专利名称：具有开关调节器和串联调节器的电源集成电路的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及一种具有多个电源电路的电源集成电路(IC)，特别涉及一种具有串联调节器和开关调节器的电源IC，其中串联调节器用于将功率提供给高频电路。本发明还涉及一种应用这种电源IC的通信设备。
背景技术：
随着需要低功耗的移动式设备的发展，例如CPU和DSP等逻辑电路的工作电压已经从例如2.5V降到1.8V或1.5V。并且还有朝着更低的工作电压继续发展的趋势。为了将功率提供给需要低压工作的IC，由于开关调节器具有高效率，因此开关调节器被认为比传统的串联调节器更适合。而且，目前还存在对移动式设备小型化的强烈需求。现在已将包含电源单元的模拟电路集成到一个芯片上，以实现这种小型化，而这种电源单元传统地是作为一个独立的芯片来提供的。
但是，在通信设备如便携式电话中，作为噪声源的开关调节器需要作为一个独立的芯片来提供，以便与受到高频噪声的影响就会出问题的RF电路的电源单元隔离开。印刷电路板上的这些芯片之间应该具有一定距离，或者应该在这些芯片之间提供滤波器，作为抗噪声的防范措施。
为了避免上述问题，需要一种电源IC，在这种电源IC中，把产生高频噪声的开关调节器和用于RF电路的串联调节器设置在一个单独的芯片上，并且还需要一种应用这种电源IC的通信设备。
发明内容
本发明总目的是提供一种集成电路和一种通信设备，这种集成电路和通信设备实质上避免了由现有技术的局限性和缺陷所导致的一个或多个问题。
在以下的描述中将陈述本发明的特征和优点，部分将通过描述和附图而变得很清楚，或者可以根据在描述中提供的指导而通过本发明的实践得以理解。通过这样完整、清楚、简明和准确地在说明书中具体地指出集成电路和通信设备，将实现并获得本发明的目的以及其他特征和优点，以使本领域的技术人员能实践本发明。
为了实现根据本发明目的的这些和其他优点，本发明提供了一种用于提供功率的集成电路，包含IC芯片，该IC芯片具有矩形形状，并具有第一边缘和与第一边缘相对的第二边缘；开关调节器，被设置在IC芯片上并且具有激励晶体管，控制该激励晶体管的开关导通(ON)时间以便调整所述开关调节器的输出电压；和串联调节器，被设置在IC芯片上，其中，开关调节器的激励晶体管位于第一边缘附近，并且串联调节器位于第二边缘附近。
根据本发明的另一方面，串联调节器包含激励晶体管，控制该激励晶体管导通状态的导电性，以调整串联调节器的输出电压。
根据本发明的另一方面，串联调节器给高频电路提供功率。
根据本发明的另一方面，开关调节器和串联调节器通过各自不同的焊点(pads)接收正电源电压。
根据本发明的另一方面，开关调节器和串联调节器通过各自不同的焊点接收负电源电压。
根据本发明的另一方面，如上所述的集成电路进一步包含位于开关调节器的激励晶体管与串联调节器之间的附加电路。
根据本发明的另一方面，开关调节器的激励晶体管和串联调节器位于IC芯片的对角附近。
根据本发明的另一方面，开关调节器的激励晶体管和串联调节器位于所述IC芯片的对角线附近。
根据本发明的另一方面，开关调节器起到同步检波型DC-DC变换器的作用。
根据本发明的另一方面，一种通信设备包含IC芯片，该IC芯片具有矩形形状，并具有第一边缘和与第一边缘相对的第二边缘；开关调节器，被设置在IC芯片上并且具有激励晶体管，控制该激励晶体管的开关导通时间以便调整所述开关调节器的输出电压；串联调节器，被设置在IC芯片上，其中，开关调节器的激励晶体管位于第一边缘附近，并且串联调节器位于第二边缘附近；和RF电路单元，包含用于无线电通信的收发两用机。
根据本发明的另一方面，串联调节器给RF电路提供功率。
根据本发明的另一方面，开关调节器和串联调节器通过各自不同的焊点接收正电源电压。
根据本发明的另一方面，开关调节器和串联调节器通过各自不同的焊点接收负电源电压。
根据本发明的另一方面，如上所述的通信设备进一步包含位于开关调节器的激励晶体管与串联调节器之间的附加电路。
根据本发明的另一方面，开关调节器的激励晶体管和串联调节器位于IC芯片的对角附近。
根据本发明的另一方面，开关调节器的激励晶体管和串联调节器位于IC芯片的对角线附近。
根据本发明的另一方面，开关调节器起到同步检波型DC-DC变换器的作用。
在如上所述的用于提供功率的集成电路中，开关调节器的激励晶体管位于IC芯片的一个边缘附近，串联调节器位于IC芯片的相对边缘附近。这种设置减小了开关调节器所产生的噪声对串联调节器的影响，从而允许开关调节器和串联调节器被设置在一个单独的IC上。此外，减小了开关调节器所产生的噪声对高频电路的影响，该高频电路从串联调节器接收功率。这样就提高了电源集成电路的可靠性。
在如上所述的通信设备中，开关调节器的激励晶体管位于IC芯片的一个边缘附近，串联调节器位于IC芯片的相对边缘附近。这种设置减小了开关调节器所产生的噪声对串联调节器的影响，从而减小了对高频电路的信号处理的影响，该高频电路从串联调节器接收功率，并且还允许开关调节器和串联调节器被设置在一个单独的IC上。这样有助于实现通信设备的小型化。
通过以下结合附图进行的详细说明，本发明的其他目的和进一步的特征将会变得更清楚。
图1是示出使用根据本发明第一实施例的电源IC的通信设备示例的方框图；图2是示出图1所示的电源电路单元的结构示例的方框图；图3是示出开关调节器示例的电路图；图4是示出串联调节器示例的电路图；图5是示出对应于图2的电源电路单元的电源IC的示意图；图6是示出噪声电平与以800kHz振荡的开关调节器和串联调节器之间的距离之间的关系的曲线图；
图7是示出开关调节器的另一个示例的电路图；图8是示出使用图7的开关调节器时的电源IC的示意图；图9是示出开关调节器的另一个示例的电路图；和图10是示出使用图9的开关调节器时的电源IC的示意图。
具体实施例方式
接下来，将参考附图描述本发明的实施例。
图1是示出使用根据本发明第一实施例的电源IC的通信设备示例的方框图。图1中，示出了便携式电话作为通信设备示例。
图1中，通信设备1包含具有多个电源电路的电源电路单元2，音频电路单元3，由收发两用机电路和类似电路构成的RF电路单元4，用于控制电源电路单元2、音频电路单元3和RF电路单元4的CPU逻辑电路单元5，显示单元6，天线7，由操作按钮构成的操作单元8，扬声器9，麦克风10和电池11。将电源电路单元2、音频电路单元3、RF电路单元4和CPU逻辑电路单元5模制在一个单独的基片上，形成一个单独的模块12。
电源电路单元2根据电池11所提供的功率产生预定的恒定电压，并将功率提供给音频电路单元3、RF电路单元4和CPU逻辑电路单元5。CPU逻辑电路单元5通过控制电源电路单元2、音频电路单元3、RF电路单元4和显示单元6的操作，来响应来自于操作单元8的指令。RF电路单元4通过天线7发送并接收信号。音频电路单元3接收来自于麦克风10的信号，并将信号输出给扬声器9。
图2是示出图1所示的电源电路单元2的结构示例的方框图。图2示出了设置一个开关调节器和三个串联调节器的示例。图2中，电源电路单元2包含开关调节器21、串联调节器SR1-SR3、用于控制电池11充电的充电控制电路22和用于提供SIM卡27与CPU逻辑电路单元5之间接口的SIM卡接口电路23。
电源电路单元2进一步包含通电逻辑电路24，该通电逻辑电路响应于由电池11所提供的正电源电压Vbat，来控制开关调节器21、串联调节器SR1-SR3、充电控制电路22和SIM卡接口电路23的操作。除了几个不能被集成的元件外，电源电路单元2被集成为一个独立的IC。该IC用作电源IC。
开关调节器21、串联调节器SR1-SR3和SIM卡接口电路23接收来自于电池11的功率。通电逻辑电路24监视电池11的正电源电压Vbat。充电控制电路22接收来自于AC/DC适配器28的DC电压，并利用该DC电压控制电池11的充电。
如果电池11的正电源电压Vbat超过预定电平，则通电逻辑电路24指示充电控制电路22以取消对电池11的充电。开关调节器21将功率提供给CPU逻辑电路单元5。串联调节器SR1和SR2将功率提供给RF电路单元4。串联调节器SR3将功率提供给音频电路单元3。由CPU逻辑电路单元5关于串联调节器SR1和SR2的启动状态对串联调节器SR1和SR2进行控制。
图3是示出开关调节器21示例的电路图。图3示出提供开关调节器21作为同步检波型DC-DC变换器的示例。图3中的开关调节器21包含作为激励晶体管的用于开关的P沟道型MOS晶体管(以下称为PMOS晶体管)31、作为激励晶体管的用于开关的N沟道型MOS晶体管(以下称为NMOS晶体管)32和用于输出的平滑电路单元33，该平滑电路单元33平滑PMOS晶体管31和NMOS晶体管32的输出。
开关调节器21进一步包含参考电压产生电路单元34，用于产生并输出预定的参考电压Vr；分压电路单元35，用于对平滑电路单元33所输出的电压Vo进行分压，以产生并输出分压电压Vd；误差放大器36，用于对分压电压Vd相对于参考电压Vr的误差进行放大，并输出该放大误差；和控制电路单元37，用于响应误差放大器36的输出来进行PMOS晶体管31和NMOS晶体管32的开关控制。
焊点(pad)VIN连接至电池11的正电源电压Vbat，焊点GNDP连接至电池11的负电源电压GND。PMOS晶体管31和NMOS晶体管32在焊点VIN和焊点GNDP之间串联连接，同时PMOS晶体管31的栅极和NMOS晶体管32的栅极分别连接至控制电路单元3。PMOS晶体管31和NMOS晶体管32的结点连接至焊点LX。线圈L和电容器C串联连接在焊点LX和负电源电压GND之间，一起形成了平滑电路单元33。线圈L和电容器C的结点作为开关调节器21的输出端子，输出预定电压Vo。
将输出电压Vo通过焊点OUT输入到分压电路单元35，用于通过分压电路单元35进行分压。将分压Vd提供给误差放大器36的一个输入端。分压电路单元35包含串联连接的电阻器R1和R2。该串联连接位于连接至输出电压Vo的焊点OUT和连接至负电源电压GND的焊点GNDA之间。电阻器R1和R2的结点连接至误差放大器36的一个输入端，用于提供分压Vd。误差放大器36的另一个输入端接收参考电压Vr，并且误差放大器36的输出端连接至控制电路单元37。
由分压电路单元35对输出电压Vo进行分压，误差放大器36放大分压电压Vd和参考电压Vr之间的差值。控制电路单元37配备有振荡器(未示出)和比较器(未示出)，该振荡器用于产生例如锯齿形脉冲信号。该比较器比较振荡器的输出信号和误差放大器36的输出信号。比较器根据比较结果来控制PMOS晶体管31和NMOS晶体管32的导通时间。于是，控制电路单元37交替接通PMOS晶体管31和NMOS晶体管32，而不是同时接通它们。通过由线圈L和电容器C构成的平滑电路单元33对从PMOS晶体管31和NMOS晶体管32的结点输出的信号进行平滑，以便将其作为输出电压Vo输出。
图4是示出串联调节器SR1-SR3示例的电路图。串联调节器SR1-SR3都具有相同的电路结构。图4中，把串联调节器SRm(m＝1-3)作为示例进行说明。图4中的串联调节器SRm包含参考电压产生电路单元REm，用于产生并输出预定的参考电压Vrm；分压电路单元DEm；误差放大器AMPm；和PMOS晶体管Pm，作为激励晶体管来给焊点OUTm提供电流，该电流对应于从误差放大器AMPm输入到其栅极的电压。
PMOS晶体管Pm连接至正电源电压Vbat的焊点Vddm和焊点OUTm之间。将PMOS晶体管Pm的漏极电压作为输出电压Vom。电阻器RAm和RBm一起构成分压电路单元Dem，并且串联连接在焊点OUTm和连接至负电源电压GND的焊点GNDS之间。分压电压Vdm从电阻器RAm和RBm的结点输出，并且被输入到误差放大器AMPm的反相输入端。
误差放大器AMPm的非反相输入端接收参考电压Vrm，并且误差放大器AMPm的输出连接至PMOS晶体管Pm的栅极。此外，误差放大器AMPm从CPU逻辑电路单元5接收启动信号SEm。当确认启动信号SEm时，误差放大器AMPm停止操作，使得PMOS晶体管Pm变为截止状态，从而停止提供输出电压Vom。
通过分压电路单元DEm对输出电压Vom进行分压。误差放大器AMPm放大分压Vdm与参考电压Vrm之间的差值，并将其输出提供给PMOS晶体管Pm的栅极。利用这种方式，误差放大器AMPm控制PMOS晶体管Pm的操作，以便将输出电压Vom保持在所需的电压电平上。
图5是示出与图2的电源电路单元2相对应的电源IC的示意图。图5示出了开关调节器21和串联调节器SR1-SR3在IC芯片上的排列方式示例。图5的示例中省略了被提供给启动信号SEm的焊点。图5中，开关调节器21的PMOS晶体管31(PMOSTr)和NMOS晶体管32(NMOSTr)排列在矩形IC芯片40的边缘41附近。各串联调节器SR1-SR3的PMOS晶体管P1-P3都排列在IC芯片40的与边缘41相对的边缘42附近。此外，开关调节器21和串联调节器SR1-SR3位于IC芯片40的对角线附近(即，位于IC芯片40的对角附近)。
此外，开关调节器21的参考电压产生电路单元34、分压电路单元35、误差放大器36和控制电路单元37都被放置于图5所示的控制器43的位置处，控制器43紧挨着PMOS晶体管31和NMOS晶体管32。同样，各串联调节器SR1-SR3的参考电压产生电路单元RE1-RE3、分压电路单元DE1-DE3和误差放大器AMP1-AMP3都被放置于图5所示的相应控制器44-46的位置处，这些控制器紧挨着相应的PMOS晶体管P1-P3。
电源电路单元2的其他电路，即，充电控制电路25、SIM卡接口电路26和通电逻辑电路27都被放置于IC芯片40的中间部分47。焊点VDD、VIN、Vdd1-Vdd3和VddC都连接至电池11的正电源电压Vbat。焊点GNDP、GNDA、GNDS和GNDC都连接至电池11的负电源电压GND。平滑电路单元33的线圈L和电容器C从外部通过焊点LX连接至IC芯片40。
图6是示出噪声电平与以800kHz振荡的开关调节器和串联调节器之间的距离之间的关系的曲线图。如从图6可见，与开关调节器和串联调节器之间的距离为0.2mm时的情况相比，开关调节器和串联调节器之间的1.5mm距离可以提供5％噪声减少量。图5中所示的电源IC大小为边长3mm。如图5所示，开关调节器21的激励晶体管被设置在边缘41附近，串联调节器SR1-SR3的激励晶体管被设置在边缘42附近。利用这种设置，成功地降低了开关调节器21所产生的噪声对串联调节器SR1-SR3的影响。
已经参考了使用充当同步检波型DC-DC变换器的开关调节器的示例，进行了上述描述。但是，在图3中，二极管51可以被用作续流二极管而取代NMOS晶体管32。在这种情况下，图3的开关调节器21就具有如图7所示的结构。在图7中，使用相同的标号和符号表示与图3相同的元件。基于续流二极管的使用的开关调节器在本领域中是公知的，因此将省略对其的描述。
当使用图7所示的开关调节器时，电源IC的示意图就从图5的示意图变成图8的示意图。在图8中，用相同的标号和符号表示与图5相同的元件，并且省略对其的描述。接下来，仅描述不同点。图8与图5的区别在于提供作为续流二极管的二极管51来取代NMOS晶体管32。其他的结构是相同的，因此将省略对其的描述。
此外，图3和图7是针对应用减压型(voltage-reduction-type)开关调节器的情况。如果使用升压型(boosting-type)开关调节器，则电路结构将变成图9的电路结构。在图9中，用相同的标号和符号表示与图3相同的元件，并省略对其的描述。在图9中，开关调节器21包含NMOS晶体管61，用作响应施加给栅极的控制信号来进行开关转换的开关晶体管；平滑电路单元62，用于对NMOS晶体管61的输出信号进行平滑以便输出平滑信号；参考电压产生电路单元34；分压电路单元35；误差放大器36；和控制电路单元37，用于响应误差放大器36的输出而进行NMOS晶体管61的开关控制。
通过分压电路单元35对输出电压Vo进行分压，误差放大器36放大分压Vd和参考电压Vr之间的差值。控制电路单元37配备有产生例如锯齿形脉冲信号的振荡器(未示出)和比较器(未示出)。该比较器比较振荡器的输出信号和误差放大器36的输出信号。该比较器响应于比较结果来控制NMOS晶体管61的导通时间。通过平滑电路单元62对从NMOS晶体管61输出的信号进行平滑，平滑电路单元62由作为整流二极管的二极管D2、线圈L2和电容器C2构成。将平滑信号作为输出电压Vo进行输出。
当使用如图9所示的开关调节器时，电源IC的示意图从图5的示意图变成图10的示意图。在图10中，用相同的标号和符号表示与图5相同的元件，并将省略对其的描述。接下来，将仅描述不同点。图10与图5的区别在于去掉了PMOS晶体管31，并且用NMOS晶体管61替换掉NMOS晶体管32。
其他的结构是相同的，因此将省略对其的描述。
已经参考提供一个开关调节器和三个串联调节器的情况描述了上述实施例。本发明并不局限于这种结构，而是可适用于提供至少一个开关调节器和至少一个串联调节器的情况。
此外，本发明并不局限于这些实施例，而是可以在不脱离本发明范围的情况下，做出各种变化和修改。
本申请基于2002年12月13日提交到日本专利局的日本优先申请No.2002-362149，其全部内容以引用方式包含在本文的内容中。
权利要求
1.一种用于提供功率的集成电路，包括IC芯片，具有矩形形状，并且具有第一边缘和与第一边缘相对的第二边缘；开关调节器，被设置在所述IC芯片上并且具有激励晶体管，控制所述激励晶体管的开关导通时间以便调整所述开关调节器的输出电压；和串联调节器，被设置在所述IC芯片上，其中，所述开关调节器的所述激励晶体管位于第一边缘附近，并且所述串联调节器位于第二边缘附近。
2.如权利要求1所述的集成电路，其中所述串联调节器包含激励晶体管，控制所述激励晶体管的导通状态的导电性以便调整所述串联调节器的输出电压。
3.如权利要求1所述的集成电路，其中所述串联调节器给高频电路提供功率。
4.如权利要求1所述的集成电路，其中所述开关调节器和所述串联调节器通过各自不同的焊点接收正电源电压。
5.如权利要求1所述的集成电路，其中所述开关调节器和所述串联调节器通过各自不同的焊点接收负电源电压。
6.如权利要求1所述的集成电路，进一步包括位于所述开关调节器的所述激励晶体管与所述串联调节器之间的附加电路。
7.如权利要求1所述的集成电路，其中所述开关调节器的所述激励晶体管和所述串联调节器位于所述IC芯片的对角附近。
8.如权利要求1所述的集成电路，其中所述开关调节器的所述激励晶体管和所述串联调节器位于所述IC芯片的对角线附近。
9.如权利要求1所述的集成电路，其中所述开关调节器起同步检波型DC-DC变换器的作用。
10.一种通信设备，包括IC芯片，具有矩形形状，并且具有第一边缘和与第一边缘相对的第二边缘；开关调节器，被设置在所述IC芯片上并且具有激励晶体管，控制所述激励晶体管的开关导通时间以便调整所述开关调节器的输出电压；串联调节器，被设置在所述IC芯片上，其中，所述开关调节器的所述激励晶体管位于第一边缘附近，并且所述串联调节器位于第二边缘附近；和RF电路单元，包含用于无线电通信的收发两用机。
11.如权利要求10所述的通信设备，其中所述串联调节器给所述RF电路提供功率。
12.如权利要求10所述的通信设备，其中所述开关调节器和所述串联调节器通过各自不同的焊点接收正电源电压。
13.如权利要求10所述的通信设备，其中所述开关调节器和所述串联调节器通过各自不同的焊点接收负电源电压。
14.如权利要求10所述的通信设备，进一步包括位于所述开关调节器的所述激励晶体管和所述串联调节器之间的附加电路。
15.如权利要求10所述的通信设备，其中所述开关调节器的所述激励晶体管和所述串联调节器位于所述IC芯片的对角附近。
16.如权利要求10所述的通信设备，其中所述开关调节器的所述激励晶体管和所述串联调节器位于所述IC芯片的对角线附近。
17.如权利要求10所述的通信设备，其中所述开关调节器起同步检波型DC-DC变换器的作用。
全文摘要
一种用于提供功率的集成电路包含IC芯片，该IC芯片具有矩形形状并具有第一边缘和与第一边缘相对的第二边缘；开关调节器，被设置在该IC芯片上并且具有激励晶体管，控制激励晶体管的开关导通时间以调整开关调节器的输出电压；和串联调节器，被设置在该IC芯片上，其中，开关调节器的激励晶体管位于第一边缘附近，并且串联调节器位于第二边缘附近。
文档编号G05F1/56GK1510835SQ20031010977
公开日2004年7月7日 申请日期2003年12月13日 优先权日2002年12月13日
发明者上里英树, 吉井宏洁, 洁 申请人:株式会社理光