[发明专利]电压转换电路

说明书

技术领域

本发明是有关于一种转换电路，且特别是有关于一种直流电压转换电路。

背景技术

当代的许多电子产品中，经常使用集成电路芯片(Integrated Chip，简称为IC)来搭配其它的元件使用。然而，集成电路芯片内部的核心电压(core voltage，Vcore)以及输入输出电压(Input/Output voltage，Vio)并不完全相同。特别是在芯片制程快速进步的今日，许多集成电路芯片往往使用较低的核心电压(Vcore)。因此，需要提供直流电压之间的升压/降压转换电路(buck converter)以提供芯片内部核心电路与输入输出电路的各种直流电压。

请参照图1A，其所绘示为已知电压转换电路图。电压转换电路101包括一驱动级(driving stage)100以及一输出级(output stage)109。再者，电压转换电路101中的P型功率晶体管(Power MOS transistor，P)与N型晶体管(power MOS transistor，N)电连接于输入输出电压输入端(Vio)以及接地电压(GND)之间。

驱动电路104的二驱动信号(Sp、Sn)分别电连接至P型功率晶体管(P)与N型功率晶体管(N)的栅极。P型功率晶体管(P)与N型功率晶体管(N)的漏极与核心电压输出端(Vcore)之间连接一电感(L)；而核心电压输出端(Vcore)与接地电压(GND)之间连接一电容(C)，以及一分压电路(voltage divider)。

分压电路由二电阻(R1、R2)组成，可提供一分压电压(Vd)至反馈脉冲宽度调制控制器105(调制电路)。再者，反馈脉冲宽度调制控制器105提供一控制信号Sc至驱动电路104，使得驱动电路104改变二驱动信号(Sp、Sn)的脉冲宽度，并且输出稳定的核心电压(Vcore)。

以一系统单芯片(system on chip，简称SOC)为例，通常需要接收核心电压(Vcore)以及输入输出电压(Vio)。举例来说，输入输出电压(Vio)为3.3V，核心电压(Vcore)为1.8V。在此情况下，即需要利用直流电压转换电路来产生核心电压(Vcore)。

请参照图1B，其所绘示为已知系统单芯片的外部供电系统示意图。系统单芯片20内部包括一核心电路11以及输入输出电路13。而在系统单芯片20外部有一电压转换电路15，其构造与图1A的电压转换电路101相同。

电压转换电路15以及系统单芯片20中的输入输出电路13根据所接收的输入输出电压(Vio)来操作。再者，电压转换电路15根据输入输出电压(Vio)来产生核心电压(Vcore)至核心电路11。因此，系统单芯片20即可接收输入输出电压(Vio)与核心电压(Vcore)，并据此而正常运作。

然而，系统单芯片20的主要目的是将所有的电路集成于单一芯片上，如果于系统单芯片20外部仍须增加一电压转换电路15，则会增加成本。

为此，现有技术的另外一种作法即如图1C所示，将电压转换电路112直接集成于系统单芯片10中。由于电压转换电路112的输出级119无法集成于系统单芯片10中，所以电感(L)与电容(C)需外接于系统单芯片10外。因此，系统单芯片10包括核心电路113、输入输出电路116、与电压转换电路112的驱动级110。图1C所示的电压转换电路112的运作原理与图1A相同，此处不再赘述。

一般来说，将电压转换电路112的驱动级110集成于系统单芯片10中，将会遭遇到功率晶体管的耐压问题。由于核心电路113以及输入输出电路116的设计皆是兼容于CMOS半导体逻辑电路制程，其仅能制作较低耐压(voltage stress)的MOS晶体管，例如耐压1.8V的MOS晶体管。

然而，在图1C中，驱动级114所采用的P型功率晶体管与N型功率晶体管需要承受较高的耐压，例如3.3V。因此，于制造系统单芯片10时，除了需要利用兼容于CMOS半导体逻辑电路制程外，还需要利用深N型槽制程(deep n-well process)来制造耐高压的MOS晶体管。所以，系统单芯片10的制造成本也将居高不下。

因此，如何利用兼容于CMOS半导体逻辑电路制程来设计电压转换电路的驱动级，即为本发明所欲达成的目的。

发明内容