专利名称：电压切换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电压切换装置，且特别涉及一种使用自我偏压电路的电压切换装置。
背景技术：
随着便携式产品的大量出现，有效率的电源管理已成为电路设计的重要因素之一。在电源效率的设计领域上，其中之一就是必须针对系统元件提供多种不同的切换电压，以达到低功率且整合度高的电子产品。
图1为传统的电压切换装置，其中包括开关S11与S12。开关S11与S12的第一端分别接收输入电压Vin11与Vin12，而开关S11与S12的第二端电性相互连接且输出一切换电压VPP1。两个非重叠的(non-overlap)致能信号SEN11与SEN12可用于控制此电压切换装置。开关S11根据致能信号SEN11导通(turn on)两端点，让切换电压VPP1等同于输入电压Vin11，此时开关S12不导通(turn off)。相对的，当开关S12根据致能信号SEN12导通两端点时，开关S11不导通，切换电压VPP1等同于输入电压Vin12。因此，随着致能信号SEN11与SEN12的控制，传统的电压切换装置就可输出系统元件所需的切换电压。
然而，随着切换电压VPP1的高压需求，传统的电压切换装置在实际的电路布局(layout)上需采用高压工艺技术来实现。举例而言，比如切换电压VPP1需要切换于1.8V与7V。为了符合切换电压VPP1可为7V的需求，就必须采用操作电压为7V的高压工艺技术来实现电压切换装置。如此一来，不仅增加电路的布局面积，也消耗了整体系统功率。
发明内容
本发明的目的是提供一种电压切换装置，用以提供系统元件所需的各种不同切换电压。且与传统架构相比较，本发明不需采用高压工艺技术就可达到相同的电路性能。
为达到上述及其它目的，本发明提出一种电压切换装置，包括第一切换单元、第二切换单元与自我偏压单元。
电压切换装置是依据第一切换单元与第二切换单元之输出，产生切换电压。当电压切换装置由第一切换单元输出切换电压时，第一切换单元会依据第一致能信号，输出第一输入电压当作切换电压。相对的，当电压切换装置由第二切换单元输出切换电压时，第二切换单元则会依据参考电压与第二致能信号，输出第二输入电压当作切换电压。
上述之自我偏压单元包括两个电阻、以及两个由单颗N型晶体管所组成的开关。当第一致能信号与第二致能信号在分别对第一切换单元与第二切换单元进行控制时，自我偏压单元也同时利用第一致能信号对本身开关进行控制，让自我偏压单元所输出的参考电压，能让第二切换单元内的开关，在高压切换时正常工作。
依照本发明的较佳实施例所述，本发明是利用一自我偏压单元让电压切换装置，在不需采用高压工艺技术下就可实现。如此一来，与传统的架构相比较，本发明不仅节省了电路布局面积，也降低了整体系统所消耗之功率。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明之较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
图1为传统电压切换装置之电路图。
图2为根据本发明一实施例的电压切换装置之架构图。
图3为根据本实施例的电压切换装置之完整电路图。
图4为可应用于图3之信号时序图。
图5与图6为本实施例之工作原理示意图。
主要元件标记说明201第一切换单元202第二切换单元203自我偏压单元211时序产生器S11、S12、S21～S26开关R31、R32电阻SEN21、SEN22致能信号Vin21、Vin22输入电压Vpp1、Vpp2切换电压VREF参考电压VN1、VN2、VN3、VN4节点电压具体实施方式
图2为本发明一实施例的电压切换装置之架构图。如图2所示，电压切换装置包括第一切换单元201、第二切换单元202、以及自我偏压单元203。第一切换单元201与第二切换单元202分别接收输入电压Vin21与Vin22，且第一切换单元201的输出端与第二切换单元202的输出端电性相互连接。自我偏压单元203连接至第二切换单元202，用以提供参考电压VREF至第二切换单元202。在此电压切换装置内，根据致能信号SEN21控制第一切换单元201与自我偏压单元203，根据致能信号SEN22以及参考电压VREF控制第二切换单元202，以便电压切换装置依据第一切换单元与第二切换单元之输出，产生切换电压VPP2，其中致能信号SEN21与SEN22为两个相互不重叠(non-overlap)或为互相反相的信号。
图3为本实施例的电压切换装置之详细电路图。本实施例的第一切换单元201包括开关S23与S24，第二切换单元202则包括开关S21与S22，而自我偏压单元203则包括电阻R31与R32、以及开关S25与S26。其中开关S21～S23都是由单颗P型晶体管所组成，而开关S24～S26则都是由单颗N型晶体管所组成。各个开关S21～S26与电阻R31～R32的连接关系描述如下。
开关S21具有第一端(P型晶体管之源极)，接收输入电压Vin22；第二端(P型晶体管之漏极)，连接至开关S22之第一端；第三端(P型晶体管之栅极)，根据参考电压VREF决定开关本身的导通状态。开关S22具有第一端(P型晶体管之源极)，连接至开关S21之第二端；第二端(P型晶体管之漏极)，连接至开关S24之第二端并输出切换电压VPP2；第三端(P型晶体管之栅极)，根据致能信号SEN22决定开关本身的导通状态。开关S23具有第一端(P型晶体管之源极)，接收输入电压Vin21；第二端(P型晶体管之漏极)，连接至开关S24之第一端；第三端(P型晶体管之栅极)，根据致能信号SEN21决定开关本身的导通状态。开关S24具有第一端(N型晶体管之漏极)，连接至开关S23之第二端；第二端(N型晶体管之源极)，连接至开关S22之第二端并输出切换电压VPP2；第三端(N型晶体管之栅极)，根据操作电压VDD决定开关本身的导通状态。开关S25具有第一端(N型晶体管之漏极)，连接至电阻R32之第二端；第二端(N型晶体管之源极)，连接至开关S26之第一端；第三端(N型晶体管之栅极)，根据操作电压VDD决定开关本身的导通状态。开关S26具有第一端(N型晶体管之漏极)，连接至开关S25之第二端；第二端(N型晶体管之源极)，连接至地端；第三端(N型晶体管之栅极)，根据致能信号SEN21决定开关本身的导通状态。
电阻R31具有第一端，接收输入电压Vin22；第二端，连接至电阻R32之第一端并输出参考电压VREF。电阻R32具有第一端，连接至电阻R31之第二端并输出参考电压VREF；第二端，连接至开关S25之第一端。
本实施例的工作原理可参照图4的时序图来看，并以操作电压VDD为5V，两输入电压Vin21与Vin22分别为1.8V与7V为例来解说。为了以下说明方便，图4另外标出节点N1～N4。当致能信号SEN21为低电平(0V)，以及致能信号SEN22为高电平(5V)时，所有开关S21～S26的动作就如图5所示。在开关S25与S26(由N型晶体管所组成)之栅极偏压分别为操作电压VDD与低电平(0V)的情况下，由图4中的节点电压VN3与VN4，可印证两开关的栅源极电压小于晶体管的临界电压，因此两开关S25与S26不导通。自我偏压单元203在开关S25与S26不导通的情况下，所接收的输入电压Vin22完全压降在电阻R31上。因此自我偏压单元203所输出的参考电压VREF就等同于输入电压Vin22(7V)。此时，因参考电压VREF与致能信号SEN22分别为7V与高电平(5V)的情况下，第二切换单元202中的两开关S21与S22不导通，电压切换装置所输出的切换电压VPP2由第一切换单元201决定。在第一切换单元201内，因低电平(0V)之致能信号SEN21耦合至由P型晶体管所组成的开关S23之栅极，且由N型晶体管所组成的开关S24之栅极偏压在高电平(5V)的情况下，两开关S23与S24分别导通，第一切换单元201输出切换电压VPP2，也就是输入电压Vin21(1.8V)。关于第一切换单元201与第二切换单元202中之开关S21～S24导通状态的印证，可对照图4之节点电压VN1与VN2来看。
相对的，当致能信号SEN21为高电平(5V)，以及致能信号SEN22为低电平(0V)时，所有开关S21～S26的动作就如图6所示。对照图4节点电压VN3与VN4来看，此时开关S25与S26的栅源极电压分别大于本身晶体管的临界电压，因此两开关S25与S26导通。自我偏压单元203在开关S25与S26导通的情况下，所接收的输入电压Vin22压降在电阻R31与R32上。此时，自我偏压单元203所输出的参考电压VREF，由两电阻R31与R32的阻值大小比例来决定。在本实施例中，为了让第二切换单元202在输出切换电压VPP2时，可以维持开关S21的正常切换动作，因此两电阻R31与R32的阻值大小比例选择原则如式(1)所示，是让开关S21之电压VSG21(亦即输入电压Vin22与参考电压VREF间之压差)大于本身临界电压(VTH)且小于操作电压VDD(5V)。
|VTH|＜VSG21＜VDD(1)如此一来，第二切换单元202中的开关S21与S22，因电压VSG21大于晶体管的临界电压，且致能信号SEN22为低电平(0V)，因此两开关S21与S22都分别在导通状态。于此，第二切换单元202所输出之切换电压VPP2等于输入电压Vin22(7V)。第一切换单元201的两开关S23与S24，因致能信号SEN21为高电平(5V)，且由N型晶体管所组成的开关S24之栅极偏压在高电平(5V)的情况下，两开关S23与S24分别不导通。此时，电压切换装置所输出的切换电压VPP2由第二切换单元202决定。相似的，关于第一切换单元201与第二切换单元202中之开关S21～S24导通状态的印证，可对照图4之节点电压VN1与VN2来看。
本实施例的电压切换装置，可利用操作电压VDD为5V的工艺技术来实现，使得切换电压VPP2可为1.8V或7V。然而，本实施例也可经由微调自我偏压单元203内的电阻R31与R32，而让电压切换装置在改变操作电压VDD与切换电压VPP2范围的情况下，依旧可通过参考电压VREF将开关S21之电压VSG21，维持在式(1)的选择原则下，让用以切换高压(本实施例中例如为7V)的第二切换单元202，可用较低的操作电压VDD(本实施例中例如为5V)来实现。
举例而言，切换电压为2.5V或8V的电压切换装置，若需实现在5V的低操作电压VDD下，则用以切换高压(8V)的第二切换单元202，可通过微调电阻R31与R32，让参考电压VREF将开关S21之电压VSG21，维持在式(1)的选择原则下，就可达到实现在低压(5V)工艺技术的目标，而不须如现有技术一般，因第二切换单元202受限于8V的切换电压，电压切换装置就必须采用高压(8V)的工艺技术。如此一来，本实施例通过微调电阻的举动，让电压切换装置的操作电压VDD，不再受限于切换电压VPP2的要求，进而使电压切换装置可实现在低压工艺技术底下。
另一方面，本实施例也可应用在闪存(flash memory)之电源供应电路中的电压切换电路。举例而言，当闪存于编程模式(programming mode)时，本实施例在图6状态下，所提供的较高切换电压(7V)，就可当成闪存此时所需的电源电压。相对的，当闪存处于一般模式(normal mode)时，本实施例在图5状态下，所提供的较低切换电压(1.8V)，就符合闪存此时电源电压的要求。
此外，在本实施例中，分压电路(原先由电阻所构成)亦可利用串联之二极管或MOS晶体管等方式达到。
综上所述，本发明是利用自我偏压单元让电压切换装置，可以采用低压工艺技术来实现。如此一来，本发明的电压切换装置与传统的架构相比较下，本发明不仅节省了电路布局面积，也降低了整体系统所消耗之功率。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与改进，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。
权利要求
1.一种电压切换装置，接收第一与第二输入电压，并根据第一与第二致能信号输出切换电压，其特征是该电压切换装置包括第一切换单元，接收该第一输入电压，并根据该第一致能信号输出该切换电压；自我偏压单元，接收该第二输入电压，并根据该第一致能信号，输出参考电压；以及第二切换单元，连接至该第一切换单元，接收该第二输入电压，并根据该参考电压与该第二致能信号输出该切换电压；其中该第一切换单元输出该切换电压时，该切换电压相关于该第一输入电压；以及该第二切换单元输出该切换电压时，该切换电压相关于该第二输入电压。
2.根据权利要求1所述之电压切换装置，其特征是由该第一切换单元输出该切换电压时，该切换电压等同于该第一输入电压。
3.根据权利要求1所述之电压切换装置，其特征是由该第二切换单元输出该切换电压时，该切换电压等同于该第二输入电压。
4.根据权利要求1所述之电压切换装置，其特征是该第一输入电压小于该第二输入电压。
5.根据权利要求1所述之电压切换装置，其特征是该第一致能信号与该第二致能信号为相互不重叠。
6.根据权利要求1所述之电压切换装置，其特征是第一切换单元包括第一开关，其第一端接收该第一输入电压，用以依据该第一致能信号而决定该第一开关之第一端与第二端之间的导通状态；以及第二开关，其第一端连接至该第一开关之第二端，而该第二开关之第二端输出该切换电压，用以依据一操作电压而决定该第二开关之第一端与第二端之间的导通状态。
7.根据权利要求6所述之电压切换装置，其特征是该第一开关是由P型晶体管所组成，该第二开关是由N型晶体管所组成。
8.根据权利要求1所述之电压切换装置，其特征是该第二切换单元包括第三开关，其第一端接收该第二输入电压，用以依据该参考电压而决定该第三开关之第一端与第二端之间的导通状态；以及第四开关，其第一端连接至该第三开关之第二端，而该第四开关之第二端输出该切换电压，用以依据该第二致能信号而决定该第四开关之第一端与第二端之间的导通状态。
9.根据权利要求8所述之电压切换装置，其特征是该第三开关与该第四开关分别由P型晶体管所组成。
10.根据权利要求1所述之电压切换装置，其特征是该自我偏压单元包括第一电阻，其第一端连接至该第二输入电压，而该第一电阻之第二端输出该参考电压；第二电阻，其第一端连接至该第一电阻之第二端；第五开关，其第一端连接至该第二电阻之第二端，用以依据该操作电压而决定该第五开关之第一端与第二端之间的导通状态；以及第六开关，其第一端连接至该第五开关之第二端，而该第六开关之第二端连接至地端，用以依据该第一致能信号而决定该第六开关之第一端与第二端之导通状态。
11.根据权利要求10所述之电压切换装置，其特征是该第五开关与该第六开关分别由N型晶体管所组成。
12.一种电压切换装置，接收第一与第二输入电压，并根据第一与第二致能信号输出切换电压，其特征是该电压切换装置包括第一开关，接收该第一输入电压，依据该第一致能信号而决定是否导通该第一输入电压；第二开关，连接至该第一开关，该第二开关依据一操作电压而决定是否将该第一开关所导通之该第一输入电压输出成该切换电压；自我偏压单元，接收该第二输入电压，并根据该第一致能信号，输出参考电压；第三开关，接收该第二输入电压，依据该参考电压而决定是否导通该第二输入电压；以及第四开关，连接至该第三开关，依据该第二致能信号而决定是否将该第三开关所导通之该第二输入电压输出成该切换电压；其中，当该第一致能信号为第一逻辑状态时，该切换电压相关于该第一输入电压；当该第一致能信号为第二逻辑状态时，该切换电压相关于该第二输入电压。
13.根据权利要求12所述之电压切换装置，其特征是该第一开关、该第三开关与该第四开关分别由P型晶体管所组成，且该第二开关是由N型晶体管所组成。
14.根据权利要求12所述之电压切换装置，其特征是该自我偏压单元包括第一电阻，其第一端连接至该第二输入电压，而该第一电阻之第二端输出该参考电压；第二电阻，其第一端连接至该第一电阻之第二端；第五开关，连接至该第二电阻之第二端，依据该操作电压而决定该第五开关之导通状态；以及第六开关，连接于该第五开关与地端之间，依据该第一致能信号而决定该第六开关之导通状态。
15.根据权利要求14所述之电压切换装置，其特征是该第五开关与该第六开关分别由N型晶体管所组成。
16.根据权利要求12所述之电压切换装置，其特征是由该第二开关输出该切换电压时，该切换电压等同于该第一输入电压。
17.根据权利要求12所述之电压切换装置，其特征是由该第四开关输出该切换电压时，该切换电压等同于该第二输入电压。
18.根据权利要求12所述之电压切换装置，其特征是该第一输入电压小于该第二输入电压。
19.根据权利要求12所述之电压切换装置，其特征是该第一致能信号与该第二致能信号为相互不重叠。
全文摘要
一种电压切换装置用以接收多个输入电压并输出切换电压，包括第一切换单元、第二切换单元与自我偏压单元。电压切换装置是依据第一切换单元与第二切换单元之输出，产生切换电压。自我偏压单元输出参考电压至第二切换单元。第一切换单元依据第一致能信号，输出第一输入电压当作切换电压。而第二切换单元则依据参考电压与第二致能信号，输出第二输入电压当作切换电压。
文档编号H02M3/00GK101043176SQ20061005842
公开日2007年9月26日 申请日期2006年3月24日 优先权日2006年3月24日
发明者陈天豪 申请人:奇景光电股份有限公司