KR20050010511A - 보호된 이중-전압 마이크로회로 전원 장치 - Google Patents

보호된 이중-전압 마이크로회로 전원 장치 Download PDF

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KR20050010511A KR10-2004-7020042A KR20047020042A KR20050010511A KR 20050010511 A KR20050010511 A KR 20050010511A KR 20047020042 A KR20047020042 A KR 20047020042A KR 20050010511 A KR20050010511 A KR 20050010511A
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Abstract

마이크로회로는 코어 부분 및 다른 부분을 포함하며, 이 부분들은 각각의 소스로부터 서로 다른 공급기 전압을 수신한다. 정전기 방전 보호(ESD) 회로는 더 낮은 전압 단자 및 더 높은 전압 단자를 다이오드와 함께 내부적으로 연결하며, 상기 다이오드는 공칭적으로 더 낮은 전압 공급기가 더 높은 전압 공급기를 초과하는 경우 해당 다이오드가 도통상태로 되도록 하는 극성을 가진다. 만약 높은 전압 공급기가 고장나거나 또는 심지어 낮은 전압 공급기의 값 아래로 강하되면, 다이오드는 도통상태로 되고, 전류는 마이크로회로를 과열시킬 수 있는 양만큼 유도된다. 차단 회로는 더 높은-전압 소스의 전압을 감지하여, 더 높은-전압 소스가 더 낮은 전압 소스의 실제 전압(일 실시예)이나 공칭 전압(다른 실시예) 중 어느 하나 아래로 강하할 때라면 어느 때라도 더 낮은-전압 소스를 차단하도록 하기 위해 제공된다.

Description

보호된 이중-전압 마이크로회로 전원 장치{PROTECTED DUAL-VOLTAGE MICROCIRCUIT POWER ARRANGEMENT}
더 높은 프로세싱 속도에 대한 계속되는 요구에는 고속-디지털 프로세싱 장치의 발전이 수반되어 왔다. 이 더 높은 프로세싱 속도는, 차례로, 해당 프로세싱을 구현하는 마이크로회로에서 내부적으로 방산되는 열을 증가시키는 경향이 있어 왔다. 이 열은, 차례로, 마이크로회로의 온도를 올리는 경향이 있다. 고체 마이크로회로의 신뢰성은 고체 마이크로회로가 동작하는 실제적인 온도 수준에 의존한다. 심지어 임의의 주어진 마이크로회로의 최대 정격 온도보다 높이 올라간 온도에서 짧은 기간의 동작조차도 해당 마이크로회로의 신뢰성을 상당히 감소시킬 수 있다. 이런 이유로, 미국 특허 6,388,317 (Reese 명의로 2002년 5월 14일 등록)에 기술된 바와 같이, 유체 냉각제가 고체 칩 근처에서 흐르도록 제안될 정도로, 마이크로회로에서부터 열을 제거하는 것에 대해 지대한 관심이 기울여지고 있다.
고밀도 마이크로회로의 온도를 감소시키기 위하여 적용되어 온 기술 중 하나는, 가장 높은 밀도로 집적된 또는 가장 높은 스위칭 속도로 동작하는 마이크로회로의 "코어(core)" 부분에 대해, 마이크로회로 상의 "주변" 회로들에 인가되는 전원 공급 전압에 비하여, 더 낮은 전원-공급기 또는 전원 공급 전압을 사용하는 것이다. 이것은, 둘 이상의 서로 다른 전원 공급 전압을 요구하는 "이중-전압" 마이크로회로가 생겨나게 된 계기이다. 이중-전압 마이크로회로는, 예상할 수 있는 바와 같이, 마이크로회로의 코어 및 주변 부분에 요구되는 직류 전압을 제공하기 위하여 별개의 전원 공급기들을 요구한다. 통상적인 타입의 이중-전압 마이크로회로는 2.5 볼트 및 3.3 볼트 소스 둘 모두를 요구한다.
한 마이크로회로 상에 많은 기능들의 제공은, 해당 마이크로회로 내 전도체들 사이의 공간이 매우 작을 것과, 또한 이 전도체들이 연결될 고체 소자들이 매우 작을 것을 요구한다. 이러한 작은 크기는 마이크로회로의 유용성에도 기여하며, 또한 고속 동작이 가능하게 한다. 그러나, 닫힌 공간들과 작은 크기는, 이 공간들이 너무 작아 상대적으로 낮은 전압에서 해로운 전압 항복현상(breakdown) 또는 섬락현상(flashover)이 일어날 수 있다는 단점을 가진다. 이런 이유로, 예컨대 미국 특허 5,708,550(Avery 명의로 1998년 1월 13일 등록), 6,040,968(Duvvury 외 다수의 명의로 2000년 3월 21일 등록), 6,043,539(Sugasawara 명의로 2000년 3월 28일 등록), 및 6,060,752(Williams 명의로 2000년 5월 9일 등록)에서 개시된 바와 같이, 다이오드, 다이오드와 연결된 전계효과 트랜지스터(FET), 또는 다른 단일방향 전류 도통 디바이스 형태의 비선형 디바이스에 의해 전자기 서지(surge) 및/또는 과전압 보호가 종종 제공된다. 이들 비선형 디바이스는 종종, 보호될 마이크로회로 주위에서 서지를 댐핑하고 과전압을 바이패스시키기 위하여, 외부 세계로의 연결을 제공하는 마이크로회로의 여러 전극들에 연결된다. 한가지 알려진 구조는, 공급 전압이 서로 다른 값을 가지는 Duvvury 외 다수의 특허에서 개시된 바와 같이, 마이크로회로의 제 1 전압 입력 전극과 제 2 전압 입력 전극 사이에 반대방향-평행(antiparallel) 방식으로 단일방향 전류 도통 디바이스(들)을 연결하는 것이다. Duvvury 외 다수의 장치는, 한 소스의 전압이 단일방향 전류 도통 디바이스의 오프셋 전압보다 더 많이 다른 소스의 전압으로부터 달라지려고 할 때마다, 전극들의 전압들을 서로 "연결하는" 효과를 가진다.
개선된 이중-공급 장치가 바람직하다.
본 발명은 일반적으로 집적회로에 관한 것이며, 더 상세하게는 둘 이상의 서로 다른 전원 공급 전압(energizing voltage) 을 요구하는 마이크로회로에 관한 것이다.
도 1은, 코어와 주변 프로세싱 부분들을 포함하는 마이크로회로, 및 상기 코어와 주변 프로세싱 부분들에 각각 전원 공급 전압을 제공하기 위한 제 1 및 제 2 전원 공급기를 포함하는 장치의 개략도.
도 2a는, 본 발명의 일 양상에 따라 추가 부분을 포함하는, 도 1의 장치와 유사한 장치의 개략도.
도 2b는 본 발명의 다른 양상에 따라 수정된, 도 2a의 장치의 일부의 개략도.
도 3은 도 2a와 유사하지만, 본 발명의 일 양상에 따른 구체적인 일 실시예의 더 상세한 개략도.
도 4는 도 2a와 유사하지만, 대안적인 기준 전압 소스를 보여주는 개략도.
본 발명의 일 양상에 따른 전원 공급기 보호 장치는, 제 1 부하 회로에 전원 공급하기 위한 제 1 공급기 출력 레벨을 생성하는 제 1 전원 공급기, 및 제 2 부하 회로에 전원 공급하기 위한 제 2 공급기 출력 레벨을 생성하는 제 2 전원 공급기를 포함한다. 제 1 및 제 2 공급기 출력 레벨 사이의 차이가 제 1 정상 동작 범위 값에서 벗어나 있으면서 또한 제 2 공급기 출력 레벨이 제 2 정상 동작 범위 값 내에 있을 때, 클램프 회로는 제 2 공급기 출력 레벨을 나타내는 신호에 반응하여 제 1 공급기 출력 레벨을 클램핑(clamping)한다. 상기 차이가 제 1 정상 동작 범위 값 내에 있을 때는, 상기 제 1 공급기 출력 레벨의 클램핑은 이루어지지 않는다. 제 2 공급기 출력 레벨이 제 2 정상 동작 범위의 값에서 벗어나 있을 때, 검출기는 제 2 공급기 출력 레벨 표시 신호에 반응하여 제 1 전원 공급기에 연결되어 제 1 공급기출력 레벨을 변동시킴으로써 제 1 공급기 출력 레벨의 클램핑이 이루어지지 않도록 한다.
상기 장치의 일 실시예에서, 상기 클램프 회로는 스위치를 포함한다.
상기 장치의 다른 실시예에서, 상기 클램프 회로는 정류기와 다이오드 중 하나를 포함한다.
상기 장치의 또 다른 실시예에서, 상기 제 1 부하 회로는 제 1 스테이지를 형성하고 상기 제 2 부하 회로는 하나의 공통 집적 회로의 제 2 스테이지를 형성한다.
상기 장치의 또 다른 실시예에서, 상기 제 1 전원 공급기 레벨은, 상기 제 2 공급기 출력이 상기 제 2 정상 동작 범위의 값에서 벗어나 있을 때, 디스에이블된다.
도 1은 코어 및 주변 프로세싱 부분(14, 16)을 따로 포함하는 마이크로회로(12)를 포함하는 장치(10)의 개략도이다. 마이크로회로(12)에 대해 외부장치인 제 1 전원 공급기(24)는, 제 1 전압 입력 포트 즉 전극(121)에 인가하기 위한, 2.5 볼트와 같은 제 1 전압에서의 전원 공급 전압(energizing voltage)을 생성한다. 제 2 외부장치 전원 공급기(26)는 제 2 전원 공급 전압 입력 포트 즉 전극(122)에 인가하기 위한 전원 공급 전압을 생성한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 마이크로회로(12)의 코어 회로(14)는 전원 공급기(24)로부터 인가되는 전압에 의해 전원 공급되며, 주변 회로(16)는 전원 공급기(26)로부터 인가되는 전압에 의해 전원 공급된다. 도 1에서, 전원 공급기(24)에 의해 생성된 제 1 공급기 전압은 2.5 볼트이고, 전원 공급기(26)에 의해 생성된 제 2 공급기 전압은 3.3 볼트이며, 둘 모두 덧셈(+) 기호로 표시된 바와 같은 극성을 가진다. 따라서, 마이크로회로(12)의 코어 회로 부분(14)은 2.5 볼트의 공칭 전압에 대해(또는 에서) 동작하며, 주변 회로(16)는 3.3 볼트의 공칭 전압에서 동작한다. 당업자라면, 임의의 전압 인가에는 전하의 흐름을 위한 완전한 회로를 형성하기 위하여 두 개의 전도체가 요구된다는 것과, 통상적인 접지 기호에 의해 도시된 "접지" 연결이 제공되어야만 한다는 것을 인식할 것이다.
회로의 임의의 포인트에서의 다른 포인트에 대한 실제 전압은, 서지에 기인하여 순간적으로, 또는 잘못-설정된 제어나 하나 이상의 구성부품에의 손상에 기인하여 계속해서, 공칭값과는 다를 수 있다. 도 1의 장치에서, 보호 회로(30)는 다이오드나 정류기의 형태로 단일방향 전류 도통 디바이스(32)로서 제공되며, 상기 단일방향 전류 도통 디바이스(32)의 애노드는 제 1 입력 전압 전극(121)에 연결되고, 그 캐소드는, 아마도 저항(34)과, 제 2 입력 전압 전극(122)를 통해 제 2 전원 공급기(26)에 연결된다. 제 1 전원 공급기(24)에 의해 생성된 전압이 제 2 전원 공급기(26)에 의해 생성된 전압보다 공칭적으로 더 큰 레벨로 상승하려고 하는 경우, 또는 해당 공칭 레벨을 초과하는 임의의 소스로부터의 전압 서지의 경우, 단일방향 전류 도통 디바이스(32)는 도통상태으로 되어, 전극(121), 단일방향 전류 도통 디바이스(32), 저항(34), 및 전극(122)을 통해, 전원 공급기(24)로부터 전원 공급기(26)로의 전류 흐름을 위한 경로를 제공한다. 이 전류 흐름은, 전원 공급기(24)의 출력을 전원 공급기(26)의 출력 전압보다 실질적으로 더 크지 않은 값으로 "클램핑"하기 위한 것이다. 보호 회로(30)의 저항(34)은, 사용되는 경우, 그러한 장애 상태 동안 보호 회로(30)를 통과하는 전류를 비파괴적인 값으로 제한하도록, 그리고 또한 일시적인 서지를 댐핑하는 경향을 가진 저항성 부하를 제공하도록 선택되는 값을 가지지만, 보호 회로(30) 내에 흐르는 전류가, 코어 회로 부분(14)에서 흐르는 전류와 함께, 전원 공급기(24)의 출력 전압를 감소하기에 충분하도록 하기 위하여 충분히 낮은 값을 가져야만 한다. 전원 공급기(24)의 출력 전압의 감소는 전원 공급기(24)와 연관된 과전류 폴드백 회로(overcurrent fold-back circit)를 통해 성취될 수 있거나, 또는 그 실제 출력 전압이 원하는 레벨로 감소하기에 충분하게 단순히 전원 공급기(24)의 고유 내부 임피던스에 부하를 거는 것(loading)에 의해 성취될 수 있다.
단일방향 전류 도통 디바이스(32)를 포함하여, 도 1의 보호 회로(30)의 동작에 대한 상기 설명에 있어서, 단일방향 전류 도통 디바이스의 오프셋 전압의 효과는, 만약 존재한다 하더라도, 고려되지 않았다. 당업자라면, 다양한 형태의 단일방향 전류 도통 디바이스가 오프셋 전압, 즉 상당한 도통상태가 발생되기 전에 초과되어야만 하는 순방향 전압인 오프셋 전압을 가진다는 것을 알고 있다. 이들 오프셋 전압은 또한 도통상태 동안에도 역시 존재하며, 따라서, 실제로, 공칭 2.5 볼트 공급기의 전압은, 회로(30)에서의 도통상태가 시작되기 전에 3.3 볼트 더하기 디바이스(32)의 순방향 오프셋 전압의 합까지 상승하여야만 한다.
도 1의 장치(10)의 동작시, 마이크로회로 전원 공급기(26)는 접지에 단락될 수 있거나, 또는 자신의 공칭 전압보다 작은 전압을 생성할 수 있다. 이러한 상황에서, 2.5 볼트라고 도시되어 있는 전원 공급기(24)에 의해 생성된 공칭 전압은, 공칭 3.3 볼트 전원 공급기(26)에 의해 생성된 실제 전압을 (만약 존재한다면, 하나 이상의 오프셋 전압만큼) 초과할 수 있다. 예컨대, 만약 전원 공급기(26)가 내부적으로 자신의 출력 포트를 접지에 단락시켜야 한다면, 전원 공급기(26)로부터 제 2 전원 공급 전압 입력 포트(122)로 제로(0) 볼트가 인가될 것이다. 보호 회로(30)는 이런 상태를 제 1 전원 공급기(24)의 과전압 상태와 구별될 수 없는 것으로인지할 것이며, 단일방향 전류 도통 디바이스(32)는 도통상태로 될 것이다. 단일방향 전류 도통 디바이스(32)가 도통상태이면, 전류는, 동작하는 전원 공급기(24)로부터 전극(121), 단일방향 전류 도통 디바이스(32), 저항(34), 및 전극(122)를 통해, 전원 공급기(26)로 흐를 것이다. 보호 회로(30)를 통한 전류의 흐름은 공급기(24)에 의해 제공되고 있는 기존 전류에 추가된다.
내부 구성 상세부를 알 수 없는 특정 비디오 프로세서에 있어서, 외부적인 "블랙 박스" 측정은, 상기 프로세서가 도 1에 표시된 바와 같이 전원 소스들(24 및 26) 사이에 연결된 도 1의 소자들(32 및 34)에 대응하는 다이오드-저항 조합을 가지는 것으로 나타난다고 판정하였다. 도 1의 집적 회로(12)에 대응하는 집적 회로의 온도는 도 1의 보호 회로(30)가 동작할 때 상승하는 경향이 있다는 것이 발견되었다. 더 구체적으로 말해서, 이 집적 회로의 케이스 온도는 100℃에 도달하였는데, 이는 이 집적 회로에 특정된 절대 최대 온도 80℃를 초과한다. 단일방향 전류 도통 디바이스(32 및 34)에서 소모된 전력은, 아마도 다른 디바이스에서의 전력 소모와 함께, 정상 동작 동안 집적회로에 의해 생성되는 열에 추가되며, 결과적으로 과-온도 상태로 된다고 믿어진다.
도 2a는 도 1에 유사한 개략도로서, 보호 회로(30)의 동작에 기인하는 집적 회로의 과-온도를 방지하는 경향을 가진 본 발명의 일 양상에 따른 장치를 도시한다. 도 2a에서, 도 1의 소자들과 대응하는 소자들은 같은 참조 번호로 표시되어 있다. 전체적으로 40으로 표시되어 있는 비교기 회로는, 전원 공급기(26)의 출력 단자(260)와 접지 사이에 연결된 제 1 및 제 2 직렬-연결형 저항(44, 48)을 포함하고, 그 사이에 탭(46)을 가지는 것으로 도시된 전압 분할기(42)를 포함한다. 당업자는, 탭(46)에서의 전압은 출력 단자(260)에서의 실제 전압의 알려진 일부분이라는 것을 알고 있다. 정확한 백분율은 다른 인자들 중에서도 특히 저항(44)과 저항(48)의 상대적인 값에 의존할 것이다. 따라서, 전압 분할기(42)의 탭(46)에서의 실제 전압은 출력 단자(260)에서의 실제 전압의 고정된 백분율일 것이다. 본 발명의 일 양상에 따라, 비교기 장치(40)는 고-이득 증폭기(또한 단순하게 "비교기" 또는 "comp"라고도 하는)(50)를 포함하며, 이 증폭기는 전압 분할기(42)의 탭(46)에 연결된 제 1 입력 단자와 Vref로 표시되어 있는 기준 전압에 연결된 제 2 입력 단자를 가진다. 비교기 디바이스(50)의 출력 단자는 신호 경로(52)를 통해 제 1 전원 공급기(24)의 "차단(shut-down)" 입력 포트(54)에 연결된다. 핀(54)에 인가된 전압이 논리 로우(logic low)이거나 0일 때, 2.5 볼트 전원 공급기(24)는 자신의 출력 전압을 감소시키거나, 또는 동작을 차단하거나 중지시킨다. 기준 전압(Vref)의 값은, 제 2 전원 공급기(26)의 출력단(260)에서의 실제 전압이 공칭 출력 전압(빼기 하나 이상의 오프셋 전압)과 동일할 때 탭(46)에서 발생하는 전압과 동일하게 선택된다. 2.5 볼트의 제 1 전압 소스 공칭 전압의 예를 사용하여 다른 식으로 말하면, 기준 전압 소스(Vref)는, 제 2 출력 공급기(26)의 출력단(260)에서의 실제 전압이 2.5 볼트 이하(적용가능한 경우에는, 더하기 오프셋)와 같은 때 탭(46)에서 발생하는 전압과 동일한 값을 가지도록 선택된다. 더 구체적으로 말해서, 만약 탭(46)에서의 실제 전압이 출력 포트(260)에서의 실제 전압의 0.28 배이고, 전원 공급기(26)의 실제 전압이 2.5 볼트라면, 탭 전압은 0.7 볼트(오프셋이 없다고 가정할 때)일 것이다. 이 경우 도 2a의 기준 전압 소스(Vref)는 0.7 볼트 이하가 되도록 선택된다.
도 2a의 장치의 동작시, 비교기 장치(40)는, 오프셋이 없다고 가정할 때, 3.3 볼트 공급기(26)의 실제 전압이 2.5 볼트를 초과할 때 신호 경로(52) 상에서 제 1 신호 상태를 생성시킬 것이고, 3.3 볼트 공급기(26)의 실제 전압이 2.5 볼트보다 작을 때는 상이한 즉 다른 상태를 생성시킬 것이다. 따라서 비교기 장치(40)의 출력은, 도 2a의 보호 회로(30)를 통해 전류가 흐를 수 있으며 또한 마이크로회로(12)의 과열이 발생할 수 있는 간격에 대한 표시를 제공한다. 도 2a에서, 신호 경로(52)와 연관된 신호(53)는 정상 즉 "OK" 상태에 연관되어 논리 하이 레벨을 가지는 것으로서 나타나 있는데, 이러한 정상 즉 "OK" 상태는 2.5 볼트 이상의 공칭 3.3 볼트 공급기(26)의 출력 전압에 대응하여 전압 분할기(42)의 탭(46)에서의 전압이 0.7 볼트 이상일 때 발생한다. 유사하게, 비교기(40)에 의해 생성된 신호(53)의 논리 로우 레벨은 잠재적인 과열 상태를 나타내고 있는데, 이러하 과열 상태는 2.5 볼트보다 작은 공칭 3.3 볼트 공급기(26)의 출력 전압에 대응하여 전압 분할기(42)의 탭(46)에서의 전압이 0.7 볼트보다 작을 때 발생할 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따라, 도 2a의 전도체(52) 상의 신호는, 제 1 전원 공급기(24)의 차단 입력 포트(54)에 인가됨으로써, 과열을 초래할 수 있는 상태가발생하는 경우 제 1 전압 소스를 차단하게 한다. 더 구체적으로, 비교기 디바이스(50)의 반전(-) 입력단이 기준 전압 소스 Vref에 연결되고 비교기 디바이스(50)의 비반전(+) 입력단이 전압 분할기(42)의 탭 포인트(46)에 연결된 상태에서, 비교기(40)는, 탭(46)에서의 전압이 Vref 아래일 때, 즉 마이크로회로(12)의 과열이 초래될 수 있는 상태가 발생할 때, 신호 전도체(52) 상에 논리 로우 또는 논리 0 레벨을 생성할 것이다. 비교기(40)는 정상 상태 하에서, 즉 단자(260)에서의 3.3 볼트 공급기의 실제 값이 2.5 볼트를 초과할 때, 논리 하이 신호를 생성한다. 2.5 볼트 전원 공급기(24)를 차단하기 위하여 입력 포트(54)에서 요구되는 제어 신호가 논리 로우 레벨이 아니라 논리 하이 레벨인 경우라면, 인버터가 비교기 디바이스(50)의 출력단에 연결되어 신호를 인버팅할 수 있고, 제 1 전원 공급기(24)를 적절하게 제어하는데 필요한 경우 또는 대안적으로, 비교기의 반전 입력단 및 비반전 입력단에의 연결이 역으로 될 수 있다.
도 2b는 기준 전압 Vref및 전원 공급기(26)를 가진 비교기(50)의 대안적인 장치를 도시하는데, 여기서 전압 분할기는 제거되고, 기준 전압은 전원 공급기(24)의 공칭 전압, 즉 2.5 볼트와 같도록 설정된다. 이 장치는 전원 공급기(26)의 출력 포트(260)에서의 실제 출력 전압과 전원 공급기(24)의 공칭 값 사이의 직접 비교를 제공한다.
도 3은 본 발명의 비교기 및 전원 공급기 부분의 구체적인 일 실시예에 대한 어느 정도 더 상세한 도면이다. 도 3에서, 2.5 볼트 전원 공급기(24)의 부분들(U13600, U13601) 및 전원 공급기(26)는 모두 하나의 6V_STBY 직류 전원 소스로부터 전원을 공급받는다.
도 3의 집적회로(U13600)는, 미국 캘리포니아 95035-7417, 밀피타스, 1630 매카시 블러바드 소재 Linear Technology Corporation에 의해 제조된, 타입 LTC1530 고 성능 동기 스위칭 레귤레이터 제어기이다. 이것은 그 G1 및 G2 단자로부터 두 개의 외부 FET 디바이스를 구동하려는 목적을 가진다. 두 개의 외부 FET 디바이스는 U13601 내에 위치되어 있다. LTC1530은, 온도, 부하 전류 및 라인 전압 편이에 대해 2%의 최악의 출력 전압 조절을 제공하려는 목적을 가진 정밀도 조정된 기준 및 내부 피드백 시스템을 포함한다. LTC1530의 보상 핀(4)은 에러 증폭기에 내부적으로 연결되며 PWM 비교기의 입력단에 내부적으로 연결되고, 최적의 천이 반응을 위해 피드백 루프를 보상하도록 외부 RC 네트워크에 연결되도록 의도된다. LTC1530의 차단은 개방-콜렉터 또는 개방-드레인 트랜지스터를 사용하여 보상 핀(4)을 0.1 볼트 아래로 풀링함으로써 성취된다.
도 3에서, 비교기(40)는 NPN 바이폴라 트랜지스터 Q13601을 포함하며, 이 트랜지스터의 베이스는 전압 분할기(42)의 탭(46)에 연결되고, 그 에미터는 접지에 연결된다. 트랜지스터 Q13601의 콜렉터는 저항 R13604를 통해 6V_STBY 소스에 연결되고, 다른 저항 R13605를 통해 인버터-연결된 바이폴라 트랜지스터 Q13602의 베이스에 연결된다. 트랜지스터 Q13602의 콜렉터는 저항 R13606을 통해, 2.5 볼트 전원 공급기(24)를 구동하는 스위치모드 제어 집적 회로 U13600의 루프 보상 입력 포트(4)에 연결된다. 커패시터 C13617 및 C136118은, 저항 R13611과 함께, 모두 U13600의 핀(4)에 연결되어 있으며, 스위치 모드 전원 공급기(24)에 대한 루프 보상을 제공한다.
도 3에서, 집적 회로 U13600의 스위칭 신호 출력 포트 G1 및 G2는 전원 스위치 집적 회로 U13601의 대응하는 입력 포트를 구동한다. 또한 도 3에는, 스위칭된 출력 포트(136010)와, 직렬 인덕터 L13601 및 "프리-휠링(free-wheeling)" 다이오드 또는 정류기 CR13606{둘 모두 출력 포트(136010)에 연결되어 있는}, 그리고 인덕터 L13601의 출력측과 접지 사이에 연결된 필터 커패시터 C13621이 도시된다. 2.5 볼트 소스(24)의 출력 전압은 출력 포트(240)에서 생성되며, 이 출력 포트는 커패시터 C13621 및 인덕터 L13601에 연결된다.
도 3의 장치의 동작시, 3.3 볼트 전원 공급기(26)는 정상적으로 그 출력 포트(260)에서 약 3.3 볼트를 생성한다. 출력 포트(260)에서 3.3 볼트이고, 저항(44, 48)이 각각 20㏀ 및 10㏀의 저항값을 가질 때, 전압 분할기(42)의 탭(46)에서의 전압은 1.1 볼트를 향하는 경향이 있지만, 트랜지스터 Q13601의 베이스에 의해 그 포화 상태에서 유도되는 전류에 반응하여 약 0.7 볼트로 제한된다. 트랜지스터 Q13601가 포화된 경우, 그 콜렉터는 거의 접지 전압이어서 Q13602가 도통상태로 되게 하기에는 불충분하다. 트랜지스터 Q13602가 비도통상태일 때, 그 콜렉터는 본질적으로 개방 회로이며, 집적 회로 U13600는 정상적으로 동작하여 스위치 모드 신호(G1, G2)를 생성하며, 이때 루프 보상 소자 C13617, C13618, R13611는 루프 보상을 제공한다. 스위칭 집적 회로 U13601는 스위칭 신호(G1, G2)를 수신하고, 통상적인스위치-모드 방식으로 인덕터 L13601를 통해 전류를 생성하도록 스위칭함으로써, 2.5 볼트 공급기(24)의 출력 포트(240)에서 원하는 2.5 볼트를 생성하도록 한다.
본 발명의 이 양상에 따른 장치는, 스위치모드 구동기 U13600의 루프 보상 입력 포트(4)에 낮은 누설 및 낮은 커패시턴스를 제공한다는 현저한 장점을 가진다. 트랜지스터 Q13602의 개방 콜렉터는 1 메가옴(㏁)보다 더 큰 저항 임피던스를 제공하며, 또한 약 2.5 피코패럿(㎊)보다 더 작은 용량성 부하를 제공하는데, 이 용량성 부하는 루프 보상 커패시터에 비해 보잘 것 없다.
도 3의 마이크로회로(12)의 입력 포트(121)에서의 전압을 3.3 볼트 플러스 다이오드(32)의 단일 오프셋 전압보다 더 큰 값으로 증가하도록 하는 일시적인 장애나 서지가 발생하면, 단일방향 전류 도통 디바이스(32)는 이 서지가 저항(34)에 연결되도록 도통상태로 되며, 이는 이 서지를 흡수하는 경향이 있다.
만약 도 3의 3.3 볼트 전원 공급기(26)의 전압이 2.5 볼트 아래(실제로는 2.5 - 0.7 = 1.8 볼트)의 공칭값으로 감소한다면, 전압 분할기(42)의 탭(46)에서의 전압은 0.7 볼트보다 더 작도록 감소하며, 이 감소는 통상적인 실리콘 트랜지스터의 순방향 전압 강하이다. 트랜지스터 Q13601는 비도통상태로 되고, 그 콜렉터 전압은 6V_STBY 전압을 향해 상승하려는 경향을 가진다. 트랜지스터 Q13601의 콜렉터 전압에서의 이러한 상승은 트랜지스터 Q13602의 베이스로 전달되어, 트랜지스터 Q13602가 턴온되며, 이에 의해 그 콜렉터 전압이 본질적으로 접지 전압으로 되도록 한다. 실제로, 이것은 집적 회로 U13600의 루프 보상 핀(4)과의 사이에 저항R13606을 연결하며, 상기 저항은 상기 집적 회로 내의 내부적인 전류 소스에 부하를 걸어, 핀(4)에서의 전압이 약 0.1 볼트 아래로 강하하게 한다. 핀(4)에서의 전압의 이러한 감소는 스위치모드 구동기 U13600가 동작을 중단하도록, 또는 더 구체적으로 스위치 모드 신호(G1, G2)의 생성을 중단하도록 한다. 스위치 모드 신호(G1, G2)가 없는 경우, 전원 스위치 집적 회로 U13601는 동작을 중단하고, 공칭 2.5 볼트 출력 포트(240)에 인가하기 위한 추가 전압을 생성하지 않는다. 결과적으로, 공칭 2.5 볼트 출력 단자(240)에서의 전압이 제로 볼트로 강하되는데, 이 제로 전압에서 보호 회로(30)는, 공칭 3.3 볼트 공급기가 실제로 얼마나 낮은 전압으로 강하는지에 상관없이, 공칭 3.3 볼트 공급기(26)로 도통시킬 수 없다. 따라서, 2.5 볼트 공급기는 공칭 3.3 볼트 공급기가 약 2.5 볼트 아래의 값으로 감소될 때마다 디스에이블되기 때문에, 전류는 공칭 3.3 볼트 공급기의 실제 값의 감소에 기인하는 연장된 시간 기간 동안 ESD(electrostatic discharge protection) 보호 회로(30)를 통해서 흐를 수 없다. 2.5-볼트 공급기(24)의 차단은 공칭 3.3 볼트 전원 공급기 전압이 2.5 볼트 아래에로 감소된 시간부터 약 10 내지 20 밀리초 안에 발생하며, 이는 집적 회로(12)에 대한 손상을 방지하는데는 충분히 빠르다.
대안적인 기준 전압이 도 4에 도시되며, 도 4는 기준 전압 이외에는 도 2a와 유사하다. 도 4에서, 전압 분할기(42)는 3.3 볼트 공급기(26)의 공칭 값을 분할하여 2.5 볼트, 즉 공급기(24)의 공칭 출력 전압까지 낮춘다. 도 4에서, 비교기(50)의 반전(-) 입력 포트는 제 1 즉 저-전압 전원 공급기(24)의 출력 포트(240)에 연결된다. 이것은 기준 전압이 공급기(24)의 공칭 전압과 동일한 전압을 가져야 할 필요를 제거하며, {디바이스(32)의 순방향 오프셋 전압을 무시하면} 3.3 볼트 공급기의 실제 값이 2.5 볼트 공급기의 실제 값 아래로 강하할 때 차단이 발생하는 결과가 초래하도록 한다.
본 발명의 일 양상에 따른 장치는, 스타트-업 동안 전원 공급기 턴온을 하나의 시퀀스로 강제하며, 이는 보호 회로(30)의 원하지 않는 턴온을 회피시킨다. 더 구체적으로, 2.5 볼트 전원 공급기는 공칭 3.3 볼트 전원 공급기가 2.5 볼트를 초과하는 출력 전압을 가지지 않는 한 스타트할 수 없다.
특히 집적 회로가 효율적인 열 싱크를 구비하거나 차가운 지역에서 동작된다면, 보호 회로(30)를 통과하여 흐르는 전류에 의해 초래되는 가열이 어떤 전류 레벨들에서 허용가능할 수 있기 때문에, 도 2a, 도 2b, 도 3, 또는 도 4의 감지 회로(40)가 동작하는 실제 전압은 명목적으로 계산된 값과는 다를 수 있다는 점이 주목되어야만 한다. 따라서, 더 낮은-전압 공급기의 전압 감소가 트리거되는 설정에서 정밀성(exactitude)이 기대되어서는 안될 것이다.
본 발명의 다른 실시예는 당업자에게 명백할 것이다. 예컨대, 비록 낮은-전압 전원 공급기(24)와 높은-전압 전원 공급기(26)의 특정 값들이 상세한 설명에서 사용되었으나, 본 발명은 전원공급되는 즉 집적 회로에서 둘 이상의 서로 다른 전압 공급이 요구되는 임의의 상황에 적용가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 일반적으로 집적회로에 이용할 수 있으며, 더상세하게는 둘 이상의 서로 다른 전원 공급 전압(energizing voltage) 을 요구하는 마이크로회로 등에 이용할 수 있다.

Claims (16)

  1. 전원 공급기 보호 장치로서:
    제 1 부하 회로에 전원 공급하기 위한 제 1 공급기 출력 레벨을 생성하는 제 1 전원 공급기와;
    제 2 부하 회로에 전원 공급하기 위한 제 2 공급기 출력 레벨을 생성하는 제 2 전원 공급기와;
    상기 제 1 및 제 2 공급기 출력 레벨 사이의 차이가 제 1 정상 동작 범위 값에서 벗어나 있으면서 또한 상기 제 2 공급기 출력 레벨이 제 2 정상 동작 범위 값 내에 있을 때, 상기 제 2 공급기 출력 레벨을 나타내는 신호에 반응하여 상기 제 1 공급기 출력 레벨을 클램핑(clamping)하며, 상기 차이가 상기 제 1 정상 동작 범위 값 내에 있을 때는, 상기 제 1 공급기 출력 레벨의 클램핑은 이루어지지 않는, 클램프 회로; 및
    상기 제 2 공급기 출력 레벨이 상기 제 2 정상 동작 범위의 값에서 벗어나 있을 때, 상기 제 2 공급기 출력 레벨 표시 신호에 반응하여 상기 제 1 전원 공급기에 연결되어 상기 제 1 공급기 출력 레벨을 변동시킴으로써 상기 제 1 공급기 출력 레벨의 클램핑이 이루어지지 않도록 하는 검출기를
    포함하는, 전원 공급기 보호 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 클램프 회로는 스위치를 포함하는, 전원 공급기 보호 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 클램프 회로는 정류기를 포함하는, 전원 공급기 보호 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 클램프 회로는 다이오드를 포함하는, 전원 공급기 보호 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 부하 회로는 제 1 스테이지를 형성하고 상기 제 2 부하 회로는 하나의 공통 집적 회로의 제 2 스테이지를 형성하는, 전원 공급기 보호 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전원 공급기 레벨은, 상기 제 2 공급기 출력이 상기 제 2 정상 동작 범위의 값에서 벗어나 있을 때, 디스에이블되는, 전원 공급기 보호 장치.
  7. 보호 회로로서:
    제 1 부하 회로에 연결되어 상기 제 1 부하 회로에 전원 공급하기 위한 제 1 공급기 전압을 생성하는 제 1 전원 공급기와;
    제 2 부하 회로에 연결되어 상기 제 2 부하 회로에 전원 공급하기 위한 제 2공급기 전압을 생성하는 제 2 전원 공급기와;
    상기 제 1 및 제 2 공급기 전압 사이의 차이가 정상 동작의 제 1 범위 값에서 벗어나 있을 때, 상기 제 1 전원 공급기에 연결되고 상기 제 2 전원 공급기 전압에 반응하여 제 1 보호 제어 경로를 통해 상기 제 1 공급기 전압의 크기를 제한하는 경향을 가지는, 리미터(limiter); 및
    상기 제 2 공급기 전압이 정상 동작의 제 2 범위의 값에서 벗어나 있을 때, 제 2 보호 제어 경로를 통해 상기 제 1 공급기 전원 전압의 상기 크기를 감소시키기 위하여 상기 제 1 전원 공급기에 연결된 제어 신호를 생성하기 위하여 상기 제 2 전원 공급기에 연결된 입력단을 가지는 비교기를
    포함하는, 전원 공급기 보호 회로.
  8. 회로 장치에 있어서,
    집적 회로로서, 상기 집적 회로의 코어 부분에 전원 공급하기 위한 제 1 전압을 수신하기 위한 제 1 전원 입력 포트를 포함하며, 또한 상기 코어 부분이 아닌 상기 집적 회로 부분에 전원 공급하기 위해, 상기 제 1 전압보다 더 큰 공칭 값을 가지는 제 2 전압을, 제 2 전압 소스로부터 수신하기 위한 제 2 전원 입력 포트를 포함하며, 상기 제 1 입력 포트에서의 실제 전압이 상기 제 2 입력 포트에서의 실제 전압을 초과할 때 도통 상태로 되기 위하여, 상기 제 1 및 제 2 전원 입력 포트에 연결된 단일방향 전류 도통 디바이스를 더 포함하는, 집적 회로와;
    임의의 공칭 값에서 상기 제 1 전압을 제공하기 위한 제 1 전압 소스로서,제어 신호가 인가될 때 상기 공칭 값보다 더 작은 값으로 상기 제 1 전압을 감소시키기 위한 제어 입력 포트를 포함하는, 제 1 전압 소스; 및
    상기 제 2 전압 소스의 전압이 상기 실제 제 1 전압과 상기 공칭 제 1 전압 중 하나보다 더 작은 동안에 상기 제어 신호를 생성하고, 상기 제 1 전압 소스에 상기 제어 신호를 연결하기 위한, 상기 제 1 및 제 2 전압 소스들에 연결된 감지기를
    포함하는, 회로 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 감지기는, 상기 제 2 전압의 실제 값을 상기 제 1 전압의 실제 값과 비교하고, 상기 제 2 전압의 실제 값이 상기 제 1 전압의 실제 값보다 더 작을 때 상기 제어 신호를 생성하기 위한, 상기 제 2 전압 소스에 연결된 비교기를 포함하는, 회로 장치.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 전압 소스는 상기 제어 신호가 인가될 때 상기 제 1 전압을 본질적으로 제로 볼트로 감소시키는, 회로 장치.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 감지기는, 상기 제 2 전압의 실제 값을 상기 제 1 전압의 상기 공칭 값과 실질적으로 동일한 기준 전압과 비교하고, 상기 제 2 전압의 상기 실제 값이 상기 기준 전압보다 더 작을 때 상기 제어 신호를 생성하기 위한, 상기 제 2 전압 소스에 연결된 비교기를 포함하는, 회로 장치
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 비교기는:
    제어된 전류 경로 및 제어 전류 경로를 포함하는 트랜지스터로서, 상기 제어 전류 경로는 제어 전류가 통과하여 흐를 때 오프셋 전압을 나타냄으로써 상기 제어된 전류 경로 내에서 제어된 전류 흐름이 초래되도록 하는 트랜지스터와;
    상기 제어 전류 경로에 상기 제 2 전압의 일부를 인가하고, 상기 제 2 전압의 상기 일부가 상기 오프셋 전압과 실질적으로 같을 때 상기 제어 전류가 상기 제어 전류 경로 내에서 흐르게 하기 위한, 상기 제 2 전압 소스와 상기 제어 전류 경로에 연결된 전압 분할 수단을
    포함하는, 회로 장치.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 비교기는:
    순방향 전압을 한정하는 제어 전극을 포함하고, 또한 제 1 및 제 2 전극을 한정하는 제어된 전류 경로를 포함하는 제 1 트랜지스터로서, 상기 제어된 전류 경로는 기준 소스에 연결되며, 또한 저항을 통해 전위 소스에 연결되는, 제 1 트랜지스터와;
    상기 기준 소스에 연결되고 상기 제 2 전압을 수신하기 위한 입력 단자들을 한정하며, 또한 상기 제어 전극에 연결된 탭을 한정하는 전압 분할 수단으로서, 상기 제 2 전압을 상기 제 1 트랜지스터의 상기 제어 전극에서 나타나는 분할된 값으로 분할하고, 상기 분할된 값이 상기 공칭 제어 전극 순방향 전압을 초과하는 때상기 제 1 트랜지스터가 도통 상태로 되도록 하기 위한, 전압 분할 수단; 및
    상기 제 1 트랜지스터의 상기 제어된 전류 경로로부터의 상기 제어 신호를 상기 제 1 전압 소스에 연결하기 위한, 상기 제 1 전압 소스의 상기 제어 입력 포트에 연결된 연결 수단을
    포함하는, 회로 장치.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 트랜지스터의 상기 제어 전극은 베이스 전극이며, 상기 트랜지스터의 상기 제어된 전류 경로는 에미터-콜렉터 경로이고, 상기 에미터는 기준 접지에 연결되며, 또한 상기 순방향 전압은 베이스-에미터 전압이며; 또한
    상기 전압 분할 수단은 상기 제 2 전압 소스와 상기 기준 접지 사이에 연결된 저항성 전압 분할기를 포함하는, 회로 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 연결 수단은, 그 콜렉터-에미터 경로가 상기 제 1 전압 소스의 상기 제어 입력 포트와 상기 기준 접지에 연결되어 있고, 그 베이스 전극이 상기 제 1 트랜지스터의 상기 콜렉터에 연결되어 있는 바이폴라 트랜지스터로서, 상기 제 2 소스 전압의 실제 값이 상기 제 1 소스 전압의 상기 공칭 값보다 크기에서 더 작을 때 상기 제어 입력 포트를 상기 기준 접지 근처의 전압에서 유지하기 위한, 바이폴라 트랜지스터를 포함하는, 회로 장치.
  16. 상대적으로 더 높은 공칭 전압 및 더 낮은 공칭 전압을 가지는 그 복수의 동작 전원 소스를 요구하는 마이크로회로를 위한 보호 장치로서, 여기서 상기 마이크로회로의 더 낮은-전압 전원 입력 전극은 단일방향 전류 도통 수단을 통해 더 높은-전압 전원 입력 전극에 내부적으로 연결되는, 상기 보호 장치에 있어서:
    상대적으로 높은 및 상대적으로 낮은 제어 전압 중 어느 하나가 인가되는 것에 반응하여 상대적으로 더 낮은 공칭 전압을 가진 상기 전원 소스를 디스에이블하기 위한, 상대적으로 더 낮은 공칭 전압을 가지는 상기 전원 소스에 연결된 차단 전극과;
    상기 상대적으로 더 낮은 공칭 전압보다 더 낮은 상기 상대적으로 더 높은 공칭 전압의 실제 값에 반응하여 상기 상대적으로 높은 및 상기 상대적으로 낮은 제어 전압 중 상기 하나를 생성하고, 그럼으로써 상대적으로 높은 공칭 전압을 가진 상기 전원 소스의 실제 전압이 상기 더 낮은 공칭 전압보다 작을 때 상대적으로 더 낮은 공칭 전압을 가진 상기 전원 소스를 디스에이블링하기 위한, 상대적으로 더 높은 공칭 전압을 가진 상기 전원 소스와 상기 차단 전극에 연결된 감지 수단을
    포함하는, 전원 공급기 보호 장치.
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