一种门控电源电路制造技术

本实用新型专利技术涉及一种门控电源电路，门控电源电路包括反相器I1、PMOS晶体管P0、NMOS晶体管N1、控制开关及弱电流源，其中的控制开关连接在PMOS晶体管P0的栅端和漏端之间。在门控电源由VDD转换VDD‑|Vtp|的过程中，控制PMOS晶体管P0的栅端和漏端之间的短接，实现栅端电荷与漏端电荷之间的电荷分享；加速了门控电源由VDD转换为VDD‑|Vtp|的速度，即优化了建立时间。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电源电路设计领域，特别涉及一种门控电源电路。
技术介绍
集成电路的动态功耗和电源电压的平方成正比，静态功耗与电源电压成正比，因此，降低电源电压是减少集成电路动态功耗和静态功耗的有效手段。门控电源作为一种低功耗技术，由于控制和实现简单，被广泛的应用于处理器CPU和片上系统SOC中。当CPU或SOC需要快速工作时，门控电源提供一个较高的电源电压，以满足负载负荷的要求，当CPU或SOC处于低负载状态或待机状态时，门控电源提供一个较低的电压，以达到降低系统功耗的目的。传统的门控电源电路如图1所示，包括PMOS晶体管P0、P1、P2，NMOS晶体管N0，反相器I0、I1。其中P1的栅端和漏端接在一起，为二极管接法，P2为开关管，N0为长沟道弱器件，以减少门控状态时N0的漏电流。门控PG接反相器I0的输入端。门控反PG_N接反相器I0的输出、I1的输入，接N0的栅端。V1接反相器I1的输出，接N0、P0的栅端。V0接N0的漏端，接P2的源端，接P1的漏端和栅端。门控电源VPG接P0、P1的漏端。电源电压VDD接P0、P1的源端。接地电压VSS接N0的源端。为方便描述，假设VPG端的等效接地负载电容为C0。该门控电源电路的工作原理如下。当门控PG为低时，门控反PG_N为高，P2关断；V1为低，N0关断，V0保持在一个接近电源电压VDD电平；P0导通，门控电源VPG为电源电压VDD。当门控PG为高时，V1为高，P0关断，N0导通，N0将VPG的电压钳制在VDD-|Vtp|，门
控反PG_N为低，P2导通，VPG和V0连通，保持在VDD-|Vtp|。当门控PG为低时，由于VPG的初始电压为VDD，V0的初始态为接近电源电压VDD的值。当门控PG由低变高时，V1变高，P0关断，N0打开，N0对V0放电；门控反PG_N变低，P2导通，N0通过V0对VPG放电直到VPG到达VDD-|Vtp|。由于N0为长沟道的弱器件，可以提供的放电电流非常小，因此门控电源从VDD转换到VDD-|Vtp|所需要的建立时间很长。
技术实现思路
为了解决现有门控电源电路电源转换时间长的技术问题，本技术提供一种门控电源电路。本技术的技术解决方案是：本技术所提供的门控电源电路，包括反相器I1、PMOS晶体管P0、NMOS晶体管N1、控制开关及弱电流源，其特殊之处在于：所述反相器I1的输入端输入门控PG，用于将输入信号反向，同时提升带负载能力；所述控制开关连接在PMOS晶体管P0的栅端和漏端之间，根据开关控制信号的逻辑控制PMOS晶体管P0的栅端和漏端之间的短接，实现栅端电荷与漏端电荷之间的电荷分享；所述NMOS晶体管N1的栅端与反相器I1的输出端连接，所述NMOS晶体管N1的源端接VSS；所述NMOS晶体管N1的漏端与PMOS晶体管P0的栅端连接，用于PMOS晶体管P0的导通；所述PMOS晶体管P0在控制开关及NMOS晶体管N1的作用下输出VDD-|Vtp|或VDD；当控制开关导通时，所述弱电流源作为电流偏置，将输出电压钳制在VDD-|Vtp|。以上为本技术的基本结构，基于该基本结构，本技术还做出以下优化限定：本技术的控制开关为PMOS晶体管P1，所述PMOS晶体管P1的栅端与反向器I1的输出端连接，所述PMOS晶体管P1的漏端与PMOS晶体管P0的栅端连接，所述PMOS晶体管P1的源端与PMOS晶体管P0的漏端和连接。控制开关选为PMOS晶体管P1的优点是PMOS晶体管P1传递高电平时没有阈值损失，能够提高输出电压的准确性。进一步的，本技术的控制开关还包括NMOS晶体管N2，所述NMOS晶体管N2的栅端连接门控PG，所述NMOS晶体管N2的源端和漏端与PMOS晶体管P1并联，所述NMOS晶体管N3的作用在相同的性能条件下，能够节省面积。进一步的，本技术的弱电流源为NMOS晶体管N0，所述NMOS晶体管N0的栅端连接门控PG，所述NMOS晶体管N0的漏端与PMOS晶体管P0的漏端连接，所述NMOS晶体管N0的源端接VSS。再进一步的，为了使偏置电流更为稳定，本技术还提供另一种弱电流源结构，该弱电流源包括电阻器R0、由NMOS管N3和NMOS管N5组成的电流镜电路；连接在NMOS管N3的漏极与所述电阻器R0之间的NMOS管N6，以及连接在NMOS管N3的漏极与PMOS晶体管P0的漏极之间的NMOS管N4；所述NMOS管N6与NMOS管N4的栅极连接门控信号。利用本技术的门控电源电路产生门控电压VPG的方法，其特殊之处在于：当所需电压为高时，反相器I1的输入门控PG设为低，NMOS晶体管N1及PMOS晶体管P0导通，其余器件关断，门控电压VPG为VDD；当所需电压为低时，反相器I1的输入门控PG设为高，控制开关导通，其余器件关断，PMOS晶体管P0的漏端与栅端形成短接，PMOS晶体管P0相当于一个二极管，门控电压VPG为VDD-|Vtp|。本技术与现有技术相比，有益效果是：1、在门控电源由VDD转换VDD-|Vtp|的过程中，本技术通过利用VS和VPG的电荷分享，加速了门控电源由VDD转换为VDD-|Vtp|的速度，即优化了建立时间。2、本技术只用了两个PMOS晶体管，相比传统技术的三个PMOS晶体管，节省了一个
PMOS晶体管，因而节省了面积和功耗。附图说明图1为传统的门控电源电路设计原理图。图2为本技术的门控电源电路设计原理图。图3为本技术的门控电源电路的一种实施例。图4为为本技术的门控电源电路的另一种实施例。图5为本技术另一种弱电流源结构。图6为传统技术与本技术建立时间和负载电容的关系的比较。具体实施方式下面结合附图对本技术的实施方式做进一步描述。图3所示为本技术的门控电源电路的一种优选实例，包括PMOS晶体管P0、PMOS晶体管P1、NMOS晶体管N0、NMOS晶体管N1及反相器I1，其中N0为长沟道弱器件，以减少门控状态时N0的漏电流。N1尺寸为PMOS晶体管P0、PMOS晶体管P1的1/10。门控PG接反相器I1的输入端，接NMOS晶体管N0的栅端。门控反PG_N接反相器I1的输出，接PMOS晶体管P1、NMOS晶体管N1的栅端。VS接PMOS晶体管P1、NMOS晶体管N1的漏端，接PMOS晶体管P0的栅端。门控电源VPG接PMOS晶体管P0、NMOS晶体管N0的漏端，接PMOS晶体管P1的源端。电源电压VDD接PMOS晶体管P0的源端。接地电压VSS接NMOS晶体管N0、NMOS晶体管N1的源端。为方便描述，假设VS端的等效接地负载电容为C1，VPG端的等效接地负载电容为C0。该门控电源电路的工作原理如下。当门控PG为低时，NMOS晶体管N0关断，门控反PG_N为高，NMOS晶体管N1导通，PMOS晶体管P1关断，VS为低，PMOS晶体管P0导通，门控电源VPG为电源电压VDD。当门控PG为高时，门控反PG_N为低，NMOS晶体管N1关断，PMOS晶体管P1导通，VS和VPG连接起来，即PMOS晶体管P0的漏端和栅端短接，相当于一个二极管，VPG的电压为VDD-|Vtp|，其中Vtp为PMOS晶体管P0的阈值电压。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种门控电源电路，包括反相器I1、PMOS晶体管P0、NMOS晶体管N1、控制开关及弱电流源，其特征在于：所述反相器I1的输入端输入门控PG，用于将输入信号反向，同时提升带负载能力；所述控制开关连接在PMOS晶体管P0的栅端和漏端之间，根据开关控制信号的逻辑控制PMOS晶体管P0的栅端和漏端之间的短接，实现栅端电荷与漏端电荷之间的电荷分享；所述NMOS晶体管N1的栅端与反相器I1的输出端连接，所述NMOS晶体管N1的源端接VSS；所述NMOS晶体管N1的漏端与PMOS晶体管P0的栅端连接，用于PMOS晶体管P0的导通；所述PMOS晶体管P0在控制开关及NMOS晶体管N1的作用下输出VDD‑|Vtp|或VDD；当控制开关导通时，所述弱电流源作为电流偏置，将输出电压钳制在VDD‑|Vtp|。

【技术特征摘要】
1.一种门控电源电路，包括反相器I1、PMOS晶体管P0、NMOS晶体管N1、控制开关及弱电流源，其特征在于：所述反相器I1的输入端输入门控PG，用于将输入信号反向，同时提升带负载能力；所述控制开关连接在PMOS晶体管P0的栅端和漏端之间，根据开关控制信号的逻辑控制PMOS晶体管P0的栅端和漏端之间的短接，实现栅端电荷与漏端电荷之间的电荷分享；所述NMOS晶体管N1的栅端与反相器I1的输出端连接，所述NMOS晶体管N1的源端接VSS；所述NMOS晶体管N1的漏端与PMOS晶体管P0的栅端连接，用于PMOS晶体管P0的导通；所述PMOS晶体管P0在控制开关及NMOS晶体管N1的作用下输出VDD-|Vtp|或VDD；当控制开关导通时，所述弱电流源作为电流偏置，将输出电压钳制在VDD-|Vtp|。2.根据权利要求1所述的门控电源电路，其特征在于：所述控制开关为PMOS晶体管P1，所述PMOS晶体管P1的栅端与反向器I1的输出端连接，所述PMOS晶体管P1的漏端与PMOS晶体管P0的栅端连接，所述PMOS晶体管P1的源端与PMOS晶体管P0的漏端连接。...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊保玉，拜福君，梁星，
申请(专利权)人：西安紫光国芯半导体有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西;61