[发明专利]一种抗高压直流-直流降压转换器

说明书

本发明提供一种抗高压直流‑直流降压转换器，包括一带有无源电平转换器的功率晶体管、一片外电感、一片外RC负载网络、一电压反馈模块、一零电流检测器和两缓冲级，带有无源电平转换器的功率晶体管包含N型晶体管和P型晶体管，N型晶体管和P型晶体管的输入端各与一缓冲级的输出端相连，带有无源电平转换器的功率晶体管的输出端与片外电感的一端和零电流检测器的输入端相连，零电流检测器的输出端与连接于N型晶体管的缓冲级的输入端相连，片外电感的另一端与片外RC负载网络的输入端相连，片外RC负载网络的输出端与电压反馈模块的输入端相连，电压反馈模块的输出端与连接于P型晶体管的缓冲级的输入端相连。

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，涉及一种直流-直流电平转换器，具体涉及一种基于无源全通网络结构的抗高压直流-直流(DC-DC)降压转换器。

背景技术

随着消费者对电子产品包括电池供电便携式应用的需求迅速增加，电源管理集成电路(ICs)如高开关效率的直流-直流转换器，正成为这些产品的关键组成部分。芯片的成本与其面积成比例，减小芯片的面积和在一定区域集成更多的元器件成为消费电子IC设计的两个重要目标。在先进深亚微米标准CMOS工艺，如65nm节点或45nm节点中，核心器件的额定工作电压约为1.2V。然而，普通锂电池或碱性电池的额定电压范围在1.5～3.7V之间，超过了先进工艺中核心器件的电压上限。因此，直流-直流转换器通常由额定工作电压高得多并且可承受较高电源电压的IO设备来实现。事实上，功率晶体管的面积占直流-直流转换器芯片的很大一部分。利用IO设备会极大地增加整个芯片的面积和成本，因为IO设备在一定制造过程中需要更长的最小沟道长度，更大的有源区面积和更低的跨导(gm)。为了降低芯片成本，利用核心器件实现直流-直流转换器是十分重要的。

为了应对较高的电源电压，已有一些有效的方法公开发表。如图1A所示，对于栅氧化层保护，开关电容(SC)直流-直流转换器和电平转换器等内部电压转换模块适合用于提供多个电压(S.Bandyopadhyay,Y.K.Ramadass,and A.P.Chandrakasan,“20μA to 100mADC-DC converter with2.8–4.2V battery supply for portable applications in 45nmCMOS,”IEEE J.Solid-State Circuits,vol.46,no.12,pp.2807–2820,Dec.2011.)。另一种方法是基于连接到晶体管栅极的电容，该电容可以增加有效的栅极氧化层厚度，如图1B所示，双电容方案也展示在图中(使用C₁和C₂)(R.Chebli,M.Sawan,and Y.Savaia,“Gateoxide protection in HV CMOS/DMOS integrated circuits:Design and experimentalresults,”in Proc.IEEE ICECS,Dec.2005.)。而对于有源区保护，多重功率晶体管是必要的。漏极区域扩展是一种可以保护功率晶体管不被击穿的标准CMOS工艺兼容方式。然而，额外的SC DC-DC转换器或电平转换器产生的多个内部电压的使用会增加DC-DC转换器的复杂性并导致额外的转换效率损失。可以将电容连接到晶体管栅极从而使栅极浮动，该方法仅适用于恒定的输入电压。在先进的深亚微米标准CMOS工艺中，晶体管严重的二阶效应和极薄的栅氧会导致严重的泄漏，降低了DC-DC转换器的功率转换效率，而堆叠式晶体管也可能导致泄漏并增加设计的复杂性。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种抗高压直流-直流降压转换器，基于全通网络无源电平转换器，其具备耐高压，效率高，兼容性高，成本低，可集成度高，适合芯片SOC(System On Chip系统芯片集成)等特点。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：