CN1143425C - 带有用于实现直流电压转换器的集成电路的半导体器件 - Google Patents

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Abstract

一种集成电路，包括：各具有栅极、漏极和源极的多个场效应晶体管；每一个漏极通过各自的一个电感连接至第一直流偏置电压，以构成一个振荡器，用于根据第一直流偏置电压产生交流信号；每一个栅极通过各自的一个二极管连接至集成电路的输出端，以构成一个整流器，用于从所述交流信号形成一个整流的交流信号并且用于根据整流的交流信号产生一个与第一偏置电压的符号相反的第二直流偏置电压；其中用于形成振荡器和整流器的场效应晶体管、各电感和各二极管是相互依赖的。

Description

带有用于实现直流电压转换器的集成电路的 半导体器件
技术领域
本发明涉及一种带有用于实现一直流电压转换器的集成电路的半导体器件。
本发明应用于带有集成电路的半导体器件的制造工业，这种器件用于移动和无绳电话，并且，更一般地，用于便携或装置。
背景技术
一般地，对于便携式装置来说，是由电池以正的直流电压的方式提供电力。这种便携或装置可以包括有电话发送功能(发送/接收)和许多其它的功能。若干这些功能由于采用集成电路而得以确保，而这种集成电路一方面很经常地需要由电池的直流电压提供正的直流偏压，另一方面又很经常地需要通过产生负偏压而得到保证。
各种直流电压的一种发生器已从专利申请EP 0 176 823获知。此文件描述了一种用于交流电压的二极管整流电路，该交流电压由变压器的次极绕组产生，而其初级绕组连接至标准电网。
为了提供符号相反、数值不等的两个直流电压，该电路既可包括来自变压器的两个次极绕组的两个交流电压以及由四个二极管和两个电容器加上耦合电容器组成的单个整流器，又可包括来自变压器的一个次极绕组的一个交流电压以及以串联方式或并联方式配置的两个整流器电路，其中，除了附加的电容器之外，需要八个二极管和四个电容器。
此器件是不能完全集成的；它需要连接至交流电网，并要采用笨重的变压器，而且如果变压器的尺寸减小的话，该电路本身包括的元件数量将会增加。
发明内容
本发明的目的是提供一种带有适用于根据由标准钮扣电池或标准电池正的直流电力而产生的负的直流电压的完全集成了的电路的半导体器件。
此目的和其他目的是通过一种半导体器件达到的，该半导体器件包括一种集成电路，包括：各具有栅极、漏极和源极的两个场效应晶体管；其中每一个所述漏极通过各自的一个电感连接至一个第一直流偏置电压，以构成一个振荡器，用于根据所述第一直流偏置电压产生一个交流信号；其中每一个所述栅极通过各自的一个二极管连接至所述集成电路的输出端，以构成一个整流器，用于从所述交流信号形成一个整流的交流信号并且用于根据所述整流的交流信号产生一个与所述第一偏置电压的符号相反的第二直流偏置电压；其中用于形成所述振荡器和所述整流器的所述场效应晶体管、所述各电感和所述各二极管是相互依赖的，其中，所述场效应晶体管是与连接至地的所述各源极以差分方式设置的放大器级，并且其中所述各二极管构成以并联方式设置的半波整流器级，所述各二极管的每一个对所述交流信号的反相位的交流部分进行整流。
本发明的优点在于，它按微波集成电路技术可以完全集成化，这种技术广泛使用于MMIC型(Monolithic Microwave Integrated Circuit，单片微波集成电路)的便携及无绳电话和其它便携式装置。到目前为止，尚未见到集成半导体器件外加有现有的直流电压转换器。各种供MMIC电路使用的直流电压产生于MMIC外部。
此器件的另一优点是，它不仅可集成于MMIC的基片上，还可根据MMIC本身的正偏压而产生一个负直流电压。结果是，只需由带有这些MMIC的便携式装置的标准钮扣电池或标准电池在向MMIC提供电力的同时向此器件提供电力即可。
本发明可以一般的方式应用于具有需要提供负电压和正电压两者的级的任何集成电路。
附图说明
参照下述实施例，本发明的这些和其它方面可通过非限制性的例子得以阐述并变得清晰。
附图中，
图1表示直流电压转换器电路的电路图。
具体实施方式
直流电压转换器电路包括一集成电路构成的装置，用于将标准钮扣电池或标准电池在端VDD产生的正直流电压转换成端OUTP的负直流电压。正直流电压用于对最好是与直流电压转换器电路处于同一基片上的集成电路构成正偏压。产生于端OUTP的负直流电压用于对此集成电路构成负偏压。实际上，当集成电路由场效应晶体管构成时，晶体管的漏极偏压通常需要正直流电压，而棚极偏压通常需要负直流电压。
此直流电压转换器电路由线性元件、电容器、二极管和场效应管组成；利用微波电路技术，所有这些元件可兼容并集成于单一的基片上。目前，这类电路以MMIC表示，最好设置在砷化镓的半绝缘基片上，在其上实现化学元素表第III-V族的材料的一个叠层，其中设置电路元件的步骤包括例如照相平版印刷工艺。这些MMIC工作于微波频率范围，可用于如上所述的通信方面。这些电路是极为紧凑的，对置入便携式发送器件是很有利的。
图1所示的直流电压转换器电路首先包括数值相等的两个自感器L1和L2，它们的一端连接至正直流电源端VDD，而其另一端分别连接至标以D1和D2的节点。
图1的电路还包括标以T1和T2的两个场效应晶体管。晶体管T1的漏极D1构成节点D1，用于连接自感器L1。晶体管T2的漏极D2构成节点D2，用于连接自感器L2。晶体管T1和T2的各源极S1和S2互相连接并接地。
晶体管T1的棚极G1经电容器C2连接至晶体管T2的漏极D2。晶体管T2的栅极G2经电容器C1连接至晶体管T1的漏极D1。电容器C1和C2除了作为隔直流电容之外没有其它的功能。
标以OUTP的电路输出端一方面经一隔直流电容C3接地，另一方面分别经标以Δ3和Δ4的二极管连接至各栅极G1和G2。
上述电路构成了两个振荡器和一个整流器。各具有振荡器或整流器功能的电路元件采用本征元件、场效应晶体管T1和T2的本征电容器或二极管，因此电路不能分成具有纯振荡器功能的电路部分和具有纯整流器功能的电路部分。这两部分是互相依赖的。
应可看到，具有振荡器功能的电路部分的任务不是产生具有按具体目的而预定的频率的交流信号。对于此电路来说，产生一高频交流信号已足够。
具有振荡器功能的电路部分包括相关的自感器L1和L2以及标以CGS1、CGS2的各晶体管T1和T2的本征栅-源电容。自感器L1和L2数值的选择与本征电容CGS2、CGS1的数值有关，而它们又取决于所选的各晶体管T2和T1。由于这些本征电容CGS1、CGS2很小，所得到的交流信号的频率就很高。如上所述，耦合电容器C1和C2对振荡频率无影响。
为实现具有振荡器功能的电路部分，其得益于场效应晶体管T1和T2的本征特性。
与自感器L1和L2相关的晶体管T1和T2构成了两个放大器，它们这样交替地连接，即第一个晶体管T1的输入端G1连接至第二个晶体管T2的输出端D2，而第二个晶体管T2的输入端G2连接至第一个晶体管T1的输出端D1。
在此情况下，放大了的电路噪声所产生的不稳定性足以使电路执行振荡器的功能。此部分电路产生的交流电压叠加在直流电压VDD上。
直流电压转换器电路还包括具有整流器功能的电路部分。为了执行整流器功能，与晶体管T1的本征二极管相关的二极管Δ3对交流信号的第一交变部分进行整流，与晶体管T2的本征二极管相关的二极管Δ4对交流信号的第二交变部分进行整流。的确，在此电路中，交流信号的正的交变部分在一个瞬间出现在Δ3、T1支路，而在半周之后，另一正的交变部分出现在Δ4、T2支路。
因而，由于此振荡器为一不同模式的振荡器，所出现的第一正的交变部分由位于图1所示电路的左支路的二极管Δ3和晶体管T1进行整流，半周之后，所出现的第二正的交变部分由位于图1所示电路的右支路的二极管Δ4和晶体管T2进行整流。支路Δ3、T1和支路Δ4、T2轮流工作。
于是，此电路构成两个半波整流器的组合，它们具有并联相接的输出，可用于相位相反的输入信号。
相对于在端VDD的具有标以VDD的值的直流信号，此电路可于端OUTP得到一具有标以VOUTP的值的负直流电压，因此，
VOUTP≈-2VDD
通常，VDD的数级为：
VDD＝3V，即标准电池电压，结果为：
VOUTP＝-6V
此信号VOUTP最好用于对用在MMIC中的场效应管的棚极进行偏置，这种MMIC包含在半导体器件之中并用于便携式装置。
如果希望很小的功率消耗，也可采用较低功率的晶体管来实现此电路，所产生的幅度会较小，因此，对于
VDD＝3V结果VOUTP＝-3V。
这样，作为晶体管功率的函数(该晶体管具有连接有漏极自感器L1和L2的本征元件)，本领域的技术人员可容易地得到作为VDD函数的一个预定的VOUTP值。
包括在半导体器件中的这种直流转换器电路最好用于由钮扣电池或普通电池提供电力的便携式装置中。
包括在半导体器件中的这种直流转换器电路最好用于例如由钮扣电池或普通电池提供电力的便携式装置中，比如移动电话中。
包括在半导体器件中的这种直流转换器电路最好用于例如由钮扣电池或普通电池提供电力的便携式装置中，比如无绳电话中。
包括在半导体器件中的这种直流转换器电路最好用于例如由钮扣电池或普通电池提供电力的便携式装置中，比如带处理器的计算器中，以执行个人计算机功能，如通信数据传输功能。

Claims (9)

1.一种集成电路，包括：各具有栅极、漏极和源极的两个场效应晶体管；其中每一个所述漏极通过各自的一个电感连接至一个第一直流偏置电压，以构成一个振荡器，用于根据所述第一直流偏置电压产生一个交流信号；其中每一个所述栅极通过各自的一个二极管连接至所述集成电路的输出端，以构成一个整流器，用于从所述交流信号形成一个整流的交流信号并且用于根据所述整流的交流信号产生一个与所述第一偏置电压的符号相反的第二直流偏置电压；其中用于形成所述振荡器和所述整流器的所述场效应晶体管、所述各电感和所述各二极管是相互依赖的，其中，所述场效应晶体管是与连接至地的所述各源极以差分方式设置的放大器级，并且其中所述各二极管构成以并联方式设置的半波整流器级，所述各二极管的每一个对所述交流信号的反相位的交流部分进行整流。
2.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述各电感的每一个被调谐到对应的一个所述场效应晶体管的栅-源电容，并且所述场效应晶体管的其中一个的漏极通过电容器连接至所述场效应晶体管的其中另一个的栅极，用于产生所述交流信号。
3.根据权利要要求2所述的集成电路，其特征在于，所述各二极管分别被设置在连接至地的所述输出端和所述场效应晶体管的其中一个的棚极之间，并且与所述一个场效应晶体管的本征二极管相关，用于轮流地对产生的所述的交流信号的每一个半周进行整流。
4.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述场效应晶体管被集成在一个单一的基片上。
5.根据权利要求4所述的集成电路，其特征在于，所述基片是第III-V族的半绝缘材料，并且所述场效应晶体管以第III-V族材料实现的一个叠层的方式集成在所述基片上。
6.一种便携式装置，它由电池供电并且包括至少一个如权利要求1所述的集成电路。
7.一种移动电话机，它由电池供电并且包括至少一个如权利要求所述的集成电路。
8.一种无绳电话机，它由电池供电并且包括至少一个如权利要求1所述的集成电路。
9.一种计算器，具有用于执行电信数据传输的个人计算机功能的处理器，该计算器由电池供电并且包括至少一个如权利要求1所述的集成电路。
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