CN1141628C - 半导体器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种半导体器件，其能够改善脉动抑制特性，并降低工作电压。所述半导体器件包括电源电路，其位于输入端和内部电路之间以便在它们之间实现连接，所述电源电路具有晶体管Q41，用于向每个内部电路提供驱动电压，并包括另一个晶体管Q44，用于响应由所述参考电压发生器电路对其基极提供的参考电压的量值和对其发射极提供的驱动电压的量值而从中通过电流。由晶体管Q42，Q43和电阻R5构成的电路部分根据通过晶体管Q44的电流控制流过晶体管Q41的电流，使得驱动电压可以设置为比所述参考电压大约高出晶体管Q44的基极和发射极之间的正向电压量值的一个电压值。

Description

半导体器件
本发明的领域
本发明涉及用于改进半导体器件的脉动抑制特性和用于减少半导体器件的最小工作电压的技术。
现有技术介绍
一般制成IC的半导体器件内部具有大量的基本功能电路，例如放大器电路，比较器电路，与/或参考电压发生器电路，这些电路具有高的集成密度。调节器IC就是这种半导体器件的一个例子，其包括具有如图2所示的结构的内部电路。
参见图2所示的电路，PNP型晶体管Q1的主电流通路串联连接在输入端1和输入端2之间，晶体管Q1的基极和通过PNP型晶体管Q2的主电流通路和地相连。电阻R13设置在晶体管Q1的基极和发射极之间，并且电阻R1和R2作为串联连接在输出端2和地之间。还有电源电路4b，参考电压发生器电路5和误差放大器电路6，其中电源电路4b设置在输入端1和参考电压发生器电路5和误差放大器6的电源端子之间，以便把它们连接在一起。误差放大器6的一个输入端和参考电压发生器电路5的输出端相连，同时误差放大器6的另一个输入端和电阻R1，R2的节点相连，并且误差放大器6的输出端和晶体管Q2的基极相连。
下面分别说明电源电路4b，参考电压发生器电路5和误差放大器6的结构。
PNP型晶体管Q41的发射极和输入端1相连，其集电极通过电阻R8和二极管D43和地相连。电阻R3设置在晶体管Q41和输入端1之间，NPN型晶体管Q42的主电流通路设置在晶体管Q41的基极和地之间，二极管D41设置在晶体管Q41的基极和集电极之间。晶体管Q42的基极通过电阻R4和控制输入端3相连，这样便构成了电源电路4b。
此外，作为电源电路4b的一个元件的晶体管Q41的集电极和PNP型晶体管Q51，Q52的各自发射极相连。晶体管Q51，Q52的各自的基极彼此相连，并且晶体管Q51的集电极和基极相互连接。晶体管Q51，Q52的各自的集电极分别和每个NPN型晶体管Q53，Q54的集电极相连。晶体管Q53，Q54的各自的基极彼此相连，并且晶体管Q54的集电极和基极互联。晶体管Q53的发射极通过由电阻R10，R11构成的串联电路和地相连，晶体管Q54的发射极和电阻R10，R11的节点相连。晶体管Q55的基极和电源电路4b的电阻R8以及二极管D43的节点相连，所述晶体管Q55的主电流通路和晶体管Q53的主电流通路并联，这样便构成了参考电压发生器电路5。
此后，每个PNP型晶体管Q61和Q62的发射极和作为电源电路4b的一个元件的晶体管Q41的集电极相连。晶体管Q61，Q62的各自的基极彼此相连，并且晶体管Q62的集电极和基极相互连接。每个晶体管Q61和Q62的集电极分别和每个NPN型晶体管Q63或Q64的集电极相连。晶体管Q63，Q64的各自的发射极相互连接，并且电阻R12设置在各自的发射极的公共节点和地之间。晶体管Q63的基极和作为参考电压发生器电路5的一个元件的晶体管Q54的集电极以及基极相连，并且晶体管Q64的基极和电阻R1与R2的节点相连。晶体管Q61，Q63的集电极的节点和晶体管Q2的基极相连，这样便构成了误差放大器6。
在具有上述结构的图2所示的电路中，加于控制输入端3的控制信号的增加的电平使晶体管Q42，Q41导通。从而，和输入端1相连的外部电源的驱动电压通过电源电路4b的晶体管Q41提供到参考电压发生器电路5和误差放大器6的每个内部电路。
在提供有驱动电压的参考电压发生器电路5中，在电路启动时，首先晶体管Q55导通，由晶体管Q51和Q52构成的电流镜电路开始工作。接着，由晶体管Q53，Q54构成的另一个电流镜电路开始工作，其已经提供有来自晶体管Q51，Q52的电流，接着，随着晶体管Q53的导通，晶体管Q55截止。此后，激励的参考电压发生器电路5根据半导体材料的带隙在晶体管Q54的集电极和基极的位置应当产生大约1.25V的参考电压。
在另一方面，在已经提供有驱动电压的误差放大器6中，首先，提供有参考电压的晶体管Q63导通，从而使晶体管Q2，Q1导通。随着晶体管Q1的导通，来自输入端1的功率通过晶体管Q1输送到输出端2，因而在输出端2产生输出电压。在输出端2上产生的输出电压电阻由R1，R2分压，然后提供给晶体管Q64的基极。因而，晶体管Q64导通，从而使由晶体管Q61，Q62构成的电流镜电路工作。此后，激励的误差放大器电路6将响应提供于晶体管Q63的参考电压和提供于晶体管Q64的分压电压控制流过晶体管Q2，Q1的电流，从而调节输出电压的量值保持恒定。
在图2所示的这种电路中，参考电压发生器电路5和误差放大器电路6通过在导通状态下的晶体管Q41和输入端1与外部电源相连。由于这种结构，如果由外部电源提供的电压波动，则参考电压发生器电路5和误差放大器电路6直接受到所述波动的影响。此外，还有一个问题是，当施加高的电压时，设置在电路5和6的电源侧的PNP型的每个晶体管Q51，Q52，Q61和Q62易于遭受严重的厄列效应，或者这些PNP型的晶体管在制造过程中受到各种条件变化的影响，从而引起每个产品的特征值的大的改变。
因为上述理由，使用图2所示的结构的电路尤其受到电压波动的影响，这使得难于改进抑制半导体器件的输入电压波动的脉动抑制特性和使之均匀化。
对于图2所示的这种电路，通过设计具有图3所示的结构的电路来改善所述特性进行了尝试。
参见图3所示的电路，PNP型晶体管Q48，Q49各自的发射极和输入端1相连。晶体管Q48，Q49的各自的基极彼此相连，晶体管Q48的集电极和基极相互连接。电阻R9和晶体管Q42的主电流通路相互串联连接在晶体管Q48的集电极和地之间，晶体管Q42的基极通过电阻R4和控制输入端3相连。晶体管Q49的集电极和NPN型晶体管Q410的基极相连，多个二极管D44-D48相互串联地设置在晶体管Q49的集电极和地之间。则，晶体管Q410的集电极和参考电压发生器电路5以及误差放大器电路6相连，这样便构成了电源电路4c。
在具有上述结构的电源电路4c中，施加于控制输入端3的增加的控制信号电平使晶体管Q42处于导通状态，因而激励由晶体管Q48，Q49构成的电流镜电路。通过晶体管Q49的主电流通路的电流的一部分经过串联连接的二极管D44-D48流到地，同时在晶体管Q410的基极的一点的电位借助于在二极管D44-D48上的正向压降而升高。因而，晶体管Q410工作，从而使得在其发射极一点上的电压和其基极和发射极之间的电压的综合值等于其基极的一点的电压，因而使得要提供于参考电压发生器电路5和误差放大器电路6的驱动电压几乎等于由从在二极管D44-D48产生的总的正向压降中减去晶体管Q410的基极和发射极之间的电压所确定的量值。因而，即使输入电压波动，驱动电压中的波动也能这样控制，使得其小于输入电压中的波动，因而可以改善该克服输入电压波动的半导体器件脉动抑制特性和使之均匀化。
应当注意，当使用具有类似于图2所示的带隙类型的参考电压发生器电路作为图3所示的参考电压发生器电路5时，要求要提供给参考电压发生器电路5的驱动电压具有大约等于或大于1.8V的电压值。在具有图3所示的结构的电路中，这个驱动电压由二极管D44-D48的总的正向压降确定。
在大约20℃的环境温度下，每个二极管元件的正向压降的量值大约为0.7V。为了得到1.8V或更高的驱动电压，考虑到晶体管Q410的基极和发射极之间的电压，需要4个二极管元件。不过，因为二极管元件具有大约-2mV/℃的温度特性，必须增加另一个二极管，以便使驱动电压在半导体器件的工作温度范围内不会降到1.8V以下。因而，图3所示的电源电路4c应当具有总共5个或更多的串联连接的二极管元件。
在这种情况下，要从外部电源提供到半导体器件的电压需要具有等于或大于3.5V的电压值，这相当于二极管D44-D48的总的正向电压加上晶体管Q49的集电极和发射机之间的电压。然而，当前市场上要求半导体器件具有2.5V的最小工作电压值，借助于使用图3所示的要求具有等于或大于3.5V的电压值的电源电路4c的半导体器件，尚未达到该电压值。
因而，本发明的目的在于提供一种半导体器件，这种半导体器件可以改善脉动抑制特性，并且能够降低工作电压。
本发明概述
本发明的上述目的是通过一种半导体器件实现的，所述半导体器件包括：和外部电源相连的输入端；参考电压发生器电路和误差放大器，作为所述半导体器件的内部电路；以及位于所述输入端和所述参考电压发生器电路及误差放大器之间以便在它们之间实现连接的电源电路，所述电源电路具有其发射极被连接至所述输入端的第一晶体管，用于向所述参考电压发生器电路及误差放大器提供驱动电压，以及其发射极被连接至所述第一晶体管的集电极的第二晶体管，用于响应由所述参考电压发生器电路输出并提供至其基极的参考电压的量值和提供至其发射极的驱动电压的量值而从中通过电流，其中所述驱动电压设置为低于供给所述输入端的电压，但高于由所述参考电压发生器电路输出的参考电压的一个电压值。
本发明还提供一种半导体器件，从外部电源接收提供给输入端的输入电压，在电源电路中从所述输入电压产生具有高稳定性的驱动电压，并将所述驱动电压提供给产生参考电压的参考电压发生器电路和接收所述参考电压的误差放大器，所述半导体器件其特征在于，所述半导体包括：第一晶体管，用于向所述参考电压发生器电路和误差放大器提供所述驱动电压，所述第一晶体管的主电流通路连接在所述输入端和所述参考电压发生器电路及误差放大器之间；以及第二晶体管，用于响应所述参考电压的量值和驱动电压的量值而从中通过电流，所述第二晶体管的主电流通路的一端被连接至所述第一晶体管，以接收所述驱动电压，以及第二晶体管的控制端被连接至所述参考电压发生器电路，以接收所述参考电压；以及所述电源电路包括所述第一和第二晶体管，并连接在所述输入端和所述参考电压发生器电路以及误差放大器之间，并使所述驱动电压比所述参考电压高出所述第二晶体管的PN结部分中所产生的正向压降值，由于流经第二晶体管的主电流通路的电流，所述第二晶体管控制所述第一晶体管的导电量。
附图的简要说明
图1是按照本发明的实施例的半导体器件的电路图；
图2是常规的半导体器件的示例的电路图；以及
图3是具有改进的特性的另一种常规的半导体器件的电路图。
优选实施例的介绍
一个电源电路引入半导体器件中，所述电源电路位于电源电路的输入端和内部电路之间，所述内部电路包括参考电压发生器电路，所述电源电路和参考电压发生器电路相连。
所述电源电路包括：第一晶体管，其主电流通路设置在输入端和内部电路之间，用于向内部电路提供驱动电压；以及第二晶体管，用于响应由所述参考电压发生器电路向一个控制端提供的参考电压的量值和提供给所述主电流通路的一端的驱动电压的量值从中通过电流。响应通过第二晶体管的电流，控制流过第一晶体管的电流，以便设置所述驱动电压使之低于施加到所述输入端的电压，但高于由所述参考电压发生器电路输出的参考电压。具体地说，将所述驱动电压设置为比所述参考电压大一个半导体元件的正向电压的值，所述半导体元件是所述的第二晶体管。
图1所示为按照本发明的实施例的半导体器件的电路图，其可以改善脉动抑制特性并降低工作电压。图1所示的电路包括电源电路4a，其构成如下所述。注意，图1中和图2以及图3中相同的标号表示相同的元件。
晶体管Q41的发射极和输入端1相连，电阻R3和二极管D41分别设置在晶体管Q41的基极和发射极之间以及集电极和基极之间。晶体管Q41的基极和晶体管Q42的集电极相连，晶体管Q42的发射极通过由二极管D42和电阻R5构成的串联电路和地相连。晶体管Q42的基极通过电阻R4和控制输入端3相连，并且晶体管Q42的基极还和NPN型晶体管Q43的集电极相连。晶体管Q43的基极和晶体管Q42的发射极相连，并且晶体管Q43的发射极和地相连。
晶体管Q41的集电极和PNP型晶体管Q44的发射极相连，晶体管Q44的集电极和PNP型晶体管Q45的发射极相连，晶体管Q45的集电极和二极管D42与电阻R5的节点相连。两个NPN型晶体管Q46和Q47的各自的基极相互连接，并且它们的发射极分别接地。晶体管Q46的集电极和基极相互连接，晶体管Q46的集电极和晶体管Q45的基极相连。晶体管Q47的集电极通过电阻R7和晶体管Q44的基极相连，晶体管Q44的基极通过电阻R6和参考电压发生器电路5中取的参考电压的一点相连，这样便构成了电源电路4a。
应当注意，除去图1中用于激励参考电压发生器电路5的晶体管Q55的基极和晶体管Q42的发射极相连之外，图1的电路的其余部分和图2的电路的其余部分相同。
在具有图1所示的结构的电路中，电源电路4a用下面所述的方式向参考电压发生器电路5以及误差放大器6提供驱动电压。
当施加于控制输入端3的控制信号的电平变高时，晶体管Q41和晶体管Q42一起导通，从而由电源电路4a向参考电压发生器电路5以及误差放大器6的各个内部电路提供驱动电压。其中，晶体管Q43响应在由二极管D42和电阻R5构成的串联电路上产生的电压用于稳定晶体管Q42的基极电流。由于在晶体管Q42导通之后晶体管Q55立即导通，所以参考电压发生器电路5开始工作，以便在晶体管Q54的基极和集电极上产生大约为1.25V的参考电压。所述参考电压提供给误差放大器6，并同时还通过电阻R6提供给电源电路4a的晶体管Q44的基极。
其中，当在晶体管Q41的集电极上产生的驱动电压大于预定的电压值时，从晶体管Q44的集电极经过晶体管Q45的主电流通路流到电阻R5的电流增加。这在电阻R6的二端之间产生一个电压，从而使通过晶体管Q42流动的晶体管Q41的基极电流的流量减少。结果，在晶体管Q41的集电极和发射极之间的电压增加，从而控制驱动电压，使其不超过所述的预定电压值。应当理解，在图1所示的结构的电路中规定的预定电压值几乎等于提供给晶体管Q44的基极的参考电压加上晶体管Q44的基极和发射极之间的正向电压的总的电压值。
因为在图1的结构中参考电压是1.25V，在晶体管Q44的基极和发射极之间的正向电压大约为0.65V，所以提供给参考电压发生器电路5的驱动电压应当通过电源电路4a设置为大约为1.9V。即使由外部电源提供的电压发生波动，用于按照上述设置驱动电压的所述电源电路4a的操作也可以大大减少该波动对提供于参考电压发生器电路5和误差放大器电路6的电压的影响。因而，使得在半导体器件内的每个电路的视在脉动抑制特性得以改善。此外，考虑到1.9V的驱动电压和晶体管Q41的集电极和发射极之间的电压，使用具有图1所示结构的电路的半导体器件可以把最小工作电压大约降低到2V，因而，可以降低工作电压。
应当注意，由晶体管Q46，Q47构成的电流镜电路用于校正晶体管Q44，Q45的基极电流。此外，在这种操作中，图1所示的晶体管Q41具有开关功能，用于响应施加于控制输入端3的控制信号的电平，接通和断开要提供于内部电路例如参考电压发生器电路5的驱动电压，以及具有电压控制元件的功能，用于稳定驱动电压。此外，由晶体管Q42，Q43和电阻R6构成的电路部分具有恒流电路的功能，用于提供晶体管Q41的稳定的基极电流，还具有控制电路的功能，用于响应由晶体管Q44输入的电流信号控制晶体管Q41的基极电流。
虽然在上述的本发明的实施例中，图1所示的电路图作为一个整体表示一种串联调节器的结构，但是本发明不限于这种应用，其可以应用于具有包括参考电压发生器电路的内部电路的各种半导体电路。
此外，虽然图1的实施例表示具有这样一种结构的半导体器件，其中包括控制输入端3，并能够从外部进行操作，实现导通和截止，但是，所述半导体器件也可以具有这样一种结构，其中，例如电阻R4的一端不与控制输入端3相连，而和输入端1相连，以便禁止从外部使其导通和截止的操作。
此外，不脱离本发明的构思和范围，本发明的电路结构可以具有许多不同的改型，其中包括在电源电路4a中的二极管D42可以省略，与/或参考电压发生器电路5可以设计具有其它的结构。
如上所述，按照本发明的半导体器件包括电源电路，其设置在输入端和内部电路之间，以便和这些内部电路相连，所述电源电路包括第一晶体管，用于向所述内部电路提供驱动电压，以及第二晶体管，用于响应由所述参考电压发生器电路输出的参考电压的量值和驱动电压的量值而从中通过电流。其中，所述电源电路的特征在于，其根据流过第二晶体管的电流控制流过第一晶体管的电流，使得所述驱动电压具有一个比由参考电压发生器电路输出的参考电压高出一个半导体元件的正向电压的量值。
因而，用于设置驱动电压的电源电路的操作可以大大减少电源电压中的波动对内部电路的影响，从而改善半导体器件的脉动抑制特性。此外，由于所述驱动电压设置为比参考电压高出一个半导体元件的正向电压的量值，所以，半导体器件的工作电压也可以降低。
因此，按照本发明，可以提供一种新型的半导体器件，其能够改善脉动抑制特性，并且还能够降低驱动电压。

Claims (4)

1一种半导体器件，包括：
和外部电源相连的输入端(1)；
参考电压发生器电路(5)和误差放大器(6)，作为所述半导体器件的内部电路；以及
位于所述输入端(1)和所述参考电压发生器电路(5)及误差放大器(6)之间以便在它们之间实现连接的电源电路(4a)，所述电源电路(4a)具有其发射极被连接至所述输入端(1)的第一晶体管(Q41)，用于向所述参考电压发生器电路(5)及误差放大器(6)提供驱动电压，以及其发射极被连接至所述第一晶体管(Q41)的集电极的第二晶体管(Q44)，用于响应由所述参考电压发生器电路(5)输出并提供至其基极的参考电压的量值和提供至其发射极的驱动电压的量值而从中通过电流，其中所述驱动电压设置为低于供给所述输入端(1)的电压，但高于由所述参考电压发生器电路(5)输出的参考电压的一个电压值。
2如权利要求1所述的半导体器件，其中所述驱动电压设置为比由参考电压发生器电路输出的参考电压高出一个半导体元件的PN结上产生的正向电压的量值。
3如权利要求1所述的半导体器件，其中所述参考电压发生器电路是带隙型的。
4.一种半导体器件，从外部电源接收提供给输入端(1)的输入电压，在电源电路(4a)中从所述输入电压产生具有高稳定性的驱动电压，并将所述驱动电压提供给产生参考电压的参考电压发生器电路(5)和接收所述参考电压的误差放大器(6)，所述半导体器件其特征在于，所述半导体包括：
第一晶体管(Q41)，用于向所述参考电压发生器电路(5)和误差放大器(6)提供所述驱动电压，所述第一晶体管(Q41)的主电流通路连接在所述输入端(1)和所述参考电压发生器电路(5)以及误差放大器(6)之间；以及
第二晶体管(Q44)，用于响应所述参考电压的量值和驱动电压的量值而从中通过电流，所述第二晶体管(Q44)的主电流通路的一端被连接至所述第一晶体管(Q41)，以接收所述驱动电压，以及第二晶体管(Q44)的控制端被连接至所述参考电压发生器电路(5)，以接收所述参考电压；以及
所述电源电路(4a)包括所述第一和第二晶体管(Q41，Q44)，并连接在所述输入端(1)和所述参考电压发生器电路(5)以及误差放大器(6)之间，并使所述驱动电压比所述参考电压高出所述第二晶体管(Q44)的PN结部分中所产生的正向压降值，由于流经第二晶体管(Q44)的主电流通路的电流，所述第二晶体管(Q44)控制所述第一晶体管(Q41)的导电量。
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