CN108304025B - 工作电压切换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供了一种工作电压切换装置，该装置包含：一第一电流镜电路，依据一输入电流产生出相对应的一感应电流；一比较器，比较一参考电压与该第一电流镜电路的一节点的一电压值，以产生一比较讯号；一第一电源区块，依据该感应电流提供一第一输出电流至一内部电路；一第二电源区块，依据该感应电流提供一第二输出电流至该内部电路；以及一电源区块选择单元，耦接至该比较器、该第一电源区块与该第二电源区块，并依据该比较讯号选择致能该第一电源区块或该第二电源区块；其中，该感应电流不大于该输入电流。

Description

工作电压切换装置
技术领域
本发明关于一种工作电压切换装置；特别关于一种可选择电源区块以降低功耗的工作电压切换装置。
背景技术
图1显示一习知电流侦测的电路，电流侦测电路100是用电晶体101串联电阻102在电源路径上，再侦测电阻102两端的电压值以达到电流检测的目的。
图2显示另一习知电流侦测的电路，以电流侦测的NMOS做为电流镜。在本习知技术中，NMOS电流镜感应出的电流是由电流区块流向接地端，但是电流侦测的NMOS的汲极端的电压范围可由工作电压到接地，但一般低压的工作电压无法提供全电压范围的应用，倘若都由高压的工作电压输入电压供电，在重载的情况，会造成相当巨大的功耗(其中P＝I/N*VIN)。
发明内容
本发明的目的之一在提供一种工作电压切换装置，其目的在于可选择电源区块以降低功耗的工作电压切换装置。
本发明提供一种工作电压切换装置，装置包含：一第一电流镜电路，依据一输入电流产生出相对应的一感应电流；一比较器，比较一参考电压与该第一电流镜电路的一节点的一电压值，以产生一比较讯号；一第一电源区块，依据该感应电流提供一第一输出电流至一内部电路；一第二电源区块，依据该感应电流提供一第二输出电流至该内部电路；以及一电源区块选择单元，耦接至该比较器、该第一电源区块与该第二电源区块，并依据该比较讯号选择致能该第一电源区块或该第二电源区块；其中，该感应电流不大于该输入电流。
附图说明
图1显示习知电流侦测的电路示意图。
图2显示习知电流侦测的电路示意图。
图3显示本发明一实施例工作电压切换装置的示意图。
符号说明
300 工作电压切换装置
301 电流镜电路
301a 电压调整电路
301b 电压调整电路
302 比较器
303 电源区块选择单元
HVD、LVD 电源区块
I1、I2、IPORT、ISENSE 电流
N1、N2 节点
VTH、Vdd1、Vdd2、CV 电压
CS 比较讯号
PORTN_X 接脚
GND 接地端
101、M1～M9 电晶体
OP 运算放大器
102 电阻
具体实施方式
图3显示本发明一实施例的工作电压切换装置300的示意图，工作电压切换装置300包含电流镜电路301、比较器302、电源区块(Power Domain)HVD与电源区块LVD，电源区块选择单元303；其中电源区块HVD与LVD可分别输出输出电流I1与I2至内部电路(图未示)，内部电路可为类比电路或数字电路，在此不另赘述。在一实施例中，输出电流I1与I2实质上相等，且电源区块选择单元303选择不同电源区块HVD或LVD运作，可以降低电流侦测电路整体的功耗。
在本发明一实施例中，电源区块HVD的工作电压大于电源区块LVD。
在本发明另一实施例中，电流镜电路301包含电压调整电路301a，电流镜电路301藉由控制电压CV使电流镜电路301的输入电流IPORT产生出感应电流ISENSE；电压调整电路301a耦接至电流镜电路301中的节点N1与N2，且输入电流IPORT与感应电流ISENSE分别流经节点N1与N2，而电压调整电路301a用以调整节点N1与N2的电压值，使两节点的电压值实质上相等。
比较器302用以比较参考电压VTH与节点N1或N2的电压值，用以产生一比较讯号CS。电源区块HVD与LVD，分别依据感应电流ISENSE产生输出电流I1与I2至内部电路。实施例中，比较器302可将节点N1或N2的电压值与一参考电压VTH进行比较，但本发明不以此为限。此技术领域人员若采用其他种架构的电流镜电路301，比较器302可依据电流镜电路301架构决定进行比较的节点。
电源区块选择单元303耦接至比较器302、电源区块HVD与LVD，并依据比较讯号CS选择致能电源区块HVD或LVD。
请注意，在本实施例中感应电流ISENSE不大于输入电流IPORT，且输入电流IPORT是由晶片外部电路传输至本装置300。在另一实施例中，电源区块选择单元303亦可同时禁能电源区块HVD与LVD。
在本实施例中，电流镜电路301至少包含：电晶体M1与M2。电晶体M1的汲极端耦接至节点N1，且源极端耦接至接地端GND；又，电晶体M2的汲极端耦接至节点N2，且源极端耦接至接地端GND。其中，电晶体M2的闸极端与电晶体M1的闸极端耦接。电晶体M1与电晶体M2的闸极端依据控制电压CV导通，并让电晶体M2依据输入至电晶体M1的输入电流IPORT以产生感应电流ISENSE；而输入电流IPORT是流经节点N1，而感应电流ISENSE是流经节点N2。
由于在本实施例中，电晶体M1的宽长比(aspect ratio)设计为电晶体M2的N倍时，则感应电流ISENSE实质上等同于1/N倍的输入电流IPORT，故利用此电流镜电路301的架构使感应电流ISENSE小于IPORT以降低感应电流ISENSE的电路路径功耗。
在本发明一实施例中，电压调整电路301a包含：运算放大器OP与电晶体M3。运算放大器OP具有一反向输入端、一非反向输入端与一输出端；以及电晶体M3的闸极端耦接输出端，汲极端耦接至电源区块选择单元303，源极端耦接至节点N2。
其中，运算放大器OP的非反向输入端耦接至节点N1，反向输入端耦接至节点N2；以及，运算放大器OP依据节点N1的电压值使电晶体M3调整节点N2的电压值，使节点N1的电压值实质上节点N2的电压值相等；本实施例的电晶体M3的源极端用负回授方式耦接至运算放大器OP的反向输入端，以控制节点N1与N2的电压值能趋近相等，故能提高电流镜电路301所能感应出感应电流ISENSE的电流值的精准度。
又电源区块HVD包含电晶体M4与M5，在本实施例中电晶体M4与M5的耦接方式为一电流镜的结构。电晶体M4的源极端耦接至一工作电压Vdd1，且汲极端耦接至闸极端；以及电晶体M5的源极端耦接至工作电压Vdd1，且闸极端与电晶体M4的闸极端耦接；其中，当电源区块选择单元303选择电源区块HVD运作时，则电晶体M5的汲极端依据感应电流ISENSE产生输出电流I1至内部电路。
同理，电源区块LVD则包含电晶体M6与M7，在本实施例中电晶体M6与M7的耦接方式亦为一电流镜的结构。电晶体M6的源极端耦接至一工作电压Vdd2，且汲极端耦接至闸极端；以及电晶体M7的源极端耦接至工作电压Vdd2，且闸极端与电晶体M6的闸极端耦接；其中，当电源区块选择单元303选择电源区块LVD运作时，则电晶体M7的汲极端依据感应电流ISENSE产生输出电流I2至内部电路。
请注意，在本实施例中，输出电流I1与I2实质上为一倍数关系，该倍数关系可为1或大于1的关系。电晶体M4与M5为高压元件，电晶体M6与M7为低压元件，即电源区块HVD与LVD采用不同的耐压元件。在另一实施例中，工作电压Vdd2小于工作电压Vdd1。
另外，在本实施例中，电源区块选择单元303包含电晶体M8与M9，电晶体M8与M9接收来自比较器302的比较讯号CS决定选择电源区块HVD被致能或是电源区块LVD被致能。
承上所述，当节点N1的电压值大于参考电压VTH时，则比较讯号CS致能电晶体M8，使得采用高压元件的电源区块HVD运作，以输出输出电流I1；当节点N1的电压值小于参考电压VTH时，则比较讯号CS致能电晶体M9，使得采用低压元件的电源区块LVD运作，以输出输出电流I2。
本发明利用电源区块选择单元303选择不同工作电压的电源区块HVD或LVD进行运作，避免所有的操作都由高压的工作电压输入电压供电，以降低整体装置负载，进而降低功耗。
以上虽以实施例说明本发明，但并不因此限定本发明的范围，只要不脱离本发明的要旨，该行业者进行的各种变形或变更均落入本发明的申请专利范围。

Claims (7)

1.一种工作电压切换装置，包含：
一第一电流镜电路，依据一输入电流产生出相对应的一感应电流；
一比较器，比较一参考电压与该第一电流镜电路的一第一节点的一电压值，以产生一比较讯号；
一第一电源区块，依据该感应电流提供一第一输出电流至一内部电路；
一第二电源区块，依据该感应电流提供一第二输出电流至该内部电路；以及一电源区块选择单元，耦接至该比较器、该第一电源区块与该第二电源区块，并依据该比较讯号选择致能该第一电源区块或该第二电源区块；
其中，该第一电流镜电路包含：
一电压调整电路，耦接至该第一电流镜电路的该第一节点与一第二节点，且该输入电流与该感应电流分别流经该第一节点与该第二节点，该电压调整电路用以调整该第一节点与该第二节点的电压值，使两节点的电压值实质上相等；
一第一电晶体，汲极端耦接至该第一节点，且源极端是耦接至接地端；
一第二电晶体，汲极端耦接至该第二节点，且源极端是耦接至接地端；其中，该第二电晶体的闸极端与该第一电晶体的闸极端耦接，使该第二电晶体依据该输入电流以产生该感应电流；该输入电流是流经该第一节点，该感应电流是流经该第二节点；
一运算放大器，具有一反向输入端、一非反向输入端与一输出端；
一第三电晶体，该第三电晶体的闸极端耦接该输出端，汲极端耦接至该电源区块选择单元，以及源极端耦接至该第二节点；其中，该非反向输入端耦接至该第一节点，该反向输入端耦接至该第二节点。
2.根据权利要求1所述的工作电压切换装置，其中该第一电源区块包含：
一第四电晶体，源极端耦接至一第一工作电压，且汲极端耦接至闸极端；以及
一第五电晶体，源极端耦接至该第一工作电压，且闸极端与该第四电晶体的闸极端耦接；
其中，当该电源区块选择单元选择该第一电源区块运作时，则该第五电晶体依据该感应电流产生该第一输出电流。
3.根据权利要求2所述的工作电压切换装置，其中该第二电源区块包含：
一第六电晶体，源极端耦接至一第二工作电压，且汲极端耦接至闸极端；以及
一第七电晶体，源极端耦接至该第二工作电压，且闸极端与该第六电晶体的闸极端耦接；
其中，当该电源区块选择单元选择该第二电源区块运作时，该第七电晶体依据该感应电流产生该第二输出电流。
4.根据权利要求3所述的工作电压切换装置，其中该电源区块选择单元包含：
一第八电晶体，接收该比较讯号决定是否致能该第一电源区块；以及
一第九电晶体，接收该比较讯号决定是否致能该第二电源区块。
5.根据权利要求4所述的工作电压切换装置，其中当该第一节点的电压值大于该参考电压时，则该比较讯号致能该第八电晶体，使该第一电源区块运作以输出该第一输出电流；当该第一节点的电压值小于该参考电压时，则该比较讯号致能该第九电晶体，使该第二电源区块运作以输出该第二输出电流。
6.根据权利要求3所述的工作电压切换装置，其中该第一电源区块与该第二电源区块采用不同的耐压元件。
7.根据权利要求1所述的工作电压切换装置，其中，该感应电流小于该输入电流。
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