[发明专利]调压电路

说明书

技术领域

各个实施方式涉及调压电路。

背景技术

具有数字为主的功能的IC（集成电路）大多包括针对各个电压域的单独的电源端子。例如，如果IC包括以1.5V电压工作的数字控制器，并且还包括被配置为接收及输出3.3V信号的输入端子和输出端子，则IC包括至少一个用于施加1.5V电压的电源端子（或者可以设置多个内部互连的电源端子）以及至少一个用于施加3.3V电压的另一电源端子。电源电压由外部调压器提供。此外，电源电压可能需要由电容器（该电容器与电源端子并联耦接）进行缓冲。需要进行缓冲，原因是数字为主的IC的功耗改变的时间标度是比外部调压器能够对突然发生的阶梯状负载变化作出反应并且调整提供给负载（例如，用IC表示的负载）的电源电压的时间标度短的数量级。数字为主的IC的功耗的特征在于脉冲，该脉冲的宽度对于5V的技术（即，在以5V电压工作的数字为主的IC中）约为10纳秒，对于1.5V的技术（即，在以1.5V电压工作的数字为主的IC中）下降到100皮秒。（主要）数字IC中的脉冲状功耗是由其同步操作造成的。然而，典型调压器的控制稳定时间约为1微秒，因此显然无法对（主要）数字IC所导致的负载条件的突跳作出反应。

在常规调压器中，通常，电压域的单个晶体管被用作控制器件，其被选择足够高以便被设计为至少处理调压器的最高输入电压。另外，运算放大器可以被用作稳定放大器或者实现等效功能的电路中，其以由于使用多个放大级而造成相对高的信号延迟时间为代价，提供了高静态控制精度。这两个原因可以被视为造成常规调压器的相当长的控制稳定时间（control settling time）的主要原因。

功耗较低的数字电路（例如用于移动应用的数字电路）通常包括内部调压器，该内部调压器提供较小的电源电压，因此可能需要从外部提供其他（较大的）电源电压。然而，这些类型的电路要求利用外部电容器对该内部较低的电源电压进行缓冲。因此，不得不经由额外的引脚将内部馈线引至IC的外部，从而造成（例如）需要ESD（静电放电）保护以及必须在集成电路中设置额外引脚等所有缺点。

在功耗甚至更低的数字电路中，内部可包括有缓冲电容器。这种架构的实例可见于芯片卡或RFID（射频识别）应用中。另外，这些应用领域中的电路通常不以同步操作模式操作，以便减小其功耗谱中的尖峰幅度。

由于进一步数字化的趋势，越来越多的应用利用复杂的数字电路从原先以模拟操作模式为主转换为数字操作。与数字电路不同，模拟电路中的功耗基本上是连续的。内部低电压域和外部提供的较高的电源电压在模拟电路中可借助内部调压器进行轻松调节，因此不必引至IC的外部进行缓冲（如就数字IC而言描述的）。这种模拟电路的用户仍然未察觉内部电源域并且不参与操作。这种产品/应用中的电路的数字部分主要以异步模式进行操作，因此功耗相当小，以便可通过内部调压器轻松供电。

这种应用的一个突出实例是用于SMPS（开关模式电源）的集成控制电路领域，其由于栅极驱动器的输出电压较高而可能需要范围在15V至20V的相对较高的外部电源电压。用于SMPS的这种集成控制电路通常保持5V的内部电压域以便为模拟电路组件/部件（在一定程度上为数字电路组件/部件）供电。对这些应用进行相当复杂的全数字化到目前为止是不成功的，主要是由于对复杂数字（同步）逻辑的内部电压域有缓冲的需求。如上所述，这需要通过将相应馈线引出至IC的外部来从外面完成。除了IC的至少一个端子被占用因此不能用于其他目的/功能的明显缺点以外，可能不得不使用更大的外壳并且用户很不愿意付出额外的努力来提供缓冲功能，使得电路很容易受到EMI（电磁干扰）的影响，例如尤其是在1.5V的较低的内部电源电压。易受EMI导致的干扰是由承载相当高的电压的其他周围的外部电气线路和/或引脚导致的，该电压例如是SMPS开关晶体管的通常约为600V的漏极电压或在EMC（电磁兼容性）测试期间施加大约4kV大小的电脉冲的SMPS的输电线。因此应避免不得不将内部电源电线引出至IC（或其外壳）的外部的必要性。