TWI610305B - 電源供應電壓切換電路 - Google Patents

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Abstract

電源供應電壓切換電路包含電源選擇模組、電壓位移模組及電源切換模組。電源選擇模組接收第一電源訊號及第二電源訊號，並根據第一電源訊號及第二電源訊號輸出中介電源訊號。電壓位移模組接收中介電源訊號作為電壓位移模組之電源供應，並透過偏移第一控制訊號及第二控制訊號的電壓以分別產生第一位移訊號及第二位移訊號。電源切換模組接收第一電源訊號及第三電源訊號，並根據第一位移訊號、第二位移訊號、第一控制訊號及第二控制訊號產生輸出訊號。

Description

電源供應電壓切換電路
本發明係有關於一種電源供應電壓切換電路，尤其是一種能夠避免漏電流的電源供應電壓切換電路。
隨著積體電路的科技日益發展，積體電路對於其電源供應的要求也日趨嚴格。積體電路可能會需要不同電壓的電源供應來執行不同的功能應用，例如在非揮發性的快閃記憶體中，就需要不同電壓的電源供應。而在不同的操作模式下，積體電路也可能會需要相異的電壓供應。
第1圖為先前技術之電源供應電壓切換電路100的示意圖。電源供應電壓切換電路100包含電壓位移模組110及電源切換模組120。電壓位移模組110包含兩個電壓位移元件112及114以分別偏移控制訊號ENA及ENB的電壓並產生位移訊號ENA’及ENB’。位移訊號ENA’及ENB’的電壓是由電壓位移元件112及114的電源供應電壓所決定。電源切換模組120包含P型電晶體122及124。電晶體122及電晶體124分別接收相異的電壓VPP 及VPR。電壓VPP為加壓過的高電壓，其可用於非揮發性快閃記憶體的寫入操作，而電壓VPR則為較低的操作電壓，其可用於非揮發性快閃記憶體的讀取操作。此外，電晶體122及124是由相異的位移訊號ENA’及ENB’所控制，因此，透過產生適當的控制訊號ENA及ENB並適當偏移控制訊號ENA及ENB的電壓，位移訊號ENA’及ENB’就能夠對應地導通或截止電晶體122及124以控制電源供應電壓切換電路100輸出所需的電壓V o。
舉例來說，當欲輸出電壓VPR時，控制訊號ENB可為較低的電壓VSS，而控制訊號ENA則可為一般的系統操作電壓VDD，電壓VDD高於電壓VSS。在此情況下，位移訊號ENB’為低電壓VSS，而位移訊號ENA’的電壓則會被偏移至接近電壓位移元件112之電源供應的電壓，亦即電壓VPP。因此，電晶體124會被導通，而電晶體122會被截止。導通的電晶體124將會輸出原先所選擇的電壓VPR。在部分系統中，電壓VPP為7V，電壓VDD為3.3V，而電壓VPR則為1.8V。
然而，隨著應用的不同，電壓位移模組110及電源供應切換模組120所接收到的電壓也可能隨著不同模式的操作而有所差異。為了能夠輕易的切換合適的電壓，電壓位移模組110的電源供應電壓可能是由另一個電壓選擇模組提供。舉例來說，電晶體122可能會接收到電壓VDD而非電壓VPP，此時電壓位移模組110也可選擇電壓VDD作為電源供應的電壓。然而，因為電壓選擇模組的電路結構限制，電壓位移模組110的電源供應電壓可能會略低於電壓VDD。因此，倘若根據前述的操作流程，當欲輸出電壓VPR時，位移訊號ENA’的電壓將略低於電壓VDD。在此情況下，位移訊號ENA’將無法將電晶體122完全截止，而會導致漏電流會從電晶體122流向電晶體124。由於非揮發性快閃記憶體常處於高速操作的狀態，因此這類型的漏電流常常難以預測，卻造成了很大的電能消耗。
本發明之一實施例提供一種電源供應電壓切換電路，源供應電壓切換電路包含電源選擇模組、電壓位移模組及電源切換模組。
電源選擇模組接收第一電源訊號及第二電源訊號，並根據第一電源訊號及第二電源訊號輸出中介電源訊號。電壓位移模組耦接於電源選擇模組以接收中介電源訊號作為電壓位移模組之電源供應，並可接收第一控制訊號及第二控制訊號，及透過偏移第一控制訊號及第二控制訊號的電壓以分別產生第一位移訊號及第二位移訊號。
電源切換模組包含第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體及第四電晶體。第一電晶體具有第一端、第二端及控制端，第一電晶體之第一端接收第一電源訊號，而第一電晶體控制以接收第一控制訊號。第二電晶體具有第一端、第二端及控制端，第二電晶體之第一端耦接於第一電晶體之第二端，第二電晶體之第二端耦接於電源供應電壓切換電路之輸出端，而第二電晶體之控制端接收第一位移訊號。第三電晶體具有第一端、第二端及控制端，第三電晶體之第一端接收第三電源訊號，而第三電晶體之控制端接收第二控制訊號。第四電晶體具有第一端、第二端及控制端，第四電晶體之第一端耦接於第三電晶體之第二端，第四電晶體之第二端耦接於電源供應電壓切換電路之輸出端，而第四電晶體之控制端接收第二位移訊號。
第一電源訊號之電壓介於第一電壓及第二電壓之間。第二電源訊號之電壓介於第一電壓及第三電壓之間。第三電源訊號之電壓介於第一電壓及第四電壓之間。第二電壓大於第三電壓，第三電壓大於第四電壓，而第四電壓大於第一電壓。
第2圖為本發明一實施例之電源供應電壓切換電路200的示意圖。電源供應電壓切換電路200包含電壓位移模組210、電源切換模組220及電源選擇模組230。電壓位移模組210接收第一控制訊號ENA及第二控制訊號ENB，並透過偏移第一控制訊號ENA及第二控制訊號ENB的電壓以分別產生第一位移訊號ENA’及第二位移訊號ENB’。第一控制訊號ENA、第二控制訊號ENB、第一位移訊號ENA’及第二位移訊號ENB’可用來控制電源切換模組220以輸出系統所需的電壓。此外，電源選擇模組230可提供電壓位移模組210所需的電源。
由於電源供應電壓切換電路200可用來提供相異操作模式下所需的相異電壓，電壓位移模組210也需要在相異的模式中取得具有相異電壓的電源供應。因此電源選擇模組230可接收不同的電源訊號，例如第一電源訊號SIG IN1及第二電源訊號SIG IN2，並可根據第一電源訊號SIG IN1及第二電源訊號SIG IN2輸出中介電源訊號SIG VV。為簡化控制訊號，電源選擇模組230可設計成能夠比較第一電源訊號SIG IN1及第二電源訊號SIG IN2的大小，並自動輸出其中具有較高電壓的訊號做為中介電源訊號SIG VV。
在第2圖中，電源切換模組220包含第一電晶體M1、第二電晶體M2、第三電晶體M3及第四電晶體M4。第一電晶體M1、第二電晶體M2、第三電晶體M3及第四電晶體M4皆為P型電晶體。第一電晶體M1具有第一端、第二端及控制端，第一電晶體M1之第一端接收第一電源訊號SIG IN1，而第一電晶體M1之控制端接收第一控制訊號ENA。第二電晶體M2具有第一端、第二端及控制端，第二電晶體M2之第一端耦接於第一電晶體M1之第二端，第二電晶體M2之第二端耦接於電源供應電壓切換電路200之輸出端OUT，而第二電晶體M2之控制端接收第一位移訊號ENA’。第三電晶體M3具有第一端、第二端及控制端，第三電晶體M3之第一端接收第三電源訊號SIG IN3，而第三電晶體M3之控制端接收第二控制訊號ENB。第四電晶體M4具有第一端、第二端及控制端，第四電晶體M4之第一端耦接於第三電晶體M3之第二端，第四電晶體M4之第二端耦接於電源供應電壓切換電路200之輸出端OUT，而第四電晶體M4之控制端接收第二位移訊號ENB’。
在部分實施例中，第一電源訊號SIG IN1之電壓可介於第一電壓VSS及第二電壓VPP之間，第二電源訊號SIG IN2之電壓可介於第一電壓VSS及第三電壓VDD之間，而第三電源訊號SIG IN3之電壓可介於第一電壓VSS及第四電壓VPR之間。第一電壓VSS可為系統的基準電壓。第二電壓VPP可為經過加壓電路加壓過的高電壓，可用在非揮發性記憶體的寫入操作。第三電壓VDD可為系統的常規操作電壓。第四電壓VPR則可為用於非揮發性記憶體之讀取操作時的較低電壓。在部分實施例中，第二電壓VPP可大於第三電壓VDD，第三電壓VDD可大於第四電壓VPR，而第四電壓VPR可大於第一電壓VSS。舉例來說，第一電壓VSS可為接地電壓，第二電壓VPP可為7V，第三電壓VDD可為3.3V，而第四電壓VPR可為1.8V。
此外，電源選擇模組230包含第五電晶體M5及第六電晶體M6。第五電晶體M5及第六電晶體M6可為P型電晶體。第五電晶體M5具有第一端、第二端及控制端，第五電晶體M5之第一端可接收第二電源訊號SIG IN2，第五電晶體M5之第二端耦接於電壓位移模組210，而第五電晶體M5之控制端可接收第一電源訊號SIG IN1。第六電晶體M6具有第一端、第二端及控制端，第六電晶體M6之第一端可接收第一電源訊號SIG IN1，第六電晶體M6之第二端耦接於第五電晶體M5之第二端，而第六電晶體M6之控制端可接收第二電源訊號SIG IN2。再者，第五電晶體M5之N井基極可耦接於第五電晶體M5之第二端，而第六電晶體M6之N井基極可耦接於第六電晶體M6之第二端。
因此，當第一電源訊號SIG IN1之電壓為第二電壓VPP，且第二電源訊號SIG IN2之電壓為第三電壓VDD時，第五電晶體M5將會截止，而第六電晶體M6會導通。在此情況下，電源選擇模組230會輸出第一電源訊號SIG IN1。相似地，當第一電源訊號SIG IN1之電壓小於第二電源訊號SIG IN2之電壓時，第五電晶體M5將會導通，而第六電晶體M6會截止。如此一來，電源選擇模組230就會輸出第二電源訊號SIG IN2。
電壓位移模組210耦接至電源選擇模組230以接收中介電源訊號SIG VV並作為電壓位移模組210的電源供應。在本發明的部分實施例中，電壓位移模組210能夠將第一控制訊號ENA及第二控制訊號ENB的電壓偏移至電源供應的電壓，亦即中介電源訊號SIG VV。此外，由於第一位移訊號ENA’是透過電壓位移模組210偏移第一控制訊號ENA的電壓所產生的，第一位移訊號ENA’與第一控制訊號ENA應為同步變化。相似地，第二位移訊號ENB’與第二控制訊號ENB亦為同步變化。
舉例來說，當第一控制訊號ENA之電壓為第三電壓VDD時，電壓位移模組210所產生之第一位移訊號ENA’之電壓會與中介電源訊號SIG VV之電壓實質上相同。當第一控制訊號ENA之電壓為第一電壓VSS時，電壓位移模組210所產生之第一位移訊號ENA’之電壓亦為第一電壓VSS。相似地，當第二控制訊號ENB之電壓為第三電壓VDD時，電壓位移模組210所產生之第二位移訊號ENB’之電壓會與中介電源訊號SIG VV之電壓實質上相同。當第二控制訊號ENB之電壓為第一電壓VSS時，電壓位移模組210所產生之第二位移訊號ENB’之電壓亦為第一電壓VSS。
在部分實施例中，第一控制訊號ENA及第二控制訊號ENB可由控制電路所產生。控制電路根據不同的操作模式輸出第一控制訊號ENA及第二控制訊號ENB以控制電源選擇模組220輸出所需的電壓。舉例來說，在電源供應電壓切換電路200之第一模式下，第一控制訊號ENA之電壓為第一電壓VSS，第二控制訊號ENB之電壓為第三電壓VDD。在此情況下，若第一電源訊號SIG IN1的電壓為第二電壓VPP且第二電源訊號SIG IN2的電壓為第三電壓VDD，則第一位移訊號ENA’之電壓將為第一電壓VSS，而第二位移訊號ENB’之電壓將為第二電壓VPP。因此，第一電晶體M1及第二電晶體M2將會被導通，而第三電晶體M3及第四電晶體M4將會被截止。如此一來，電源供應電壓切換電路200的輸出端OUT將會輸出具有第二電壓VPP的第一電源訊號SIG IN1以觸發非揮發性記憶體的寫入操作。
相似地，在電源供應電壓切換電路200之第二模式下，第一控制訊號ENA之電壓為第三電壓VDD，而第二控制訊號ENB之電壓為第一電壓VSS。在此情況下，若第一電源訊號SIG IN1的電壓為第二電壓VPP且第二電源訊號SIG IN2的電壓為第三電壓VDD，則第一位移訊號ENA’之電壓將為第二電壓VPP，而第二位移訊號ENB’之電壓將為第一電壓VSS。因此第一電晶體M1及第二電晶體M2將會被截止，而第三電晶體M3及第四電晶體M4將會被導通。如此一來，電源供應電壓切換電路200的輸出端OUT將會輸出具有第四電壓VPR之第三電源訊號SIG IN3以觸發非揮發性記憶體的讀取操作。
此外，在電源供應電壓切換電路200之第三模式下，第一控制訊號ENA之電壓可為第三電壓VDD，而第二控制訊號ENB之電壓可為第三電壓VDD。在此情況下，若第一電源訊號SIG IN1為第二電壓VPP，第二電源訊號SIG IN2為第三電壓VDD，而第三電源訊號SIG IN3為第四電壓VPR，則第一位移訊號ENA’及第二位移訊號ENB’之電壓將皆為電壓VPP。因此，第三電晶體M3及第四電晶體M4都會被截止。第一電晶體M1會被導通，但第二電晶體M2仍會截止。如此一來，電源供應電壓切換電路200之輸出端OUT將為浮接狀態以符合非揮發性記憶體之待機模式的需求。
在前述的模式中，電源供應電壓切換電路200都是操作在第一電源訊號SIG IN1為第二電壓VPP，而第二電源訊號SIG IN1之電壓為第三電壓VDD的情況下。然而，第一電源訊號SIG IN1可能會根據系統的操作而變化。舉例來說，在某些暫態或特殊的情境下，第一電源訊號SIG IN1的電壓及第二電源訊號SIG IN1的電壓皆可能為第三電壓VDD。或者，第一電源訊號SIG IN1可能會稍高於第二電源訊號SIG IN2的第三電壓VDD，但卻未高於第二電源訊號SIG IN2與第五電晶體M5或第六電晶體M6之臨界電壓V t的和。又或者是類似情況，而第二電源訊號SIG IN2可能稍高於第一電源訊號SIG IN1，但卻未高於第一電源訊號SIG IN1與第五電晶體M5或第六電晶體M6之臨界電壓V t的和。
在上述這些暫態或特殊的情況下，第五電晶體M5及第六電晶體M6可能會同時截止。然而，由於第五電晶體M5的N井基極耦接至第五電晶體M5的第二端，且第六電晶體M6的N井基極耦接至第六電晶體M6的第二端，因此中介電源訊號SIG VV會由第五電晶體M5及第六電晶體M6的源極-基極順偏電壓所產生。因此，中介電源訊號SIG VV的電壓將略低於第三電壓VDD，例如為第三電壓VDD減去第五電晶體M5或第六電晶體M6的臨界電壓V t，亦即VDD-V t。
若電源供應電壓切換電路200是操作在前述的第二模式，亦即第一控制訊號ENA為第三電壓VDD，而第二控制訊號ENB為第一電壓VSS，此時第一位移訊號ENA’的電壓會略低於第三電壓VDD，而第二位移訊號ENB’的電壓則為第一電壓VSS。如此一來，在第三電源訊號SIG IN3為第四電壓VPR的情況下，第三電晶體M3及第四電晶體M4會被導通。然而，在前述第一電源訊號SIG IN1及第二電源訊號SIG IN1都接近第三電壓VDD的情況下，由於中介電源訊號SIG VV的電壓會略低於第三電壓VDD，因此第二電晶體M2可能難以被截止。同樣的情況若發生在先前技術中，則將導致漏電流，然而在本發明中，由於電源切換模組220之第一電晶體M1的控制端會接收到處於第三電壓VDD的第一控制訊號ENA，因此第一電晶體M1仍然會被截止，進而能夠避免產生漏電流。也就是說，透過電源切換模組220，電源供應電壓切換電路200就能夠操作在不同的電壓，同時避免漏電流的產生。
綜上所述，根據本發明之實施例所提供的電源供應電壓切換電路，電源供應電壓切換電路之電源切換模組會由第一控制訊號、第二控制訊號、第一位移訊號及第二位移訊號所控制。因此當電源供應電壓切換電路所接收到的電源訊號根據不同模式在不同電壓間切換時，就能夠避免先前技術中會產生的漏電流。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100、200‧‧‧電源供應電壓切換電路
110、210‧‧‧電壓位移模組
112、114‧‧‧電壓位移元件
120、220‧‧‧電源切換模組
122、124、M1至M6‧‧‧電晶體
VPP‧‧‧第二電壓
VPR‧‧‧第四電壓
ENA、ENB‧‧‧控制訊號
ENA’、ENB’‧‧‧位移訊號
Vo‧‧‧電壓
230‧‧‧電源選擇模組
SIGIN1、SIGIN2、SIGIN3、SIGVV‧‧‧電源訊號
OUT‧‧‧輸出端
第1圖為先前技術之電源供應電壓切換電路的示意圖。 第2圖為本發明一實施例之電源供應電壓切換電路的示意圖。
200‧‧‧電源供應電壓切換電路
210‧‧‧電壓位移模組
112、114‧‧‧電壓位移元件
220‧‧‧電源切換模組
M1至M6‧‧‧電晶體
VPP‧‧‧第二電壓
VPR‧‧‧第四電壓
ENA、ENB‧‧‧控制訊號
ENA’、ENB’‧‧‧位移訊號
230‧‧‧電源選擇模組
SIGIN1、SIGIN2、SIGIN3、SIGVV‧‧‧電源訊號
OUT‧‧‧輸出端

Claims (12)

  1. 一種電源供應電壓切換電路，包含： 一電源選擇模組，用以接收一第一電源訊號及一第二電源訊號，並根據該第一電源訊號及該第二電源訊號輸出一中介電源訊號； 一電壓位移模組，耦接於該電源選擇模組以接收該中介電源訊號作為該電壓位移模組之一電源供應，並用以接收一第一控制訊號及一第二控制訊號，及透過偏移該第一控制訊號及該第二控制訊號的電壓以分別產生一第一位移訊號及一第二位移訊號；及 一電源切換模組，包含： 一第一電晶體，具有一第一端用以接收該第一電源訊號，一第二端，及一控制端用以接收該第一控制訊號； 一第二電晶體，具有一第一端耦接於該第一電晶體之該第二端，一第二端耦接於該電源供應電壓切換電路之一輸出端，及一控制端用以接收該第一位移訊號； 一第三電晶體，具有一第一端用以接收一第三電源訊號，一第二端，及一控制端用以接收該第二控制訊號；及 一第四電晶體，具有一第一端耦接於該第三電晶體之該第二端，一第二端耦接於該電源供應電壓切換電路之該輸出端，及一控制端用以接收該第二位移訊號； 其中： 該第一電源訊號之電壓係介於一第一電壓及一第二電壓之間； 該第二電源訊號之電壓係介於該第一電壓及一第三電壓之間； 該第三電源訊號之電壓係介於該第一電壓及一第四電壓之間； 該第二電壓大於該第三電壓； 該第三電壓大於該第四電壓；及 該第四電壓大於該第一電壓。
  2. 如請求項1所述之電源供應電壓切換電路，其中該第一電晶體、該第二電晶體、該第三電晶體及該第四電晶體係為P型電晶體。
  3. 如請求項1所述之電源供應電壓切換電路，其中該電源選擇模組包含： 一第五電晶體，具有一第一端用以接收該第二電源訊號，一第二端耦接於該電壓位移模組，及一控制端用以接收該第一電源訊號；及 一第六電晶體，具有一第一端用以接收該第一電源訊號，一第二端耦接於該第五電晶體之該第二端，及一控制端用以接收該第二電源訊號。
  4. 如請求項3所述之電源供應電壓切換電路，其中該第五電晶體及該第六電晶體係為P型電晶體。
  5. 如請求項4所述之電源供應電壓切換電路，其中該第五電晶體之一N井基極耦接於該第五電晶體之該第二端，且該第六電晶體之一N井基極耦接於該第六電晶體之該第二端。
  6. 如請求項1所述之電源供應電壓切換電路，其中在該電源供應電壓切換電路之一第一模式下： 該第一控制訊號之電壓係為該第一電壓； 該第一位移訊號之電壓係為該第一電壓； 該第二控制訊號之電壓係為該第三電壓； 該第二位移訊號之電壓與該中介電源訊號之電壓實質上相同；及 該電源供應電壓切換電路之該輸出端輸出該第一電源訊號。
  7. 如請求項1所述之電源供應電壓切換電路，其中在該電源供應電壓切換電路之一第二模式下： 該第一控制訊號之電壓係為該第三電壓； 該第一位移訊號之電壓與該中介電源訊號之電壓實質上相同； 該第二控制訊號之電壓係為該第一電壓； 該第二位移訊號之電壓係為該第一電壓；及 該電源供應電壓切換電路之該輸出端輸出該第三電源訊號。
  8. 如請求項1所述之電源供應電壓切換電路，其中在該電源供應電壓切換電路之一第三模式下： 該第一控制訊號之電壓係為該第三電壓； 該第一位移訊號之電壓與該中介電源訊號之電壓實質上相同； 該第二控制訊號之電壓係為該第三電壓； 該第二位移訊號之電壓與該中介電源訊號之電壓實質上相同；及 該電源供應電壓切換電路之該輸出端輸出係為浮接狀態。
  9. 如請求項1所述之電源供應電壓切換電路，其中當該第一控制訊號為該第三電壓時，該電壓位移模組所產生之該第一位移訊號之電壓與該中介電源訊號之電壓實質上相同。
  10. 如請求項1所述之電源供應電壓切換電路，其中當該第一控制訊號為該第一電壓時，該電壓位移模組所產生之該第一位移訊號為該第一電壓。
  11. 如請求項1所述之電源供應電壓切換電路，其中當該第二控制訊號為該第三電壓時，該電壓位移模組所產生之該第二位移訊號之電壓與該中介電源訊號之電壓實質上相同。
  12. 如請求項1所述之電源供應電壓切換電路，其中當該第二控制訊號為該第一電壓時，該電壓位移模組所產生之該第二位移訊號為該第一電壓。
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