TW201339786A - 電壓調節器 - Google Patents

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Abstract

本發明的課題是在於提供一種對於電源電壓的陡峭的變動不會有在輸出端子發生大的超調的情形，具備可安全動作的逆流電流防止功能之電壓調節器。其解決手段是在比較電源電壓與輸出電壓的比較電路具備檢測出電源電壓的變動之電源電壓變動檢測電路，當電源電壓急劇地上升時，使限制比較電路的消費電流之定電流電路的電流增加，成為反應特性佳的構成。

Description

電壓調節器
本發明是有關電壓調節器，更詳細是有關具備逆流電流防止功能的電壓調節器，該逆流電流防止功能是在於防止來自被連接至輸出端子的備份電池等的外部電源的逆流電流。
圖3是具備逆流電流防止功能的電壓調節器的電路圖。
具備逆流電流防止功能的電壓調節器是具備：基準電壓電路401、誤差放大器(error amplifier)402、Nch電晶體400、Pch電晶體403、404、405、406、分壓電阻407，408、及比較電路430。
電源電壓(VBAT1)是被施加於VDD端子與VSS端子之間。在輸出端子OUT連接有備份電池412及負荷413(例如半導體記憶裝置)。
首先，說明在VDD端子與VSS端子之間供給電源電壓時之電壓調節器的動作。電源電壓與備份電池412的電壓(VBAT2)的關係，一般是VBAT1>VBAT2。
誤差放大器402是在於放大將輸出端子OUT 的輸出電壓VOUT分壓於電阻407及電阻408後的反餽電壓VFB與基準電壓電路401所輸出的基準電壓Vref之差電壓，而控制Pch電晶體403的閘極。輸出端子OUT的輸出電壓VOUT是被保持於一定。比較電路430是在於比較被輸入至輸入端子121的電源電壓與被輸入至輸入端子122的輸出電壓VOUT，將訊號輸出至CONTX端子110及CONT端子111。
在圖4顯示以往的比較電路430。比較電路430是以定電流電路103、定電流電路104、Pch電晶體101、Pch電晶體102、反相器(inverter)105、反相器106及反相器108、以及位準移位器(Level-Shifter)107所構成。
由於電源電壓是比輸出電壓VOUT更高，所以Pch電晶體101的閘極-源極間電壓是比Pch電晶體102的閘極-源極間電壓更高。因此，Pch電晶體102的汲極的電壓是成為“L”位準(VSS端子的電壓)。藉由波形整形用的反相器105及106，反相器106的輸出所連接的CONT端子111的電壓是形成“L”位準。由於CONTX端子110的電壓是經由位準移位器107及反相器108，所以形成“H”位準(電源電壓)。因此，Pch電晶體405開啟(ON)，Pch電晶體406關閉(OFF)，所以Pch電晶體403的基板的電壓是形成電源電壓。
其次，說明電源電壓的供給減少時之電壓調節器的動作。電源電壓與備份電池412的電壓的關係是 VBAT1<VBAT2。
一旦電源電壓比輸出電壓VOUT更下降，則Pch電晶體101的閘極-源極間電壓會比Pch電晶體102的閘極-源極間電壓更低。因此，Pch電晶體102的汲極的電位是成為“H”位準(輸出電壓VOUT)。藉由波形整形用的反相器105及106，反相器106的輸出之CONT端子111的電壓是形成“H”位準(輸出電壓VOUT)。由於CONTX端子110的電壓是經由位準移位器107及反相器108，所以形成“L”位準。因此，Pch電晶體405關閉(OFF)，Pch電晶體406開啟(ON)，所以Pch電晶體403的基板的電壓是形成輸出電壓VOUT。
亦即，藉由將Pch電晶體403的基板(NWELL)電位切換成電源電壓或輸出電壓的哪個高側，即使電源電壓比輸入端子122的電壓更下降，還是可防止電流從輸出端子OUT經由Pch電晶體403的基板間的寄生二極體來流動(例如參照專利文獻1)。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]特開2011-65634號公報
然而，就以往的比較電路430而言，因為極 力縮小從輸入端子122流入的逆流電流，所以電路的反應速度慢。因此，有對於陡峭的電壓變動來切換Pch電晶體403的基板電壓的訊號慢的課題。例如，當電源電壓急劇地變高時，在切換的訊號慢的期間，電流會經由Pch電晶體103的基板間的寄生二極體來從VDD端子往輸出端子OUT流動，對輸出端子OUT發生超調(overshoot)。
於是，本發明是在於解決上述課題，提供一種對於電源電壓的陡峭的變動不會有在輸出端子OUT發生大的超調的情形，具備可安全動作的逆流電流防止功能之電壓調節器為目的。
本發明之具備逆流電流防止功能的電壓調節器是在比較電源電壓與輸出電壓的比較電路具備檢測出電源電壓的上升之電源電壓變動檢測電路，當電源電壓急劇地上升時，使限制比較電路的消費電流之定電流電路的電流增加，成為反應特性佳的構成。
若根據本發明之具備逆流電流防止功能的電壓調節器，則由於在比較電源電壓與輸出電壓的比較電路具備檢測出電源電壓的上升之電路，控制限制消費電流的定電流電路，因此不會有使往輸出端子流入的逆流電流固定地增大的情形，有對於電源電壓的變動具有充分的反應 速度來切換輸出電晶體的基板電位之效果。
103、104‧‧‧定電流電路
107‧‧‧位準移位器
109‧‧‧電源電壓變動檢測電路
401‧‧‧基準電壓電路
402‧‧‧誤差放大器
413‧‧‧負荷
430‧‧‧比較電路
圖1是本發明的電壓調節器的比較電路的電路圖。
圖2是表示本發明的電壓調節器的比較電路的電源電壓變動檢測電路的一例的電路圖。
圖3是本發明的電壓調節器的電路圖。
圖4是以往的比較電路的電路圖。
參照圖面來說明用以實施本發明的形態。
如圖3所示般，本發明之具備逆流電流防止功能的電壓調節器是具備：基準電壓電路401、誤差放大器402、Nch電晶體400、Pch電晶體403、404、405、406、分壓電阻407，408、及比較電路430。
輸出電晶體的Pch電晶體403是被連接於VDD端子與輸出端子OUT之間。分壓電阻407、408及Nch電晶體400會被串聯於輸出端子OUT與VSS端子之間。誤差放大器402是在反轉輸入端子連接基準電壓電路401的輸出端子，在非反轉輸入端子連接分壓電阻407、408的連接點，輸出端子是被連接至Pch電晶體403的閘極。比較電路430是在輸入端子121連接VDD端子，在輸入端子122連接輸出端子OUT，在輸入端子123連接 VSS端子，且將輸出端子110連接至Nch電晶體400及Pch電晶體404、406的閘極，將輸出端子111連接至Pch電晶體405的閘極。Pch電晶體405的源極及汲極是被連接至VDD端子及Pch電晶體403的基板。Pch電晶體406的源極及汲極是被連接至輸出端子OUT及Pch電晶體403的基板。Pch電晶體404的源極及汲極是被連接至輸出端子OUT及Pch電晶體403的閘極。
電源電壓(VBAT1)是被施加於VDD端子與VSS端子之間。在輸出端子OUT連接有備份電池412及負荷413(例如半導體記憶裝置)。
圖1是本發明的電壓調節器的比較電路的電路圖。比較電路430是具備：Pch電晶體101、Pch電晶體102、定電流電路103、定電流電路104、反相器105、反相器106、反相器108、位準移位器107、及電源電壓變動檢測電路109。
Pch電晶體101是閘極被連接至汲極、Pch電晶體102的閘極及定電流電路103，源極被連接至VDD端子。Pch電晶體102是汲極被連接至反相器105及定電流電路104，源極及背閘極(back-gate)被連接至輸入端子122。電源電壓變動檢測電路109是被連接至VDD端子121與VSS端子123之間，輸出端子是被連接至定電流電路103及定電流電路104。反相器105及反相器106是被串聯，電源是從輸入端子122供給。反相器106的輸出是被連接至位準移位器107及CONT端子111。位準移位器 107的輸出是經由反相器108來連接至CONTX端子110。位準移位器107及反相器108的電源是從VDD端子供給。
其次，說明有關具備逆流電流防止功能的電壓調節器的動作。
首先，說明在VDD端子與VSS端子之間供給電源電壓時之電壓調節器的動作。電源電壓與備份電池412的電壓(VBAT2)的關係是VBAT1>VBAT2。
誤差放大器402是在於放大將輸出端子OUT的輸出電壓VOUT分壓於電阻407及電阻408後的反餽電壓VFB與基準電壓電路401所輸出的基準電壓Vref之差電壓，而控制Pch電晶體403的閘極。輸出端子OUT的輸出電壓VOUT是被保持於一定。比較電路430是在於比較被輸入至輸入端子121的電源電壓與被輸入至輸入端子122的輸出電壓VOUT，將訊號輸出至CONTX端子110及CONT端子111。
由於電源電壓比輸出電壓VOUT更高，所以Pch電晶體101的閘極-源極間電壓是比Pch電晶體102的閘極-源極間電壓更高。因此，Pch電晶體102的汲極的電壓是成為“L”位準(VSS端子的電壓)。藉由波形整形用的反相器105及106，反相器106的輸出所連接的CONT端子111的電壓是形成“L”位準。由於CONTX端子110的電壓是經由位準移位器107及反相器108，所以形成“H”位準(電源電壓)。因此，Nch電晶體400開啟(ON)，Pch 電晶體404關閉(OFF)。亦即，電壓調節器通常是動作。
並且，Pch電晶體405開啟(ON)，Pch電晶體406關閉(OFF)，因此Pch電晶體403的基板的電壓是形成電源電壓。
其次，說明電源電壓的供給減少時之電壓調節器的動作。電源電壓與備份電池412的電壓的關係是VBAT1<VBAT2。
一旦電源電壓比輸出電壓VOUT更下降，則Pch電晶體101的閘極-源極間電壓會比Pch電晶體102的閘極-源極間電壓更低。因此，Pch電晶體102的汲極的電位是成為“H”位準(輸出電壓VOUT)。藉由波形整形用的反相器105及106，反相器106的輸出之CONT端子111的電壓是形成“H”位準(輸出電壓VOUT)。由於CONTX端子110的電壓是經由位準移位器107及反相器108，所以形成“L”位準。因此，Nch電晶體400關閉(OFF)，Pch電晶體404開啟(ON)。即使電源電壓降低，誤差放大器402的輸出形成不定，Pch電晶體403還是可藉由Pch電晶體404來對閘極施加“H”位準的電壓，因此可關閉OFF。
又，由於Pch電晶體405關閉(OFF)，Pch電晶體406開啟(ON)，因此Pch電晶體403的基板的電壓是形成輸出電壓VOUT。亦即，藉由將Pch電晶體403的基板(NWELL)電位切換至電源電壓或輸出電壓的哪個高側，即使電源電壓比輸出電壓VOUT更降低，還是可防止電流從輸出端子OUT經由Pch電晶體103的基板間的寄生二 極體來流動。
其次，說明在此狀態下電源電壓陡峭地變高時之電壓調節器的動作。
雖Pch電晶體102的汲極的電位是成為“L”位準(VSS端子的電位)，但其切換所要的時間是藉由定電流電路104來限制。電源電壓變動檢測電路109是在於檢測出電源電壓的變動，按照其變動來控制流動於定電流電路103及定電流電路104的電流。亦即，當VDD端子的電壓陡峭地變高時，使流動於定電流電路103及定電流電路104的電流暫時性地增加，縮短Pch電晶體102的汲極的電位切換至“L”位準的時間。
如以上說明般，若根據本發明的電壓調節器的比較電路，則電源電壓變動檢測電路109會檢測出電源電壓的陡峭的變動，使流動於定電流電路103及定電流電路104的電流暫時性地增加，藉此縮短CONT端子111及CONTX端子110的訊號的切換時間，可迅速地使逆流電流防止功能作用。因此，不會有影響備份電池412的動作時間的情形，可防止輸出端子OUT的超調的發生。
圖2是表示本發明的電壓調節器的比較電路的電源電壓變動檢測電路的一例的電路圖。
電源電壓變動檢測電路109是以被串聯於VDD端子與VSS端子之間的電容201、電阻元件的空乏型(depletion-type)Nch電晶體301、及Nch電晶體203，204所構成。定電流電路103及定電流電路104是分別以空乏 型Nch電晶體302，303、及空乏型Nch電晶體304，305所構成。
電容201及空乏型Nch電晶體301是具有作為微分電路的功能，按照VDD端子的變動來控制Nch電晶體203及204的閘極。亦即，當電源電壓陡峭地變高時，空乏型Nch電晶體301的汲極的電壓會變高，Nch電晶體203及204的閘極的電壓會變高而開啟，所以定電流電路103及定電流電路104的電流增加。因此，縮短CONT端子111及CONTX端子110的訊號的切換時間，可迅速地使逆流電流防止功能作用。
另外，有關反相器105以後的電路是不限於此電路，只要能夠輸出被波形整形及位準變換的訊號。
又，由於具有作為微分電路的電阻元件的功能之空乏型Nch電晶體301與構成定電流電路之空乏型Nch電晶體302~305是同空乏型Nch，因此與製造工程的偏差有相關聯。例如，一旦空乏型Nch電晶體的臨界值電壓變低，則比較電路430的反應速度會固定地變慢，但對於電源電壓的變動是變快。因此，對於製造工程的偏差，可具有比較電路430的反應性較小的相關關係。因此，構成微分電路的電阻元件及定電流電路的電晶體是不限於此，只要與製造工程的偏差有相關聯。
101、102‧‧‧Pch電晶體
103、104‧‧‧定電流電路
105、106、108‧‧‧反相器
107‧‧‧位準移位器
109‧‧‧電源電壓變動檢測電路
110‧‧‧CONTX端子
111‧‧‧CONT端子
121、122、123‧‧‧輸入端子
430‧‧‧比較電路

Claims (3)

  1. 一種電壓調節器，係具備：輸出電晶體，其係設於電源端子與輸出端子之間；誤差放大器，其係比較基準電壓與根據前述輸出端子的電壓之電壓，以前述輸出端子的電壓能夠形成一定的方式控制前述輸出電晶體的閘極電壓；第1電晶體，其係用以將前述輸出電晶體的基板連接至前述電源端子；第2電晶體，其係用以將前述輸出電晶體的基板連接至前述輸出端子；及比較電路，其係依據比較前述電源端子及前述輸出端子的電壓之結果來切換控制前述第1電晶體及前述第2電晶體，其特徵為：前述比較電路係具備：第3電晶體，其係源極被連接至前述電源端子，閘極被連接至汲極，汲極被連接至第1定電流電路；第4電晶體，其係源極被連接至前述輸出端子，閘極被連接至前述第3電晶體的閘極，汲極與第2定電流電路連接；及電源電壓變動檢測電路，其係輸入端子被連接至前述電源端子，依據檢測出前述電源端子的電壓之結果來控制前述第1定電流電路及前述第2定電流電路的電流，藉由前述第4電晶體及前述第2定電流電路的連接點 的電壓來控制前述第1電晶體及前述第2電晶體的閘極，將前述輸出電晶體的基板的電壓切換至前述電源端子及前述輸出端子的電壓的哪個高的一方。
  2. 如申請專利範圍第1項之電壓調節器，其中，前述電源電壓變動檢測電路係具備：電容元件及電阻元件，其係被串聯於前述電源端子與接地端子之間；及第5電晶體及第6電晶體，其係以前述電阻元件的電壓來控制閘極，控制前述第1定電流電路及前述第2定電流電路的電流。
  3. 如申請專利範圍第2項之電壓調節器，其中，前述電阻元件係以和構成前述第1定電流電路及前述第2定電流電路的元件同一元件所構成。
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