CN1250973A - 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

带有用于实现直流电压转换器的集成电路的半导体器件 Download PDF

Info

Publication number
CN1250973A
CN1250973A CN99121366A CN99121366A CN1250973A CN 1250973 A CN1250973 A CN 1250973A CN 99121366 A CN99121366 A CN 99121366A CN 99121366 A CN99121366 A CN 99121366A CN 1250973 A CN1250973 A CN 1250973A
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
semiconductor device
signal
transistor
integrated circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN99121366A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1143425C (zh
Inventor
M·I·鲁德勒
P·让
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Koninklijke Philips Electronics NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Koninklijke Philips Electronics NV filed Critical Koninklijke Philips Electronics NV
Publication of CN1250973A publication Critical patent/CN1250973A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1143425C publication Critical patent/CN1143425C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/02—Regulating electric characteristics of arcs
    • G05F1/08—Regulating electric characteristics of arcs by means of semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/1563—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators without using an external clock
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Control Of Voltage And Current In General (AREA)

Abstract

一种半导体器件,包括具有第一直流偏压(VDD)的集成电路,用于实现一个直流电压转换器,此集成电路包括具有根据所述第一直流偏压产生一交流信号的振荡器功能的电路元件和具有产生基于经整流的交流信号的、与第一偏压符号相反的第二直流偏压(VOUTP)的整流器功能的电路元件,这些具有振荡器和整流器功能的电路元件是互相依赖的。应用∶便携式传输装置。

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
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，用于便携式装置。
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。这种便携式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。
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。
此目的通过权利要求1所要求保护的一种器件而达到。
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 IntegratedCircuit，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。
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。
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，而栅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，包括若干化学元素表第III-V族的材料的层，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的栅极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的数量级为：
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中的场效应管的栅极进行偏置，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 (10)

1.一种半导体器件，包括具有第一直流偏压的集成电路，用于实现一个直流电压转换器，此集成电路包括具有根据所述第一直流偏压产生一交流信号的振荡器功能的电路元件和具有产生基于经整流的交流信号的、与所述第一偏压符号相反的第二直流偏压的整流器功能的电路元件，这些具有振荡器和整流器功能的电路元件是互相依赖的。
2.根据权利要求1的器件，其特征在于，所述集成电路包括，为执行振荡器功能的以不同方式设置的两个场效应晶体管放大器级，其源级是共同接地的，用于产生一交流信号；还包括，为执行整流器功能的以并联方式设置的两个半波整流器级，各自对相位相反的交流信号的交变部分进行整流。
3.根据权利要求2的器件，其特征在于，所述放大器级各包括一个场效应晶体管，其漏极经一取决于相应晶体管的栅源电容的自感器而馈入所述第一直流偏压，各晶体管还使其输出端连接至另一晶体管的输入端，用于产生一个叠加在所述第一偏压上的交流信号。
4.根据权利要求3的器件，其特征在于，所述半波整流器级各包括一个设置在地和放大器晶体管之一的输入端之间的二极管，该二极管与所述晶体管的本征二极管相关联，用于轮流对放大器级产生的交流信号的交变部分的各半周进行整流。
5.根据权利要求1至4之一的半导体器件，其特征在于，所述集成电路包括至少一个可单片地集成于一基片上的微波型电路元件(MMIC)。
6.根据权利要求5的器件，其特征在于，所述基片是第III-V族的半绝缘材料和/或电路元件以设置在此基片上的第III-V族材料叠层的方式而集成。
7.一种由钮扣电池或电池提供电力的便携式装置，带有至少一个根据权利要求1至4的其中之一的或者根据权利要求5或6的其中之一的半导体器件。
8.一种由钮扣电池或电池提供电力的例如移动电话的便携式装置，带有至少一个根据权利要求1至4之一的或者根据权利要求5或6之一的半导体器件。
9.一种由钮扣电池或电池提供电力的例如无绳电话的便携式装置，带有至少一个根据权利要求1至4之一的或者根据权利要求5或6之一的半导体器件。
10.一种由钮扣电池或电池提供电力的例如带有处理器以进行通信数据传输的个人计算机功能的计算器的便携式装置，带有至少一个根据权利要求1至4之一的或者根据权利要求5或6之一的半导体器件。
CNB991213661A 1998-10-13 1999-10-09 带有用于实现直流电压转换器的集成电路的半导体器件 Expired - Fee Related CN1143425C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR98/12819 1998-10-13
FR9812819 1998-10-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1250973A true CN1250973A (zh) 2000-04-19
CN1143425C CN1143425C (zh) 2004-03-24

Family

ID=9531499

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB991213661A Expired - Fee Related CN1143425C (zh) 1998-10-13 1999-10-09 带有用于实现直流电压转换器的集成电路的半导体器件

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6166921A (zh)
EP (1) EP0994556A1 (zh)
JP (1) JP2000122729A (zh)
KR (1) KR20000028985A (zh)
CN (1) CN1143425C (zh)
TW (1) TW496031B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2008201400B2 (en) * 2007-03-28 2013-08-15 Hecker Electronica De Potencia Y Procesos S.A. Alternating electric current generating process
ATE543255T1 (de) * 2007-06-05 2012-02-15 Saab Ab Gate-treiberschaltung für einen monolithisch integrierten mikrowellenstromwandler
US20100007407A1 (en) * 2008-07-08 2010-01-14 Sony Ericsson Mobile Communications Ab Circuit for generating a negative voltage supply signal, and associated power supply device and portable electronic apparatus
US8634218B2 (en) * 2009-10-06 2014-01-21 Power Integrations, Inc. Monolithic AC/DC converter for generating DC supply voltage

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5158615A (en) * 1974-11-19 1976-05-22 West Electric Co Chokuryu chokuryuhenkankairo
US4519023A (en) * 1983-05-20 1985-05-21 Motorola, Inc. Self-oscillating inverter including a DC to DC converter and method for control thereof
DE3434272A1 (de) * 1984-09-19 1986-03-20 Deutsche Thomson-Brandt Gmbh, 7730 Villingen-Schwenningen Spannungsvervielfacherschaltung
US4897774A (en) * 1985-10-01 1990-01-30 Maxim Integrated Products Integrated dual charge pump power supply and RS-232 transmitter/receiver
JPH03190414A (ja) * 1989-12-20 1991-08-20 Nec Corp Ｍｍｉｃ化電圧制御発振器
US5237209A (en) * 1992-03-02 1993-08-17 Analog Devices, Inc. Bipolar voltage doubler circuit
US5306954A (en) * 1992-06-04 1994-04-26 Sipex Corporation Charge pump with symmetrical +V and -V outputs

Also Published As

Publication number Publication date
TW496031B (en) 2002-07-21
EP0994556A1 (fr) 2000-04-19
KR20000028985A (ko) 2000-05-25
JP2000122729A (ja) 2000-04-28
CN1143425C (zh) 2004-03-24
US6166921A (en) 2000-12-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4262328A (en) DC-to-DC converter
EP2517343B1 (en) Stacked nmos dc-to-dc power conversion
US9768711B2 (en) RF-DC power converter
US7245151B2 (en) Logic circuitry powered by partially rectified AC waveform
US20180069486A1 (en) Rf-to-dc power converters for wireless powering
US4355352A (en) DC to DC Converter
KR102367364B1 (ko) 무선 전력 송신을 위한 능동 cmos 복원 유닛들
US6392488B1 (en) Dual oxide gate device and method for providing the same
US6362606B1 (en) Method and apparatus for regulating a voltage
CN111224538A (zh) 一种片上隔离开关电源
US6144565A (en) Variation on a single-ended primary inductor converter
CN1143425C (zh) 带有用于实现直流电压转换器的集成电路的半导体器件
CN1168205C (zh) 有源差分-单端变换器
US6255885B1 (en) Low voltage transistor biasing
CN210273868U (zh) 功率放大器、发射器及无线电力传输系统
US11356014B2 (en) Reversed-operation power converter startup circuit and method
Suzuki et al. Megasonic transducer drive utilizing MOSFET DC-to-RF inverter with output power of 600 W at 1 MHz
Kularatna Modern component families and circuit block design
KR20000016476A (ko) 전압 극 전환 회로
CN111510135A (zh) 一种基于柔性材料的环形振荡器
TW200945755A (en) Full wave rectifying device
JPH10256850A (ja) 半導体装置及び高周波電力増幅器
US9548673B1 (en) Master-slave voltage doubling full-wave rectifier for wireless power transfer system
US9882509B2 (en) Resonant type high frequency power supply device and switching circuit for resonant type high frequency power supply device
Almohaimeed Efficient Differential Reconfigurable Harvester for WSN Applications

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C19 Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee