TWI720864B - 多電壓晶片 - Google Patents

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Abstract

一種多電壓晶片，包括：穩壓電路、高壓域控制器、低 壓域控制器以及數位邏輯電路。穩壓電路接收回饋信號、穩壓啟動信號及參考電壓，以反應於穩壓啟動信號、回饋信號及參考電壓將系統高電壓轉換為穩壓電壓。高壓域控制器接收電源信號及系統高電壓，以提供參考電壓及穩壓啟動信號。低壓域控制器耦接高壓域控制器，且接收穩壓電壓，以反應於穩壓啟動信號提供系統啟動信號。數位邏輯電路耦接穩壓電路以接收穩壓電壓且提供回饋信號，並且耦接低壓域控制器以反應於系統啟動信號而運作。

Description

多電壓晶片
本發明是有關於一種晶片，且特別是有關於一種多電壓晶片。
科技融入我們生活的各個層面，帶來了共通互聯、媒體驅動的生活方式，使得電路系統中包含各種複雜的電子元件組合，例如高性能微控制器、記憶體、介面和驅動器積體電路等消費性電子元件。由於每個元件都可能需要各種具有寬廣範圍功率要求的低電壓電源軌，電源設計趨於複雜化，於是多電壓積體電路成為一種趨勢。然而，在習知的多電壓積體電路中，可能會因為電源開啟時序的不正確，除了造成耗電外，也有可能導致積體電路無法啟動。
本發明提供一種多電壓晶片，可以降低穩壓電路的不穩定期間。
本發明的多電壓晶片，包括：穩壓電路、高壓域控制器、 低壓域控制器以及數位邏輯電路。穩壓電路接收回饋信號、穩壓啟動信號及參考電壓，以反應於穩壓啟動信號、回饋信號及參考電壓將系統高電壓轉換為穩壓電壓。高壓域控制器接收電源信號、系統高電壓及低壓回饋信號，以提供參考電壓、穩壓啟動信號及回饋信號。低壓域控制器耦接高壓域控制器，且接收穩壓電壓，以反應於穩壓啟動信號提供系統啟動信號。數位邏輯電路耦接穩壓電路以接收穩壓電壓且提供低壓回饋信號，並且耦接低壓域控制器以反應於系統啟動信號而運作。
基於上述，本發明實施例的多電壓晶片中，穩壓電路是受控於接收系統高電壓的高壓域控制器，因此可以降低穩壓電路的不穩定期間。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100:多電壓晶片
110:穩壓電路
120:數位邏輯電路
130:高壓域控制器
140:低壓域控制器
150~170:電源電路
210:第一準位偵測器
220:第二準位偵測器
230:帶隙電路
240:第一振盪器
250:高壓控制器
260:第三準位偵測器
270:第二振盪器
280:低壓控制器
BANDGAPEN:帶隙控制信號
CLK1:第一時脈信號
CLK2:第二時脈信號
FB:回饋信號
FB_LV:低壓回饋信號
LOGICSTART:系統啟動信號
LVR_OUT:控制致能信號
MAINOSCEN:第二時脈控制信號
POR_HVB:高壓致能信號
POR_LVB:低壓控制信號
PORSOCEN:第一時脈控制信號
POWER_DOWN:電源信號
REGDEN:穩壓啟動信號
Tmain_start:啟動時間
Tpor_osc:初始時脈時間
Trise:電壓上升時間
VDDA:系統高電壓
Vlvr:高壓就緒準位
VO1~VO3:操作電壓
Vpor_hv:高壓重置準位
Vpor_lv:穩壓就緒準位
VREGD:穩壓電壓
VRF:參考電壓
VTG:目標電壓
圖1為依據本發明一實施例的多電壓晶片的系統示意圖。
圖2為依據本發明一實施例的高壓域控制器及低壓域控制器的系統示意圖。
圖3為依據本發明一實施例的高壓域控制器及低壓域控制器的驅動波形示意圖。
圖1為依據本發明一實施例的多電壓晶片的系統示意圖。請參照圖1，在本實施例中，多電壓晶片100包括穩壓電路110、數位邏輯電路120、高壓域控制器130、低壓域控制器140及多個電源電路150~170。穩壓電路110接收回饋信號FB、穩壓啟動信號REGDEN及參考電壓VRF，以反應於穩壓啟動信號REGDEN、回饋信號FB及參考電壓VRF將系統高電壓VDDA轉換為穩壓電壓VREGD。
高壓域控制器130耦接穩壓電路110，並且接收電源信號POWER_DOWN及系統高電壓VDDA以提供參考電壓VRF、穩壓啟動信號REGDEN及回饋信號FB，其中穩壓啟動信號REGDEN在系統高電壓VDDA就緒時提供。並且，於接收低壓回饋信號FB_LV後，高壓域控制器130反應於低壓回饋信號FB_LV提供回饋信號FB。低壓域控制器140耦接穩壓電路110、數位邏輯電路120及高壓域控制器130，以接收穩壓電壓VREGD及穩壓啟動信號REGDEN，並且低壓域控制器140反應於穩壓啟動信號REGDEN偵測穩壓電壓VREGD，以在穩壓電壓VREGD就緒時提供系統啟動信號LOGICSTART。
數位邏輯電路120耦接穩壓電路110以接收穩壓電壓VREGD且提供低壓回饋信號FB_LV，並且耦接低壓域控制器140以反應於系統啟動信號LOGICSTART而運作。電源電路150~170耦接穩壓電路110及高壓域控制器130，並且接收系統高電壓 VDDA、參考電壓VRF及回饋信號FB以分別提供多個操作電壓VO1~VO3。
圖2為依據本發明一實施例的高壓域控制器及低壓域控制器的系統示意圖。請參照圖1及圖2，在本實施例中，高壓域控制器130包括第一準位偵測器210、第二準位偵測器220、帶隙電路230、第一振盪器240以及高壓控制器250。第一準位偵測器210耦接至第二準位偵測器220、帶隙電路230以及第一振盪器240，並且高壓控制器250耦接至第二準位偵測器220、帶隙電路230以及第一振盪器240。並且，第一準位偵測器210、第二準位偵測器220、帶隙電路230、第一振盪器240及高壓控制器250接收系統高電壓VDDA。
低壓域控制器140包括第三準位偵測器260、第二振盪器270以及低壓控制器280。第三準位偵測器260耦接第二振盪器270以及低壓控制器280，並且低壓控制器280耦接第二振盪器270。第三準位偵測器260、第二振盪器270以及低壓控制器280接收穩壓電壓VREGD。
圖3為依據本發明一實施例的高壓域控制器及低壓域控制器的驅動波形示意圖。請參照圖1至圖3，在本實施例中，當電源信號POWER_DOWN表示多電壓晶片100被上電時(亦即接收系統高電壓VDDA)，高壓域控制器130反應於電源信號POWER_DOWN而啟動。此時，第一準位偵測器210偵測系統高電壓VDDA的電壓準位，並且反應系統高電壓VDDA上升到高壓 重置準位Vpor_hv而提供致能的高壓致能信號POR_HVB(例如為高電壓準位)。
接著，第二準位偵測器220反應於高壓致能信號POR_HVB的致能而啟動(如LVREN所示)以偵測系統高電壓VDDA的電壓準位，並且反應於高壓致能信號POR_HVB的致能而致能控制致能信號LVR_OUT，並且反應系統高電壓VDDA從高壓重置準位Vpor_hv上升到高壓就緒準位Vlvr而禁能控制致能信號LVR_OUT(例如為低電壓準位)，其中高壓就緒準位Vlvr高於高壓重置準位Vpor_hv。
高壓控制器250接收控制致能信號LVR_OUT後，反應於電源信號POWER_DOWN及控制致能信號LVR_OUT的致能而提供致能的帶隙控制信號BANDGAPEN至帶隙電路230，且反應於控制致能信號LVR_OUT的禁能而提供致能的第一時脈控制信號PORSOCEN至第一振盪器240以及提供致能的穩壓啟動信號REGDEN至穩壓電路110及低壓域控制器140。
帶隙電路230接收高壓致能信號POR_HVB及帶隙控制信號BANDGAPEN後，且反應於高壓致能信號POR_HVB及帶隙控制信號BANDGAPEN而提供參考電壓VRF。第一振盪器240接收高壓致能信號POR_HVB及第一時脈控制信號PORSOCEN後，反應於高壓致能信號POR_HVB及第一時脈控制信號PORSOCEN而提供第一時脈信號CLK1。
其中，第一時脈信號CLK1主要限定於高壓域控制器130 中使用。並且，第一時脈控制信號PORSOCEN反應於控制致能信號LVR_OUT的禁能而致能，並且在經過初始時脈時間Tpor_osc後禁能第一時脈控制信號PORSOCEN。在本發明實施例中，初始時脈時間Tpor_osc大於穩壓電壓VREGD由接地電壓(亦即電壓0)上升至目標電壓VTG所需的電壓上升時間Trise。
在本發明實施例中，在初始時脈時間Tpor_osc之後，高壓控制器250反應於低壓回饋信號FB_LV提供回饋信號FB，其中回饋信號FB可以實質上相同於低壓回饋信號FB_LV，亦即高壓控制器250可以直接傳送低壓回饋信號FB_LV作為回饋信號FB，但本發明實施例不以此為限。相對來說，初始時脈時間Tpor_osc中及之前，回饋信號FB可以設定為預定電壓準位(例如接地電壓)，但本發明實施例不以此為限。
在低壓域控制器140中，第三準位偵測器260接收穩壓啟動信號REGDEN後，以反應於穩壓啟動信號REGDEN偵測穩壓電壓VREGD，並且反應於穩壓電壓VREGD上升到穩壓就緒準位Vpor_lv致能低壓控制信號POR_LVB。低壓控制器280接收低壓控制信號POR_LVB及第一時脈控制信號PORSOCEN後，以反應於低壓控制信號POR_LVB的致能及第一時脈控制信號PORSOCEN的禁能而依序致能第二時脈控制信號MAINOSCEN及系統啟動信號LOGICSTART。
數位邏輯電路120接收系統啟動信號LOGICSTART後，數位邏輯電路120提供低壓回饋信號FB_LV至高壓控制器250。 高壓控制器250接收低壓回饋信號FB_LV後提供回饋信號FB至電源電路150~170及穩壓電路110。
第二振盪器270接收穩壓啟動信號REGDEN及第二時脈控制信號MAINOSCEN後，以反應第二時脈控制信號MAINOSCEN提供第二時脈信號CLK2。其中，第二時脈信號CLK2為多電壓晶片100中全域使用，並且第二時脈信號CLK2的頻率高於第一時脈信號CLK1。
在本發明實施例中，在第二時脈控制信號MAINOSCEN的致能時間點對齊第一時脈控制信號POROSCEN的禁能時間點，並且在第二時脈控制信號MAINOSCEN致能後經過啟動時間Tmain_start後致能系統啟動信號LOGICSTART。其中，啟動時間Tmain_start大於第二振盪器270穩定振盪的所需時間。
綜上所述，本發明實施例的多電壓晶片中，穩壓電路是受控於接收系統高電壓的高壓域控制器，因此可以降低穩壓電路的不穩定期間。並且，低壓域控制器在穩壓電壓就緒時啟用數位邏輯電路，以避免數位邏輯電路提供錯誤的低壓回饋信號。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100:多電壓晶片
110:穩壓電路
120:數位邏輯電路
130:高壓域控制器
140:低壓域控制器
150~170:電源電路
FB:回饋信號
FB_LV:低壓回饋信號
LOGICSTART:系統啟動信號
POWER_DOWN:電源信號
REGDEN:穩壓啟動信號
VDDA:系統高電壓
VO1~VO3:操作電壓
VREGD:穩壓電壓
VRF:參考電壓

Claims (11)

  1. 一種多電壓晶片，包括：一穩壓電路，接收一回饋信號、一穩壓啟動信號及一參考電壓，以反應於該穩壓啟動信號、該回饋信號及該參考電壓將一系統高電壓轉換為一穩壓電壓；一高壓域控制器，接收一電源信號、一低壓回饋信號及該系統高電壓，以提供該回饋信號、該參考電壓及該穩壓啟動信號，其中該高壓域控制器耦接至該系統高電壓而不耦接至該穩壓電壓；一低壓域控制器，耦接該高壓域控制器，且接收該穩壓電壓，以反應於該穩壓啟動信號而提供一系統啟動信號，其中該低壓域控制器耦接至該穩壓電壓而不耦接至該系統高電壓；以及一數位邏輯電路，耦接該穩壓電路以接收該穩壓電壓且提供該低壓回饋信號，並且耦接該低壓域控制器以反應於該低壓域控制器提供的該系統啟動信號而運作。
  2. 如請求項1所述的多電壓晶片，其中該高壓域控制器包括：一第一準位偵測器，接收該系統高電壓，以偵測該系統高電壓的電壓準位，並且反應該系統高電壓上升到一高壓重置準位而提供一高壓致能信號；一第二準位偵測器，接收該系統高電壓，且偵測該系統高電壓的電壓準位，其中該第二準位偵測器反應於該高壓致能信號而 致能一控制致能信號，且反應該系統高電壓上升到一高壓就緒準位而禁能該控制致能信號；一高壓控制器，接收該低壓回饋信號、該系統高電壓及該控制致能信號，以反應於該電源信號及該控制致能信號的致能而提供一帶隙控制信號，反應於該控制致能信號的禁能而提供一第一時脈控制信號及該穩壓啟動信號，且反應於該低壓回饋信號提供該回饋信號；一帶隙電路，接收該系統高電壓、該高壓致能信號及該帶隙控制信號，且反應於該高壓致能信號及該帶隙控制信號而提供該參考電壓；以及一第一振盪器，接收該系統高電壓、該高壓致能信號及該第一時脈控制信號，反應於該高壓致能信號及該第一時脈控制信號而提供一第一時脈信號。
  3. 如請求項2所述的多電壓晶片，其中該第一時脈控制信號反應於該控制致能信號的禁能而致能，並且在經過一初始時脈時間後禁能該第一時脈控制信號。
  4. 如請求項3所述的多電壓晶片，其中該初始時脈時間大於該穩壓電壓由一接地電壓上升至一目標電壓所需的一電壓上升時間。
  5. 如請求項2所述的多電壓晶片，其中該高壓就緒準位高於該高壓重置準位。
  6. 如請求項2所述的多電壓晶片，其中該低壓域控制器包括：一第三準位偵測器，接收該穩壓電壓及該穩壓啟動信號，以反應於該穩壓啟動信號偵測該穩壓電壓，並且反應於該穩壓電壓上升到一穩壓就緒準位致能一低壓控制信號；一低壓控制器，接收該穩壓電壓、該低壓控制信號及該第一時脈控制信號，以反應於該低壓控制信號的致能及該第一時脈控制信號的禁能而依序致能一第二時脈控制信號及該系統啟動信號；以及一第二振盪器，接收該穩壓電壓、該穩壓啟動信號及該第二時脈控制信號，以反應該第二時脈控制信號提供一第二時脈信號。
  7. 如請求項6所述的多電壓晶片，其中在該第二時脈控制信號的致能時間點對齊該第一時脈控制信號的禁能時間點，並且在該第二時脈控制信號致能後經過一啟動時間後致能該系統啟動信號。
  8. 如請求項7所述的多電壓晶片，其中該啟動時間大於該第二振盪器穩定振盪的所需時間。
  9. 如請求項6所述的多電壓晶片，其中該第一時脈信號限定於該高壓域控制器中使用，並且該第二時脈信號為該多電壓晶片中全域使用。
  10. 如請求項6所述的多電壓晶片，其中該第二時脈信號的頻率高於該第一時脈信號。
  11. 如請求項1所述的多電壓晶片，更包括多個電源電路，接收該系統高電壓、該參考電壓及該回饋信號以分別提供多個操作電壓。
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