[发明专利]用于智能卡电源系统的降压转换器

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路领域，特别涉及工作在宽电源电压范围和高速的存储器智能卡电源系统的降压转换器。

背景技术

典型的P型输出晶体管组成的降压转换器(VDC，Voltage DownConverter)如图1，典型的N型输出晶体管组成的VDC电路如图2所示。在标准CMOS制程中，没有一些诸如三极管，功率管等可以利用在电压调整器的输出端，只能考虑使用N型或者P型晶体管作为输出级。

当存储器电路在高速读写的时候，需要的瞬间电流和平均电流都非常大，而N型本征晶体管非常适合在高压下的应用，只要N型本征晶体管的源端(即衬底)电位被拉低了0.1V，则由于N型本征晶体管的栅源电压瞬间变大导致其可供给电流瞬间增大，则不再由输出电容上的电荷减少来提供输出电流。因此N型本征晶体管作为输出级的VDC较适用于较高速、较高电源电压且大容量存储电路系统。P型输出晶体管由于其输出响应受到整个环路带宽的限制，比较适用于低速、小容量存储电路系统中，但是P型晶体管作为输出元件对于低电源电压工作比N型本征晶体管更为适合。

在低电压条件下，输出元件只能作为一个传输门使用。由于输入电压和输出电压只有20mV压降，而此时仍然需要提供10mA电流，因此输出元件的内阻(包括走线等寄生阻抗)必须小于2欧姆。20mV对于N型本征晶体管，即使是N型本征晶体管，在所有工作条件包括工艺条件下要达到2欧姆的内阻是根本不可能的，因为20mV有可能沟道根本未开启。因此在标准的CMOS工艺中只能使用P型晶体管为输出元件。用版图面积来换取尽可能小的晶体管内阻。但是在高压下又绝对不允许直接把过高的电源电压加在使用低压器件的电路上。已有的技术难以满足这种大电流宽电源电压的要求，目前，为了满足大电流，宽电源电压的限制，通常是通过提供一些特殊的器件加入到典型的降压变换器电路中，例如使用肖特基二极管的特性来降低输出元件的阈值电压等。但是，标准的CMOS工艺是不提供这些特殊器件的，只能作为辅助的器件，需要另外加一层或者多层掩模版才能实现特殊器件。随着工艺线宽的减小，每一层掩模版的制作费越来越高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于智能卡电源系统的降压转换器，在标准的CMOS制程下，能够应用于要求在极宽电源电压范围和高速条件下的存储器电路的电源系统。

为解决上述技术问题，本发明用于智能卡电源系统的降压转换器的技术方案是，包含一个以N型本征晶体管M1为输出元件的降压转换器，以及一个以P型晶体管M0为输出元件的低压辅助电路，所述的N型本征晶体管M1为输出元件的降压转换器包括N型本征晶体管M1并以该N型本征晶体管M1作为输出驱动管，误差放大器EA1的正极接输入基准电压VREF，N型本征晶体管M1的栅极与误差放大器EA1的输出极相连接，所述的以P型晶体管M0为输出元件的降压转换器包括P型晶体管M0，误差放大器EA0的正极接阈值电压Vd，负极接基准电压VREF，P型晶体管M0的栅极与误差放大器EA0的输出极相连接，P型晶体管M0的源极及N型本征晶体管M1的漏极与输入电压Vin相连接，P型晶体管M0的漏极及N型本征晶体管M1的源极与输出电压Vout相连接，电阻R1与电阻R2相串联，电阻R1一端与输出电压Vout相连接，另一端与电阻R2的一端相连，同时与误差放大器EA1的负极相连接，电阻R2另一端接入GND，当N/P切换的阈值电压Vd除以比例系数N所得到的电压值Vd/N大于基准电压VREF时，P型晶体管M0截止，N型本征晶体管M1工作，当N/P切换的阈值电压Vd除以比例系数N所得到的电压值Vd/N小于基准电压VREF时，P型晶体管M0完全开启，N型本征晶体管M1截止。

本发明在同一个电路中将N型本征晶体管为输出元件的降压转换器与P型晶体管为输出元件的低压辅助电路相结合，在高压情况下主要以N型本征晶体管为输出元件的降压转换器进行电压调整，在低压情况下主要以P型晶体管为输出元件的低压辅助电路进行电压调整，并且本发明实现了两种晶体管工作状态的平滑切换。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：

图1为现有技术中典型的P型晶体管组成的模拟线性降压转换器；

图2为现有技术中典型的N型本征晶体管组成的模拟线性降压转换器；

图3为本发明用于智能卡电源系统的降压转换器电路图。

具体实施方式