无需补偿电容的调压器的制作方法

无需补偿电容的调压器
【技术领域】
1.本发明属于电源技术领域，特别涉及一种无需补偿电容的调压器。


背景技术：

2.调压器在芯片中应用广泛，为系统中各种电路供电。在一些高压电路设计中，经常需要产生以高压输入电压供电输出一个低压电压给内部控制电路供电。例如，这里的高压指高于5v，低压是指低于5v。在另一种情形中，这里的高压指高于3.3v，低压是指低于3.3v。一般现有技术中的调压器需要设置补偿电容来保证稳定性，这需要占用较大的芯片面积。如果无需此补偿电容，则可以节省芯片面积，降低成本。
3.因此，有必要提供一种无需补偿电容的调压器。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种无需补偿电容的调压器，其可以节省芯片面积，降低成本。
5.根据本发明的一个方面，本发明提供一种无需补偿电容的调压器，其包括mos管mnhv3、电流复制电路、第一电流源i1、第二电流源i2、一个或多个供电通路，所述第一电流源i1的输入端与电源端vdd相连，其输出端与第一连接节点a相连；所述mos管mnhv3的第一连接端与所述第一连接节点a相连，其控制端与所述第一连接节点a相连，其第二连接端与所述电流复制电路的输入端相连；所述电流复制电路的输出端与所述第二连接点b相连，所述电流复制电路成比例复制所述mos管mnhv3的第一连接端输入的电流并在其输出端输出复制电流；所述第二电流源i2的输入端与第二连接节点b相连，其输出端接地；所述供电通路包括mos管mnhv4和mphv5，所述mos管mnhv4的第一连接端与所述电源端vdd相连，其控制端与第一连接节点a相连，其第二连接端与所述供电通路的电压输出端vo相连；所述mos管mphv5的第一连接端与所述电源端vdd相连，其控制端与第二连接节点b相连，其第二连接端与所述供电通路的电压输出端vo相连。
6.进一步的，所述电流复制电路包括mos管mphv7、mphv6、mn5和mn1，所述mos管mn1的第一连接端与所述mos管mnhv3的第二连接端相连，其控制端与其第一连接端相连，其第二连接端接地；所述mos管mn5的控制端与所述mos管mn1的控制端相连，其第二连接端接地；所述mos管mphv6的第一连接端与所述电源端vdd相连，其第二连接端与所述mos管mn5的第一连接端相连，其控制端与其第二连接端相连；所述mos管mphv7的第一连接端与所述电源端vdd相连，其控制端与所述mos管mphv6的控制端相连，其第二连接端与所述第二连接节点b相连。
7.进一步的，所述mos管mphv7、mphv6和mphv5均为pmos管，所述mos管mphv7、mphv6和mphv5的第一连接端、第二连接端和控制端分别为所述pmos晶体管的源极、漏极和栅极；所述mos管mn5、mn1、mnhv3和mnhv4均为nmos管，所述mos管mn5、mn1、mnhv3和mnhv4的第一连接端、第二连接端和控制端分别为所述nmos晶体管的漏极、源极和栅极。
8.进一步的，所述mos管mnhv3的衬体端接地；所述mos管mnhv3和mnhv4为相同类型的mos管；所述mos管mnhv3和mnhv4构成差分放大器。
9.进一步的，当所述电流复制电路的输出端输出的复制电流大于所述第二电流源i2的电流时，所述第二连接节点b为高电平，其控制所述mos管mphv5关断，此时由所述mos管mnhv4给所述电压输出端vo供电；当所述电流复制电路的输出端输出的复制电流小于所述第二电流源i2的电流时，所述第二连接节点b为低电平，其控制所述mos管mphv5导通。
10.进一步的，所述无需补偿电容的调压器还包括钳位电路，所述钳位电路连接于所述电源端vdd和第二连接节点b之间，其用于将所述第二连接节点b的电压的最低值钳位于预定的电压阈值。
11.进一步的，所述第二电流源的电流值小于第一电流源的电流值，所述mos管mn5和mn1构成电流镜，所述mos管mn5和mn1的宽长比之比为1:1；所述mos管mphv7和mphv6构成电流镜，所述mos管mphv7和mphv6的宽长比之比为1:1。
12.进一步的，所述第二电流源的电流值等于第一电流源的电流值的一半。
13.进一步的，所述钳位电路包括依次串联于所述电源端vdd和第二连接节点b之间的若干mos管，其中，所述钳位电路中的每个mos管构成二极管连接方式。
14.进一步的，所述钳位电路包括pmos管mp3和mp2，所述pmos管mp3的源极与电源端vdd相连，其栅极与其漏极相连；所述pmos管mp2的源极与所述pmos晶体管mp3的漏极相连，其栅极与其漏极均与所述第二连接节点b相连。
15.进一步的，所述无需补偿电容的调压器还电压提升电路，所述电压提升电路连接于所述mos管mnhv3的第二连接端和所述电流复制电路的输入端之间，其用于提升所述mos管mnhv3的第二连接端的电压。
16.进一步的，所述电压提升电路包括若干mos管，所述若干mos管依次串联于所述mos管mnhv3的第二连接端与所述电流复制电路的输入端之间；所述电压提升电路中的每个mos管构成二极管连接方式。
17.进一步的，所述电压提升电路包括pmos管mp1，所述pmos管mp1的源极与所述mos管mnhv3的第二连接端相连，其漏极与所述电流复制电路的输入端相连，其栅极与其漏极相连。
18.进一步的，所述电压提升电路还包括nmos管mn2，所述nmos管mn2的漏极与所述pmos管mp1的漏极相连，其源极与所述电流复制电路的输入端相连，其栅极与其漏极相连。
19.与现有技术相比，本发明的调压器通过合理的电路设计可以无需补偿电容，从而可以节省芯片面积，降低成本。
【附图说明】
20.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
21.图1为本发明在第一个实施例中的无需补偿电容的调压器的电路示意图；
22.图2为本发明在第二个实施例中的无需补偿电容的调压器的电路示意图；
23.图3为本发明在第三个实施例中的无需补偿电容的调压器的电路示意图。
【具体实施方式】
24.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
25.此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。
26.请参考图1所示，其为本发明在第一个实施例中的无需补偿电容的调压器的电路示意图。图1所示的无需补偿电容的调压器包括钳位电路110、mos(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,即金属-氧化物-半导体场效应晶体管)管mnhv3，第一电流源i1，第二电流源i2、供电通路120、电流复制电路130和电压提升电路140。
27.其中，第一电流源i1的输入端与电源端vdd相连，其输出端与第一连接节点a相连；mos管mnhv3的第一连接端与第一连接节点a相连，其控制端与第一连接节点a相连，其第二连接端经电压提升电路140与电流复制电路130的输入端相连，其衬体端接地；电流复制电路130的输出端与第二连接点b相连，电流复制电路130成比例复制mos管mnhv3的第一连接端输入的电流并在其输出端输出复制电流；第二电流源i2的输入端与第二连接节点b相连，其输出端接地。
28.在图1所示的实施例中，电流复制电路130包括mos管mphv7、mphv6、mn5和mn1。其中，mos管mn1的第一连接端经电压提升电路140与mos管mnhv3的第二连接端相连(也可以说，mos管mn1的第一连接端为电流复制电路130的输入端)，其控制端与其第一连接端相连，其第二连接端接地，其衬体端与其第二连接端相连；mos管mn5的控制端与mos管mn1的控制端相连，其第二连接端接地，其衬体端与其第二连接端相连；mos管mphv6的第一连接端与电源端vdd相连，其第二连接端与mos管mn5的第一连接端相连，其控制端与其第二连接端相连，其衬体端与其第一连接端相连；mos管mphv7的第一连接端与电源端vdd相连，其控制端与mos管mphv6的控制端相连，其第二连接端与第二连接节点b相连(也可以说，mos管mphv7的第二连接端为电流复制电路130的输出端)，其衬体端与其第一连接端相连。
29.电压提升电路140连接于mos管mnhv3的第二连接端和电流复制电路130的输入端(或mos管mn1的第一连接端)之间，其用于提升mos管mnhv3的第二连接端的电压。在图1所示的具体实施例中，电压提升电路140包括pmos管mp1，pmos管mp1的源极与mos管mnhv3的第二连接端相连，其漏极与电流复制电路130的输入端(或mos管mn1的第一连接端)相连，其栅极与其漏极相连，其衬体端与其源极相连，即pmos管mp1构成二极管连接方式。
30.钳位电路110连接于电源端vdd和第二连接节点b之间。钳位电路110用于将第二连接节点b的电压的最低值钳位于预定的电压阈值。钳位电路110包括依次串联于电源端vdd和第二连接节点b之间的若干mos管，钳位电路110中的每个mos管构成二极管连接方式；钳位电路110中的每个mos管衬体端均与电源端vdd相连。在图1所示的具体实施例中，钳位电路110包括pmos管mp3和mp2，其中，pmos晶体管mp3的源极与电源端vdd相连，其栅极与其漏极相连；pmos管mp2的源极与pmos管mp3的漏极相连，其栅极与其漏极均与第二连接节点b相
连；pmos晶体管mp3和mp2的衬体端均与电源端vdd相连，即pmos晶体管mp3构成二极管连接方式，pmos晶体管mp2构成二极管连接方式。
31.供电通路120包括mos管mnhv4和mphv5，mos管mnhv4的第一连接端与电源端vdd相连，其控制端与第一连接节点a相连，其第二连接端与供电通路120的电压输出端vo1相连，其衬体端与其第二连接端相连；mos管mphv5的第一连接端与电源端vdd相连，其控制端与第二连接节点b相连，其第二连接端与供电通路120的电压输出端vo1相连，其衬体端与其第一连接端相连。
32.在图1所示的具体实施例中，mos管mphv7、mphv6和mphv5均为pmos(positive channel metal oxide semiconductor)管，mos管mphv7、mphv6和mphv5的第一连接端、第二连接端和控制端分别为pmos管的源极、漏极和栅极；mos管mn5、mn1、mnhv3和mnhv4均为nmos(nositive channel metal oxide semiconductor)管，所述mos管mn5、mn1、mnhv3和mnhv4的第一连接端、第二连接端和控制端分别为nmos管的漏极、源极和栅极。
33.其中，第二电流源i2的电流值小于第一电流源i1的电流值。在一个优选的实施例中，第二电流源i2的电流值被设计为等于第一电流源i1的电流值的一半。
34.mos管mphv7和mphv6构成电流镜；mos管mn5和mn1构成电流镜。
35.在一个优选的实施例中，mos管mn5和mn1的宽长比之比为1:1，即mos管mn5以1:1的比例复制mos管mn1的电流；mos管mphv7和mphv6的宽长比之比为1:1，即pmos管mphv7以1:1的比例复制mos管mphv6的电流。
36.当pmos管mphv7的电流(或电流复制电路130的输出端输出的复制电流)大于第二电流源i2的电流时，第二连接节点b为高电平，其控制pmos管mphv5断路(或关断)，此时主要由nmos管mnhv4给电压输出端vo1提供电流，nmos管mnhv3的源极电压等于|vgs_mp1|+vgs_mn1，其中，vgs_mp1为pmos管mp1的栅源电压，vgs_mn1为nmos管mn1的栅源电压。nmos管mnhv3和mnhv4为相同类型的nmos管，这里为高压nmos管。nmos管mnhv3和mnhv4形成源极输入的差分放大器，以调整nmos管mnhv4的源极电压与nmos管mnhv3的源极电压接近相等，因此，电压输出端vo1的电压接近等于|vgs_mp1|+vgs_mn1，一般后续被供电电路由pmos管和nmos管构成，这样的电压一般可以保证足够高可以让后续电路稳定工作。
37.当电源端vdd的电压下降至低于|vgs_mp1|+vgs_mn1+vgs_mnhv3时，nmos管mn1的电流下降，导致pmos管mphv7的电流也下降，其中，vgs_mp1为pmos管mp1的栅源电压，vgs_mn1为nmos管mn1的栅源电压，vgs_mnhv3为nmos管mnhv3的栅源电压。当pmos管mphv7的电流(或电流复制电路130的输出端输出的复制电流)下降至小于第二电流源i2的电流时，第二连接节点b的电压变低(或为低电平)，但钳位电路110中的pmos管mp3和mp2构成二极管连接方式，可以钳位第二连接节点b的电压不能低于|vgs_mp3|+|vgs_mp2|太多，其中，vgs_mp3为pmos管mp3的栅源电压，vgs_mp2为pmos管mp2的栅源电压，这样可以保护pmos管mphv5的栅极(因为很多工艺中这种高压管采用薄栅氧结构，其vgs耐受电压不高，当然有些工艺支持厚栅氧结构，其耐压很高，可以不用加pmos管mp3、mp2这样的钳位电路110)，当第二连接节点b的电压变低时，pmos管mphv5导通，这样让电压输出端vo1的电压接近电源端vdd的电压(此时，电源端vdd的电压已经很低了，可以直接给后级输出电压供电，不至于损坏后续被供电电路。此电路可以提供相对稳定的输出电压给后续电路供电，且无需一般占用芯片面积较大的补偿电容。
38.请参考图2所示，其为本发明在第二个实施例中的无需补偿电容的调压器的电路示意图。图2与图1所示的无需补偿电容的调压器的电路结构基本一致，其与图1所示的无需补偿电容的调压器的主要区别在于，图2根据需要在nmos管mnhv3的下方串联nmos管mn2或者更多的mos管来提高电压输出端vo1的电压值。也可以说，电压提升电路140包括若干mos管，该若干mos管依次串联于mos管mnhv3的第二连接端与电流复制电路130的输入端(或mos管mn1的第一连接端)之间，其中，电压提升电路140中的每个mos管构成二极管连接方式。在图2所示的实施例中，电压提升电路140包括依次串联于mos管mnhv3的第二连接端与电流复制电路130的输入端(或mos管mn1的第一连接端)之间的pmos管mp1和nmos管mn2，pmos管mp1的源极与mos管mnhv3的第二连接端相连，其栅极与其漏极相连，其衬体端与其源极相连；nmos管mn2的漏极与pmos管mp1的漏极相连，其源极与电流复制电路130的输入端(或mos管mn1的第一连接端)相连，其栅极与其漏极相连，其衬体端接地。串联nmos管mn2后，当电源端vdd的电压比较高时(高于|vgs_mp1|+vgs_mn1+vgs_mn2+vgs_mnhv3)，电压输出端vo1的电压接近等于|vgs_mp1|+vgs_mn1+vgs_mn2，其中，vgs_mp1为pmos管mp1的栅源电压，vgs_mn1为nmos管mn1的栅源电压，vgs_mn2为nmos管mn2的栅源电压。
39.请参考图3所示，其为本发明在第三个实施例中的无需补偿电容的调压器的电路示意图。图3与图1所示的无需补偿电容的调压器的电路结构基本一致，其与图1所示的无需补偿电容的调压器的主要区别在于，图3增加了一个供电通路150，供电通路150与供电通路120的电路结构一致，供电通路150包括mos管mnhv6和mphv8，mos管mnhv6的第一连接端与电源端vdd相连，其控制端与第一连接节点a相连，其第二连接端与供电通路150的电压输出端vo2相连；mos管mphv8的第一连接端与电源端vdd相连，其控制端与第二连接节点b相连，其第二连接端与供电通路150的电压输出端vo2相连。这样，在图3所示的实施例中，可以产生两路输出电压vo1和vo2，在很多应用例子中，一个芯片中需要产生两路或者更多路的供电通路，以避免因为一路被供电电路电流波动时引起共用的输出电压波动而影响另一路被供电电路工作。如果需要扩展更多路输出供电通路，可以增加类似的nmos管mnhv6和pmos管mphv8即可以实现，扩展(或增加)的nmos管的栅极接第一连接节点a，漏极接电源端vdd，源极接该供电通路的电压输出端，扩展(或增加)的pmos管的栅极接第二连接节点b，源极接电源端vdd，漏极接该供电通路的电压输出端。也就是说，本发明的无需补偿电容的调压器包括一个或多个供电通路120、150。
40.综上所述，本发明的调压器通过合理的电路设计可以无需补偿电容，从而可以节省芯片面积，降低成本。
41.在本发明中，“连接”、“相连”、“连”、“接”等表示电性连接的词语，如无特别说明，则表示直接或间接的电性连接。所述直接电性连接表示两个或更多对象之间没有任何插入对象的直接连接，所述间接电性连接表示两个或更多对象之间插入了一个或多个对象(比如电阻、电容、电感、开关、滤波器等电气元件或电气单元)的连接。
42.需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。