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TWI591964B - 電壓選擇電路 - Google Patents

電壓選擇電路 Download PDF

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TWI591964B
TWI591964B TW105100667A TW105100667A TWI591964B TW I591964 B TWI591964 B TW I591964B TW 105100667 A TW105100667 A TW 105100667A TW 105100667 A TW105100667 A TW 105100667A TW I591964 B TWI591964 B TW I591964B
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陳世杰
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瑞昱半導體股份有限公司
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Description

電壓選擇電路
本發明有關電壓選擇電路，尤指一種在輸入電壓間的差距小於電晶體的臨界電壓時還能正常運作的電壓選擇電路。
電壓選擇電路的應用相當廣泛，其用途主要是選擇多個輸入電壓中的最大者或是最低者，以作為輸出電壓。
傳統的電壓選擇電路多半採用電晶體作為電壓切換元件。因此，當輸入電壓間的差距小於電晶體的臨界電壓時，電晶體經常會無法順利切換，因而導致電壓選擇電路輸出錯誤的電壓信號。
有鑑於此，如何減輕或消除上述傳統電壓選擇電路的缺失，實為業界有待解決的問題。
本說明書提供一種電壓選擇電路的實施例，其包含：一第一輸入端，用於接收一第一輸入電壓；一第二輸入端，用於接收一第二輸入電壓；一電壓輸出端，用於提供一輸出電壓；一第一電晶體，其中，該第一電晶體的一第一端耦接於該第一輸入端，且該第一電晶體的一第二端耦接於該電壓輸出端；一第二電晶體，其中，該第二電晶體的一第一端耦接於該第二輸入端，且該第二電晶體的一第二端耦接於該電壓輸出端；一第一電阻，位於該第一輸入端與該第二電晶體的一控制端之間的一第一信號路徑上；一第二電阻，位於該第二輸入端與該第一電晶體的一控制端之間的一第 二信號路徑上；一第一電流調整電路，耦接於該第一電晶體的該控制端；一第二電流調整電路，耦接於該第二電晶體的該控制端；一比較電路，耦接於該第一輸入端與該第二輸入端，設置成比較該第一輸入電壓與該第二輸入電壓；以及一控制電路，耦接於該第一電流調整電路、該第二電流調整電路、與該比較電路，設置成依據該比較電路的比較結果，控制該第一電流調整電路與該第二電流調整電路。
上述實施例的優點之一，是該控制電路可依據該比較電路的比較結果，控制該第一電流調整電路或該第二電流調整電路以調整該第一電晶體或該第二電晶體的控制端上的電壓。如此一來，即使在輸入電壓間的差距小於電晶體的臨界電壓的情況下，依舊可以順利開啟或關閉該第一電晶體及該第二電晶體，使電壓選擇電路能輸出正確的電壓信號。
本發明的其他優點將藉由以下的說明和圖式進行更詳細的解說。
100、200‧‧‧電壓選擇電路
102‧‧‧第一輸入端
104‧‧‧第二輸入端
106‧‧‧電壓輸出端
112、212‧‧‧第一電晶體
114、214‧‧‧第二電晶體
122‧‧‧第一電阻
124‧‧‧第二電阻
132、232‧‧‧第一電流調整電路
134、234‧‧‧第二電流調整電路
140‧‧‧比較電路
150‧‧‧控制電路
圖1為本發明一第一實施例的電壓選擇電路簡化後的功能方塊圖。
圖2為本發明一第二實施例的電壓選擇電路簡化後的功能方塊圖。
以下將配合相關圖式來說明本發明的實施例。在圖式中，相同的標號表示相同或類似的元件或方法流程。
圖1為本發明一第一實施例的電壓選擇電路100簡化後的功能方塊圖。如圖1所示，電壓選擇電路100包含一第一輸入端102、一第二輸入端104、一電壓輸出端106、一第一電晶體112、一第二電晶體114、一第一電阻122、一第二電阻124、一第一電流調整電 路(current adjusting circuit)132、一第二電流調整電路134、一比較電路140、以及一控制電路150。
在電壓選擇電路100中，第一輸入端102用於接收一第一輸入電壓Vi1，而第二輸入端104用於接收一第二輸入電壓Vi2，而電壓輸出端106則用於提供一輸出電壓Vout。
第一電晶體112的一第一端耦接於第一輸入端102，且第一電晶體112的一第二端耦接於電壓輸出端106。相仿地，第二電晶體114的一第一端耦接於第二輸入端104，且第二電晶體114的一第二端耦接於電壓輸出端106。
第一電阻122位於第一輸入端102與第二電晶體114的一控制端之間的一第一信號路徑上，且第二電阻124位於第二輸入端104與第一電晶體112的一控制端之間的一第二信號路徑上。例如，在本實施例中，第一電阻122的一端耦接於第一輸入端102，而另一端則耦接於第二電晶體114的控制端。相仿地，第二電阻124的一端耦接於第二輸入端104，而另一端則耦接於第一電晶體112的控制端。
第一電流調整電路132耦接於第一電晶體112的控制端，而第二電流調整電路134則耦接於第二電晶體114的控制端。
比較電路140耦接於第一輸入端102與第二輸入端104，設置成比較第一輸入電壓Vi1與第二輸入電壓Vi2。
控制電路150耦接於第一電流調整電路132、第二電流調整電路134、與比較電路140，設置成依據比較電路140的比較結果，控制第一電流調整電路132與第二電流調整電路134。
當控制電路150開啟第一電流調整電路132時，第一電流調整電路 132會從前述的第二信號路徑中汲取一第一預定電流I1，而當控制電路150開啟第二電流調整電路134時，第二電流調整電路134會從前述的第一信號路徑中汲取一第二預定電流I2。換言之，第一電流調整電路132與第二電流調整電路134扮演著電流槽(current sink)的功能。
在電壓選擇電路100中，第二預定電流I2的大小乘上第一電阻122的一電阻值R1所得到的一第一預定電壓Vd1，會大於第二電晶體114的一臨界電壓Vth2，且第一預定電流I1的大小乘上第二電阻124的一電阻值R2所得到的一第二預定電壓Vd2，會大於第一電晶體112的一臨界電壓Vth1。
在運作時，控制電路150在同一時間可以只開啟第一電流調整電路132與第二電流調整電路134的其中之一。
例如，在圖1的實施例中，第一電晶體112及第二電晶體114都是用P型金氧半場效電晶體(PMOS)來實現。當比較電路140判斷第一輸入電壓Vi1大於第二輸入電壓Vi2時，控制電路150可開啟第一電流調整電路132並關閉第二電流調整電路134。
在此情況下，即使第一輸入電壓Vi1與第二輸入電壓Vi2兩者當下的差距小於第一電晶體112的臨界電壓Vth1，但由於第一電晶體112的控制端上的電壓大小，是第二輸入電壓Vi2減去前述的第二預定電壓Vd2的結果，故可確保第一電晶體112能順利導通(turn on)，使得輸出電壓Vout的大小與第一輸入電壓Vi1相等。
相反地，當比較電路140判斷第一輸入電壓Vi1小於第二輸入電壓Vi2時，控制電路150可開啟第二電流調整電路134並關閉第一電流調整電路132。
在此情況下，即使第一輸入電壓Vi1與第二輸入電壓Vi2兩者當下的差距小於第二電晶體114的臨界電壓Vth2，但由於第二電晶體114的控制端上的電壓大小，是第一輸入電壓Vi1減去前述的第一預定電壓Vd1的結果，故可確保第二電晶體114能順利導通，使得輸出電壓Vout的大小與第二輸入電壓Vi2相等。
由前述說明可知，前揭電壓選擇電路100的架構很適合作為最大電壓選擇器(greatest voltage selector)之用。
圖2為本發明一第二實施例的電壓選擇電路200簡化後的功能方塊圖。如圖2所示，電壓選擇電路200包含第一輸入端102、第二輸入端104、電壓輸出端106、一第一電晶體212、一第二電晶體214、第一電阻122、第二電阻124、一第一電流調整電路232、一第二電流調整電路234、比較電路140、以及控制電路150。
電壓選擇電路200的第一輸入端102、第二輸入端104、電壓輸出端106、以及比較電路140的連接及運作方式，都與圖1的實施例相同。
在電壓選擇電路200中，第一電晶體212的一第一端耦接於第一輸入端102，且第一電晶體212的一第二端耦接於電壓輸出端106。相仿地，第二電晶體214的一第一端耦接於第二輸入端104，且第二電晶體214的一第二端耦接於電壓輸出端106。
第一電阻122位於第一輸入端102與第二電晶體214的一控制端之間的一第一信號路徑上，且第二電阻124位於第二輸入端104與第一電晶體212的一控制端之間的一第二信號路徑上。例如，在本實施例中，第一電阻122的一端耦接於第一輸入端102，而另一端則耦接於第二電晶體214的控制端。相仿地，第二電阻124的一端 耦接於第二輸入端104，而另一端則耦接於第一電晶體212的控制端。
第一電流調整電路232耦接於第一電晶體212的控制端，而第二電流調整電路234則耦接於第二電晶體214的控制端。
控制電路150耦接於第一電流調整電路232、第二電流調整電路234、與比較電路140，設置成依據比較電路140的比較結果，控制第一電流調整電路232與第二電流調整電路234。
當控制電路150開啟第一電流調整電路232時，第一電流調整電路232會提供一第一預定電流I1至第二信號路徑，而當控制電路150開啟第二電流調整電路234時，第二電流調整電路234會提供一第二預定電流I2至第一信號路徑。換言之，第一電流調整電路232與第二電流調整電路234扮演著電流源(current source)的功能。
與電壓選擇電路100類似，電壓選擇電路200中的第二預定電流I2的大小乘上第一電阻122的電阻值R1所得到的一第一預定電壓Vd1，會大於第二電晶體214的一臨界電壓Vth2，且第一預定電流I1的大小乘上第二電阻124的電阻值R2所得到的一第二預定電壓Vd2，會大於第一電晶體212的一臨界電壓Vth1。
在運作時，控制電路150在同一時間可以只開啟第一電流調整電路232與第二電流調整電路234的其中之一。
例如，在圖2的實施例中，第一電晶體212及第二電晶體214都是用N型金氧半場效電晶體(NMOS)來實現。當比較電路140判斷第一輸入電壓Vi1大於第二輸入電壓Vi2時，控制電路150可關閉第一電流調整電路232並開啟第二電流調整電路234。
在此情況下，即使第一輸入電壓Vi1與第二輸入電壓Vi2兩者當下 的差距小於第二電晶體214的臨界電壓Vth2，但由於第二電晶體214的控制端上的電壓大小，是第一輸入電壓Vi1加上前述的第一預定電壓Vd1的結果，故可確保第二電晶體214能順利導通，使得輸出電壓Vout的大小與第二輸入電壓Vi2相等。
相反地，當比較電路140判斷第一輸入電壓Vi1小於第二輸入電壓Vi2時，控制電路150可關閉第二電流調整電路234並開啟第一電流調整電路232。
在此情況下，即使第一輸入電壓Vi1與第二輸入電壓Vi2兩者當下的差距小於第一電晶體212的臨界電壓Vth1，但由於第一電晶體212的控制端上的電壓大小，是第二輸入電壓Vi2加上前述的第二預定電壓Vd2的結果，故可確保第一電晶體212能順利導通，使得輸出電壓Vout的大小與第一輸入電壓Vi1相等。
由前述說明可知，前揭電壓選擇電路200的架構很適合作為最小電壓選擇器(smallest voltage selector)之用。
實作上，可將前述各實施例中的第一預定電流I1與第二預定電流I2的大小設計成實質上相等，並將第一電阻122與第二電阻124兩者設計成具有實質上相等的電阻值，以簡化電路控制的複雜度。
以上僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明請求項所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。
100‧‧‧電壓選擇電路
102‧‧‧第一輸入端
104‧‧‧第二輸入端
106‧‧‧電壓輸出端
112‧‧‧第一電晶體
114‧‧‧第二電晶體
122‧‧‧第一電阻
124‧‧‧第二電阻
132‧‧‧第一電流調整電路
134‧‧‧第二電流調整電路
140‧‧‧比較電路
150‧‧‧控制電路

Claims (10)

  1. 一種電壓選擇電路(100；200)，包含：一第一輸入端(102)，用於接收一第一輸入電壓(Vi1)；一第二輸入端(104)，用於接收一第二輸入電壓(Vi2)；一電壓輸出端(106)，用於提供一輸出電壓(Vout)；一第一電晶體(112；212)，其中，該第一電晶體(112；212)的一第一端耦接於該第一輸入端(102)，且該第一電晶體(112；212)的一第二端耦接於該電壓輸出端(106)；一第二電晶體(114；214)，其中，該第二電晶體(114；214)的一第一端耦接於該第二輸入端(104)，且該第二電晶體(114；214)的一第二端耦接於該電壓輸出端(106)；一第一電阻(122)，位於該第一輸入端(102)與該第二電晶體(114；214)的一控制端之間的一第一信號路徑上；一第二電阻(124)，位於該第二輸入端(104)與該第一電晶體(112；212)的一控制端之間的一第二信號路徑上；一第一電流調整電路(132；232)，耦接於該第一電晶體(112；212)的該控制端；一第二電流調整電路(134；234)，耦接於該第二電晶體(114；214)的該控制端；一比較電路(140)，耦接於該第一輸入端(102)與該第二輸入端(104)，設置成比較該第一輸入電壓(Vi1)與該第二輸入電壓(Vi2)；以及一控制電路(150)，耦接於該第一電流調整電路(132；232)、該第二電流調整電路(134；234)、與該比較電路(140)，設置成依 據該比較電路(140)的比較結果，控制該第一電流調整電路(132；232)與該第二電流調整電路(134；234)，其中，當該控制電路(150)開啟該第一電流調整電路(132)並關閉該第二電流調整電路(134)時，或開啟該第二電流調整電路(134)並關閉該第一電流調整電路(132)時，該電壓輸出端(106)提供的該輸出電壓(Vout)會和該第一輸入電壓(Vi1)與該第二輸入電壓(Vi2)的其中之一相等。
  2. 如請求項1所述的電壓選擇電路(100；200)，其中，該控制電路(150)在同一時間只開啟該第一電流調整電路(132；232)與該第二電流調整電路(134；234)的其中之一。
  3. 如請求項2所述的電壓選擇電路(100)，其中，當該控制電路(150)開啟該第一電流調整電路(132)時，該第一電流調整電路(132)會從該第二信號路徑中汲取一第一預定電流(I1)，而當該控制電路(150)開啟該第二電流調整電路(134)時，該第二電流調整電路(134)會從該第一信號路徑中汲取一第二預定電流(I2)。
  4. 如請求項3所述的電壓選擇電路(100)，其中，當該比較電路(140)判斷該第一輸入電壓(Vi1)大於該第二輸入電壓(Vi2)時，該控制電路(150)會開啟該第一電流調整電路(132)並關閉該第二電流調整電路(134)。
  5. 如請求項4所述的電壓選擇電路(100)，其中，該第二預定電流(I2)的大小乘上該第一電阻(122)的一電阻值(R1)所得到的一第一預定電壓(Vd1)，大於該第二電晶體(114)的一臨界電壓(Vth2)，且該第一預定電流(I1)的大小乘上該第二電阻(124)的一電阻值(R2)所得到的一第二預定電壓(Vd2)，大於該第一電晶體(112)的一臨界 電壓(Vth1)。
  6. 如請求項5所述的電壓選擇電路(100)，其中，該第一預定電流(I1)與該第二預定電流(I2)的大小實質上相等，且該第一電阻(122)與該第二電阻(124)具有實質上相等的電阻值。
  7. 如請求項2所述的電壓選擇電路(200)，其中，當該控制電路(150)開啟該第一電流調整電路(232)時，該第一電流調整電路(232)會提供一第一預定電流(I1)至該第二信號路徑，而當該控制電路(150)開啟該第二電流調整電路(234)時，該第二電流調整電路(234)會提供一第二預定電流(I2)至該第一信號路徑。
  8. 如請求項7所述的電壓選擇電路(200)，其中，當該比較電路(140)判斷該第一輸入電壓(Vi1)大於該第二輸入電壓(Vi2)時，該控制電路(150)會關閉該第一電流調整電路(232)並開啟該第二電流調整電路(234)。
  9. 如請求項8所述的電壓選擇電路(200)，其中，該第二預定電流(I2)的大小乘上該第一電阻(122)的一電阻值(R1)所得到的一第一預定電壓(Vd1)，大於該第二電晶體(214)的一臨界電壓(Vth2)，且該第一預定電流(I1)的大小乘上該第二電阻(124)的一電阻值(R2)所得到的一第二預定電壓(Vd2)，大於該第一電晶體(212)的一臨界電壓(Vth1)。
  10. 如請求項9所述的電壓選擇電路(200)，其中，該第一預定電流(I1)與該第二預定電流(I2)的大小實質上相等，且該第一電阻(122)與該第二電阻(124)具有實質上相等的電阻值。
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