过压保护控制电路可以包括电压转换单元120、电压比较单元160和开关单元140。电压转换单元120、电压比较单元160和开关单元140也可以被称为电压转换电路120、电压比较电路160和开关电路140。但是，为了清晰起见，将相对于电压转换单元120、电压比较单元160和开关单元140来描述示例性实施例。基于电源电压USB，电压转换单元120可以产生第一电压V1和第二电压V2。在至少一个示例性实施例中，电压转换单元120可以将电源电压USB转换成第一电压V1和第二电压V2。电压转换单元120可以形成在芯片180的内部。至少在这个实施例中，芯片180可以是片上系统(SOC)。电压转换单元120可以包括第一电压发生器122和第二电压发生器124。
仍参照图2，第一电压发生器122可以将电源电压USB转换成第一电压V1。第一电压发生器122可以包括与第一电压V1的电平相对应的多个双极型晶体管(BJT)二极管。例如，BJT二极管的数目可以与第一电压V1的期望电平相对应。至少根据这个示例性实施例，如图2所示，第一电压发生器122可以包括两个电阻器和两个BJT二极管。
第二电压发生器124可以将电源电压USB转换成第二电压V2。第二电压发生器124可以包括多个电阻器。例如，在图2中，第二电压发生器124可以包括由两个串联连接的电阻器形成的电阻梯。通过分配电源电压USB，第二电压发生器124可以产生第二电压V2。
在示例性操作中，可以小于或等于大约15V的电源电压USB可以通过压焊块施加到芯片180的内部。因此，芯片180内部的第一电压发生器122和第二电压发生器124可以接收电源电压USB。
图3是示出图2的过压保护控制电路中的每个电压电平的曲线图。参照图2和图3，施加到第一电压发生器122和第二电压发生器124的电源电压USB可以具有在大约0V和大约15V之间的电压电平(包括大约0V和大约15V)。基于BJT二极管或二极管的特性，当电源电压USB大于或等于参考电压Vx时，第一电压发生器122可以用电源电压USB使第一电压V1饱和。
在这个实施例中，可以通过二极管堆叠的数目来调节饱和的第一电压V1。如图2所示，第一电压发生器122可以包括两个堆叠的二极管。因此，饱和的第一电压V1可以为大约1.4V。
第二电压发生器124可以产生第二电压V2，其中，图3中第二电压V2的斜率由电阻梯中串联的两个电阻器之比确定。在这个实施例中，当电源电压USB等于参考电压Vx时，第一电压V1的图示与第二电压V2的图示相交。例如，当电源电压USB小于参考电压Vx时，第二电压V2可小于第一电压V1，而当电源电压USB大于参考电压Vx时，第二电压V2可大于第一电压V1。
因为第一电压V1可以由二极管堆叠的数目确定，第二电压V2可以由电阻器之比确定，所以可以通过调节二极管堆叠的数目或电阻梯的比来确定参考电压Vx。为了使参考电压Vx用来确定电源电压USB的过压，参考电压Vx可以为大约6V。
再次参照图2，电压比较单元160可以比较第一电压V1和第二电压V2，以产生控制信号XCON。电压比较单元160也可以形成在芯片180的内部。例如，电压转换单元120和电压比较单元160可以共同位于单个芯片(如SOC)上。
电压比较单元160可以包括比较器162和反相器164。比较器162可以接收并比较第一电压V1和第二电压V2，并基于所述比较输出一个或多个结果(例如，比较结果)。
当第二电压V2大于第一电压V1时(例如，当电源电压USB大于参考电压Vx时)，比较器162可以输出具有逻辑高H的比较结果。另一方面，当第二电压V2小于第一电压V1时(例如，当电源电压USB小于参考电压Vx时)，比较器162可以输出具有逻辑低L的比较结果。
反相器164可以将比较结果的逻辑电平反相，以产生控制信号XCON。因此，当电源电压USB处于过压时(例如，当电源电压USB大于参考电压Vx时)，可以产生为逻辑低L的控制信号XCON。
在这个实施例中，电压比较单元160可以使用第二电压V2作为电源电压。因为模拟比较器162只需要输出高逻辑电平或低逻辑电平，所以第二电压V2可以用作电压比较单元160的操作电源。例如，因为比较器162不需要执行更高或较高速的操作，所以比较器162可以不受操作电源电压改变的影响。
当第二电压V2用作电压比较单元160的操作电源时，可以不需要单独的电源来操作电压比较单元160。因此，可以抑制和/或防止内压问题。
参照图2，开关单元140可以响应控制信号XCON确定是否将电源电压USB施加到芯片。至少根据这个示例性实施例，开关单元140可以形成在芯片180的外部，并与电压转换单元120和电压比较单元160分离。开关单元140可以由可使用例如特殊FET工艺制成的器件形成，因而可以不集成到芯片180的内部。
开关单元140可以包括第一晶体管N1、电阻器R1和第二晶体管P1。至少根据这个示例性实施例，第一晶体管N1可以为NMOS晶体管，第二晶体管P1可以为PMOS晶体管，但是，可以使用任何合适的晶体管或开关器件。第一晶体管N1可以采用控制信号XCON作为栅电压。因此，当电源电压USB未处于过压时(例如，当控制信号XCON被施加为逻辑高H时)，第一晶体管N1可以导通。
当第一晶体管N1导通时，电流流至电阻器R1，电阻器R1可以将电源电压USB减小期望的、具体的或特定的量。电阻器R1可以具有在大约10KΩ和大约100KΩ之间的电阻(包括大约10KΩ和大约100KΩ)。
在第二晶体管P1中，可以采用减小的电源电压USB作为栅电压。因此，第二晶体管P1可以导通。当第二晶体管P1导通时，电源电压USB可以施加到芯片180中的数字逻辑电路。然而，当电源电压USB处于过压时(例如，当控制信号XCON被施加为逻辑低L时)，第一晶体管N1可以截止。当第一晶体管N1截止时，电流不能流至电阻器R1。因此，第二晶体管P1可以截止。当第二晶体管P1截止时，电源电压USB可以不施加到芯片180中的数字逻辑电路。
图4是示出由图2的过压保护控制电路施加到芯片180的电压范围的曲线图。参照图4，图2中的过压保护控制电路可以在可不影响器件可靠性的范围内向芯片180施加电压。例如，在至少根据这个示例性实施例的过压保护控制电路中，即使当较高的电压施加到芯片180时，也可以通过调节BJT二极管堆叠的数目或电阻梯的比来减小电源电压USB。
图5是示出根据示例性实施例的过压保护控制方法500的流程图。参照图5，在过压保护控制方法500中，在S510，电源电压可以转换成第一电压，在S520，电源电压可以转换成第二电压。在S530，可以比较第一电压和第二电压，在S540，基于比较第一电压和第二电压的结果(例如，比较结果)，可以确定是否向芯片施加电源电压。
在S540确定是否向芯片施加电源电压的过程中，当第二电压大于第一电压时，可以不向芯片施加电源电压。至少根据这个示例性实施例的过压保护控制方法可以被执行，因而以与上面对于图2所述的过压保护控制电路相同或基本相同的方式操作。因此，为了简洁起见，将省略对过压保护控制方法的详细描述。
通过采用示例性实施例，过压保护控制电路可以形成在芯片的内部，这可以减小芯片的单价和/或尺寸(例如，芯片版图面积)。
虽然已经参照本发明的示例性实施例具体地示出和描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该明白，在不脱离如权利要求限定的本发明的范围和精神的情况下，可对其在形式和细节上作出各种改变。

Claims (24)

1、一种过压保护控制电路，包括：
电压转换电路，被构造成基于电源电压产生第一电压和第二电压；
电压比较电路，被构造成基于第一电压和第二电压的比较来产生控制信号；
开关电路，被构造成响应控制信号确定是否向芯片施加电源电压。
2、如权利要求1所述的过压保护控制电路，其中，所述电压转换电路布置在芯片上。
3、如权利要求1所述的过压保护控制电路，其中，所述电压转换电路包括：
第一电压发生器，被构造成将电源电压转换成第一电压，
第二电压发生器，被构造成将电源电压转换成第二电压。
4、如权利要求3所述的过压保护控制电路，其中，所述第二电压发生器包括：
多个电阻器，所述第二电压发生器被构造成通过分配电源电压来产生第二电压。
5、如权利要求4所述的过压保护控制电路，其中，所述多个电阻器包括串联连接的至少两个电阻器。
6、如权利要求1所述的过压保护控制电路，其中，所述第一电压发生器包括：
多个二极管，被构造成将电源电压转换成第一电压。
7、如权利要求6所述的过压保护控制电路，其中，所述多个二极管包括两个二极管。
8、如权利要求1所述的过压保护控制电路，其中，所述电压比较电路布置在芯片上。
9、如权利要求1所述的过压保护控制电路，其中，所述电压比较电路包括：
比较器，被构造成基于第一电压和第二电压的比较来输出比较结果；
反相器，被构造成通过使比较结果的逻辑电平反相来产生控制信号。
10、如权利要求1所述的过压保护控制电路，其中，所述电压比较电路被构造成当第二电压大于第一电压时，产生逻辑低L作为控制信号。
11、如权利要求1所述的过压保护控制电路，其中，第二电压被用作所述电压比较电路的操作电源。
12、如权利要求1所述的过压保护控制电路，其中，所述开关电路包括：
第一晶体管，接收控制信号作为栅电压；
电阻器，被构造成将电源电压减小第一量；
第二晶体管，接收减小的电源电压作为栅电压。
13、如权利要求12所述的过压保护控制电路，其中，当第二电压大于第一电压时，所述第二晶体管截止。
14、如权利要求1所述的过压保护控制电路，其中，所述芯片是片上系统。
15、如权利要求1所述的过压保护控制电路，其中，所述电压转换电路和所述电压比较电路布置在芯片上。
16、一种过压保护控制方法，包括：
基于电源电压产生第一电压和第二电压；
比较第一电压和第二电压；
基于第一电压和第二电压的比较结果确定是否向芯片施加电源电压。
17、如权利要求16所述的过压保护控制方法，其中，当第二电压大于第一电压时，不向芯片施加电源电压。
18、如权利要求16所述的过压保护控制方法，其中，通过多个二极管来执行第一电压的产生。
19、如权利要求18所述的过压保护控制方法，其中，所述多个二极管形成在芯片上。
20、如权利要求16所述的过压保护控制方法，其中，通过基于由串联连接的至少两个电阻器形成的电阻梯的比例分配电源电压，来执行第二电压的产生。
21、如权利要求20所述的过压保护控制方法，其中，所述电阻梯形成在芯片上。
22、如权利要求16所述的过压保护控制方法，其中，所述比较第一电压和第二电压的步骤包括：
在比较第一电压和第二电压之后产生至少一个比较结果。
23、如权利要求22所述的过压保护控制方法，其中，使用第二电压作为操作电压来执行第一电压和第二电压的比较。
24、如权利要求16所述的过压保护控制方法，其中，所述芯片是片上系统。
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