具有辅助电压供应单元的电压供应电路和用于启动电子电路的方法

摘要

一种用于电子电路的电压供应电路包括开关，所述开关被配置成选择性地连接所述电子电路的供应输入与主供应电压源。辅助电压供应单元具有耦合到所述电子电路的所述供应输入的辅助电压输出。所述辅助电压供应单元被配置成至少临时将辅助电压输出到所述供应输入。所述辅助电压具有低于由所述主供应电压源供应的主供应电压的电压电平的电压电平。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电子电路的电压供应电路。本发明还涉及一种 用于启动电子电路的方法。本发明另外涉及一种包括电子电路和电压供 应电路的集成电路

背景技术

在正常操作期间以高于其内部组件(例如互补金属氧化物半导体 (CMOS)或双极开关装置)的通常可接受电压的供应电压进行供电的电 子电路可经历瞬态操作条件，在所述瞬态操作条件期间临时超出其内部 组件处的可接受电压。此情形会引起内部组件上的应力，因为至少临时 离开电子电路的安全操作区(SOA)。在电子电路的SOA之外的重复和 延长剩余部分可对电路的可靠性、寿命和准确性产生负面影响。

美国专利6,917,554公开一种用于来自电力垫的快闪EEPROM芯片 的内部节点的保护电路。该保护电路能够借助于二极管连接装置和电流 泄流路径将内部节点处的节点电压维持于预定电压电平处。

美国专利6,940,336公开一种具有接通保护电路的电压调节器，所 述接通保护电路最初在输入电压在启动期间升高时阻挡调节器的输出晶 体管，且在启动保护周期失效之后启用调节器的输出晶体管。

美国专利5,319,601公开一种用于具有通电检测电路的DRAM的电 力供应电路，所述通电检测电路检测外部电力供应电势何时达到预定电 势。内部电力供应电路另外具有两个中间电势产生电路，其中具有较大 驱动能力的中间电势产生电路仅最初在外部电力供应电势的斜升周期期 间激活。

然而，以上电路的缺点在于，所述电路不能够充分地保护以外部供 应电压进行供电的电子电路免受过压的影响。

发明内容

本发明提供一种用于电子电路的电压供应电路、一种用于启动电子 电路的方法和一种集成电路，如所附权利要求书中所描述。

在从属权利要求中阐述了本发明的特定实施例。

将通过下文中所描述的实施例明白并且参考这些实施例阐明本发 明的这些以及其它方面。

附图说明

仅作为例子，将参看图式描述本发明的另外细节、方面和实施例。 图式中的元件为简单和明晰起见被示出并且不必按比例绘制。

图1示意性地示出具有电子电路和电压供应电路的集成电路的示例 性实施例。

图2示意性地示出根据具有电子电路和电压供应电路的集成电路的 又一示例性实施例的图1的更详细视图。

图3示意性地示出根据另一实施例的启动电子电路的示例性方法。

具体实施方式

因为实施本发明的设备大部分由本领域的技术人员所已知的电子 组件和电路组成，所以为了理解和评价本发明的基本概念，且为了不会 混淆本发明的教示或不会从本发明的教示分心，电路和其组件的细节将 不会以任何比上文所示出的被认为是必要的程度大的程度进行解释。

图1示出集成电路200的例子。集成电路200包括电子电路1，例 如带隙参考电路、电压调节器、数/模转换器或任何类似装置。电子电路 1可例如在正常使用期间借助于高于最大可接受电压(例如高于CMOS 或双极组件的可接受电压)的供应电压进行操作。

已发现，特别是在此电子电路1的启动期间，如果在电子电路1或 其块仍稳定在稳定可操作状态时施加供应电压，那么可出现瞬态SOA 现象。电子电路1或其块的稳定通常发生在十几纳秒到几微秒内。尤其 是在此周期期间，电子电路1和其内部组件易于遭受临时过压应力的影 响。电子电路1的典型主供应电压Vdd例如为5V，所述电压是经由开 关传递的，所述开关被配置成将电子电路1的供应输入选择性地连接到 主供应电压源。开关可例如为具有高宽长比(即低导通状态电阻)的 PMOS装置。

另外发现，可有效防止SOA违规或至少降低其概率的方式为临时 产生低于正常外部供应电压的中间供应电压，且在电子电路的启动周期 期间将其供应给电子电路。在所述周期期间，临时阻挡外部供应电压。 一旦电子电路已经启动，便断开中间供应电压，且对电子电路施加外部 供应电压。以此方式，可产生步进启动电压分布，其防止或至少降低SOA 违规(即，电子电路的内部组件处的过压条件)的概率。

仍参看图1的例子，其中示出了以此方式实施的电压供应电路10。 在此例子中，集成电路200因此包括电压供应电路，且使得能够防止或 至少降低电子电路1和其内部组件的过应力。在示出的例子中，电压供 应电路10被设置在与电子电路相同的集成电路中，例如在同一管芯上或 在同一封装中的不同管芯上，但将显而易见，电压供应电路10也可被实 施为单独电路。电压供应电路10包括开关5和辅助电压供应单元30。 辅助电压供应单元30包括辅助电压输出31，所述辅助电压输出31经由 开关5与供应输入2之间的节点z耦合到电子电路1的供应输入2。辅 助电压供应单元30被配置成优选地在电子电路1的启动周期期间，至少 临时将辅助电压V_I输出到供应输入2。辅助电压V_I具有低于由主供应电 压源6供应的主供应电压Vdd的电压电平的电压电平。辅助电压供应单 元30可被配置成将辅助电压输出31处的辅助电压V_I输出到节点z。辅 助电压输出31可优选地具有低输出阻抗，例如小于10Ω。

辅助电压与主供应电压之间的差可具有任何合适的值。举例来说， 如果主供应电压Vdd具有5V的电压电平，那么被发现为合适的辅助电 压V_I约为3.2V，但可使用适合于供特定实施方案将SOA违规的风险降 低到所要水平的其它值。

在例如在启动周期期间将辅助电压V_I供应给电子电路1的供应输 入2时，开关5可保持断开，且因此主供应电压源与电子电路的供应输 入2断开连接。此情形可通过如图1的例子中所示出的电压供应电路10 的感测单元20达成，所述感测单元20与到开关的控制输入(例如，在 开关被实施为FET的状况下到栅极)的激活端子21连接，且可经由所 述激活端子21来控制开关的状态，即断开或闭合。感测单元20可经由 节点4和检测端子22与到电子电路1的输出3的感测输入耦合。感测单 元20可被配置成感测电子电路1的输出电压或内部电压V_o。如果在启 动之后感测到的电压电平低于预定阈值，那么开关5可经由激活端子控 制为无源的(即断开)，且供应输入2与主供应电压断开连接。如果在启 动之后的某一时间点，输出电压或内部电压V_o的感测到的电压电平变得 高于预定阈值，那么可借助于适当激活栅极信号和连接到供应输入2的 主供应电压源，经由感测单元20的激活端子21激活开关5。取决于特 定实施方案，接着可控制开关5，以使得一旦开关5闭合，其便可保持 闭合，直到电子电路断电为止。

因此，在电子电路1的启动周期之后，即在输出电压或内部电压 V_o已稳定时，开关5可闭合以便向电子电路1供应主供应电压Vdd以进 行正常操作。在启动周期已结束之后，可解除激活感测单元20以便节省 电流。

辅助电压供应单元30可以适合于特定实施方案的任何方式实施。 参看图2的具有电子电路1和电压供应电路10的集成电路200的例子的 更详细视图，举例来说，辅助电压供应单元可包括具有电压源路径和电 流跟随路径的电流镜电路32。如示例性示出，电流镜电路32可例如被 实施为电流吸入型。电压源路径可包括偏压电阻器36、在节点x处二极 管连接的晶体管33和电压参考35的串联连接。电压参考35可例如为齐 纳二极管、带隙参考或二极管，且能够提供可预定的参考电压。电流跟 随路径可包括栅极耦合到节点x和晶体管33的栅极的镜晶体管34，和 负载电阻器37。在使用中，负载电阻器37由辅助电压V_I加压，所述辅 助电压V_I取决于电压参考35的输出电压。

通过电压源路径和电流跟随路径的电流为“永启(always-on)”电 流，其总和优选地不超出预定最大值，例如2μA。负载电阻器37上的 电压降限定节点y处的电压，所述电压为经由节点z被供应给电子电路 1的供应输入2的辅助电压。在晶体管33和34(例如FET晶体管)具 有类似或相同宽长比的情况下，节点y处的电压将等于由电压参考35 提供的电压。可选择电阻器36和37的电阻值以及电压参考35，以使得 将辅助供应电压V_I设定为低于主供应电压Vdd的所要中间电平，且通 过电阻器的总电流不超出最大电平，例如2μA。在这层意义上，晶体管 33可用以补偿晶体管34的过程变化，以便获得恒定的辅助供应电压V_I。

如图2中另外示出，辅助电压供应单元30可另外包括分别耦合于 主供应电压源6与节点y之间以及耦合于节点y与接地之间的缓冲电容 器38和39。可选择缓冲电容器38和39的电容值，以使得可避免辅助 供应电压V_I的瞬态尖峰，例如数百fF。

可以适合于特定实施方案的任何方式实施感测单元20。如图2中所 示出，例如感测单元可包括电平检测电路23，所述电平检测电路23经 由节点4和检测端子22耦合到电子电路1的输出3。电平检测电路23 可被配置成在输出电压或内部电压V_o的电压电平超出预定阈值的情况 下，输出用于激活开关5的激活信号V_a。

电平检测电路23可以适合于特定实施方案的任何方式实施。如图2 中所示出，电平检测电路23可例如包括施密特触发器或简并反相器。电 平检测电路23可由适当供应电压Vcc(例如1.8V或3.3V)供电。电 平检测电路23可耦合到斜变电路24，所述斜变电路24可被配置成使激 活信号V_a从低电平斜变到高电平以软切换开关5，即用于逐渐闭合开关 5以便允许供应输入2处的供应电压从辅助供应电压电平平滑地上升到 主供应电压电平。斜变电路24可以适合于特定实施方案的任何方式实 施。如图2中所示出，举例来说，斜变电路24可包括RC电路，所述 RC电路包括经由节点d耦合到激活开关27的栅极(例如NPN双极结 晶体管)的电阻器25和电容器26。

在输出电压或内部电压V_o的电压电平仍被检测为低于预定阈值时， 开关5闭合，因为激活信号V_a为低，且激活开关27闭合。在输出电压 或内部电压V_o的电压电平上升到高于预定阈值时，激活信号V_a被设定 为高，且激活开关27的栅极电压以渐进式斜坡(由RC电路的RC常量 给定)上升。通过分压电阻器28和29的电流开始从主供应电压源6流 动到接地，且开关5的栅极电压V_g逐渐降低，从而导致开关5逐渐闭合。 此情形导致电子电路1的供应输入2处的供应电压的电压电平从辅助供 应电压电平逐渐斜升到主供应电压电平Vdd。启动周期(即从激活电子 电路1到完全向电子电路1供应主供应电压Vdd的周期)的长度可例如 约为几μs。

图3示意性地示出启动电子电路的示例性方法100。方法100可例 如用于图1和2的集成电路200中，且可用以启动图1或2的电子电路 1。将显而易见，尽管图3为了易于理解而示出了离散框，但框中所示出 的一些操作可至少部分在合适或可能的时间重叠执行。

方法100包括在101处将主供应电压Vdd供应给辅助电压供应单 元，例如图1和2的辅助电压供应单元30。在102处，将主供应电压 Vdd转换成辅助供应电压V_I，其中辅助电压V_I具有低于主供应电压Vdd 的电压电平的电压电平。在103处，例如在电子电路1的启动周期期间， 临时将辅助电压V_I输出到电子电路1的供应输入2。如在105处所示出， 可监视电子电路1的输出电压或内部电压V_o，所述输出电压或内部电压 V_o触发输出辅助电压的启用或停用。在启动周期之后，例如取决于在105 处监视到的输出电压或内部电压V_o，可在104处将主供应电压Vdd而 非辅助供应电压供应到电子电路1。

借助于方法100，可保护带隙参考电路、电压调节器、数/模转换器 或任何类似装置免受过应力的影响，其方式为最初在低于常见主供应电 压电平的安全电压电平下对以上装置进行操作。一旦待保护的装置已完 全启动且稳定在其内部电压，便将主供应电压供应给所述装置。此技术 可扩展到提供指示电子电路1启动且基本上已稳定的电压的任何电子电 路1。无论电子电路1的加工技术如何，皆可应用所述技术，因为可自 由调整辅助或中间供应电压的电压电平。可有利地减少电子电路1的设 计时间。可避免SOA违规，因此使得产品/电路寿命较高且可靠性增加。

在前述说明书中，已参考本发明的实施例的特定例子描述了本发 明。然而，将显而易见，可以对其进行各种修改及变化，而并不背离所 附权利要求书中阐述的本发明的更广范围。举例来说，连接可以是适合 于例如经由中间装置将信号从相应节点、单元或装置转移或转移到相应 节点、单元或装置的类型的连接。因此，除非以其它方式暗示或陈述， 否则连接可例如为直接连接或间接连接。

本文中在提及致使信号、状态位或类似设备进入其逻辑真或逻辑假 状态时分别使用术语“确证”或“设定”和“求反”(或“撤销确证”或 “清除”)。如果逻辑真状态为逻辑电平1，那么逻辑假状态为逻辑电平0。 相反，如果逻辑真状态为逻辑电平0，那么逻辑假状态为逻辑电平1。

尽管本发明已关于特定导电类型或电势的极性进行描述，但熟练的 技术人员会了解到，导电类型或电势的极性可颠倒。

在适当时，以上实施例中的一些实施例可使用多种不同FET或MOS 装置和电路组件实施。举例来说，呈现图中和其论述中的示例性拓扑以 仅在论述本发明的各个方面时提供有用参考。当然，已出于论述的目的 简化拓扑的描述，且所述拓扑的描述仅为可根据本发明使用的许多不同 类型的适当拓扑中的一个。

本领域的技术人员将认识到，逻辑块之间的边界仅为示意性的，且 替代实施例可合并逻辑块或电路元件，或对各种逻辑块或电路元件强加 功能性的替代分解。因此，应理解，本文中描绘的架构仅为示例性的， 且实际上可实施达成相同功能性的许多其它架构。在抽象但仍明确的意 义上，达成相同功能性的组件的任何布置有效地“相关联”，以使得达成 所要功能性。因此，本文中组合以达成特定功能性的任何两个组件可被 视为彼此“相关联”，以使得达成所要功能性，而与架构或中间组件无关。 同样，如此相关联的任何两个组件也可被看作彼此“可操作地连接”或 “可操作地耦合”，以达成所要功能性。

此外，电子电路可在物理上分布在数个组件设备上，同时在功能上 作为单个装置进行操作，例如在一或多个半导体管芯上进行操作，在所 述一或多个半导体管芯上提供若干组件，连接所述组件以使得形成电子 电路。此一或多个管芯可例如集成于单个集成电路封装中。然而，其它 修改、变化和替代例也是可能的。因此，说明书和图式应在示意性意义 而非限制性意义上来理解。

在权利要求书中，放置在圆括号之间的任何附图标记不应被解释为 限制所述权利要求。词语‘包括’不排除除了权利要求中所列的那些元 件或步骤之外的其它元件或步骤的存在。此外，如本文中所用，术语“一” 被定义为一个或一个以上。而且，权利要求书中例如“至少一个”和“一 或多个”等介绍性短语的使用不应解释为暗示由不定冠词“一”对另一 权利要求要素的介绍将含有此所介绍的权利要求要素的任何特定权利要 求限于仅含有一个此要素的发明，即使当同一权利要求包含介绍性短语 “一或多个”或“至少一个”和例如“一”等不定冠词时也如此。对于定 冠词的使用，情况也是如此。除非以其它方式陈述，否则例如“第一” 和“第二”等术语用以任意地区别此些术语所描述的元件。因此，这些 术语不一定希望指示此些元件的时间或其它优先级。在彼此不同的权利 要求中叙述某些措施这一单纯事实并不表示不能有利地使用这些措施的 组合。