CN105206297B - 内部电压产生装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种内部电压产生装置。该内部电压产生装置中，稳压单元侦测内部电压是否低于临界电压，当内部电压低于临界电压时，输出第一电源焊垫所提供的补偿电流给与第二电源焊垫连接的第二电源导线，以稳定内部电压产生装置所提供的内部电压。

Description

内部电压产生装置

技术领域

本发明涉及一种电子装置，且特别涉及一种内部电压产生装置。

背景技术

随着半导体技术的进步，晶片内部的电源导线越来越长且越来越细，进而造成严重的电压降(IR drop)问题，严重的电压降将影响电子装置的正常运作，例如应用在存储器时可造成存储器数据流失，亦或是应用在显示装置时可造成显示面板画面亮度不均的问题。

以低功率双倍数据速率(Low Power Double Data Rate,LPDDR)的动态随机存取存储器(DRAM)为例，其外部电压供给只有1.8V，晶片内部的电压都会通过稳压器来产生。以图1所示的内部电压产生装置为例，电源焊垫P0提供的电源电压VDD(1.8V)虽然会因经过内部电源导线的电压降而降为VDD_local(1.6V)，然而在通过晶体管Q1、操作放大器OP0所构成的稳压器后，仍可产生稳定的内部电压VINT(1.2V)。

而到了低功率第二代双倍数据速率(LPDDR2)的动态随机存取存储器，由于外部电压新增了1.2V，可不需要额外的稳压器来降压，使用上虽更为方便，但是内部本地电源(local power)的电压降却变得更难以消除。以图2所示的内部电压产生装置为例，虽然该装置可具有双电源(dual-power)供应(其中电源焊垫PA提供电源电压VDDA，电源焊垫PB则提供另一电源电压VDDB(1.2V))，但仍会因电压降的效应使得由电源电压VDDB提供的内部电压VINT降为1.0V，进而导致电子装置操作产生异常。

发明内容

本发明提供一种内部电压产生装置，可提供稳定的内部电压给应用内部电压产生装置的电子装置。

本发明的内部电压产生装置，包括第一电源焊垫、第二电源焊垫以及稳压单元。其中第一电源焊垫提供补偿电流。稳压单元分别通过第一电源导线与第二电源导线耦接至第一电源焊垫与第二电源焊垫，其中第二电源焊垫通过电源导线输出内部电压，稳压单元侦测内部电压是否低于临界电压，当内部电压低于临界电压时，输出补偿电流至电源导线，以稳定内部电压。

在本发明的一实施例中，上述的稳压单元还被致能信号致能而开始侦测内部电压。

在本发明的一实施例中，上述的稳压单元包括临界电压产生单元、操作放大器、第一功率晶体管以及第二功率晶体管。其中临界电压产生单元依据第二电源焊垫所提供的电源电压产生临界电压。操作放大器的正、负输入端分别耦接临界电压产生单元与第二电源导线。第一功率晶体管的栅极接收导通电压。第二功率晶体管与第一功率晶体管串接于第一电源导线与第二电源导线之间，第二功率晶体管的栅极耦接操作放大器的输出端。

在本发明的一实施例中，上述的操作放大器还被致能信号所致能。

在本发明的一实施例中，上述的稳压单元还包括反向器，其输入端接收该第一电源焊垫所提供的电源电压，反向器的输出端耦接第一功率晶体管的栅极。

在本发明的一实施例中，上述的临界电压产生单元包括第一分压电阻以及第二分压电阻。第二分压电阻与第一分压电阻串接于第二电源焊垫与接地之间，分压第二电源焊垫所提供的电源电压而产生临界电压。

在本发明的一实施例中，上述的第一功率晶体管为P型功率晶体管，第二功率晶体管为N型功率晶体管。

在本发明的一实施例中，上述的内部电压产生装置还包括静电放电保护单元，其耦接于第一电源焊垫与第二电源焊垫之间。

基于上述，本发明的实施例通过稳压单元侦测内部电压是否低于临界电压，当内部电压低于临界电压时，输出第一电源焊垫所提供的补偿电流给与第二电源焊垫连接的第二电源导线，以稳定内部电压产生装置所提供的内部电压。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合说明书附图作详细说明如下。

附图说明

图1绘示为现有的内部电压产生装置的示意图。

图2绘示为现有的内部电压产生装置的示意图。

图3绘示为本发明一实施例的内部电压产生装置的示意图。

图4绘示为本发明另一实施例的内部电压产生装置的示意图。

图5绘示为本发明另一实施例的内部电压产生装置的示意图。

图6绘示为本发明另一实施例的内部电压产生装置的示意图。

图7绘示本发明实施例的内部电压产生装置应用于动态随机存取存储器(DynamicRandom Access Memory,DRAM)装置的示意图。

附图标记说明：

302：稳压单元

402：临界电压产生单元

502、602：静电放电保护单元

E1：致能信号

I1：补偿电流

INV1：反向器

M1、M2：功率晶体管

OP0、OP1：操作放大器

P0、P1、P2、PA、PB：电源焊垫

R1、R2：电阻

VDD、VDD1、VDD2、VDD_local、VDDA、VDDB：电源电压

VINT：内部电压

VREF：参考电压

Vt：临界电压

RD1、RD2：分压电阻

具体实施方式

图3绘示为本发明一实施例的内部电压产生装置的示意图，请参照图3。内部电压产生装置包括电源焊垫P1、电源焊垫P2以及稳压单元302，其中电源焊垫P1以及电源焊垫P2分别通过第一电源导线与第二电源导线耦接至稳压单元302，其中第一电源导线与第二电源导线分别具有第一线阻值与第二线阻值，在图3中分别以电阻R1、电阻R2表示第一电源导线与第二电源导线的等效电阻。电源焊垫P1可提供电源电压VDD1以及补偿电流I1，电源焊垫P2则可提供电源电压VDD2，其中电源焊垫P2所提供的电源电压VDD2经由电阻R2所产生的电压降(IR drop)效应影响而在稳压单元302与电阻R2的共同接点产生内部电压VINT。

稳压单元302可侦测内部电压VINT是否低于临界电压，若内部电压VINT低于临界电压，则将电源焊垫P1所提供的补偿电流I1输出至第二电源导线，以对内部电压VINT进行稳压，避免内部电压VINT受到电压降的影响而造成应用内部电压产生装置的电子装置运作异常。此外，稳压单元302可被致能信号E1所致能，亦即在稳压单元302接收到致能信号E1后才被致能而进行内部电压VINT的侦测与稳压动作，如此可减低内部电压产生装置的功率消耗。

图4绘示为本发明另一实施例的内部电压产生装置的示意图，请参照图4。详细来说，上述的内部电压产生装置的实施方式可例如图4所示，内部电压产生装置可包括临界电压产生单元402、操作放大器OP1、反向器INV1、功率晶体管M1以及功率晶体管M2。操作放大器OP1的正输入端耦接临界电压产生单元402，操作放大器OP1的负输入端耦接电阻R2与功率晶体管M2的共同接点(亦即串接于第二电源导线与功率晶体管M2的共同接点)，功率晶体管M1以及功率晶体管M2串接于电阻R1、R2之间(亦即串接于第一电源导线与第二电源导线之间)，功率晶体管M1的栅极耦接反向器INV1的输出端，功率晶体管M2的栅极则耦接操作放大器OP1的输出端，而反向器INV1的输入端耦接至电源电压VDD1。在本实施例中功率晶体管M1为P型功率晶体管，而功率晶体管M2为N型功率晶体管。

其中，电源电压VDD1经由反向器INV1反向后成为导通电压而被输出至功率晶体管M1的栅极，使功率晶体管M1保持在开启状态。临界电压产生单元402可依据电源电压VDD2产生临界电压Vt，操作放大器OP1则比较临界电压Vt与内部电压VINT，当内部电压VINT低于临界电压Vt时，代表内部电压VINT受到第二电源导线造成的电压降的影响而出现电压值偏低的情形，此时操作放大器OP1可导通功率晶体管M2，让电源焊垫P1提供的补偿电流I1流向第二电源导线与电源焊垫P2，以补偿内部电压VINT，达到稳压的效果。此外，操作放大器OP1亦可由致能信号E1致能，当操作放大器OP1接收到致能信号E1后，操作放大器OP1才被致能而执行上述动作，以减低内部电压产生装置的功率消耗。

临界电压产生单元402可例如图4所示，包括分压电阻RD1、RD2，分压电阻RD1、RD2串接于电源焊垫P2提供的电源电压VDD2与接地之间，分压电阻RD1、RD2的共同接点耦接至操作放大器OP1的正输入端。其中分压电阻RD1、RD2的电阻值远大于电阻R2。分压电阻RD1、RD2的电阻值可依据内部电压VINT的电压值设计，举例来说，假设电源电压VDD2为1.2V，可使电阻RD1和RD2的电阻分别为100KΩ以及1100KΩ。

图5与图6绘示为本发明实施例的内部电压产生装置的示意图，图5与图3以及图6与图4的差异分别在于，图5与图6的内部电压产生装置分别还包括静电放电保护单元502以及静电放电保护单元602，静电放电保护单元502在图5中耦接于电源焊垫P1与电源焊垫P2之间，静电放电保护单元602在图6中亦耦接于电源焊垫P1与电源焊垫P2之间，如此当有静电电流产生时，静电放电保护单元502或静电放电保护单元602皆可通过电源焊垫P1与电源焊垫P2将静电电流导出内部电压产生装置外，以防止静电电流流入稳压单元302而造成损坏。在图6中，功率晶体管M1可增加静电电流流入稳压单元302的阻抗，进一步防止稳压单元302被静电电流所损坏，功率晶体管M1可通过反向器INV1来驱动。此外，功率晶体管M1的个数并不以图6的实施例为限，在其他实施例中，亦可通过增加与功率晶体管M2串接的功率晶体管M1的个数来增加静电电流流入稳压单元302的阻抗。

图7绘示本发明实施例的内部电压产生装置应用于动态随机存取存储器(DynamicRandom Access Memory,DRAM)装置的示意图，请参照图7，其中图7所绘示的电阻为电源导线的等效电阻。为了避免电源电压VDD1消耗电流太大，可将内部电压产生装置设置于对电压较为敏感的电路附近，如图7所示，由于数据路径(data path)易受电压降效应的影响而减缓数据传输速度，因此可以在数据路径附近的设置内部电压产生装置302来补偿电压降。此外，由于数据路径仅在写入与读取时才会消耗稳压单元302所提供的补偿电流，因此可通过致能信号E1来控制稳压单元302的运作时间，亦即在进行写入与读取时才通过致能信号E1致能稳压单元302进行稳压，达到减少功率消耗的效果。

综上所述，本发明的实施例通过稳压单元侦测内部电压是否低于临界电压，当内部电压低于临界电压时，输出第一电源焊垫所提供的补偿电流给与第二电源焊垫连接的第二电源导线，以稳定内部电压产生装置所提供的内部电压。在部分实施例中，稳压单元更可在接收到致能信号后才进行内部电压的侦测与稳压动作，如此可减低内部电压产生装置的功率消耗。

Claims (7)

1.一种内部电压产生装置，包括：

一第一电源焊垫，提供一补偿电流；

一第二电源焊垫；以及

一稳压单元，分别通过一第一电源导线与一第二电源导线耦接至该第一电源焊垫与该第二电源焊垫，其中该第二电源焊垫通过该电源导线输出一内部电压，该稳压单元侦测该内部电压是否低于一临界电压，当该内部电压低于该临界电压时，输出该补偿电流至该电源导线，以稳定该内部电压，

其中该稳压单元还包括：

一临界电压产生单元，依据该第二电源焊垫所提供的电源电压产生一临界电压；

一操作放大器，其正、负输入端分别耦接该临界电压产生单元与该第二电源导线；

一第一功率晶体管，其栅极接收一导通电压；以及

一第二功率晶体管，与该第一功率晶体管串接于该第一电源导线与该第二电源导线之间，该第二功率晶体管的栅极耦接该操作放大器的输出端。

2.如权利要求1所述的内部电压产生装置，其中该稳压单元还被一致能信号致能而开始侦测该内部电压。

3.如权利要求1所述的内部电压产生装置，其中该操作放大器还被一致能信号致能。

4.如权利要求1所述的内部电压产生装置，其中该稳压单元还包括：

一反向器，其输入端接收该第一电源焊垫所提供的电源电压，该反向器的输出端耦接该第一功率晶体管的栅极。

5.如权利要求1所述的内部电压产生装置，其中该临界电压产生单元包括：

一第一分压电阻；以及

一第二分压电阻，与该第一分压电阻串接于该第二电源焊垫与一接地之间，分压该第二电源焊垫所提供的电源电压而产生该临界电压。

6.如权利要求1所述的内部电压产生装置，其中该第一功率晶体管为P型功率晶体管，该第二功率晶体管为N型功率晶体管。

7.如权利要求1所述的内部电压产生装置，还包括：

一静电放电保护单元，耦接于该第一电源焊垫与该第二电源焊垫之间。