CN102148564B - 电压转换电路 - Google Patents

Abstract

一种电压转换电路，用于向负载单元提供电压，所述电压转换电路包括：电压调节器，所述电压调节器包括电压输出端，对参考电压进行调节并产生输出电压输出至所述电压输出端，所述电压输出端在所述负载单元未工作时通过所述泄放单元泄放电流值为预设值的泄放电流，在所述负载单元工作时停止泄放所述泄放电流。本发明减小了电压输出端的输出电压的幅值抖动，保证了负载单元的正常工作。

Description

电压转换电路

技术领域

本发明涉及一种电压转换电路。

背景技术

芯片内部往往需要多个精准的电压，用作不同模块的控制信号或者参考电压信号，如闪存(flash memory)中的编程电压、擦除电压等。现有技术中的电压转换电路一般使用基准电压源产生参考电压，再使用电压调节器(regulator)对该参考电压进行调节，根据不同模块的需求产生相应电压值的输出电压。

图1示出了现有技术的一种电压转换电路示意图，使用电压调节器对基准电压源产生的参考电压Vref进行调节，产生输出电压Vout，所述电压调节器包括：运算放大器101，驱动单元102和反馈单元103。所述运算放大器101用作比较器，其两个输入端分别连接参考电压Vref和反馈单元103产生的反馈电压Vfb，其输出端连接所述驱动单元102；所述驱动单元102产生输出电压Vout并输入至所述反馈单元103产生所述反馈电压Vfb。所述电压调节器的输出电压Vout输入至负载单元104，所述负载单元104可以包括电容型负载1041和/或电流型负载1042，如闪存器件的读控制信号端口。

图2为图1所示的电压转换电路的具体电路结构，其中驱动单元102具体包括PMOS晶体管M1，反馈单元103具体包括由电阻R1和电阻R2构成的电阻网络。其中，运算放大器101用作比较器，反馈单元103产生的分压电压作为反馈电压Vfb，通过反馈电压Vfb与参考电压Vref的比较结果来控制PMOS晶体管M1的导通情况，经过多次反馈后，使得反馈电压Vfb与参考电压Vref的电压值趋于相等，从而得到稳定的输出电压。在实际应用中，可以通过调整参考电压Vref的电压值和反馈单元103中的电阻网络的电阻值使得输出电压Vout为预定电压值。

关于电压转换电路及电压调节器，更多详细说明还可以参考已经公开的申请号为200710197115.4的中国专利申请。

通常，图1和图2中的负载单元104并不是一直保持工作状态的，而是在一使能信号有效后才开始工作，从而可以等效成电流型或者电容型负载，而在使能信号无效的情况下，等效为开路状态。图3示出了使能信号和所述电压调节器产生的输出电压的示意图，结合图3和图2，在使能信号EN有效后，负载单元104开始工作，使得整个电压调节器的负载改变。由于通过PMOS晶体管M1的瞬态电流是固定的，而电容型负载1041和电流型负载1042都会产生分流效果，导致通过电阻R1和R2的电流变小，使得整个电压调节器的输出电压Vout的电压值降低，同时反馈单元103产生的反馈电压Vfb也降低，经过反馈之后，输出电压Vout逐渐恢复至预定电压值。但是，由于电压调节器为反馈式的工作过程，输出电压Vout从开始降低到恢复至预定电压值往往要经过一定的反馈延迟，因此，负载单元104开始工作后，输出电压Vout的电压曲线出现向下的幅值抖动，影响负载单元104的正常工作。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种电压转换电路，减小其输出电压在负载单元开始工作时的幅值抖动。

为解决上述问题，本发明提供了一种电压转换电路，用于向负载单元提供电压，所述电压转换电路包括：

电压调节器，所述电压调节器包括电压输出端，对参考电压进行调节并产生输出电压输出至所述电压输出端，所述电压输出端连接所述负载单元；

泄放单元，连接所述电压输出端，所述电压输出端在所述负载单元未工作时通过所述泄放单元泄放电流值为预设值的泄放电流，在所述负载单元工作时停止泄放所述泄放电流。

可选的，所述电压输出端在所述负载单元未工作时通过所述泄放单元泄放电流值为预设值的泄放电流包括所述电压输出端在所述负载单元开始工作前的预定时间内泄放所述泄放电流。

可选的，所述泄放单元包括：

泄流器，包括电流输出端，所述泄流器产生电流值为所述预设值的泄流电流并输出至所述电流输出端，所述泄流电流的方向与流出所述电压输出端的电流方向相同；

开关单元，包括第一端、第二端和控制端，所述第一端连接所述泄流器的电流输出端，所述第二端连接所述电压输出端，所述控制端在所述负载单元未工作时控制所述第一端和第二端连通，在所述负载单元工作时控制所述第一端和第二端断开。

可选的，所述负载单元由使能信号控制，在所述使能信号有效时工作，在所述使能信号无效时停止工作，所述泄放单元还包括检测单元，对所述使能信号进行检测，产生检测信号，输入至所述控制端，控制所述第一端和第二端连通的连通或断开。

可选的，所述检测单元包括反相器，其输入端接收所述使能信号，输出端输出所述检测信号。

可选的，所述负载单元由第一使能信号和第二使能信号控制，在所述第一使能信号和第二使能信号同时有效时工作，否则停止工作；所述泄放单元还包括检测单元，对所述第一使能信号和第二使能信号进行检测，产生检测信号；所述检测信号输入至所述控制端，在所述第一使能信号和第二使能信号其中之一有效时控制所述第一端和第二端连通，否则控制所述第一端和第二端断开。

可选的，所述检测单元包括异或门，其两个输入端分别接收所述第一使能信号和第二使能信号，输出端输出所述检测信号。

可选的，所述泄流器包括电流源，产生所述泄流电流。

与现有技术相比，本技术具有以下优点：在负载单元开始工作之前，由于泄放单元产生泄流电流，电压调节器的电压输出端可以通过泄放单元泄放电流值与所述泄流电流的电流值相等的泄放电流，以使电压调节器对负载单元的工作电流进行预适应，从而减小了负载单元开始工作后电压调节器的输出电压的幅值抖动。

附图说明

图1是现有技术的一种电压转换电路的示意图；

图2是图1所示电压转换电路对应的电路示意图；

图3是现有技术的电压转换电路的输出电压与负载单元的使能信号的时序关系示意图；

图4是本发明实施方式的电压转换电路连接负载单元的结构示意图；

图5是图4所示的泄放单元的一个实施例电路示意图；

图6图4所示的使能信号、检测信号、泄放电流和输出电压的时序关系示意图；

图7是泄放单元的另一实施例电路示意图；

图8是图7所示的第一使能信号、第二使能信号、检测信号、泄放电流和输出电压的时序关系示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

现有技术的电压转换电路中，使用电压调节器的输出电压作为负载单元的控制电压，在负载单元开始工作时，造成整个电压调节器的输出负载改变，而且由于电压调节器的反馈延时，使得电压调节器的输出电压产生幅值的抖动，影响所述负载单元的正常工作。

本发明的技术方案在电压转换电路中增加了泄放单元，在负载单元开始工作前，电压调节器的电压输出端通过所述泄放单元泄放电流值为预设值的泄放电流，以使得负载单元未工作时电压调节器对负载单元的工作电流进行预适应，避免了负载单元刚开始工作时由于电压调节器的反馈延时导致的输出电压的幅值抖动，从而保证了负载单元的正常工作。

图4示出了本发明实施方式的电压转换电路连接负载单元的结构示意图。所述负载单元204可以包括电容型负载2041和/或电流型负载2042，如闪存器件的读端口。本实施例中，所述负载单元204的工作状态由使能信号EN控制，在所述使能信号EN有效时工作，等效为电流型负载；在所述使能信号无效时停止工作，等效为开路。负载单元204包括电压输入端，负载单元204的工作电压或控制电压(例如，闪存的编程电压、擦除电压)由输入所述电压输入端的电压提供。

如图4所示，所述电压转换电路用于向负载单元204提供电压，主要包括：电压调节器200和泄放单元205，所述电压调节器200包括电压输出端，其产生的输出电压Vout输出至所述电压输出端，并输入至负载单元204的电压输入端；所述泄放单元205连接所述电压输出端，在负载单元204未工作时，所述电压输出端通过泄放单元205泄放电流值为预设值的泄放电流Ib，即电压调节器200的电压输出端、泄放单元205的输入端与负载单元204的电压输入端连接。

所述电压调节器200包括：运算放大器201、驱动单元202和反馈单元203。所述运算放大器201的两个输入端分别连接参考电压Vref和反馈电压Vfb，输出端连接所述驱动单元202的输入端；所述驱动单元202产生输出电压Vout；所述反馈单元203接收所述输出电压Vout并产生所述反馈电压Vfb。与现有技术类似的，所述驱动单元202可以包括PMOS晶体管，所述反馈单元203可以包括串联电阻构成的电阻网络。

所述泄放单元205在所述负载单元204未工作时，使得所述电压调节器200的电压输出端通过所述泄放单元205泄放电流值为预设值的泄放电流Ib，所述泄放单元205的输入端连接所述电压调节器200的电压输出端，即所述泄放电流Ib的方向为流出所述电压调节器200的电压输出端的方向，即流出所述电压调节器200的电压输出端、所述负载单元204的电压输入端与所述泄放单元205的连接节点的方向，如图4所示的箭头方向，或者说，所述泄放电流Ib相当于所述电压调节器200的电流负载。

所述泄放电流Ib的预设值取决于所述负载单元204的工作电流，与所述负载单元204的工作电流相适应，例如可以为0.5μA至10μA，使得在所述负载单元204开始工作之前，所述电压调节器200能够对相应的电流负载进行预适应，由于泄放单元205作为电流负载的作用，使得电压调节器200的电压输出端的输出电压Vout可以在负载单元204开始工作之前保持在固定值，从而避免负载单元204开始工作时由于反馈延时造成的输出电压Vout的幅值抖动，保证负载单元204的正常工作。

在实际应用中，可以根据所述电压调节器200和负载单元204的具体电路结构，使用模拟软件(如spice)进行仿真，确定所述泄放电流Ib的预设值，以减小负载单元204开始工作时由于反馈延时造成的输出电压Vout的幅值抖动。

本实施例中，所述泄放单元205包括开关单元207和泄流器208，所述泄流器208产生电流值为所述预设值的泄流电流Is并输出至其电流输出端，且所述泄流电流Is的方向与流出所述电压输出端的电流方向相同，更具体地说，是与流出所述电压调节器200的电压输出端、所述负载单元204的电压输入端与所述泄放单元205的连接节点的方向相同；所述开关单元207包括第一端、第二端和控制端，所述第一端连接所述泄流器208的电流输出端，所述第二端连接所述电压调节器200的电压输出端，所述控制端在所述负载单元204未工作时控制所述开关单元207闭合，使所述开关单元207的第一端和第二端连通，在所述负载单元204工作时控制所述开关单元207断开，使所述开关单元207的第一端和第二端断开。

作为一个优选的实施例，所述泄放单元205还包括检测单元206，对所述使能信号EN进行检测，产生检测信号，输入至所述开关单元207的控制端，控制所述开关单元207的状态，在所述使能信号无效时(即所述负载单元204未工作时)闭合，使得所述泄放单元205作为电压调节器200的电流负载；或在所述使能信号有效时(即所述负载单元204工作时)断开。

需要说明的是，所述泄放电流Ib的预设值如果过小，远小于所述负载单元204的工作电流，会导致所述电压调节器200不能进行充分的预适应，使得所述负载单元204开始工作后接收到的电压信号仍然有较明显的抖动；所述泄放电流Ib的预设值如果过大，远大于所述负载单元204的工作电流，使得所述负载单元204开始工作后接收到的电压信号会出现向上的抖动，影响所述负载单元204的正常工作甚至造成电路损坏。另外，在所述负载单元204开始工作后，所述泄放单元205的开关单元207立即断开，使得所述电压调节器200的电流负载基本不变，从而保证其输出电压Vout的幅值抖动较小。如果所述开关单元207过早或者过晚关断，会导致所述电压调节器200的负载出现较大改变，仍然会造成输出电压Vout的幅值抖动，影响负载单元204的正常工作。

本实施例中，所述泄放单元205在负载单元204未工作时持续产生泄流电流Is，使得整个系统功耗略大，在本发明的其他优化的实施例中，可以仅在所述负载单元204开始工作前的一预定时间开始泄放所述泄放电流Ib，也就是说，在所述负载单元204开始工作前的预定时间内闭合所述开关单元207，连通所述第一端和第二端。但应保证所述电压调节器200在所述预定时间内能够对所述泄放电流充分预适应，保证经过反馈延迟后所述输出电压Vout的电压值保持稳定。在实际应用中，可以通过电路模拟软件对所述电压调节器200和负载单元204的具体电路结构进行仿真来确定所述预定时间的具体值，以保证所述电压调节器200在预定时间内能够对泄放电流Ib进行充分的预适应，在一具体实施例中所述预定时间可以为5ns至10ns。

图5示出了本发明的泄放单元连接负载单元的一个实施例的电路示意图。如图5所示，泄放单元包括：检测单元206、开关单元207和泄流器208。所述泄放单元的输入端连接所述电压调节器(图中未示出)的电压输出端和所述负载单元(图中未示出)的电压输入端。

所述负载单元可以包括电容型负载和/或电流型负载，其工作状态由使能信号EN控制。本实施例中，所述负载单元在使能信号EN为高电平时开始工作，在使能信号EN为低电平时停止工作。

所述检测单元206包括反相器，其输入端连接所述使能信号EN，其输出端产生检测信号。同时结合图6，所述检测单元206对所述使能信号EN进行反相后产生检测信号SW。所述检测信号SW输入至所述开关单元207的控制端，控制所述开关单元207闭合或断开，如图6所示，所述使能信号EN无效时(例如低电平)，所述检测信号SW为高电平，所述开关单元207闭合，使得所述泄放电流Ib作为电压调节器的电流负载；所述使能信号EN有效时(例如高电平)，所述检测信号SW为低电平，所述开关单元207断开，使得所述泄放电流Ib关断。由于所述电压调节器已经对泄放电流Ib进行了预适应，因此，负载单元工作后，电压调节器的总电流负载变化不大，使得其输出电压Vout的幅值抖动较小，不会对负载单元的正常工作造成影响。所述泄放电流Ib的预设值与所述负载单元的工作电流相适应，本实施例中具体为0.5μA至10μA。

所述开关单元207可以包括电子开关，具有连接所述泄流器208的电流输出端的第一端、连接所述电压调节器200的电压输出端的第二端和连接所述检测单元206的输出端的控制端。所述开关单元207也可以为其他具有开关特性的元件，如MOS晶体管，其源极和漏极分别对应于开关单元207的第一端和第二端，其栅极对应于开关单元207的控制端。

所述泄流器208包括电流源，产生泄流电流Is，所述泄流电流Is的电流值大小等于所述泄放电流Ib的电流值(即所述预设值)，其电流方向与所述泄放电流Ib的电流方向相同。在所述开关单元207闭合时，该电流源连接至电压调节器的电压输出端，作为电压调节器的电流负载，电压调节器输出泄放电流Ib；在所述开关单元207断开时，该电流源至电压调节器的电压输出端的通路断开，使得泄放电流Ib的电流值降为0，泄放单元等效为开路。

图7示出了本发明的泄放单元的另一实施例的电路示意图。如图7所示，泄放单元包括：检测单元206’、开关单元207和泄流器208。所述泄放单元的输入端连接所述电压调节器(图中未示出)的电压输出端和所述负载单元(图中未示出)的电压输入端。

所述负载单元可以包括电容型负载和/或电流型负载，其工作状态由第一使能信号EN1和第二使能信号EN2控制，在所述第一使能信号EN1和第二使能信号EN2同时有效时开始工作，否则停止工作。本实施例中，所述负载单元具体为闪存的读端口，电压调节器的输出电压Vout具体为读控制电压，所述第一使能信号EN1具体为读使能信号，所述第二使能信号EN2具体为读地址译码过程完成后的译码使能信号，读操作工作过程具体为：读使能信号有效(第一使能信号EN1为高电平)；开始读地址译码；译码结束后，译码使能信号有效(第二使能信号EN2为高电平)；电压调节器的输出电压Vout作为读控制电压输入至所述读端口，开始读取过程。

所述开关单元207和泄流器208的结构与图5所示的开关单元207和泄流器208的结构相同。所述检测单元206’包括异或门，其两个输入端分别连接所述第一使能信号EN1和第二使能信号EN2，其输出端产生检测信号。同时结合图8，所述检测单元206’对所述第一使能信号EN1和第二使能信号EN2进行异或运算后产生检测信号SW。所述检测信号SW输入至所述开关单元207的控制端，控制所述开关单元207闭合或断开，如图8所示，所述第一使能信号EN1和第二使能信号EN2都无效时(本实施例为低电平)，所述检测信号SW为低电平，所述开关单元207断开，泄放电流Ib为0，所述泄放单元等效为开路；所述第一使能信号EN1有效(高电平)而第二使能信号EN2无效(低电平)，所述检测信号SW为高电平，所述开关单元207闭合，所述泄放电流Ib的电流值等于所述预设值，使得所述泄放单元作为电压调节器的电流负载；所述第一使能信号EN1和第二使能信号EN2都有效时，所述检测信号SW为低电平，所述开关单元207断开，此时所述负载单元开始工作，所述泄放单元相当于开路，所述电压调节器的负载仅包括所述负载单元；之后，所述检测信号SW保持低电平，开关单元207保持断开，直至所述负载单元的下一个工作周期。由于所述电压调节器已经对泄放电流Ib进行了预适应，因此，负载单元工作后，电压调节器的总电流负载变化不大，使得其输出电压Vout的幅值抖动较小，不会对负载单元的正常工作造成影响。

所述泄放电流Ib的预设值与所述负载单元的工作电流相适应，本实施例中具体为0.5μA至10μA。另外，与上一实施例相比，本实施例的泄放单元在负载单元未工作时并不是一直提供泄流电流Is，而是仅在其开始工作前一预设时间(第一使能信号EN1有效后，第二使能信号EN2有效前)，从而降低了整个电压转换电路的功耗。需要说明的是，从所述第一使能信号EN1有效至第二使能信号EN2由无效电平变为有效电平之间的时间间隔应该足够大，保证在该时间间隔内(即图8中检测信号SW的高电平脉冲)电压调节单元能够经过反馈后充分适应所述泄放电流Ib，保持输出电压Vout的稳定。所述时间间隔的最小值为5ns至10ns。

综上，上述技术方案提供的电压转换电路，在负载单元开始工作之前，向负载单元提供电压的电压调节器的电压输出端可以通过泄放单元泄放电流值为预设值的泄放电流，所述泄放电流的预设值与负载单元的工作电流的电流值相当，使得电压调节器对负载单元的工作电流进行预适应，减小了负载单元开始工作后电压调节器的输出电压的幅值抖动。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种电压转换电路，用于向负载单元提供电压，其特征在于，包括：

电压调节器，所述电压调节器包括电压输出端，对参考电压进行调节并产生输出电压输出至所述电压输出端，所述电压输出端连接所述负载单元；

泄放单元，连接所述电压输出端，所述电压输出端在所述负载单元未工作时通过所述泄放单元泄放电流值为预设值的泄放电流，在所述负载单元工作时停止泄放所述泄放电流；

所述泄放单元包括：

泄流器，包括电流输出端，所述泄流器产生电流值为所述预设值的泄流电流并输出至所述电流输出端，所述泄流电流的方向与流出所述电压输出端的电流方向相同；

开关单元，包括第一端、第二端和控制端，所述第一端连接所述泄流器的电流输出端，所述第二端连接所述电压输出端，所述控制端在所述负载单元未工作时控制所述第一端和第二端连通，在所述负载单元工作时控制所述第一端和第二端断开。

2.根据权利要求1所述的电压转换电路，其特征在于，所述电压输出端在所述负载单元未工作时通过所述泄放单元泄放电流值为预设值的泄放电流包括所述电压输出端在所述负载单元开始工作前的预定时间内泄放所述泄放电流。

3.根据权利要求1所述的电压转换电路，其特征在于，所述负载单元由使能信号控制，在所述使能信号有效时工作，在所述使能信号无效时停止工作；所述泄放单元还包括检测单元，对所述使能信号进行检测，产生检测信号；所述检测信号输入至所述控制端，在所述使能信号无效时控制所述第一端和第二端连通，否则控制所述第一端和第二端断开。

4.根据权利要求3所述的电压转换电路，其特征在于，所述检测单元包括反相器，其输入端接收所述使能信号，输出端输出所述检测信号。

5.根据权利要求1所述的电压转换电路，其特征在于，所述负载单元由第一使能信号和第二使能信号控制，在所述第一使能信号和第二使能信号同时有效时工作，否则停止工作；所述泄放单元还包括检测单元，对所述第一使能信号和第二使能信号进行检测，产生检测信号；所述检测信号输入至所述控制端，在所述第一使能信号和第二使能信号其中之一有效时控制所述第一端和第二端连通，否则控制所述第一端和第二端断开。

6.根据权利要求5所述的电压转换电路，其特征在于，所述检测单元包括异或门，其两个输入端分别接收所述第一使能信号和第二使能信号，输出端输出所述检测信号。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的电压转换电路，其特征在于，所述泄流器包括电流源，产生所述泄流电流。