TWI419457B - 交直流轉換整合元件與使用該元件的積體電路 - Google Patents

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Description

交直流轉換整合元件與使用該元件的積體電路
本發明係有關一種交直流轉換整合元件與使用該元件的積體電路。
將交流電轉換為直流電，供應給積體電路內部使用，乃是電子電路中經常使用到的電路結構。如第1圖所示，先前技術通常使用橋式整流電路10來達成交直流轉換，此橋式整流電路10中包含電阻R1,R2以降壓，並以四個二極體12,14,16,18達成整流。整流所產生的直流電壓再經過電阻R的降壓，並以齊納二極體Z控制降壓後的電壓上限，之後供應給後級電路50使用。後級電路50可以為各種操作在直流低壓下的電路(以下簡稱低壓電路)，例如光學感測器、LED控制電路等等。
先前技術中，橋式整流電路10必須以獨立二極體元件來製作，無法與其他電路元件一同整合在積體電路之內，是一項有待改進之處。
有鑑於此，本發明即提出一種能夠與低壓電路一同整合在積體電路之內的交直流轉換整合元件，與使用該元件的積體電路。
本發明目的之一在提供一種能夠與低壓電路一同整合在積體電路之內的交直流轉換整合元件。
本發明之又一目的在提供一種使用交直流轉換整合元件的積體電路。
為達上述之目的，就其中一個觀點言，本發明提供了一種交直流轉換整合元件，包含：(1)第一傳導型態的基板；以及(2)位於基板內的第二傳導型態的至少四個井區，每個第二傳導型態的井區內包括：(a)位於第二傳導型態井區內的第一傳導型態的高濃度摻雜區；及(b)位於第二傳導型態井區內的第二傳導型態的高濃度摻雜區；其中，每個井區與其內之第一與第二傳導型態的高濃度摻雜區構成二極體，四個井區構成四個二極體，其中第一二極體的陰極與第二二極體的陽極相接，此第一相接節點接收一交流電壓之一輸入，第三二極體的陰極與第四二極體的陽極相接，此第二相接節點接收該交流電壓之另一輸入，該第一二極體的陽極與第三二極體的陽極相接，此第三相接節點提供一直流電壓之低準位，第二二極體的陰極與第四二極體的陰極相接，此第四相接節點提供一直流電壓之高準位；且其中，此交直流轉換整合元件與一直流低壓電路製作於同一積體電路中。
在其中一種較佳實施形式中，該交直流轉換整合元件各二極體中更包括：位於第二傳導型態井區內的第一傳導型態之淺摻雜區，且第一傳導型態的高濃度摻雜區設置於此淺摻雜區內。在此較佳實施形式中，第二與第四二極體中之第二傳導型態的高濃度摻雜區設置於該淺摻雜區內。
在其中一種較佳實施形式中，該第一二極體和第二二極體位於一區間，該第三二極體和第四二極體位於另一區間，且所述之交直流轉換整合元件更包括：設置於上述兩區間之間的兩個MOS電晶體，其閘極分別與該交流電壓的兩輸入耦接。
就另一個觀點言，本發明提供了一種積體電路，包含：一直流低壓電路；以及與該直流低壓電路耦接的交直流轉換整合元件，該交直流轉換整合元件包括四個二極體，其中第一二極體的陰極與第二二極體的陽極相接，此第一相接節點接收一交流電壓之一輸入，第三二極體的陰極與第四二極體的陽極相接，此第二相接節點接收該交流電壓之另一輸入，該第一二極體的陽極與第三二極體的陽極相接，此第三相接節點提供一直流電壓之低準位，第二二極體的陰極與第四二極體的陰極相接，此第四相接節點提供一直流電壓之高準位。
以上積體電路中，可更包含：耦接於該交直流轉換整合元件與該直流低壓電路之間的電阻，以及與該直流低壓電路耦接之拑位電路。該拑位電路例如為齊納二極體。
在其中一種較佳實施形式中，該第一二極體和第二二極體位於一區間，該第三二極體和第四二極體位於另一區間，且所述之交直流轉換整合元件更包括：設置於上述兩區間之間的兩個MOS電晶體，其閘極分別與該交流電壓的兩輸入耦接。
底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
請參考第2圖，其中舉例顯示如何製作可與其他電路整合的二極體。如圖所示，本發明係在P型基板20內設置N型井區22，並在N型井區22內設置P+高濃度摻雜區221與N+高濃度摻雜區222，分別構成二極體的陽極端與陰極端。N型井區22一方面與P+摻雜區221構成PN接面，另一方面也使陽極端222不會與P型基板20或不適當的節點(例如其他二極體的陽極端)短路相接。以上二極體的半導體結構可以有各種變形，例如P+或N+高濃度摻雜區221或222可不只設置一個，以便利整體電路的佈局安排或微調電路參數(如導通電阻等)。
第3圖顯示本發明的一個實施例。如圖所示，本實施例係先以外掛電阻R1,R2對所接收的交流電(例如但不限於政府供應的市電110V)進行降壓，至晶圓內元件所能承受的範圍，再透過整合成為積體電路一部份的交直流轉換整合元件予以整流，再經過電阻R降壓產生低壓電路(後級電路)50所需的直流工作電壓之高低準位VDD與VSS，並以齊納二極體Z所構成的拑位電路控制工作電壓VDD與VSS的壓差上限。拑位電路可不限於為齊納二極體，而可為其他類型的拑位電路。本發明的特點是交直流轉換整合元件可以與低壓電路50整合在同一顆積體電路之中(電阻R與齊納二極體Z亦可一併整合在內)。
本實施例中，交直流轉換整合元件包含P型基板30，其內設置N型井區32,34,36,38，並在N型井區32內設置P+高濃度摻雜區321,323與N+高濃度摻雜區322，對應於第1圖之二極體12；N型井區34內設置P+高濃度摻雜區341,343與N+高濃度摻雜區342，對應於第1圖之二極體14；N型井區36內設置P+高濃度摻雜區361,363與N+高濃度摻雜區362，對應於第1圖之二極體16；N型井區38內設置P+高濃度摻雜區381,383與N+高濃度摻雜區382，對應於第1圖之二極體18。本實施例中每個二極體具有兩個P+高濃度摻雜區(作為陽極端)與一個N+高濃度摻雜區(作為陰極端)。基板30以P+高濃度摻雜區301和302作為接點，對應於第1圖中之節點A，而N+高濃度摻雜區342與382所連接的節點(電阻R左方的節點)則對應於第1圖中之節點B。
第3圖上方部分的基板30與其中的離子植入區構成第1圖橋式整流電路10的上半部兩個二極體12,14，而下方部分的基板30與其中的離子植入區構成第1圖橋式整流電路10的下半部兩個二極體16,18。此兩部份間的連接宜經過適當安排，以避免在N型井區、P型基板、N型井區間構成寄生NPN雙載子電晶體。若構成寄生雙載子電晶體，則可能會使所能的到的直流電壓或電流受限於寄生雙載子電晶體的導通而無法太高。
對此，第4圖示出本發明的另一個實施例，以解決上述問題。如圖所示，根據本發明，可於基板30上，在對應於橋式整流電路10的上半部兩個二極體12,14，和對應於橋式整流電路10的下半部兩個二極體16,18之間，設置一或數顆MOS電晶體，以解決寄生雙載子電晶體的問題。本實施例設置兩顆NMOS電晶體13,17，其閘極分別與經過電阻R1,R2降壓後的電壓連接，換言之這兩顆電晶體將輪流導通，而使基板本體的地電位更接近零電壓。舉例而言，當左端AC輸入為高電壓時，MOS電晶體17將導通，使基板本體透過電阻R2連接於右端AC輸入，因此更接近零電壓。如此可消除寄生雙載子電晶體的效應，使得整流電路所產生的直流電源(VDD與VSS)更穩定。
如前所述，二極體的半導體結構可以有各種變形，本實施例中，係在二極體之N型井區中再設置P型淺摻雜區(PDD)，將陽極端設置於PDD中。在二極體12,16中，係在N型井區中設置兩個N型高濃度摻雜區作為陰極端。在二極體14,18中，則係另在PDD中設置N型高濃度摻雜區作為陰極端，而將N型井區與經過電阻R1,R2降壓後的電壓連接。
與先前技術相較，本發明可以將整流電路中的大部分元件與積體電路內部的低壓電路整合，僅需外掛電阻，顯然較優。
以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化。例如，各實施例中之交直流轉換整合元件係以橋式整流電路為例，但本發明亦可應用於其他類型、使用到二極體的交直流轉換電路中。因此，以上種種，及其他各種等效變化，均應包含在本發明的範圍之內。
10．．．橋式整流電路
12,14,16,18．．．二極體
13,17．．．MOS電晶體
13G,17G．．．閘極
20．．．基板
22．．．N型井區
30．．．基板
32,34,36,38．．．N型井區
50．．．後級電路(低壓電路)
221．．．P+高濃度摻雜區
222．．．N+高濃度摻雜區
301,302,321,323,341,343,361,363,381,383．．．P+高濃度摻雜區
322,342,362,382．．．N+高濃度摻雜區
R,R1,R2．．．電阻
Z．．．齊納二極體
第1圖說明先前技術之電路結構。
第2圖舉例說明如何製作可與其他電路整合的二極體。
第3圖與第4圖分別示本發明的兩個實施例。
30．．．基板
32,34,36,38．．．N型井區
50．．．後級電路(低壓電路)
301,302,321,323,341,343,361,363,381,383．．．P+高濃度摻雜區
322,342,362,382．．．N+高濃度摻雜區
R,R1,R2．．．電阻
Z．．．齊納二極體

Claims (14)

  1. 一種交直流轉換整合元件，包含：第一傳導型態的基板；以及位於基板內的第二傳導型態的至少四個井區，每個第二傳導型態的井區內包括：位於第二傳導型態井區內的第一傳導型態的高濃度摻雜區；及位於第二傳導型態井區內的第二傳導型態的高濃度摻雜區；其中，每個井區與其內之第一與第二傳導型態的高濃度摻雜區構成二極體，四個井區構成四個二極體，其中第一二極體的陰極與第二二極體的陽極相接，此第一相接節點接收一交流電壓之一輸入，第三二極體的陰極與第四二極體的陽極相接，此第二相接節點接收該交流電壓之另一輸入，該第一二極體的陽極與第三二極體的陽極相接，此第三相接節點提供一直流電壓之低準位，第二二極體的陰極與第四二極體的陰極相接，此第四相接節點提供一直流電壓之高準位；且其中，此交直流轉換整合元件與一直流低壓電路製作於同一積體電路中。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之交直流轉換整合元件，更包含一電阻，與該直流電壓之高準位節點耦接，以對該直流電壓之高準位進行降壓。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之交直流轉換整合元件，更包含一拑位電路，以限制降壓後該直流電壓之高準位與低準位間的壓差。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之交直流轉換整合元件，其中該第一二極體和第二二極體位於該基板上的一區間，該第三二極體和第四二極體位於該基板上的另一區間，且所述之交直流轉換整合元件更包含：設置於上述兩區間之間的至少一個MOS電晶體，其閘極接收該交流電壓之一輸入。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之交直流轉換整合元件，其在所述兩區間之間包含兩個MOS電晶體，其閘極分別與該交流電壓的兩輸入耦接。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之交直流轉換整合元件，其中各二極體中更包括：位於第二傳導型態井區內的第一傳導型態之淺摻雜區，且第一傳導型態的高濃度摻雜區設置於此淺摻雜區內。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之交直流轉換整合元件，其中第二與第四二極體中，第二傳導型態的高濃度摻雜區設置於該淺摻雜區內。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之交直流轉換整合元件，其中該第一傳導型態為P型，第二傳導型態為N型。
  9. 一種積體電路，包含：一直流低壓電路；以及與該直流低壓電路耦接的交直流轉換整合元件，該交直流轉換整合元件包括四個二極體，其中第一二極體的陰極與第二二極體的陽極相接，此第一相接節點接收一交流電壓之一輸入，第三二極體的陰極與第四二極體的陽極相接，此第二相接節點接收該交流電壓之另一輸入，該第一二極體的陽極與第三二極體的陽極相接，此第三相接節點提供一直流電壓之低準位，第二二極體的陰極與第四二極體的陰極相接，此第四相接節點提供一直流電壓之高準位。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之積體電路，其中該第一相接節點與第二相接節點各透過一電阻而耦接一交流電壓源。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之積體電路，更包含：耦接於該交直流轉換整合元件與該直流低壓電路之間的電阻。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之積體電路，更包含：與該直流低壓電路耦接之拑位電路。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之積體電路，其中該交直流轉換整合元件中，該第一二極體和第二二極體位於一區間，該第三二極體和第四二極體位於另一區間，且所述之交直流轉換整合元件更包括：設置於上述兩區間之間的至少一個MOS電晶體，其閘極接收該交流電壓。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之積體電路，其在所述兩區間之間包含兩個MOS電晶體，其閘極分別與該交流電壓的兩輸入耦接。
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