可擴展式保護電壓發(fā)生器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及可擴展式保護電壓生成，并且具體是涉及用于保護電壓發(fā)生電路和電壓保護階梯結(jié)構(gòu)的設(shè)計來保護低壓電路和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]大多數(shù)集成電路和設(shè)備被設(shè)計使用其內(nèi)部加工技術(shù)被設(shè)計耐受的特定電壓電源(如5V± 10%)運行。在現(xiàn)代集成電路和存儲器中，隨著工藝特征大小(如晶體管)減小和運行速度增加，對更高電壓電源的需要減小。然而，在許多情況下，外部供應(yīng)的高電壓由過去的用途、慣例或行業(yè)規(guī)格固定并且不能夠容易針對耐受較低電壓的工藝技術(shù)被降低。
[0003]因此，在本領(lǐng)域中需要一種用于低壓工藝集成電路和設(shè)備的降壓電路和電壓調(diào)節(jié)器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]實施例是一種電路，該電路包括:保護電壓發(fā)生器，該保護電壓發(fā)生器與第一電壓節(jié)點、第二電壓節(jié)點和接地電壓節(jié)點耦合，該保護電壓發(fā)生器被配置成用于基于該第一電壓節(jié)點和該第二電壓節(jié)點在多個第一節(jié)點處生成多個保護電壓；以及電壓保護階梯結(jié)構(gòu)，該電壓保護階梯結(jié)構(gòu)耦合在該第一電壓節(jié)點與低壓電路之間，該電壓保護階梯結(jié)構(gòu)在該多個第一節(jié)點與該多個保護電壓耦合，該電壓保護階梯結(jié)構(gòu)被配置成用于基于該第一電壓節(jié)點和該多個保護電壓生成第一低電壓。
[0005]另一實施例是一種電路，該電路包括:電阻器階梯結(jié)構(gòu)，該電阻器階梯結(jié)構(gòu)包括串聯(lián)耦合在第一電源電壓與接地電壓之間數(shù)量為M的電阻器;偏壓發(fā)生器電路，該偏壓發(fā)生器電路包括數(shù)量為N的偏置電壓發(fā)生器，這些偏置電壓發(fā)生器具有與該電阻器階梯結(jié)構(gòu)耦合的多個輸入端，這些偏置電壓發(fā)生器被配置成用于在其多個輸出端生成數(shù)量為N的偏置電壓，其中，這些偏置電壓發(fā)生器中的N-1個偏置電壓發(fā)生器使其輸出端與另一個偏置電壓發(fā)生器的輸入端耦合；以及共源共柵階梯結(jié)構(gòu)，該共源共柵階梯結(jié)構(gòu)包括串聯(lián)耦合在該第一電源電壓與低壓設(shè)備之間的數(shù)量為N的共源共柵器件，這些共源共柵器件中的每個共源共柵器件與這些偏置電壓之一耦合。
[0006]進一步實施例是一種方法，該方法包括:將第一電源電壓分壓為第一組電壓;生成多個保護電壓，該多個保護電壓中的第一保護電壓基于該第一組電壓中的兩個電壓和第二電源電壓，該多個保護電壓中的其他保護電壓各自基于該第一組電壓中的兩個電壓和該多個保護電壓中的其他保護電壓之一；以及基于該多個保護電壓從該第一電源電壓生成第一低電壓。
【附圖說明】
[0007]現(xiàn)在參考下面的說明并結(jié)合附圖，以更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點，其中:
[0008]圖1是根據(jù)實施例的電壓保護電路的框圖；
[0009]圖2是根據(jù)實施例的電壓保護電路的示意圖；
[0010]圖3A、圖3B和圖3C是根據(jù)各實施例的電壓保護電路的各部分的示意圖；
[0011]圖4是根據(jù)另一個實施例的電壓保護電路的示意圖；
[0012]圖5A、圖5B和圖5C是根據(jù)實施例圖4中的電壓保護電路的運行的示意圖；并且
[0013]圖6A、圖6B、圖6C、圖6D、圖6E和圖6F是根據(jù)各實施例的電壓保護電路中的保護電壓生成的示例。
【具體實施方式】
[0014]下文詳細討論了當前實施例的制造和使用。然而，應(yīng)認識到，本披露提供可以被體現(xiàn)在各種各樣的具體環(huán)境中的許多可應(yīng)用的創(chuàng)造性概念。所討論的具體實施例僅說明制造和使用所披露的主題的特定方式，而并不限制不同實施例的范圍。
[0015]將關(guān)于具體上下文中的實施例來描述實施例，S卩，電壓保護電路和操作電壓保護電路的方法。本文中的各實施例中的某些實施例包括用于在通用串行總線(USB)設(shè)備、高速串行鏈路、計算機、或能夠使用低壓設(shè)備利用高壓信號處理的任何系統(tǒng)中使用的可擴展式電壓保護電路。在其他實施例中，各個方面還可以應(yīng)用于涉及根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何方式的任何類型的電壓保護電路的其他應(yīng)用。
[0016]—般而言，使用本披露的實施例，設(shè)備能夠利用生成多個電壓的方案來保護內(nèi)部電路。具體而言，本披露利用一組電壓從那組電壓生成基準電壓來保護低壓電路。這允許使用低壓能動設(shè)備(如低壓金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)用于高壓信號處理。此夕卜，本披露為低壓電路提供與電源無關(guān)的高壓保護。
[0017]圖1是根據(jù)實施例的電壓保護電路100的框圖。電壓保護電路100包括保護電壓發(fā)生電路102、電壓保護電阻器階梯結(jié)構(gòu)104、低壓電路/設(shè)備106和高壓電路/設(shè)備108。圖1中的這些組件和塊僅僅以說明方式示出。其他電壓保護電路實現(xiàn)方式可以包含更多或更少組件/塊。具體而言，本披露的實施例可以用多個電壓保護階梯結(jié)構(gòu)、多個低壓電路/設(shè)備和多個高壓電路/設(shè)備來實現(xiàn)。
[0018]保護電壓發(fā)生電路102接收電源電壓V?g和高電壓Vh并輸出多個保護電壓Vpr_l、Vpr_2和Vpr_N。保護電壓發(fā)生電路102與低基準電壓(如在圖1中顯示為地，雖然可以使用其他低基準電壓)耦合?；陔娫措妷篤w和高電壓Vh生成該多個保護電壓。在某些實施例中，這些保護電壓Vpr中的每個保護電壓由保護電壓發(fā)生電路102內(nèi)不同保護電壓級生成。取決于高壓Vh的值和保護電壓發(fā)生電路102內(nèi)的組件的最大耐受電壓，所生成的保護電壓Vpr的數(shù)量是可擴展的。保護電壓發(fā)生電路102被配置成用于自動生成該多個保護電壓Vpr，這些保護電壓被提供至電壓保護階梯結(jié)構(gòu)104。在某些實施例中，電壓Vh具有多個狀態(tài)，其中，在每種狀態(tài)下，該電壓可以是不同的值。例如，在正常狀態(tài)下，該電壓可以是高電壓信號，如大約6V，而在低功率狀態(tài)下，電壓Vh可以是低電壓信號，如從大約OV到大約0.75V。保護電壓發(fā)生電路102被配置成用于針對電壓Vh的所有狀態(tài)自動地在適當?shù)碾妷褐堤峁┰摱鄠€保護電壓。
[0019]電壓保護階梯結(jié)構(gòu)104耦合在高電壓Vh與低壓電路/設(shè)備106之間。電壓保護階梯電阻結(jié)構(gòu)104從保護電壓生成電路102接收該多個保護電壓。在某些實施例中，使用該多個保護電壓來對電壓保護階梯結(jié)構(gòu)104的部件施加偏壓從而使電壓保護階梯結(jié)構(gòu)104能夠?qū)㈦妷篤h調(diào)節(jié)至適合于低壓電路/設(shè)備106的更低電壓。
[0020]圖2是根據(jù)實施例的電壓保護電路100的示意圖。圖2中所展示的電壓保護電路100包括保護電壓發(fā)生電路102、多個電壓保護階梯結(jié)構(gòu)104(104^1042和104x)和多個低壓電路 / 設(shè)備 106(1061、1062和1061)。
[0021]保護電壓發(fā)生電路102包括具有數(shù)量為M的電阻器202和數(shù)量為N的保護電壓發(fā)生級204(發(fā)生級1、發(fā)生級2和發(fā)生級N)的電阻器階梯結(jié)構(gòu)。在實施例中，M = 2N+1。電阻器202串聯(lián)連接在高電壓Vh和低基準電壓之間。高壓節(jié)點Vh可以是電源電壓VDD，而低壓節(jié)點可以是低基準電壓，如地或Vss。在某些實施例中，取決于保護電壓發(fā)生電路102的設(shè)計，電阻器202可以具有不同的值。在實施例中，電阻器202!具有比電阻器階梯結(jié)構(gòu)中的其他電阻器202中的任何電阻器更大的電阻值。該電阻器階梯結(jié)構(gòu)具有多個電壓抽頭，這些電壓抽頭被輸入到保護電壓發(fā)生級204中。
[0022]保護電壓發(fā)生級204從電阻器階梯結(jié)構(gòu)接收輸入(Vinl和Vin2)并且從或者保護電壓發(fā)生級204j^V_或者從前一保護電壓發(fā)生級204的輸出Vout接收另一輸入(Vin3)。保護電壓發(fā)生級204各自生成輸出Vout，這些輸出與電壓保護階梯結(jié)構(gòu)104耦合并且還向上級聯(lián)通過這些保護電壓發(fā)生級204。例如，在所展示的實施例中，保護電壓發(fā)生級I的輸出級聯(lián)至保護電壓發(fā)生器級2的Vin3，并且保護電壓發(fā)生器級2的Vout級聯(lián)至保護電壓發(fā)生級N的Vin3。通過具有來自電阻器202中的電阻器階梯結(jié)構(gòu)的各電壓抽頭和將保護電壓發(fā)生級204的輸出級聯(lián)至下一個保護電壓發(fā)生級204，這些保護電壓發(fā)生級204能夠至少部分地基于電壓Vh和電壓V權(quán)生成具有不同電壓值的保護電壓Vpr(Vpr_l、Vpr_2和Vpr_N)。在某些實施例中，這些保護電壓應(yīng)被生成為確保Vpr_N-Vpr_N-l小于等于匪OS晶體管206的最大額定值。以下將進一步討論保護電壓發(fā)生級204的細節(jié)。
[0023]電壓保護階梯結(jié)構(gòu)104(1041、1042和104X)各自包括串聯(lián)連接在電壓Vh與低壓電路/設(shè)備106之間的多個M0SFET206。在某些實施例中，這些MOSFET 206是η型MOSFET(NMOS)晶體管206。每個電壓保護階梯結(jié)構(gòu)104的NMOS晶體管206可以被安排在共源共柵階梯結(jié)構(gòu)(有時被稱為共源共柵堆)配置中，其中NMOS晶體管206的柵極與來自保護電壓發(fā)送電路102的該多個保護電壓Vpr耦合并且被其施加偏壓。通過將電壓保護階梯結(jié)構(gòu)104形成為NMOS晶體管206的共源共柵階梯結(jié)構(gòu)，匪OS晶體管206可以是低壓設(shè)備，但是能夠?qū)㈦妷篤h安全降至適合于低壓電路/設(shè)備106的電壓。
[0024]在正常狀態(tài)下