专利名称：一种高低压转换电路的制作方法
技术领域：
本实用新型属于集成电路技术领域，尤其涉及一种高低压转换电路。
技术背景在集成电路制造领域，最新的工艺首先被应用于数字芯片的生产和设计， 然后在工艺中加入一些模拟芯片需要的电阻、电容，以及寄生三极管等。但是， 电子代工厂提供的模拟工艺不能提供一些特殊模拟电路需要的器件，其中一种 器件就是齐纳管，齐纳管被广泛应用在稳压系统中，尤其是应用在涉及从高电 压到低电压转换的开关电源集成电路设计中。如果生产工艺提供齐纳管，可以通过图1所示的方式在芯片内部实现高低压转换。其中，由电流源I1提供基准电流，输入电压为VDD，齐纳管Z120稳 压后，经过由MOS管M101和MOS管M102组成的电流镜输出，输出电压VCC 近似等于齐纳管Z120的压降，经过电容C110稳压后可以作为低压模块电源使 用。但是由于齐纳管并不是标准器件，定制该器件需要较长时间，而且调试费 用较高，所以存在一定的弊端。实用新型内容本实用新型的目的在于解决由于高低压转换电路中使用齐纳管所带来的问 题，提供一种在标准代工厂工艺中，不需要使用稳压齐纳管而实现从高压到低压转换功能的电路。为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案 一种高低压转换电路， 包括基准电流产生电路、低压产生电路和输出稳压电路；其中，基准电流产生 电路为低压产生电路提供基准电流；所述低压产生电路包括寄生PNP、补偿电阻和低压MOS管，寄生PNP、补偿电阻和低压MOS管为输出稳压电路提供稳 定的驱动电压；所述驱动电压通过第一电流镜、在输出稳压电路中通过稳压电容输出稳定的低压。优选的是，所述的第一电流镜包括低压产生电路上的第十NMOS管和输出 稳压电路上的第十一 NMOS管；其中，第十NMOS管的栅极与漏极连接在一起， 所述基准电流输入其漏极；第十一NMOS管的漏极接入输入电压，源极与地之 间接入所述稳压电容；低压产生电路包括二个低压MOS管，分别为第八MOS 管和第九MOS管，二者各自的栅极与漏极连接在一起，第八MOS管与第十 NMOS管的源极和第九MOS管的连接关系保证第八MOS管和第九MOS管的 栅源电压处于二者的导通状态；第九MOS管与寄生PNP的发射极之间连接所 述补偿电阻，寄生PNP的集电极和基极接地。优选的是，所述的基准电流产生电路包括第二、三和四电流镜，其中，第 二电流镜包括二个尺寸相同的第一PMOS管(M201)和第二PMOS管(M202), 二者的源极均接入输入电压，栅极彼此连接，第一PMOS管(M201)的栅极与 漏极连接在一起；第三电流镜包括第三NMOS管(M203)和第四NMOS管 (M204)， 二者的漏极分别与第一 PMOS管(M201)的漏极和第二 PMOS管 (M202)的漏极电连接，二者的栅极彼此连接在一起；第四NMOS管(M204)的漏极与栅极连接在一起;第四电流镜包括第五NMOS管(M205)和第六NMOS 管(M206)， 二者的漏极分别与第三NMOS管(M203)的源极和第四NMOS 管(M204)的源极电连接，二者的栅极彼此连接在一起，第六NMOS管(M206) 的漏极与栅极连接在一起，第六NMOS管(M206)的源极与地之间串接电阻(R220);基准电流产生电路通过第五电流镜为低压产生电路提供基准电流，第 五电流镜包括所述第一 PMOS管(M201)和低压产生电路上的第七PMOS管(M207)， 二者的栅极连接在一起，第七PMOS管(M207)的源极接入输入电 压，漏极与所述第十NMOS管(M210)的漏极电连接。优选的是，在所述输出稳压电路和低压产生电路之间增加负载补偿电路。 优选的是，所述负载补偿电路包括第六电流镜，所述第六电流镜包括第十 三PMOS管和第十四PMOS管，二者的源极均接入输入电压，二者的栅极彼此 连接在一起，第十四PMOS管的栅极与漏极连接在一起；第十三PMOS管的漏 极与第十NMOS管的栅极电连接，第十四PMOS管的漏极与一第十二 NMOS 管的漏极电连接，所述第十二 NMOS管的栅极与第十NMOS管的栅极电连接， 源极与第十一 NMOS管的源极电连接。优选的是，所述电阻为负温度系数类型电阻；所述补偿电阻的材料与电阻 的材料相同；所述第十NMOS管和第十一 NMOS管的尺寸相同。优选的是，所述第一 PMOS管(M201 )、第二 PMOS管(M202)、第三NMOS 管(M203)和第四NMOS管(M204)、第七PMOS管(M207)，以及第十NMOS 管(M210)和第^^一 NMOS管(M211)为高压MOS管；第五NMOS管(M205) 和第六NMOS管(M206)为低压MOS管。本实用新型所述控制器的有益之处是 一方面，本实用新型所述的高低压 转换电路不需要使用齐纳二极管，均使用MOS管、三极管、电阻和电容等标准 器件，不需要额外定制，降低了芯片成本和调试费用；另一方面，高低压转换 电路中的部分MOS管通过低压工艺实现，较大地减小了实现面积。
图1为现有高低压转换电路的示意图；图2为本实用新型所述高低压转换电路的第一实施例的示意图； 图3为本实用新型所述高低压转换电路的第二实施例的示意图； 图4为本实用新型所述高低压转换电路的第三实施例的示意图。
具体实施方式
如图2所示的一种高低压转换电路，包括基准电流产生电路21、低压产生 电路22和输出稳压电路23。其中，基准电流产生电路21为低压产生电路22提 供基准电流；所述低压产生电路包括寄生PNP、补偿电阻和低压MOS管，寄生 PNP、补偿电阻和低压MOS管为输出稳压电路提供稳定的驱动电压；所述驱动 电压通过由第一电流镜、在输出稳压电路中通过稳压电容输出稳定的低压VCC。第一电流镜包括低压产生电路22上的第十NMOS管M210和输出稳压电路 23上的第十一NMOS管M211。其中，第十NMOS管M210的栅极与漏极连接 在一起，所述基准电流输入其漏极；第十一NMOS管M211的漏极接入输入电 压VDD，源极与地之间接入稳压电容C230，由稳压电容C230输出低压VCC。基准电流产生电路21可以采用如下结构基准电流产生电路21包括第二、三和四电流镜。其中，第二电流镜包括二个尺寸相同的第一 PMOS管M201和第二 PMOS管M202， 二者的源极均接入 输入电压VDD，栅极彼此连接，第一 PMOS管M201的栅极与漏极连接在一起； 第三电流镜包括第三NMOS管M203和第四NMOS管M204， 二者的漏极分别 与第一 PMOS管M201的漏极和第二 PMOS管的漏极M202电连接，二者的栅 极彼此连接，第四NMOS管M204的漏极与栅极连接在一起；第四电流镜包括 第五NMOS管M205和第六NMOS管M206， 二者的漏极分别与第三NMOS管 M203的源极和第四NMOS管M204的源极电连接，二者的栅极彼此连接，第 六NMOS管M206的漏极与栅极连接在一起，第六NMOS管M206的源极与地 之间串接电阻R220;基准电流产生电路21通过第五电流镜为低压产生电路22 提供基准电流，第五电流镜包括所述第一 PMOS管M201和低压产生电路22上 的第七PMOS管M207， 二者的栅极连接在一起，第七PMOS管M207的源极 接入输入电压。设第五NMOS管M205和第六NMOS管M206尺寸比为1:"，则第五NMOS 管M205栅源电压~2G5 、第六NMOS管M206的栅源电压^2Q6 ，流过电阻R220 (阻值为^2Q)的电流/之间的关系为该电流的计算公式如下2 11， r--^-*丄(1-;)2 (2)、d &2。2 其中，^为电子迁移率，C("为单位面积的栅氧化层电容，,")2。6为第六NMOS管M206的沟道宽度与沟道长度的比值。从式(2)中可以看出，电流/ 和电阻R220的温度系数相关，如果选择负温度系数类型的电阻形成电阻R220，则电流/为一个随着温度的上升而上升的电流，基准电流的变化和温度为二次方 关系。因为基准电流产生电路21为三级电流镜结构，因此，电流/将成为流入 低压产生电路22的基准电流/。.低压产生电路22可以包括二个低压MOS管，分别为第八MOS管和第九 MOS管，二者各自的栅极与漏极连接在一起，第八MOS管与第十NMOS管的 源极和第九MOS管的连接关系保证第八MOS管和第九MOS管的栅源电压处 于二者的导通状态，第九MOS管与寄生PNP的发射极之间连接补偿电阻R221 ， 寄生PNP的集电极和基极接地。如图2所示，若采用二个低压NMOS管，则第 八MOS管M208的漏极与第十NMOS管M210的源极连接，源极与第九MOS 管M209的漏极连接，第九MOS管M209的源极与寄生PNP240的发射极连接， 此处可以采用二个或者多个寄生PNP，如图3所示，采用二个寄生PNP，寄生 PNP240的基极与寄生PNP241的发射极连接，而寄生PNP241的集电极和基极 接地，即寄生PNP两端的电压为整数倍的基极与发射极之间的电压。如图3所 示，若第八MOS管M208采用PMOS管，则第八MOS管M208的源极与第十 NMOS管M210的源极连接，漏极与第九MOS管M209的漏极连接。同样，第 八MOS管M208和第九MOS管M209均可以采用PMOS管。 如图2所示，输出稳压电路23输出的低压VCC的计算公式如下VH — y&240卞J八221卞Kgj208卞K^209卞K^210 K^2I1 、 J夕其中，^24o， &21， ~2。8， &，， ~21o， ^川分别为寄生PNP240的基极与发射极之间的电压，补偿电阻R221的阻值，以及，第八MOS管M208至 第i"^一NMOS管M211的栅源电压。将公式(2)代入公式(3)等号右侧的前两项得出<formula>formula see original document page 11</formula>根据公式(4)可知，如果补偿电阻R221的材料与电阻R220的材料相同， 均为负温度系数类型的电阻，则公式(4)中后一项与温度为一次方的正温度系 数关系，又由于寄生PNP240的基极与发射极之间的电压^，为负温度系数，可 知，如果选择合适的补偿电阻R221可以抵消寄生PNP240随温度的变化，而保 持公式(3)等号右侧的前两项恒定。公式(3)等号右侧的中间两项重新表述如下<formula>formula see original document page 11</formula>其中，,/化。8和,/化。9分别为第八MOS管M208与第九MOS管M209 的沟道宽度与沟道长度的比值，/2。8和/2。9分别为流过第八MOS管M208与第九 MOS管M209的电流，r齒s和C分别为第八MOS管M208与第九MOS管 M209的阈值电压，^2。9和^2。9分别为第八MOS管M208与第九MOS管M209 的驱动电压。由于第五电流镜的作用，流过第八MOS管M208与第九MOS管 M209的电流/2。8和/2。9等于基准电流/。因此，将公式(2)代入公式(5)中得出<formula>formula see original document page 11</formula>由于电阻R220为负温度系数，则公式(6)等号右侧的第一项为正温度系 数，而第八MOS管M208与第九MOS管M209的阈值电压^2。8和^2。9为负温度系数，因此，通过为第八MOS管M208与第九MOS管M209选择合适的尺 寸，公式(6)等号右侧的第一项和第二项的温度变化即可抵消，所以，公式(3) 等号右侧的中间两项即为与温度无关的电压降。对于公式(3)等号右侧的最后两项，通过选择尺寸匹配的第十NMOS管 M210和第十一NMOS管M211，如二者的尺寸完全相同，则可相互抵消，因此， 公式(3)等号右侧的最后两项也可设计为与温度变化无关的量。综上所述，输出稳压电路23输出的低压VCC是一个一阶零温度系数的基 准电压。另外，在选择第八MOS管M208与第九MOS管M209的尺寸时，可 以尽量选择较大的沟道宽度『与沟道长度丄，以减小工艺对低压VCC带来的影 响。图2中所示的高低压转换电路中，只有第一 PMOS管M201、第二 PMOS 管M202、第三NMOS管M203和第四NMOS管M204、第七PMOS管M207， 以及第十NMOS管M210和第H^—NMOS管M211需要通过高压工艺实现，而 第五NMOS管M205和第六NMOS管M206由于第三NMOS管M203和第四 NMOS管M204的屏蔽可以采用低压工艺实现，从而可以极大地减小实现面积。另外，如图4所示，在所述输出稳压电路23和低压产生电路22之间可以 增加负载补偿电路24。所述负载补偿电路24包括第六电流镜，所述第六电流镜 包括第十三PMOS管M213和第十四PMOS管M214， 二者的源极均接入输入 电压VDD， 二者的栅极彼此连接在一起，第十四PMOS管M214的栅极与漏极连接在一起。第十三PMOS管M213的漏极与第十NMOS管M210的栅极电连 接，第十四PMOS管M214的漏极与一第十二 NMOS管M212的漏极电连接， 所述第十二 NMOS管M212的栅极与第十NMOS管M210的栅极电连接，源极 与第十一NMOS管M211的源极电连接。负载补偿电路24的补偿过程如下如果负载突然变重，输出低压VCC将下降，由于第十二 NMOS管M212 和第十一 NMOS管M211的栅极连接在一起，从而第十二 NMOS管M212的栅 源电压差提高，第十二NMOS管M212的电流将增加，第六电流镜的电流同时 增加，进而第十NMOS管M210及其串接到地的支路的电流增加，因此，第十 NMOS管M210的栅极电压提高，则输出低压VCC将提高。在本实用新型所述的高低压转换电路中所使用的PMOS管的衬底可以接在 源极，也可以接在更高电位处。综上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非用来限定本实用新型的实施 范围。即凡依本实用新型申请专利范围的内容所作的等效变化及修饰，皆应属 于本实用新型的技术范畴。
权利要求1.一种高低压转换电路，其特征在于包括基准电流产生电路、低压产生电路和输出稳压电路；其中，基准电流产生电路为低压产生电路提供基准电流；所述低压产生电路包括寄生PNP、补偿电阻和低压MOS管，寄生PNP、补偿电阻和低压MOS管为输出稳压电路提供稳定的驱动电压；所述驱动电压通过第一电流镜、在输出稳压电路中通过稳压电容输出稳定的低压。
2. 根据权利要求1所述的高低压转换电路，其特征在于所述的第一电流 镜包括低压产生电路上的第十NMOS管(M210)和输出稳压电路上的第十一 NMOS管(M211);其中，第十NMOS管的栅极与漏极连接在一起，所述基 准电流输入其漏极；第十一NMOS管(M211)的漏极接入输入电压，源极与 地之间接入所述稳压电容；低压产生电路包括二个低压MOS管，分别为第八 MOS管和第九MOS管，二者各自的栅极与漏极连接在一起，第八MOS管与 第十NMOS管(M210)的源极和第九MOS管的连接关系保证第八MOS管和 第九MOS管的栅源电压处于二者的导通状态；第九MOS管与寄生PNP的发 射极之间连接所述补偿电阻，寄生PNP的集电极和基极接地。
3. 根据权利要求2所述的高低压转换电路，其特征在于所述的基准电流 产生电路包括第二、三和四电流镜，其中，第二电流镜包括二个尺寸相同的第 一PMOS管(M201)和第二PMOS管(M202)， 二者的源极均接入输入电压， 栅极彼此连接，第一PMOS管(M201)的栅极与漏极连接在一起；第三电流 镜包括第三NMOS管(M203)和第四NMOS管(M204)， 二者的漏极分别与 第一PMOS管(M201)的漏极和第二PMOS管(M202)的漏极电连接，二者 的栅极彼此连接在一起；第四NMOS管(M204)的漏极与栅极连接在一起；第四电流镜包括第五NMOS管(M205)和第六NMOS管(M206)， 二者的漏 极分别与第三NMOS管(M203)的源极和第四NMOS管(M204)的源极电 连接，二者的栅极彼此连接在一起，第六NMOS管(M206)的漏极与栅极连 接在一起，第六NMOS管(M206)的源极与地之间串接电阻(R220);基准 电流产生电路通过第五电流镜为低压产生电路提供基准电流，第五电流镜包括 所述第一PMOS管(M201)和低压产生电路上的第七PMOS管(M207)， 二 者的栅极连接在一起，第七PMOS管(M207)的源极接入输入电压，漏极与 所述第十NMOS管(M210)的漏极电连接。
4. 根据权利要求3所述的高低压转换电路，其特征在于在所述输出稳压 电路和低压产生电路之间增加负载补偿电路。
5. 根据权利要求4所述的高低压转换电路，其特征在于所述负载补偿电 路包括第六电流镜，所述第六电流镜包括第十三PMOS管(M213)和第十四 PMOS管(M214)， 二者的源极均接入输入电压，二者的栅极彼此连接在一起， 第十四PMOS管(M214)的栅极与漏极连接在一起；第十三PMOS管(M213) 的漏极与第十NMOS管(M210)的栅极电连接，第十四PMOS管(M214) 的漏极与一第十二 NMOS管(M212)的漏极电连接，所述第十二 NMOS管(M212)的栅极与第十NMOS管(M210)的栅极电连接，源极与第十一 NMOS 管(M211)的源极电连接。
6. 根据权利要求3、 4或5所述的高低压转换电路，其特征在于所述电 阻(R220)为负温度系数类型电阻；所述补偿电阻的材料与电阻(R220)的 材料相同；所述第十NMOS管(M210)和第H^—NMOS管(M211)的尺寸相同。
7. 根据权利要求6所述的高低压转换电路，其特征在于所述第一PMOS 管(M201)、第二PMOS管(M202)、第三NMOS管(M203)和第四NMOS 管(M204)、第七PMOS管(M207)，以及第十NMOS管(M210)和第i^一 NMOS管(M211)为高压MOS管；第五NMOS管(M205)和第六NMOS 管(M206)为低压MOS管。
专利摘要本实用新型公开了一种高低压转换电路，属于集成电路技术领域，包括基准电流产生电路、低压产生电路和输出稳压电路；其中，基准电流产生电路为低压产生电路提供基准电流；所述低压产生电路包括寄生PNP、补偿电阻和低压MOS管，寄生PNP、补偿电阻和低压MOS管为输出稳压电路提供稳定的驱动电压；所述驱动电压通过第一电流镜、在输出稳压电路中通过稳压电容输出稳定的低压。本实用新型所述的高低压转换电路不需要使用齐纳二极管，均使用MOS管、三极管、电阻和电容等标准器件，不需要额外定制，降低了芯片成本和调试费用。
文档编号H02M3/04GK201365192SQ200920000429
公开日2009年12月16日 申请日期2009年1月7日 优先权日2009年1月7日
发明者李照华, 蒙 王, 王乐康 申请人:深圳市明微电子股份有限公司