具有限流和零直流(dc)功耗的电源开关的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有限流和零直流(DC)功耗的电源开关。在实施例中，集成电路包括耦合于电源电压节点(101)和多个电源域中的给定电源域(105B)之间的集成电路，所述开关电路被配置以限制由给定电源域在转换时期从电源电压节点提取的电流量，开关电路还被配置为在转换时期之外消耗零直流(DC)功率。在另一个实施例中，一种方法包括通过耦合于电源电压(101)和集成电路(105B)之间的开关电路(104A)，控制由集成电路在转换时期从电源电压提取的电流量；以及使开关电路在除转换时期之外的其它时期不消耗静态功率。
【专利说明】具有限流和零直流（DC)功耗的电源开关
【技术领域】
[0001] 本公开通常涉及电子电路和器件，并且更具体，涉及具有限流及零直流（DC)功耗 的电源开关（powerswitch)。
【背景技术】
[0002] 管理电子器件功耗的技术包括使用具有多个电源域的集成电路（1C)。通常来说， 每个电源域允许IC内的电路块使用与其它电路块不同量的功率。例如，使用电源域可以使 一个或多个电路块根据器件的操作模式接收不同量的功率，其可以随着时间而改变。
[0003] 在一些情况下，不同电源域可以通过一个或多个电源开关等而分离。例如，当给定 电源域内的电路块被接通的时候，相应开关可以允许该电路从电源提取（draw)电流。
【专利附图】
【附图说明】
[0004] 本发明通过举例的方式说明并且没有被附图所限制，在附图中类似的参考符号表 示相似的元素。为了简便以及清晰起见来说明附图中的元素，并且不一定按比例绘制。
[0005] 图1根据一些实施例，是集成电路（IC)的例子的方框图。
[0006] 图2根据一些实施例，是限流电源开关的例子的电路图。
[0007] 图3根据一些实施例，示出了说明限流电源开关的操作的各方面的图表。
[0008] 图4根据一些实施例，是具有限流以及零直流（DC)功耗的电源开关的例子的电路 图。
[0009] 图5根据一些实施例，是具有一个或多个电子微电子器件封装的电子器件的例子 的示意图。
【具体实施方式】
[0010] 转到图1，图1根据一些实施例，描述集成电路（IC) 100的例子的方框图。在该例 子中，电源101耦合于集成电路100的具有三个电源域（PD) 105A-105C的部分103。电源 101也耦合于包括开关104A的电源开关组102,其中开关104A耦合于开关104B。开关组 102进而耦合于负载Rum并与电容器107并联。接地或其它一些参考节点或总线106也被 示出。在该例子中，开关104A和104B之间的节点耦合于电源域105B。
[0011] 通常来说，电源开关组102进行操作以分离不同的电源域105A-105C。即使当电源 域105A-105C被配置以基于相同电源电压进行操作的时候，它们可以分别被配置以从电源 101提取最大量电流。例如，电源域105A可以被配置以使用达500毫安，电源域105B可以 被配置以使用达80毫安以及电源域105可以被配置以使用达8毫安。
[0012] 在一些实施例中，一个或多个电源开关104A和/或104B可以被配置以限制由给 定电源域105A-C在转换时期（例如在给定电源域上电期间），从电源101提取的电流量。 此外或替代地，一个或多个电源开关104A和/或104B可以被配置以在转换时期之外并且 当处于稳定状态的时候消耗零直流（DC)功率（无论该开关关闭或打开），也被称为静态功 耗（除了由于泄漏效应等引起的消耗）。
[0013] 在一些实施例中，电源101可以包括电力源、电压调节器等等。电源域105A-C可 以表示IC100的负责执行不同操作的不同区域。例如，每个电源域105A-C可以包括模拟电 路、数字存储器、处理器等等。此外，注意，IC100仅仅是为了说明而被示出。在各种实施例 中，可以使用任何数量的电源、开关、和/或电源域，并且这些元件可以以任何合适的方式 彼此耦合。
[0014] 图2根据一些实施例，是限流电源开关104A的例子的电路图。为了背景起见，电 源开关104A被示为耦合于电源101和电源域105B之间，正如图1原先讨论的。然而，应了 解，开关104A也可以在其它背景下使用。
[0015] 如图所示，开关104A包括第一P-型金属氧化物半导体（PMOS)晶体管Ml，其源极 端子（更通常被称为第一电流端子或电极）耦合于电源101，从而接收了电源电压vDD，而其 漏极端子（更通常被称为第二电流端子或电极）耦合于电源域105B，从而给电源域105B提 供Vdiw (其中等于Vdd减去穿过Ml的电压降）。第二PMOS晶体管M2的源极端子耦合于 电源101，从而也接收了电源电压VDD，并且其栅极（更通常被称为控制端子或电极）耦合于 第一PMOS晶体管Ml的栅极。组合起来，晶体管Ml和M2形成了第一电流镜201。正如下面 更详细示出的，Ml作为限流晶体管来操作,而M2作为主开关晶体管来操作。
[0016] 开关104A还包括第三PMOS晶体管M3,其源极端子耦合于第二PMOS晶体管M2的 漏极端子，并且第三PMOS晶体管M3的漏极端子分别耦合于节点nl以及第一和第二PMOS 晶体管Ml和M2的栅极。第四PMOS晶体管M4的源极端子耦合于第一PMOS晶体管Ml的漏 极端子，而其漏极端子耦合于节点n0,并且其栅极端子耦合于第三PMOS晶体管M3的栅极 端子和节点n0。由此，晶体管M3和M4形成了第二电流镜202。电流源IlO耦合于节点nl 和参考节点106之间，电流源111耦合于节点n0和参考节点106之间。电流源IlO和111 可以使用熟知组件被实现。
[0017] 节点no、nl和n3被示出，使得节点nl是晶体管Ml和M2的栅极端子、晶体管M3 的漏极端子和电流源Iio之间的节点。节点no是晶体管M3和M4的栅极端子、晶体管M4 的漏极端子以及电流源111之间的节点。节点π3是晶体管M2的漏极和晶体管M3的源极 之间的节点。
[0018] 在操作中，开关104Α只允许给电源域105Β提供限定量的电流Im。除其它事项 夕卜，下面的分析示出Ium是晶体管M3和Μ4的漏极端子处的电流（被指定为II)的函数，并 且也是晶体管Ml和M2的纵横比的函数。
[0019] 对于晶体管M3和Μ4晶体管，让我们定义：
【权利要求】
1. 一种电子器件，包括： 电源； 包括多个电源域的集成电路；以及 耦合于所述电源和所述多个电源域中的给定电源域之间的开关电路，所述开关电路包 括： 包括第一晶体管和第二晶体管的第一电流镜，所述第一晶体管包括耦合于电压源节 点的第一电流端子，所述第一晶体管包括耦合于所述多个电源域的所述给定电源域的第二 电流端子，所述第二晶体管包括耦合于所述第一晶体管的所述第一电流端子的第一电流端 子，并且所述第二晶体管包括耦合于所述第一晶体管的控制端子的控制端子；以及 包括第三晶体管和第四晶体管的第二电流镜，所述第三晶体管包括耦合于所述第二晶 体管的第二电流端子的第一电流端子，所述第三晶体管包括耦合于第一电流源并且耦合于 所述第一晶体管和所述第二晶体管的所述控制端子的第二控制端子，所述第四晶体管包括 耦合于所述第一晶体管的所述第二电流端子的第一电流端子，所述第四晶体管包括耦合于 第二电流源的第二电流端子，以及所述第四晶体管包括耦合于所述第三晶体管的控制端子 以及耦合于所述第四晶体管的所述第二电流端子的控制端子。
2. 根据权利要求1所述的电子器件，其中所述第一、第二、第三和第四晶体管是P-型金 属氧化物半导体（PMOS)晶体管。
3. 根据权利要求1所述的电子器件，其中在所述第一晶体管的所述第一和第二电流端 子处的电压之间的差值确定了所述第二晶体管以饱和、三极管、或线性模式操作。
4. 根据权利要求1所述的电子器件，其中所述开关电路被配置以由对所述多个电源域 中的所述给定电源域在转换时期从所述电源提取的电流量进行限制，所述开关电路还被配 置以在所述转换时期之外消耗零直流（DC)功率。
5. 根据权利要求4所述的电子器件，其中所述开关电路还包括第五晶体管，所述第五 晶体管包括耦合于所述第四晶体管的所述第一电流端子的第一电流端子、耦合于所述第一 晶体管和所述第二晶体管的所述控制端子的控制端子以及耦合于第三电流源的第二电流 端子，所述第五晶体管的所述第二电流端子被配置以提供指示所述转换时期是否结束的信 号。
6. 根据权利要求5所述的电子器件，其中所述开关电路还包括耦合于所述第一晶体管 和所述第二晶体管的控制端子以及耦合于所述第三晶体管的所述第二电流端子的第六晶 体管。
7. 根据权利要求6所述的电子器件，还包括耦合于所述开关电路的逻辑电路，所述逻 辑电路被配置以响应于跨所述开关电路的电压降低于阈值的确定来重新配置所述开关电 路。
8. 根据权利要求7所述的电子器件，其中重新配置所述开关电路包括关闭所述第一电 流源、所述第二电流源和所述第三电流源，并使所述第六晶体管导通。
9. 根据权利要求4所述的电子器件，其中所述转换时期包括给所述多个电源域中的所 述给定电源域上电。
10. 根据权利要求9所述的电子器件，其中所述转换时期持续30微秒或更短。
11. 根据权利要求4所述的电子器件，其中所述限制与所述第一晶体管的纵横比除以 所述第二晶体管的纵横比成正比。
12. 根据权利要求11所述的电子器件，其中所述第四晶体管的纵横比大于所述第三晶 体管的纵横比。
13. -种方法，包括： 通过耦合于电源电压和集成电路之间的开关电路，控制由所述集成电路在转换时期从 所述电源电压提取的电流量；以及 使所述开关电路在除所述转换时期外的其它时期内不消耗静态功率。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中所述集成电路是在另一集成电路中的多个不同 电源域之一。
15. 根据权利要求13所述的方法，其中所述转换时期包括给所述集成电路上电。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中所述转换时期持续30微秒或更短。
17. 根据权利要求13所述的方法，其中使所述开关电路不消耗静态功率包括：响应于 所述转换时期已结束的确定而将所述开关电路从接地节点解耦。
18. -种集成电路，包括： 耦合于电源电压节点和多个电源域中的给定电源域之间的开关电路，所述开关电路被 配置以对由所述给定电源域在转换时期从所述电源电压节点提取的电流量进行限制，所述 开关电路还被配置以在所述转换时期之外消耗零直流（DC)功率。
19. 根据权利要求18所述的集成电路，还包括耦合所述开关电路的逻辑电路，所述逻 辑电路被配置以响应于跨所述开关电路的电压降低于阈值的确定而重新配置所述开关电 路。
20. 根据权利要求18所述的集成电路，其中所述转换时期包括给所述多个电源域中的 所述给定电源域上电。
【文档编号】H03K19/14GK104426533SQ201410355911
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年7月24日 优先权日:2013年8月22日
【发明者】I·C·R·纳斯西门托 申请人:飞思卡尔半导体公司