专利名称：二极管电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体集成电路，并更为具体地涉及一种二极管电路。
背景技术：
二极管一直用作将电流方向整流为一个方向的整流器。
图2为示出一二极管单机的阳极和阴极之间的电压和其间流动的电流的示图。下面将参照图2说明二极管单机的工作。
在阳极和阴极之间的电压为负的情况下，即阳极电压低于阴极电压，理想情况下二极管中没有电流流动。
同样，在阳极和阴极之间的电压为正的情况下，即阳极电压高于阴极电压，阳极和阴极之间的电压为Vf或更高，电流从阳极向阴极流入二极管。
理想地，当阳极和阴极之间的电压为正时，二极管必须允许电流在其中流动。但是，因为如果没有施加电压Vf则没有电流流动，所以出现极度消耗能量Vf×电流的问题。
发明内容
为了解决上述问题，根据本发明的二极管电路这样构造，即通过二极管的阳极和阴极之间的电压的正/负，接通或断开与二极管并联连接的开关元件。
本发明的这些和其它目的和优点将借助参照附图的详细说明变得更加清晰，其中图1为示出按照本发明的二极管电路的外形结构的电路框图；图2为示出二极管的电压和电流之间关系的示图；图3为示出图1所示的二极管电流的电压和电流之间关系的示图；图4为示出按照本发明的二极管电路的结构实例的电路框图；图5为示出按照本发明的二极管的电压和电流之间关系的示图；图6为示出按照本发明的二极管电路的结构实例的电路框图；
图7为示出按照本发明的二极管的电压和电流之间关系的示图；图8为示出按照本发明的二极管电路的结构实例的电路框图；图9为示出按照本发明的二极管电路的结构实例的实例的电路框图；图10为示出二极管Vf相对于按照本发明的二极管电路的电压源上的电压温度特性的示图；图11为示出按照本发明的二极管电路的结构实例的电路框图；以及图12为示出按照本发明n-沟道MOS晶体管的栅极电压及其阳极-阴极电压之间关系的示图。
具体实施例方式
现在，将参照附图给出本发明的优选实施例的更详细的说明。
根据本发明，一种半导体集成电路包括第一电压比较器、第二电压比较器和控制电路，第一电压比较器相互比较各端子处的电压并由于其间的电压差将输出反转，第二电压比较器相互比较两个端子处的电压并由于其间的电压差将输出反转，第一电压比较器的输出和第二电压比较器的输出被输入到控制电路。此外，二极管电路包括其接通/断开状态根据控制电路的输出进行控制的开关电路。然后，开关电路被连接在两个端子之间，开关电路的接通/断开状态按照两个端子之间的电压差转换。
同样，本发明的目的在于提供一种半导体集成电路，它比较阳极端子和阴极端子处的电压并控制输出电流。即，本发明包括第一电压比较器，它将阴极端子处的电压与阳极端子处的电压和第二电压源上的电压之和进行比较，并在阴极端子处的电压高于其和的情况下输出复位信号。而且，本发明包括第二电压比较器，它将阳极端子处的电压与阴极端子处的电压和第一电压源上的电压之和进行比较，并在阳极端子处的电压高于其和的情况下输出置位信号。此外，本发明包括连接到阳极端子和阴极端子的开关电路。此外，本发明包括第一锁存电路，它在复位信号从第一电压比较器输入时输出关断开关电路的第一信号并在置位信号从第二电压比较器输入时输出接通开关电路的第二信号。并且，本发明包括具有连接到阳极端子的阳极和连接到阴极端子的阴极的二极管。
此后，将参照附图给出对本发明实施例的说明。图1为示出按照本发明的二极管电路的外形结构实例的电路框图。参照图1，参考数字100表示二极管电路，其中开关元件8连接在阳极端子102和阴极端子101之间。此外，第一电压比较器4的反向输入端子被连接到阴极端子101，正常输入端子被连接到阳极端子102。同样，按照第一电压比较器4的输出信号控制开关元件8的接通/断开状态。
此后，将说明图1所示的二极管电路的工作以及图3示出的阳极和阴极之间的电压与阳极和阴极之间的电流之间的关系。在阴极端子101处的电压高于在阳极端子102处的电压的情况下，第一电压比较器4输出关断开关元件8的信号。因此，因为阴极端子101和阳极端子102相互隔离，没有电流从阴极端子101流向阳极端子102。
同样，在阳极端子102处的电压变高的情况下，阴极端子101处的电压变得低于阳极端子102处的电压，第一电压比较器4输出接通开关元件8的信号。因此，阴极端子101成为对阳极端子102导电，并且电流从阳极端子102流向阴极端子101。理想地，此时流动的电流，即阳极端子和阴极端子之间的电流I由下述等式(1)表示，假设阳极端子和阴极端子之间的电压为V，并且开关元件8的接通电阻的电阻为Ron。
I＝V/Ro… (1)此后，将说明为半导体集成电路的一个实例的二极管电路的具体电路结构。
(第一实施例)图4为示出按照本发明的第一实施例的二极管电路的实例的具体结构实例。
参照图4，其为开关元件的n-沟道MOS晶体管2被布置在二极管电路100的阴极端子101和阳极端子102之间。n-沟道MOS晶体管2的源端和衬底端被连接到阳极端子102，其漏端被连接到阴极端子101。此外，二极管1的阴极被连接到阴极端子101，而二极管1的阳极端子被连接到阳极端子102。同样，第二电压比较器5的正常输入端子被连接到阳极端子102，而第二电压比较器5的反向输入端子被连接到第一电压源10的正端子。此外，第一电压源10的负端子被连接到阴极端子101。然后，第二电压比较器5的输出信号被输入到第一锁存电路20的置位。第一电压比较器4的正常输入端子被连接到阴极端子101，而第一电压比较器4的反向输入端子被连接到第二电压源11的正端子。第二电压源11的负端子被连接到阳极端子102。第一电压比较器4的输出被输入到第一锁存电路20的复位。第一锁存电路20的输出被输入到n-沟道MOS晶体管2的栅极。
下面将说明图4示出的二极管电路的工作以及图5中示出的阳极和阴极之间的电压以及阳极和阴极之间的电流之间的关系。在阴极端子101的电压高于阳极端子102处的电压与第二电压源11上的电压之和的情况下，第一电压比较器4输出复位第一锁存电路20的复位信号。于是，按照来自第一锁存电路20的输出n-沟道MOS晶体管2的栅极电压变为L，并且n-沟道MOS晶体管2处于关断状态。因此，电流难于从阴极端子101流向阳极端子102。
然后，当阳极端子102处的电压变高，而阴极端子101处的电压变得低于阳极端子102处的电压与第二电压源11上的电压之和时，由于复位信号没有输出，第一电压比较器4取消第一锁存电路20的复位。
此外，当阳极端子102处的电压变得更高时，阴极端子101处的电压和第一电压源10上的电压之和变得低于阳极端子102处的电压，第二电压比较器5输出置位第一锁存电路20的信号，而n-沟道MOS晶体管2的栅极电压变为H以便接通n-沟道MOS晶体管。结果，电流从阳极端子102流向阴极端子101。当由此状态时，此时阳极端子102处的电压变得更低而阴极端子101处的电压变得高于阳极端子102处的电压与第二电压源11上的电压之和，第一电压比较器4输出复位第一锁存电路20的信号。结果，n-沟道MOS晶体管2的栅极电压变为L，并且n-沟道MOS晶体管2变为关断。上述电路工作显示图5所示的环线状电流-电压特性。
上述电路结构使构造承受电压波动的二极管电路成为可能，由此提供具有小功耗的二极管电路。
参照图4，由n-沟道MOS晶体管2实现全部上述工作，但可以如图9所示由p-沟道MOS晶体管3通过借助反相电路30反相第一锁存电路20的输出实现。在这种情况下，p-沟道MOS晶体管3的源衬底端被连接到阴极端子101，而其漏端被连接到阳极端子102。通过使用n沟道MOS晶体管说明下面的结构实例，但即使使用p-沟道MOS晶体管也可以实现上述操作，如图4的情况。
同样，在图4中，有可能使用具有温度特性的参考电压源，其温度特性与用于电压源10上电压的二极管1的正向电压Vf的温度特性具有相同的符号。图10示出此时温度、电压源10电压和二极管1的Vf的关系。二极管1的正向电压Vf具有温度特性，Vf的绝对值通常随着温度的升高变小。在这种情况下，由于电压源10上的电压也随着温度的升高变小，则不会出现Vf变得高于电压源10上的电压的情况。为此，在图4中，电压比较器5的置位信号在宽的温度范围内输出，并因此可以构造在宽的温度范围内工作的二极管电路。
图6示出根据本发明第二实施例的二极管电路的另一个具体结构实例。将省略对与图4中电路相同的电路的说明。第三电压比较器6的反向输入端子被连接到阳极端子102，第三电压比较器6的正常输入端子被连接到第三电压源12的正端子，而第三电压源12的负端子被连接到阴极端子101。第三电压比较器6的输出被输入到第二锁存电路21的置位。同样，第一锁存电路20的输出在被输入到第二锁存电路21的复位之前由第一反相电路30反相。
此外，第二锁存电路21的输出被输入到第二反相电路31的输入，而第二反相电路31的输出被连接到AND电路32的输入。同样，AND电路32的另一个输入被连接到第一锁存电路20的输出。然后，AND电路32的输出被输入到n-沟道MOS晶体管2的栅极。
下面将说明图6中示出的二极管电路的工作以及图7中示出的阳极和阴极之间的电压与阳极和阴极之间的电流之间的关系。注意，与图4相同的部分将被省略。
在n-沟道MOS晶体管2接通的状态下，第二锁存电路21被复位，且第二反相电路31的输出变为H。然后，阳极端子102处的电压变低，阴极端子101处的电压与电压源12上的电压之和变得高于阳极端子102处的电压，第三电压比较器6输出置位第二锁存电路21的置位信号。结果，第二反相电路31的输入变为H，而第二反相电路31的输出变为L，AND电路32输出L信号。因此，n-沟道MOS晶体管2的栅极电压变为L，n-沟道MOS晶体管关断。因此，电流难于从阴极端子101流向阳极端子102。
在该实例中，第三电压源12上的电压被设置为小于第一电压源10上的电压。结果，有可能构造没有电流以相反方向流动的二极管结构。
因此，同样由该实施例可以提供具有低功耗的二极管电路。
图8示出第三实施例。注意与图4相同的电路结构将被省略。在图8所示的二极管电路100中，第一电压比较器4的输出被连接到延迟电路40，延迟电路40的输出被连接到AND电路32的输入。同样AND电路的另一个输入被连接到第一锁存电路20的输出。此外，AND电路32的输出被连接到n-沟道MOS晶体管2的栅极。延迟电路40在给定的时间周期输出H信号，并被置位以便n-沟道MOS晶体管2仅在给定的时间周期接通。结果，在阳极端子102处和阴极端子101处的电压循环地改变的情况下，在电流以相反方向流动之前，延迟电路40周期地关断n-沟道MOS晶体管2。
因此，有可能构造其中没有电流以相反方向在二极管电路中流动的二极管电路。此外，与第二实施例相同，本实施例可以提供具有低功耗的二极管电路。
图11示出第四实施例。与图4相同的电路结构将被省略。在图11示出的二极管电路100中，第二电压比较器5的输出被连接到延迟电路40，而延迟电路40的输出被连接到第一锁存电路20的输出。即使在输入输入信号之后，在给定的时间周期延迟电路40继续输出L信号，然后在给定的延迟时间周期后输出H信号。
因此，有可能构造二极管电路，其中如图12所示，即使阳极和阴极之间的电压被瞬时反相，n-沟道MOS晶体管2的栅极电压不被反相，因而进行稳定的工作。
根据本发明，由于在两个端子处的电压相互比较，所以连接在那两个端子之间的开关元件的接通/断开状态由比较结果根据大小控制，可以提供一种具有低功耗的二极管电路。
权利要求
1.一种二极管电路，它将阳极端子和阴极端子处的电压进行比较并控制输出电流，包括第一电压源；第二电压源；第一电压比较器，它将阴极端子处的电压与阳极端子处的电压和第二电压源上的电压之和进行比较，并在阴极端子处的电压高于其和的情况下输出复位信号；第二电压比较器，它将阳极端子处的电压与阴极端子处的电压和第一电压源上的电压之和进行比较，并在阳极端子处的电压高于其和的情况下输出置位信号；连接到阳极端子和阴极端子的开关电路；第一锁存电路，它在从第一电压比较器输入复位信号时输出关断开关电路的第一信号，并在从第二电压比较器输入置位信号时输出接通开关电路的第二信号；以及具有连接到阳极端子的阳极和连接到阴极端子的阴极的二极管。
2.根据权利要求1的二极管电路，其中该开关电路包括-n-沟道MOS晶体管，使阳极端子连接到源端和衬底端，使栅端连接到第一锁存电路的输出，并使漏端连接到阴极端子，并且其中第一信号为L信号而第二信号为H信号。
3.根据权利要求2的二极管电路，还包括第三电压比较器，它将阴极端子处的电压与第三电压源上的电压之和与阳极端子处的电压进行比较，并在阴极端子处的电压与第三电压源上的电压之和高于阳极端子处的电压的情况下输出置位信号；第一反相器，它在接收第一锁存电路的信号时输出复位信号；第二锁存电路，它在从第一反相电路输入复位信号时输出L信号，并在从第三电压比较器输入置位信号时输出H信号；以及二极管电路，它反相并输出从第二锁存电路输出的信号，其中，在从第二反向电路输入的信号和从第一锁存电路输入的信号均为H信号的情况下，该H信号被输出，并且在输入信号中的至少一个信号不是H信号的情况下，L信号被输出到n-沟道MOS晶体管的栅端。
4.根据权利要求1的二极管电路，还包括一延迟电路，它在接收第一电压比较器的输出时，在给定的时间周期之后输出L信号。
5.根据权利要求1的二极管电路，其中第一电压源的温度特性与二极管正向电压的温度特性具有相同的符号。
6.根据权利要求1的二极管电路，其中从电压比较器的输入被反相为第二电压比较器的置位信号输出开始直到该信号被输出出现延迟时间。
7.一种二极管电路，包括第一电压比较器，它将两个端子处的电压进行相互比较，并由于两个端子之间的电位差而将输出反相；第二电压比较器，它将两个端子处的电压进行相互比较，并由于两个端子之间的电位差而将输出反相；控制电路，第一电压比较器的输出和第二电压比较器的输出被输入到它；以及开关电路，按照控制电路的输出控制其接通/关断状态，其中，该开关电路被连接在两个端子之间，并且该开关电路的接通/关断状态根据两个端子之间的电压差转换。
全文摘要
提供了一种具有低功耗的二极管电路。第一电压比较器(4)将阴极端子(101)处的电压与阳极端子(102)处的电压和第一电压源(10)上的电压之和进行比较以输出复位信号，第二电压比较器(5)将阳极端子(102)处的电压与阴极端子(101)处的电压和第二电压源(11)上的电压之和进行比较以输出置位信号。第一锁存电路(20)在从第一电压比较器(4)输入复位信号时输出L信号，并在从第二电压比较器(5)输入置位信号时输出H信号。n－沟道MOS晶体管(2)在接收L信号时断开，并在接收H信号时接通，由此限制输出电流。
文档编号H03K17/06GK1420622SQ0215220
公开日2003年5月28日 申请日期2002年11月19日 优先权日2001年11月19日
发明者中下贵雄 申请人:精工电子有限公司