CN1910536A - 电压调节器电路装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电压调节器电路装置，该装置包括电压调节器，用于根据参考信号产生输出电压，其特征在于，提供参考信号发生电路来产生所述参考信号，该参考信号发生电路包括多个输入端，连接至内部端子，其中所述多个内部端子的子集连接至外部端子。

Description

电压调节器电路装置

本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所定义的电压调节器电路装置。

本发明也涉及一种集成电路，其中该集成电路包括电压调节器电路。

这样的电压调节器电路装置使用非常普遍，例如用于为微控制器和微处理器中产生电源电压。不同的类型和应用需要不同的电源电压电平。在实际中，存在很多种电源电压电平。

在实际中，使用电压调节器电路装置的设计来获得几个输出电压。通过改变电压调节器电路装置中一个或多个元件的元件值，可以修改由该装置产生的输出电压。如果将电压调节器电路装置作为集成电路实现，那么这意味着对于不同的输出电压，必须修改多个掩模。该情况甚至是必须修改整个掩模组。这样，虽然电压调节器电路的基本设计没有改变，但是每个输出电压需要单独的掩模组。并且，由于考虑到IC处理的吞吐时间，该方法相当不灵活。

用于克服该缺陷的公知的解决方案是：电压调节器电路装置具有多个编程输入端，每个编序输入端要么连接至第一参考电压，要么连接至与第一参考电压不同的第二参考电压。特别地，如果电压调节器装置设计为集成电路，上述解决方案将具有缺陷，这是由于每个编程输入端都是附加的外部输入端，其中该外部输入端需要外部引脚，但通常，人们都希望能够尽可能的减少外部引脚的数量。

本发明的一个目的是提供一种电压调节器电路装置，其中该装置具有的外部端子的数量减小。

为此，本发明提供一种在首段中定义的电压调节器电路装置，其中该电压调节器电路装置的特征在于权利要求1的特征部分。

这样，该电压调节器电路装置的外部端子的数量减少。根据本发明的电压调节器电路装置的优势在于：通过将多个内部端子的不同子集连接至外部端子，可以改变该电压调节器电路装置的输出电压。

本发明的上述和其他目的、特征以及实施例将通过下面的详细描述，并参照附图变得更显而易见。

图1表示根据本发明的电压调节器电路装置的示意图；

图2表示根据本发明的电压调节器电路装置的一个实施例的示意图；

图3表示根据本发明的电压调节器电路装置的另一实施例的示意图；

图4表示根据本发明的电压调节器电路装置的另一实施例的示意图；以及

图5表示根据本发明的电压调节器电路的另一实施例的示意图。

在这些附图中，相同的部分通常用相同的参考标记识别。

图1表示根据本发明的电压调节器电路装置的示意图。该装置100包括电压调节器102，该电压调节器运行时，在它的输出端104提供输出电压Vout。产生的输出电压Vout依赖于在该电压调节器的输入端提供的参考电压Vref。该参考电压Vref由参考电压发生电路101产生。该参考电压发生电路具有多个输入端I1，I2，...，Im，连接至相应的内部端子T1，T2，...Tm。内部端子T1，T2，...Tm的子集连接至外部端子103。

实际上，电压调节器102、参考信号发生电路和内部端子T1，T2，...Tm可以是集成电路的一部分，其中T1，T2，...Tm是集成电路的焊点。外部端子103可以是集成电路封装中的引指(lead finger)，连接至集成电路封装的外部引脚或接触区。只有内部端子T1，T2，...，Tm的子集连接至外部端子103，所以减少了所需的外部端子的数目，以及实际上，减少了所需的集成电路封装的引脚数目。在图1所示的电压调节器装置中，只有内部端子Tm连接至外部端子103，该连接用内部端子Tm和外部端子103之间的实线表示。其他内部端子和外部端子103之间可能的连接用虚线表示。很明显，可以同时有多于一定数目的内部端子连接至外部端子203。传统的，这些连接可以通过接合线实现，但是也可以使用其他公知的方式。参考电压Vref取决于连接器T1，T2，...，Tm中的哪一个连接至外部端子103，以及取决于在外部端子103上施加的信号。

本发明的优势是：

-对于不同的输出电压，只要一个掩模组和一种形式的库存。

-非常小的额外的芯片面积(只是焊点)。

-在交付线性电压调节器的几周之前，用户改变输出电压的灵活性。

-改变一个金属掩模的可能性，以得到更多的且预先未选择的输出电压电平。

-故障保护，因为输出电压由接合线而不是由用户确定。

-因为在最终测试时只有一个输出电压要修整，所以该修整可以非常精确；如果该选择不是由焊接完成，而是通过在外部应用中，将一个或更多个引脚接地或连接至更高电压来完成，精确修整将是不可能的。

图2表示根据本发明的电压调节器电路装置的示意图。该装置200包括电压调节器202，该电压调节器运行时，在它的输出端204提供输出电压Vout。所产生的输出电压Vout取决于在该电压调节器的输入端提供的参考电压Vref。该参考电压Vref由参考电压发生电路201产生。该参考电压发生电路具有多个输入端，连接至相应的内部端子T1，T2，...，Tm。内部端子T1，T2，...，Tm的子集连接至外部端子203。图2中，只有内部端子Tm-1连接至外部端子203，该连接由内部端子Tm-1和外部端子203之间的实线表示。其他内部端子和外部端子203之间可能的连接用虚线表示。很明显，可以有多个内部端子同时连接至外部端子203。

在所示的实施例中，参考信号发生电路201包括电阻梯形网络。在所示的电阻梯形网络中，多个电阻R1，R2，...，Rn-1，Rn串联连接。第一电阻R1的电极连接至电源电压或另一预先确定的电压。电阻R1的另一电极连接至中间节点210，并且该中间节点还连接至内部端子T1和第二电阻R2，并连接至电压调节器202的输入端，用于提供参考电压Vref。最后一个电阻Rn的一个电极连接至内部端子Tn。电阻Rn的另一电极连接至中间节点211，并且该中间节点还连接至内部端子Tn-1和电阻Rn-1的电极。其他内部端子连接至电阻梯形网络中的其他中间节点。

通过将不同的内部端子连接至外部端子203，电阻梯形网络的分压比将改变，使得对应于在外部端子203处提供的相同输入电压，能够产生不同的参考电压Vref。或者，可以将多个内部端子连接至外部端子203，从而将电阻梯形网络的一部分或多个部分短路，导致分压比改变。取决于应用，有利地，可以是所有电阻具有相同的值或者单独的电阻具有不同的值。

图3表示根据本发明的电压调节器电路装置的另一实施例的示意图。该装置300包括线性电压调节器302，该电压调节器运行时，在其输出节点315提供输出电压Vout。输出电压Vout取决于第一参考电压Vbg和第二参考电压Vref，以传统方式产生，其中该第一参考电压由带隙电压参考电路301产生，并提供到电压调节器302的非反相输入端，在电压调节器302的反相输入端提供第二参考电压Vref。第二参考电压Vref由参考电压发生电路产生，该参考电压发生电路包括电阻梯形网络，该电阻梯形网络包括多个电阻R1，R2，R3，R4，R5，R6，...，Rn，其中该多个电阻串联连接在节点315和具有固定电压电平的节点(例如地)之间。电阻梯形网络具有多个输入端，这些输入端由电阻梯形网络中的电路节点形成，其中这些电路节点连接至对应的内部端子T1，T2，...，Tm。内部端子T1，T2，...，Tm的子集连接至外部端子303。图3中，只有内部端子Tm连接至外部端子303，该连接由内部端子Tm和外部端子303之间的实线表示。其他内部端子和外部端子303之间可能的连接由虚线表示。很明显，可以有超过一定数目的内部端子同时连接至外部端子303。通常，这样的连接例如由接合线完成。

在电阻梯形网络中，电阻R1连接在地面和节点310之间，该节点310还连接至电压调节器302的反相输入端，用于提供参考电压Vref。电阻R2连接在节点310和节点311之间。电阻R3连接在节点311和节点312之间，节点312还连接至内部端子T1。电阻R4连接在节点312和节点313之间，节点313还连接至内部端子T2。电阻R5连接至节点313和节点314之间，节点314还连接至内部端子T3。电阻R6连接至节点314，还经由其他的电阻和节点电阻耦合至电阻Rn。电阻Rn，即电阻梯形网络中最后一个电阻，连接至节点315，节点315还连接至内部端子Tm。

图3中，只有内部端子Tm连接至外部端子303，该连接由内部端子Tm和外部端子303之间的实线表示。其他内部端子和外部端子303之间可能的连接用虚线表示。很明显，可以有多个内部端子同时连接至外部端子303。

通过将附加的内部端子连接至外部端子203，电阻梯形网络的分压比将改变，使得响应于在外部端子303处提供的相同的输入电压，产生不同的参考电压Vref。或者，可以将多个内部端子连接至外部端子303，从而使电阻梯形网络的一部分或多个部分短路，改变分压比。取决于应用，有利的是，所有电阻可以具有相同的值，或者单独的电阻具有不同的值。

在典型的应用中，图3所示的所有元件，除了外部端子303之外，都是位于半导体材料管芯上的集成电路的一部分。内部端子T1，...，Tm是集成电路的端子，可以例如以焊点的形式实现。在该应用中，外部端子303是集成电路(IC)封装的内部端子，例如是引指，连接至IC封装的外部端子，例如是引脚或另一传统电触点形式的连接器。

该调节器通过使Vref等于带隙电压Vbg，将输出电压调整至电压Vout。输出电压Vout等于：

Vout＝Vref*(Rtot/R1)，其中

Rtot＝R1+R2+R3+R4+R5+R6+...+Rn    (1)

在传统的线性电压调节器中，只在焊点Tm和该封装的引指303之间设置了接合线，导致引指303上产生最大输出电压Vout，max，从而在该封装的相应引脚上产生最大输出电压Vout，max：

Vout，max＝Vref*(Rtot，max/R1)，且

Rtot，max＝R1+R2+R3+R4+R5+R6+...+Rn    (2)

当分别从焊点T3，T2或T1至引指303增加其中一条额外的接合线时，那么分别实现从电阻R6至Rn，或R5和R6至Rn，或R4，R5和R6至Rn的短路，这导致了更低的输出电压。式(1)中，从Vo至地的总电阻Rtot将分别下降至：

R1+R2+R3+R4+R5，R1+R2+R3+R4和R1+R2+R3。电阻值确定了不同的输出电压。

额外的芯片面积最小：仅是额外的焊点。焊点的数量(该示例是三个)不固定为三个，最少是一个。另一优势是，如果带隙电压Vbg可以修整，那么在最终测试时，输出电压也可以相对于这时特定的输出电压非常精确地修正。电阻的数目和电阻值的选择取决于所有期望的输出电压，即使该电压在第一IC中没有被选择。通过改变一个金属掩模，由此将焊点T3，T2和/或T1线连接至电阻分压器的另一位置，可以选择新的输出电压。

典型的电阻值是：R1＝10kOhm，R2＝R3＝5kOhm，R4＝4kOhm，R5＝2.4kOhm以及R6至Rm的总和＝13.6kOhm。这同大约是1.25V的带隙电压一起，产生了下述可能的输出电压：

5.0V(一条接合线，只在焊点Tm上)，

3.3V(至焊点Tm和T3的接合线)，

3.0V(至焊点Tm和T2的接合线)，以及

2.5V(至焊点Tm和T1的接合线)。

图4表示根据本发明的电压调节器电路装置的另一实施例的示意图。该装置400是图3所示装置的改进形式。它包括线性电压调节器402，该电压调节器运行时，在其输出节点415提供输出电压Vout。该输出电压Vout取决于第一参考电压Vbg和第二参考电压Vref，以传统方式产生，其中该第一参考电压由带隙电压参考电路401产生，且被提供至电压调节器402的非反相输入端，在电压调节器402的反相输入端提供第二参考电压Vref。第二参考电压Vref由参考电压发生电路产生，该参考电压发生电路包括电阻梯形网络，该电阻梯形网络包括多个电阻R1，R2，R3，R4，R5，R6，...，Rn和Ra，Rb，Rc，Rd，Re，Rf以及Rg，其中该多个电阻连接在节点315和具有固定电压电平的节点(例如地)之间。该电阻梯形网络具有多个输入端，这些输入端由电阻梯形网络中的电路节点形成，其中这些电路节点连接至相应的内部端子T1，T2，...，Tm。内部端子T1，T2，...，Tm的子集连接至外部端子403。在图4中，只有内部端子Tm连接至外部端子403，该连接由内部端子Tm和外部端子403之间的实线表示。其他内部端子和外部端子403之间可能的连接用虚线表示。很明显，可以同时有超过一定数目的内部端子连接至外部端子403。通常，这样的连接例如由接合线完成。

在电阻梯形网络中，电阻R1连接在地和节点410之间，该节点410还连接至电压调节器302的反相输入端，用于提供参考电压Vref。电阻R2连接在节点410和节点411之间。电阻R3连接在节点411和节点412之间。电阻R4连接在节点412和节点413之间。电阻R5连接在节点413和节点414之间。电阻R6连接至节点414，并经由其他的电阻和节点电阻耦合至电阻Rn。电阻Rn，即电阻梯形网络中的最后一个电阻，连接至节点415，该节点415还连接至内部端子315。电阻Ra连接在节点412和节点421之间。电阻Rb连接在节点412和节点420之间。电阻Rc连接在节点414和节点421之间。电阻Rd连接在节点414和节点420之间。电阻Re连接在节点420和节点421之间。电阻Rf连接在节点415和节点421之间。电阻Rg连接在节点415和节点420之间。内部端子Tm连接至节点415。内部端子T2连接至节点420。内部端子T1连接至节点421。

图4中，只有内部端子Tm连接至外部端子403，该连接由内部端子Tm和外部端子403之间的实线表示。其他内部端子和外部端子403之间可能的连接用虚线表示。很明显，可以有多个内部端子同时连接至外部端子403。

在典型的应用中，图4所示的所有元件，除了外部端子403之外，都是位于半导体材料管芯上的集成电路的一部分。内部端子T1，...，Tm是集成电路的端子，例如以焊点的形式实现。在该应用中，外部端子403是集成电路(IC)封装的内部端子，例如是引指，连接至该IC封装的外部端子，例如引脚或另一传统电触点形式的连接器。

图4的装置与图3的装置相比，具有的优势是：在不引入附加焊点的情况下，可以产生附加的Vout值。或者，要产生四个不同的输出电压的话，所需的焊点可以减少一个。典型的电阻值是R1＝10kOhm，R2＝R3＝0Ohm，R4+R5＝15kOhm，R6至Rm的总和＝30kOhm，Ra＝20kOhm，Rb＝Rc＝Re＝无穷大，Rd＝6kOhm，Rf＝130kOhm，以及Rg＝84kOhm。这些同大约1.25V的带隙电压一起，产生下述可能的输出电压：

5.00V(一条接合线，只在焊点Tm上)，

3.46V(至焊点Tm和T2的接合线)，

2.88V(至焊点Tm和T1的接合线)，以及

2.50V(至焊点Tm，T2和T1的接合线)。

图5表示根据本发明的电压调节器电路的另一实施例的示意图。该装置包括线性电压调节器502，该电压调节器502运行时，在其输出节点530提供输出电压Vout。输出节点530连接至线性电压调节器502的反相输入端。受控电压源503，取决于数字电路501产生的数字输出，产生参考电压Vref。第一比较器510的输出端连接至数字电路502的第一输入端。第二比较器520的输出端连接至数字电路502的第二输入端。第一比较器510的非反相输入端连接至节点532。在第一比较器的反相输入端，提供第一阈值电压Vth，h。第二比较器520的非反相输入端连接至节点531。在第二比较器的反相输入端，提供第二阈值电压Vth，1。节点532连接至内部端子Ta。并且，电流源512产生第一电流Ih，并连接在节点532和具有固定电压的节点(例如地)之间。节点531连接至内部端子Tb。并且，电流源522产生第二电流Il，并连接在节点531和具有固定电压的节点(例如地)之间。节点530连接至内部端子To。

在典型应用中，电压调节器装置500是集成电路的一部分，其中，内部端子Ta，Tb以及To是该IC的端子，典型地，形成为焊点。输出缓冲器的输出电压Vout等于电压源503选择的电压Vref，其中该输出缓冲器连接至焊点To，焊点To设置到封装的相应引指上。电压源503的电压取决于在比较器510和520输出端提供的信号。

如果焊点Ta没有经由接合线设置在To的引指上，那么，由于电流源Ih，比较器510的输入信号等于地电平，从而导致比较器510的输出信号是低电平。如果焊点Ta经由接合线设置在To的引指上，那么比较器510的输入信号等于Vout，且比较器510的阈值低于最小可选择的Vout，则比较器510的输出信号是高电平。

如果焊点Tb没有经由接合线设置在Vout的引指上，那么，由于电流源Il，比较器520的输入信号等于地电平，从而导致比较器520的输出信号是低电平。如果焊点Tb经由接合线设置在Vout的引指上，那么比较器520的输入信号等于Vout，且比较器520的阈值低于最小可选择的Vout信号，则比较器520的输出信号是高电平。

由于比较器510和520的输出信号分别取决于从输出电压的引指至焊点Ta和Tb间接合线的存在或缺少的组合，那么有四种不同的输出电平可以选择。电平Vth，h和Vh，l都小于最小可选择的输出电压。原因是在电压调节器启动时，即输出电压Vo斜坡上升时，数字电路必须决定Vout将停止在哪个电平上。如果两个焊点都没有设置，那么Vout停止在最小输出电压上。如果只设置了焊点Ta，Vout停止在稍微高一点的值上。如果只设置了焊点Ta，Vout停止在比第二个值更高的值上。如果两个焊点都已经设置，那么Vout斜坡增长至最大输出电压。

选择出这些比较器电平，Vout将平滑的斜坡上升，正如所公知的当Vout几乎等于最小可选择的输出电压时斜坡上升期间的情况，该最小可选择的输出电压是Vout必须斜坡上升达到的电压。Vt，h可以比Vt，l高，但是这没有必要。

数字电路可以连续监测比较器510和520的输出信号的电平。或者，它也可以在Vout的第一次斜坡上升期间，决定储存信息一次。后者的优势是，Vout的尖峰信号将不影响对于所选择Vout的决定，并且电流源512和522以及比较器510和520可以关闭。这节省了电源电流。

典型地，电流Il和Ih的范围是10-100μA。阈值Vth，l和Vth，h的范围是1-2V，可选择的输出电压Vout在2V和5V之间。额外的焊点(该示例中是Ta和Tb)的数目不固定为两个，可以或多或少，这取决于希望可选择的输出电压的数目。

这里描述的本发明的实施例的目的是用于说明，而不起限制作用。在不脱离后序权利要求定义的本发明的保护范围的情况下，本领域技术人员对于这些实施例可以做出各种修改。

例如，在上面讨论的实施例中，参考信号是电压域信号。对于本领域技术人员来说，很明显，如果提供合适的参考发生电路，取代电压域信号，可以使用例如电流域或电荷域的信号。

并且，虽然在图2、图3和图4所示的实施例中，使用电阻梯形网络分割在外部端子提供的信号，但是很明显，可以等效地应用其他类型的分压电路，或者在产生电流域或电荷域参考信号的情况下，可以分别使用分流电路，或分电荷电路。

根据本发明的电压调节器电路装置可以用于具有普通电源电压变化范围的应用中，也可以用作单机产品，或用作系统的一部分，其中该系统中集成了一个或多个电压调节器。

Claims (10)

1、一种电压调节器电路装置，包括电压调节器，用于根据参考信号产生输出电压，其特征在于，提供参考信号发生电路来产生所述参考信号，所述参考信号发生电路包括多个输入端，连接至多个内部端子，其中所述多个内部端子的子集连接至外部端子。

2、如权利要求1所述的电压调节器电路装置，其特征在于，所述参考信号发生电路包括选择电路，用于根据在所述外部端子接收的选择信号，从可能的参考信号的范围中选择所述参考信号。

3、如权利要求2所述的电压调节器电路装置，其特征在于，所述参考信号发生电路包括比较器，该比较器的一个输入端连接至所述内部端子子集中的一个内部端子，用于对所述选择信号与阈值信号进行比较，该比较器的输出端连接至所述选择电路。

4、如权利要求3所述的电压调节器电路装置，其特征在于，所述参考信号发生电路包括另一比较器，该另一比较器的一个输入端连接至所述内部端子子集中的另一内部端子，用于对所述选择信号和另一阈值信号进行比较，该另一比较器的输出端连接至所述选择电路。

5、如权利要求2所述的电压调节器电路装置，其特征在于，所述多个内部端子包括另一内部端子子集，其连接至另一外部端子，用于接收另一选择信号，其中，所述参考信号发生电路包括另一比较器，该另一比较器的一个输入端连接至所述另一内部端子子集中的一个内部端子，用于对所述另一选择信号和另一阈值信号进行比较，该另一比较器的输出端连接至所述选择电路。

6、如权利要求1所述的电压调节器电路装置，其特征在于，所述参考信号发生电路包括分压电路，其中，所述输入端对应于所述分压电路的输入端，并且在所述分压电路的输出端提供所述参考信号。

7、如权利要求6所述的电压调节器电路装置，其特征在于，所述分压电路是电阻梯形网络。

8、如权利要求7所述的电压调节器电路装置，其特征在于，连接至所述外部端子的内部端子的所述选择将所述电阻梯形网络的一部分短路。

9、如权利要求1、6、7和8中任一项所述的电压调节器电路装置，其特征在于，所述电压调节器包括输出端，用于提供所述输出电压，其中所述输出端连接至所述多个内部端子中的一个内部端子。

10、一种包括电压调节器电路的集成电路，该电压调节器电路包括电压调节器，用于根据参考信号产生输出电压，其特征在于，提供参考信号发生电路来产生所述参考信号，所述参考信号发生电路包括多个输入端，连接至所述集成电路的端子。

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