TWI280469B - Integrated circuit and battery powered electronic device - Google Patents

Description

1280469

玖、發明說明 發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及 (發明說明應敘明： 圖式簡單說明） 技術領域 本4明係關於—種積體電路，其包含： 一丨2弘源供應線、一内部電源供應線， 〃内°卩兒源供應線之電路塊；一致動電晶體，用以 源供應線至外部電源供應線；以及耦合至該致動 閘極控制構件，其可通過第—電晶體閘極電壓使致 / ♦私狀悲，或通過第二電晶體閘極電壓使致 動電晶體切換至非導電狀態。 本發明係進一步關％ ^ a , ^ 7關於一種具有上述積體電路的電池動力 驅動電子裝置。 先前技術 該種積體電路之一項具體實施例已發表於·£ SOM 以：咖期刊，32⑴卷；52至61頁，1997年。 十技術中’卩返著電晶體的尺寸不斷縮小，I c中電晶 肢的密度不斷提高，這促成了日趨㈣的ict路發展。然而 兒日日體岔度的增加也造成複雜度的急劇提升。除雜訊、串 i的增加及許多設計技術缺陷外（以上所舉僅為其中的幾個 小例子），超大型積體（very large scale mtegmed ; vlsi)電 路逛有工作時消耗功率大的問題。此外，隨著電晶體尺寸及 1、應€壓的不斷減小，冑晶體的臨界電壓（threshold voltage ::綱也要降低才能滿足電晶體高頻率開關的需要。這 將辱致該類電晶體心電流增加，並進_步致使電路總功率 肖耗及付機a•增加。對於包含上述電路的電池動力驅動裝 1280469 賴ιβ議漏_ 置之電池哥命而言，該問題尤並突屮兮相千丄名 j %九"大出，该類電池動力驅動裝 置包括··手持裝置、筆記本型雷脫 y—紅

+。+尘屯細、仃動電話、可攜式CD 播放機等。因此，低功率消輕Μ斗及τ 千岣耗5又δ十係ICS設計的一個重要問

題，對於運用在上述裝置令的1C雪^ r L 7 iL电路，该問題尤為關鍵。 上述先前技術中所知的互補今$主；首 補至虱+辱體（complementary metal oxide semiconductor ;CM〇S、帝放 π m /rn b UViUb)私路使用一個與控制電路 輕合的致動電晶體，用來輕合内部#/ 円σ η σΐ弘源供應線及外部電源供 應線，從而在設計上具有功系咕& & ，、穷叨半确托低的優點，例如··在外部 供電線（Vdd. ext)與内部供電線（Vdd，⑻)之間_合的一 pM〇s高 VT電晶體。將致動電晶體的閘極電壓在第一閘極電壓與第二 閘極電壓之間㈣’該高VTf晶體可受控於控制電路發出的 制能/失效控制信號’I而接通或停用該電路塊的電流供應 。若電池動力驅動裝置進人锌擔·撼斗、1 0 w 切衣£退八得機杈式，切斷IC上大部分電路 的電流可節省功率消耗，從而延長電池壽命。高〜電晶體的 使用可以將待機模式時該電路塊的$漏電流降低— 數量級。 運用高VT電晶體的劣勢在於致動電晶體中所使用的技術 係與該電路塊所使用的不同，從而增加了IC設計的複雜性及 K：產品的成本。此外，為了防止高Vt電晶體通電壓下降幅度 過大’錢電晶體的尺寸須較大，從而增加了積體電路的整 體面積’同樣也提高了 1C產品的成本。 發明内容 本發明之-目的係提供-種本文開頭所說明的積體電路’ 在該積體電路中’致動電晶體的實現技術係與電路塊相同， (3) 1280469 發明P朝繽買 而待機時的洩漏電流與高v ^ ^ 门丁双動私日日體相比並無增加。 土’该目的已實現，因為當致動 々一 偏置下處於非導電狀態時，可配 … 電曰押" 工制構件以減小經由致動 ^日日體的洩漏電流。 錯由偏置第二閘極電壓，例如在致動 閘極偏壓，該致動電晶體的“閘亀加-爷㈣士日 紅的£。。界^壓與處於非導電狀態時的 雷曰Λ S 4大V致該電路塊經由此 ^曰曰的付機洩漏電流顯著、法 广 I貝者/咸小，舉例來說，僅100 mV的閘 極偏壓就可以將經由雪曰與> 、、由私日日體的亞臨限洩漏電流降低10至15 若閘極偏壓達到幾伏特，亞臨_漏電流可以降至百分 ^一二雖然在1C中還存在其他的茂漏電流路徑，但在深次微 米技術中，電晶體的亞臨限洩亡 ^ 灵扁私/爪占所有洩漏電流洩漏的 、、’巴大。卩分，這保證了本發明的重要性。 在一項較佳具體實施例中，控制構件包含-第二電晶體， 其基板係與積體電路之整體基底絕緣，絲合至—偏壓源， 該第二電晶體可回應一控制信號，以將致動電晶體切換至非 導電狀態。此處應注意的是，使用基板及/或偏置電壓技術 來減少編流是此項技術中所已知的。舉例來說，美國專 利第5’744,996號揭示了一種CMOS電路，該種電路藉由對電 晶體的基㈣加-偏置電壓，可使電路在不同供應電壓下工 作。在另-美國專利案號us 6，124,752中，針對必須施加第 三供應電壓(如電路中臨近標稱供應電壓Vdd及接地供應電壓 V„的偏置電壓）的問題’提供了—種解決方案，該解決方案 中係使用-受專用控制電路控制的充電泵，以移除基板電荷 1280469 然而’以上各專利中所述方法具有 將偏置電壓施加在部分帝』的、，'D構锊點，即 對部分電路供庫偏置=：：塊）或塾個電路上，若 技術則用三重井或其他—些絕緣 Λ 對積體1路巾大塊電路施加偏置電壓有其u 之處’即諸如供雷；^々* 、足 '、泵頒的偏壓產生器需對基板的大電交力 以控制’這樣既不利於㈣產生器的 ^ σ 所需的實際時間週期帶來負面影響。此外，由；二= 所谓的因數k減小’原本施加偏置電壓 二 製作用也將隨著整合度的提高而減小： 曳属“的抑

Vt - vx 4- kV(Vsb + 2φρ) ^中ντ^°°σ界電壓，· Vx為與過程相關且不變的臨界電壓值， k為主體因數或k因數，其取決於技術中單位面積氧化物的氧 化電容，φρ為費来能階（Fermllevel);以及Vsb為源極至主體 電壓或偏置電壓。熟悉此項技術人士應明白，隨著因數k: J偏置電壓對臨界電壓的增加所產生的影響逐漸缓和，、社 果對電路或電路塊的抑制作用減小。 π 需強調的係，上述具體實施例中，因數k的減小並未對電 路產生預期的惡化作用；電路塊及致動電晶體均採用一般技 術實現，但產生偏置電壓以施加於動電晶體這閘極所用2電 t體係與偏壓源相連。因此在未來的技術中，當因數1咸2 恰，该電晶體的待機洩漏電流增加，而電路塊及致動電晶體 的洩漏電流則不會增加，前者的增加量相對於由數以百萬叶 電晶體組成的一1C電路之洩漏電流可忽略不計。此外，絕大 4刀以彳示準技術（如C Μ〇S技術）實現的IC電路具有其優勢， (5) 1280469 發明說明繽裒 才不卞庫單兀均使用標稱電源供應線及，電路塊可以使 用該等庫單元，致動電晶體同樣也可以，同時，設計者僅需 針對產生致動電晶體偏置電壓的電晶體，考慮供應偏置電壓 的電轉路佈線問題。另外，因為該電晶體的基底面積較小 ’：先前已知的偏壓技術實質上需對較大面積的基底應用偏 置兒壓，所以相對而言偏置電壓能夠更快地建立。 若偏置電壓源包含可回反應控制信號的一偏置電慶產 器則更好。 由於偏壓產生器受控制信號控制，該偏壓產生器僅在需要护 :啟(如電路塊切換至待機模式時)’以減少偏壓產生器的： 华消耗。 電池動力驅動裝置的重要品質為運作時間，即該裝置在不 峨更換電池的前提下持續工作的時間。一般而言 衣置的持續工作時間越長，在市場上優勢就越明顯，對於行 :電話、筆記本型電腦等電池動力驅動裝置而言尤為如此。 本發明所揭示的IC電路在待機模式下可以關閉大部分電路 ’且能顯著抑制電路塊㈣漏電流；若電池動力驅動 用根據本發明技術所製造 崎⑺符_工作時間將延 ，以從整體上提升該裝置在市場上的競爭力。 實施方式 千圖^中’積體電路⑽有-電路塊102。電路塊1〇2係糕合— U供應線1H)及-内部電源供應線12Q， 係藉由致動電晶體叫與一外部電源供應線no轉應者線 可在電源供應線丨丨。及内部電源供應線叫間轉合：解轉 -10 - (6) (6)1280469 發明說钥繽頁 電容器106’以補償電路塊102通電時對電源電壓產生的短時 脈衝波形干擾。致動電晶體104的閘極係輕合至一邏輯閘15〇 ’例如’當邏輯閘15〇為一反相器時，其包含有上下兩個電 晶體，第-電晶體152可產生第一閉極電壓，以將致動電晶 體丨04切換至導電狀態；第二電晶體154可產生第二閘極電壓 ，以將致動電晶體1 04切換至非導| ^ , 什守兒狀恶。也可使用其他邏 輯閘，這並不脫離本發明之範®壽。 第二電晶體154的基板經由偏壓電源供應線^ 14〇耦合至一 反相偏壓源170(—類充電栗或另一已知的偏壓產生裝置）。電 晶體152及另一電晶體154的閘極係藉由一控制信號線⑽耦 合至控制電路（未顯示）。需強調的是，實際應用時電晶體Μ* 最好係採用兩個串聯的電晶體，這樣，去 佩田切換至導電狀態時 ，電晶體154能經受住由於施加了偏置電壓而不斷增加的問 極-源極及問極-汲極間的電壓。圖中並未畫出之控制電路可 整合於積體電路100中，或至少部分置於積體電路1〇〇之外， 該控制電路係用於控制電路塊102的運作模式，如不活動模 式或待機模式。或者，偏壓源170也可與控制信號線16〇相連 (圖中虛線所示），這樣偏壓源170亦受控制電路控制。圖！中 ，將偏壓源170整合入積體電路1〇〇為最好的配置 狄 ，熟悉本技術人士應明暸，也可以使用經由積體電路1⑻之 輪入梢（未顯示）耦合至第二電晶體1 54的外部偏壓源，而不致 背離本發明之原理。 如圖1所示之具體實施例中，電源供應線n 句v dd線，内 部電源供應線Π0為内部vss線；以及外部電源供應線⑽為 1280469 外部乂…線，致動電晶體104為一 nM〇s電晶體。其係較佳具 月旦貝％例，因為nM〇S電晶體的傳導性優於pM〇s電晶體的傳 導丨生，㊄私路塊1 02處於活動模式時，大量電流流經該電路 · 塊，遣將是非常有用的。在本具體實施例令，施加於致動電 · 晶體的反相偏置電壓實質上為一負電壓，幾伏特較佳。然而 ，热悉本技術人士可知，電源供應線11〇可為να線，内部電 源供應線120可為内部Vdd線；而外部電源供應線13〇可為— 外部vdd線，致動電晶體104可為一 pM〇s電晶體’這並不脫 · 離本發明的範疇。對於該種具體實施例，施加於動電晶體的 偏置電壓將為正值，且較Vdd大，以增MpM〇s電晶體1〇4的 閘極電壓與臨界電壓之差。同樣，將一内部與外部4電源 供應線之間以及内部與外部Vss電源供應線之間的各致動電 晶體結合之方案，也不背離本發明所涉及範疇。 圖2的說明可參考ΒΠ的詳細說明。若無另外說明，對應的 參考數字具有相同含意。圖2之電池動力驅動電子裝置咖 (如莩上型®恥、筆記本型電腦、私人助理、移動電話等 等）係併入本發明所揭示的積體電路1〇〇。圖2中僅明確晝出 · 了積體電路100的外部電源供應線13〇。圖2中，其係為清晰 起見。外部電源供應線130係耦合至電池盒22〇的一接觸點 222 ;為清晰起見，電源供應線11〇與電池盒220的接觸點224 之間的接線連接並未晝出。當電路塊1Q2處於待機模式時， 由於在致動電晶體HM上施加了反相偏置電壓，電池盒2 的電池（圖中未畫峨乎無f為電路塊1()2提供電源功率⑹ ^ 路塊丨〇2將在控制電路(圖中未晝出)的控制下切換至待機^ · 式‘該電路塊可獨立於積體電路1〇〇部分或全部整合入、 -12 - 1280469 (8) p-—^- 發明·說明繽裒 /一驅動包子^置2〇〇，也可整合入積體電路1〇〇。本發明所 ::的知體電路1〇〇可顯著延長電池動力驅動電子裝置2〇〇 的(圖中未畫出)壽命，由於電池動力驅動電子裝置2〇〇 主'、、貝運仃&間（即裝置未與電源供應連接、僅在電池供電 =下持續I作的時間）為決定該裝置市場競爭力的重要特 之應、用本發明所揭示的積體電路可以大大提高電池動 力驅動電子裝置的市場適銷性。 應注意，以上提及的各項具體實施例係用以解說本發明而 Μ制本發明，熟習此項技術人士可設計很多替代的具體實 施例，而不脫離隨附的巾請專利範圍之範_。在中請專利範 圍任何置於括號之間的參考符號不應視為限制該申請專 利範圍。該用語「向合 -^ ^ ^ 」亚不排除申#專利範圍所列之外的 f件或步驟存在。在—元件之前的用語「-」並不排除複數 b頒元件的存在。在该裝置的申請專利範圍中列舉數種構 件，其中：分該類構件可藉由完全一樣的硬體術語具體化。 唯-的事實為在彼此不同的巾請專利範圍附屬項中所引用 的某些度1亚不代表不能為了方便而使用這些措施的组合。 圖式簡單說明 ' 以上為依照本發明的積體電路及裝置以非限制範例參考 隨附圖式之詳細說明，其中·· 圖1顯不根據本發明一項具體實施例之電路，其具有一開/ 關切換設施；以及 圖2顯示根據本發明形成的一電池動力驅動裝置，此裝置 包含具有開/關切換設施的一積體電路。 -13 - 1280469 (9) 發明說稱繽頁 圖式代表符號說明 100 積 體 電 路 102 電 路塊 104 致 動 電 晶 體 106 解 耦 電 容 器 110 電 源供 應 線 120 内 部 電 源供 應 線 130 外部 電 源供 應 線 140 偏 置 電 壓 電 源供 應 線 150 邏 輯 閘 152 第 - 電 晶 體 154 另 一 電 晶 體 160 控 制 信 號 線 170 偏 置 電 壓 源 200 電 池動 力 馬區 動 電 子 裝置 220 電 池 各 JHL 222 接 觸 點 224 接 觸 點 230 電 源供 應 線

-14 -

Claims (1)

128(^涊2(!5年6 月)

拾、申請專利範圍 1-—種積體電路（100)，其包含： 一外部電源供應線（130); 一内部電源供應線（120); 一電路塊（102)係耦合至該内部電源供應線（120); 一致動電晶體（104)，用以耦合該内部電源供應線（12〇) 至該外部電源供應線（130);以及 控制構件（150、160)，其係耦合至該致動電晶體（1〇4) 的一閘極，以使用一第一閘極電壓使該致動電晶體（1〇4) 切換至一導電狀態；以及使用一第二閘極電壓使致動電晶 體切換至一非導電狀態， 其特徵在於該等控制構件（15 0、16 0)係配置成於該非導 通狀態下在該致動電晶體（104)的該閘極偏壓該第二閘極 電壓，以降低通過該致動電晶體（1 〇4)的一洩漏電流。 2.如申請專利範圍第1項之積體電路（1〇〇)，其特徵為該等控 制構件（150)包含一第二電晶體（154)，其基板與該積體電 路的一整體基板絕緣且耦合至一偏壓源（丨7〇);且該第二 電晶體（154)受控制信號控制’將該致動電晶體（丨〇4)切換 至一非導電狀態。 3·如申請專利範圍第2項之積體電路（100)，其特徵為該偏壓 源（170)包含一受控於該控制信號的偏置電壓產生器。 82843-950630.doc

1280469 4·—種電池動力驅動電子裝置（200)，其包含一電源供應線 (230)，其耦合至一電池盒（22〇)的一接觸點（222)，其特徵 為該電源供應線（230)係耦合至如申請專利範圍第i項之 -積體電路(_的-外部電源供應線(13〇)。 82843-950630.doc