[发明专利]能使用高于工作电压之电源供应电压之放大器

说明书

发明所属之技术领域 

本发明与一种可使用高于其所有工作电压的电源供应电压的放大器有关。 

先前技术 

现代的CMOS制程是设计为以一特定供应电压进行操作，若在操作期间跨过晶体管的终端对其施加大于此电压的电压差，则将产生严重的可靠性问题。特别是，在重复暴露超过最大崩溃电压之后，晶体管的栅极氧化物会明显衰弱且甚至会被击穿(punctured)，因而导致装置失效。 

一般而言，制程会提供装置的多重“风味(flavors)”，亦即具有不同特性且因此可以承受不同电压的晶体管；举例而言，在示例性的0.18μ之CMOS制程中，核心装置是由薄氧化物形成并以1.8V的供应电压进行操作，而输入/输出(I/O)装置则由厚氧化物形成并以3.3V的供应电压进行操作。 

不幸的，设计用于可携式装置(例如：膝上型计算机、PDA等)的集成电路通常是以电池进行操作，其电源供应电压一般都高于3.3V。举例而言，完全充电的行动电话电池的电源供应电压一般为4.2V，在一些系统中，需使用外部调节器来将电池电压转换为可分别让I/O与核心装置安全使用的较低电压(例如：各为3.3V与1.8V)。然而，通常需利用可用较高电源供应电压、或是以芯片内部的供应调节器在芯片上与电池电压交流。 

发明内容

放大器可有利地使用电源供应电压源，其提供的电压高于与该放大器 的晶体管相关的制程的所有崩溃电压(即本文中所称之工作电压)。特别是，可使用共基共射串联(cascode)配置来将放大器中“在风险处(at-risk)”晶体管的栅极与源极电压最小化；在省电模式(power down mode)期间，放大器的偏压分流器可将某些节点于电压源隔离，同时，放大器的充电电路可以将这些节点充电至一预定电压，由此将在省电模式期间对在风险处晶体管的应力最小化。多风味(multi-flavor)省电信号产生器电路可有利地产生适当的偏压风味省电信号，以于省电模式期间驱动放大器的不同晶体管。 

图式简单说明 

图1A说明了一种示例性放大器，其可有利地以高于制造该放大器的晶体管所用的制程操作电压的电池电压来操作。 

图1B说明了图1A所示的放大器的示例性偏压分流器。 

图1C说明了图1A所示的放大器的示例性充电电路。 

图1D说明了图1A所示的放大器的示例性多风味省电信号产生器电路。 

实施方式 

根据本发明的一项构想，一放大器可有利地使用电源供应电压源，其提供的电压高于与该放大器的晶体管相关的制程的所有崩溃电压(即本文中所称之工作电压)。此一放大器包括共基共射串联(cascode)配置的晶体管对，其中每一晶体管对具有一“在风险处(at-risk)”晶体管与一“补偿”晶体管。所述在风险处晶体管在没有其对应的补偿晶体管的辅助下，会受到提供至所述放大器的电压以及/或所述放大器接收的信号的不利影响；换言之，所述补偿晶体管确保在不同的电压条件下，所述在风险处晶体管都不会受到因电压差分而产生的不适应力。 

所述放大器可有利地使用一省电信号的多个风味，其中不同的省电信号的风味可以在省电模式期间提供隔离与充电功能。在一实施例中，可使 用一主风味省电信号来产生偏压风味省电信号；如本文中所示，所述主风味省电信号是标示为“H”，而偏压风味省电信号则标示为“S”与“B”。需注意每一个省电信号都有其补偿省电信号，亦即H与H(bar)、S与S(bar)、以及B与B(bar)。 

图1A说明了一种可有利的以高于工作电压的一电池电压(或任何电源供应电压)进行操作的放大器100。在一实施例中，放大器100可以一个大小为4.2V的电池电源供应VBAT进行操作；如下文中将详细说明者，放大器100包括彼此有操作关系的晶体管101-128。 

特别是，晶体管101是连接在一电池电压VBAT与一偏压节点PCAS之间；晶体管101于其栅极接收所述省电信号S(bar)。晶体管102-106(其中晶体管102-104为PMOS晶体管，而晶体管105-106为NMOS晶体管)是串联连接在所述电池电压VBAT与一低电压源VSS(例如：接地)之间；类似的，晶体管107-111(其中晶体管107-108是PMOS晶体管，而晶体管109-111是NMOS晶体管)是串联连接在所述电池电压VBAT与所述低电压源VSS之间。