在组合开关与线性调节器中使用PMOS电源开关制造技术

P‑MOS晶体管可用作DC‑DC转换器中的开关或用作线性调节器的传递晶体管。当供应电压高于特定电压时，所述P‑MOS晶体管将用于所述DC‑DC转换器中，且当所述供应电压低于所述特定电压时，所述P‑MOS晶体管将用于所述线性调节器中。可利用电压比较器来监测所述供应电压，所述电压比较器将所述供应电压与所述特定电压进行比较。当高于所述特定电压时，所述DC‑DC转换器比所述线性调节器高效，且当低于所述特定电压时，所述线性电压调节器比所述DC‑DC转换器高效。或者，可在集成电路封装制作或最终产品制造期间针对不同产品应用通过使用接合、跨接线、熔丝连接环或对位进行编程来完成选择所述DC‑DC转换器或线性调节器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在组合开关与线性调节器中使用PMOS电源开关相关专利申请案本申请案主张于2015年3月12日提出申请的共同拥有的美国临时专利申请案第62/132,001号的优先权；所述美国临时专利申请案特此出于所有目的以引用的方式并入本文中。
本专利技术涉及集成电路电压调节器，且更具体来说，涉及基于源极电压值而针对开关及线性调节器两者使用共同PMOS功率晶体管。
技术介绍
DC-DC转换器一般用于提供对DC供应电压的高度高效调节。DC-DC转换器的效率在供应电压减小时降低。存在其中线性电压调节器变得比DC-DC转换器高效的点。因此，为了具有跨越整个宽广供应电压范围(举例来说1.43到3.63伏特)的最优效率，可并排放置DC-DC转换器及线性调节器两者。但DC-DC转换器及线性调节器两者均需要硅面积(realestate)的大区域且其大多数区域由功率传递晶体管占据。此使得将DC-DC转换器及线性调节器两者提供于集成电路装置中是极昂贵的。或者，此问题的解决方案可在于使用一者或另一者，其中使用DC-DC转换器，较高供应电压处于最佳效率的甜蜜点(sweetspot)中，或使用线性调节器，低供应电压处于最佳效率的甜蜜点中。具有DC-DC转换器的一些集成电路装置采用小维生线性调节器；但再次如名称指示，其仅为维生经调节电压源，而非完全功能线性调节器。一般来说，DC-DC转换器(例如，开关模式降压转换器)及线性调节器作为两个不同电压调节器电路保持分离且完全独立。由于这些类型的电压调节器的电源电路载送大电流，因此就硅面积区域来说其通常是极大的，因此内部解决方案(如果发生)可仅提供极弱线性调节器以节省集成电路硅区域。
技术实现思路
因此，需要制作于集成电路裸片上的DC-DC转换器及线性电压调节器的成本与面积高效组合且需要取决于可用的供应电压而利用两个电压调节器的最佳效率。根据实施例，电压调节器可包括：功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)；及切换电路，其用于在第一操作模式中将所述功率MOSFET切换成DC-DC调节器电路且用于在第二操作模式中将所述功率MOSFET切换成线性调节器电路。根据又一实施例，所述切换电路可经配置以测量馈送到所述电压调节器的供应电压且可基于所述所测量供应电压而选择所述第一操作模式或所述第二操作模式。根据又一实施例，所述电压调节器可包括：第一电压参考；运算放大器，其具有耦合到所述第一电压参考的输出的第一输入；其中所述功率MOSFET可包括经调适为高侧开关或传递晶体管且具有耦合到供应电压的源极的P沟道MOSFET(P-MOSFET)；功率电感器，其具有耦合到所述P-MOSFET的漏极的第一端；滤波电容器，其耦合到所述功率电感器的第二端且耦合到所述第一运算放大器的第二输入；第一及第二信号开关，其各自具有共同点、第一位置及第二位置，其中所述第一信号开关的所述共同点可耦合到所述运算放大器的输出，且所述第二信号开关的共同点可耦合到所述P-MOSFET的栅极；DC-DC转换器，其可包括：斜率补偿网络，其具有耦合到所述第一信号开关的所述第一位置的输入，第一比较器，其具有耦合到所述斜率补偿网络的输出的第一输入，脉冲宽度调制(PWM)产生器，其具有耦合到所述第一比较器的输出的输入及耦合到所述第二信号开关的所述第一位置的输出，计时器，其具有耦合到所述脉冲宽度调制产生器且用以确定PWM周期的输出，低侧开关，其耦合到所述P-MOSFET的所述漏极及所述功率电感器的所述第一端，及电流传感器，其耦合到所述低侧开关且将电流信号提供到所述第一比较器的第二输入；以及线性电压调节器，其可包括放大器，所述放大器具有耦合到所述第一信号开关的所述第二位置的输入及耦合到所述第二信号开关的所述第二位置的输出；其中当所述第一及第二信号开关可处于所述第一位置中时，所述DC-DC转换器调节所述滤波电容器上的输出电压且所述PWM产生器控制所述P-MOSFET，且当所述第一及第二信号开关可处于所述第二位置中时，所述线性电压调节器调节所述滤波电容器上的所述输出电压且所述放大器控制所述P-MOSFET。根据又一实施例，所述低侧开关可为硅二极管。根据又一实施例，所述硅二极管可为肖特基(Schottky)二极管。根据又一实施例，所述低侧开关可为N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(N-MOSFET)；所述PWM产生器可包括互补输出；且可进一步包括第三信号开关，所述第三信号开关具有共同点、第一位置及第二位置，其中所述共同点可耦合到所述N-MOSFET的栅极，所述第一位置可耦合到所述PWM产生器的互补输出且所述第二位置可耦合到电源共同点。根据又一实施例，所述DC-DC转换器可为同步降压DC-DC转换器。根据又一实施例，第二电压参考及第二电压比较器可具有耦合到所述供应电压的第一输入及耦合到所述第二电压参考的第二输入，其中所述第二电压比较器可控制所述第一及第二信号开关，借此当所述供应电压可大于来自所述第二电压参考的特定电压时，所述第一及第二信号开关可处于所述第一位置中，且当所述供应电压可小于或等于来自所述第二电压参考的所述特定电压时，所述第一及第二信号开关可处于所述第二位置中。根据又一实施例，所述第二电压比较器具有滞后性。根据又一实施例，所述特定电压可为最优电压，借此当所述供应电压可大于所述最优电压时，所述DC-DC转换器可比所述线性调节器高效，且当所述供应电压可小于或等于所述最优电压时，所述线性调节器可比所述DC-DC转换器高效。根据又一实施例，可在集成电路封装制作期间通过接合来选择所述第一及第二信号开关的所述第一或第二位置。根据又一实施例，可利用跨接线来选择所述第一及第二信号开关的所述第一或第二位置。根据又一实施例，可利用熔丝连接环来选择所述第一及第二信号开关的所述第一或第二位置。根据又一实施例，可通过对寄存器中的位进行编程来选择所述第一及第二信号开关的所述第一或第二位置。根据又一实施例，所述第一及第二信号开关可包括场效应晶体管。根据又一实施例，所述第三信号开关可包括场效应晶体管。根据又一实施例，一种微控制器可包括电压调节器，所述电压调节器具有：功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)；及切换电路，其用于在第一操作模式中将所述功率MOSFET切换成DC-DC调节器电路且用于在第二操作模式中将所述功率MOSFET切换成线性调节器电路。根据又一实施例，所述微控制器可经配置以测量供应电压且基于所述所测量供应电压而选择所述第一及第二信号开关的所述第一位置或所述第二位置。根据另一实施例，一种用于选择DC-DC转换器或线性调节器以用于最佳电压调节效率的方法可包括以下步骤：提供具有高侧开关的DC-DC转换器，所述高侧开关可包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)；提供具有串联传递晶体管的线性电压调节器，所述串联传递晶体管可包括所述MOSFET；及利用电压比较器来将供应电压与特定电压进行比较，其中当所述供应电压可大于所述特定电压时，使用所述DC-DC转换器来进行电压调节，且当所述供应电压可小于或等于所述特定电压时，使用所述线性电压调节器来进行电压调节。根据所述方法的又一实施例，所述DC-DC转换器及线性电压调节器可共享电压控制环路的共同电压参考及运算放大器。附图说明可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压调节器，其包括：功率金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET；及切换电路，其用于在第一操作模式中将所述功率MOSFET切换成DC‑DC调节器电路且用于在第二操作模式中将所述功率MOSFET切换成线性调节器电路。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.12 US 62/132,001;2016.03.10 US 15/066,8791.一种电压调节器，其包括：功率金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET；及切换电路，其用于在第一操作模式中将所述功率MOSFET切换成DC-DC调节器电路且用于在第二操作模式中将所述功率MOSFET切换成线性调节器电路。2.根据权利要求1所述的电压调节器，其中所述切换电路经配置以测量馈送到所述电压调节器的供应电压且基于所述所测量供应电压而选择所述第一操作模式或所述第二操作模式。3.根据权利要求1或权利要求2所述的电压调节器，其进一步包括：第一电压参考；运算放大器，其具有耦合到所述第一电压参考的输出的第一输入；其中所述功率MOSFET包括经调适为高侧开关或传递晶体管且具有耦合到供应电压的源极的P沟道MOSFETP-MOSFET；功率电感器，其具有耦合到所述P-MOSFET的漏极的第一端；滤波电容器，其耦合到所述功率电感器的第二端且耦合到所述第一运算放大器的第二输入；第一及第二信号开关，其各自具有共同点、第一位置及第二位置，其中所述第一信号开关的所述共同点耦合到所述运算放大器的输出，且所述第二信号开关的共同点耦合到所述P-MOSFET的栅极；DC-DC转换器，其包括斜率补偿网络，其具有耦合到所述第一信号开关的所述第一位置的输入，第一比较器，其具有耦合到所述斜率补偿网络的输出的第一输入，脉冲宽度调制PWM产生器，其具有耦合到所述第一比较器的输出的输入及耦合到所述第二信号开关的所述第一位置的输出，计时器，其具有耦合到所述脉冲宽度调制产生器且用以确定PWM周期的输出，低侧开关，其耦合到所述P-MOSFET的所述漏极及所述功率电感器的所述第一端，及电流传感器，其耦合到所述低侧开关且将电流信号提供到所述第一比较器的第二输入；以及线性电压调节器，其包括放大器，所述放大器具有耦合到所述第一信号开关的所述第二位置的输入及耦合到所述第二信号开关的所述第二位置的输出；其中当所述第一及第二信号开关处于所述第一位置中时，所述DC-DC转换器调节所述滤波电容器上的输出电压且所述PWM产生器控制所述P-MOSFET，且当所述第一及第二信号开关处于所述第二位置中时，所述线性电压调节器调节所述滤波电容器上的所述输出电压且所述放大器控制所述P-MOSFET。4.根据权利要求3所述的电压调节器，其中所述低侧开关为硅二极管。5.根据权利要求3所述的电压调节器，其中所述硅二极管为肖特基二极管。6.根据权利要求3所述的电压调节器，其中：所述低侧开关为N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管N-MOSFET；所述PWM产生器包括互补输出；且所述电压调节器进一步包括第三信号开关，所述第三信号开关具有共同点、第一位置及第二位置，其中所述共同点耦合到所述N-MOSFET的栅极，所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿贾伊·库马尔，
申请(专利权)人：密克罗奇普技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US