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TWI622866B - 工作電壓切換裝置 - Google Patents

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TWI622866B
TWI622866B TW106100387A TW106100387A TWI622866B TW I622866 B TWI622866 B TW I622866B TW 106100387 A TW106100387 A TW 106100387A TW 106100387 A TW106100387 A TW 106100387A TW I622866 B TWI622866 B TW I622866B
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Chih Cheng Lin
劉凱尹
Kai Yin Liu
黃惠敏
Hui Min Huang
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瑞昱半導體股份有限公司
Realtek Semiconductor Corp.
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Abstract

本發明之實施例提供了一種工作電壓切換裝置，該裝置包含：一第一電流鏡電路，依據一輸入電流產生出相對應之一感應電流；一比較器，比較一參考電壓與該第一電流鏡電路之一節點之一電壓值，以產生一比較訊號；一第一電源區塊，依據感應電流提供一第一輸出電流至一內部電路；一第二電源區塊，依據該感應電流提供一第二輸出電流至該內部電路；以及一電源區塊選擇單元，耦接至該比較器、該第一電源區塊與該第二電源區塊，並依據該比較訊號選擇致能該第一電源區塊或該第二電源區塊；其中，該感應電流不大於該輸入電流。

Description

工作電壓切換裝置
本發明關於一種工作電壓切換裝置；特別關於一種可選擇電源區塊以降低功耗之工作電壓切換裝置。
第1圖顯示一習知電流偵測之電路，電流偵測電路100係用電晶體101串聯電阻102在電源路徑上，再偵測電阻102兩端之電壓值以達到電流檢測之目的。
第2圖顯示另一習知電流偵測之電路，以電流偵測的NMOS做為電流鏡。在本習知技術中，NMOS電流鏡感應出的電流是由電流區塊流向接地端，但是電流偵測之NMOS之汲極端的電壓範圍可由工作電壓到接地，但一般低壓之工作電壓無法提供全電壓範圍的應用，倘若都由高壓之工作電壓輸入電壓供電，在重載的情況，會造成相當巨大的功耗(其中P=I/N*VIN)。
本發明之目的之一在提供一種工作電壓切換裝置，其目的在於可選擇電源區塊以降低功耗之工作電壓切換裝置。
本發明提供一種工作電壓切換裝置，裝置包含：一第一電流鏡電路，依據一輸入電流產生出相對應之一感應電流；一比較器，比較一參考電壓與該第一電流鏡電路之一節點之一電壓值，以產生一比較訊號；一第一電源區塊，依據感應電流提供一第一輸出電流至一內部電路；一第二電源 區塊，依據該感應電流提供一第二輸出電流至該內部電路；以及一電源區塊選擇單元，耦接至該比較器、該第一電源區塊與該第二電源區塊，並依據該比較訊號選擇致能該第一電源區塊或該第二電源區塊；其中，該感應電流不大於該輸入電流。
300‧‧‧工作電壓切換裝置
301‧‧‧電流鏡電路
301a‧‧‧電壓調整電路
301b‧‧‧電壓調整電路
302‧‧‧比較器
303‧‧‧電源區塊選擇單元
HVD、LVD‧‧‧電源區塊
I1、I2、IPORT、ISENSE‧‧‧電流
N1、N2‧‧‧節點
VTH、Vdd1、Vdd2、CV‧‧‧電壓
CS‧‧‧比較訊號
PORTN_X‧‧‧接腳
GND‧‧‧接地端
101、M1~M9‧‧‧電晶體
OP‧‧‧運算放大器
102‧‧‧電阻
第1圖顯示習知電流偵測之電路示意圖。
第2圖顯示習知電流偵測之電路示意圖。
第3圖顯示本發明一實施例工作電壓切換裝置之示意圖。
第3圖顯示本發明一實施例之工作電壓切換裝置300之示意圖，工作電壓切換裝置300包含電流鏡電路301、比較器302、電源區塊(Power Domain)HVD與電源區塊LVD，電源區塊選擇單元303；其中電源區塊HVD與LVD可分別輸出輸出電流I1與I2至內部電路(圖未示)，內部電路可為類比電路或數位電路，在此不另贅述。在一實施例中，輸出電流I1與I2實質上相等，且電源區塊選擇單元303選擇不同電源區塊HVD或LVD運作，可以降低電流偵測電路整體的功耗。
在本發明一實施例中，電源區塊HVD之工作電壓大於電源區塊LVD。
在本發明另一實施例中，電流鏡電路301包含電壓調整電路301a，電流鏡電路301藉由控制電壓CV使電流鏡電路301之輸入電流IPORT產生出感應電流ISENSE；電壓調整電路301a耦接至電流鏡電路301中的節點N1與N2，且輸入電流IPORT與感應電流ISENSE分別流經節點N1與N2，而電壓調整電路301a用以調整節點N1與N2之電壓值，使兩節點之電壓值實質上相等。
比較器302用以比較參考電壓VTH與節點N1或 N2之電壓值，用以產生一比較訊號CS。電源區塊HVD與LVD，分別依據感應電流ISENSE產生輸出電流I1與I2至內部電路。實施例中，比較器302可將節點N1或N2之電壓值與一參考電壓VTH進行比較，但本發明不以此為限。此技術領域人員若採用其他種架構的電流鏡電路301，比較器302可依據電流鏡電路301架構決定進行比較的節點。
電源區塊選擇單元303耦接至比較器302、電源區塊HVD與LVD，並依據比較訊號CS選擇致能電源區塊HVD或LVD。
請注意，在本實施例中感應電流ISENSE不大於輸入電流IPORT，且輸入電流IPORT係由晶片外部電路傳輸至本裝置300。在另一實施例中，電源區塊選擇單元303亦可同時禁能電源區塊HVD與LVD。
在本實施例中，電流鏡電路301至少包含：電晶體M1與M2。電晶體M1之汲極端耦接至節點N1，且源極端耦接至接地端GND；又，電晶體M2之汲極端耦接至節點N2，且源極端耦接至接地端GND。其中，電晶體M2之閘極端與電晶體M1之閘極端耦接。電晶體M1與電晶體M2之閘極端依據控制電壓CV導通，並讓電晶體M2依據輸入至電晶體M1之輸入電流IPORT以產生感應電流ISENSE；而輸入電流IPORT係流經節點N1，而感應電流ISENSE係流經節點N2。
由於在本實施例中，電晶體M1之寬長比(aspect ratio)設計為電晶體M2的N倍時，則感應電流ISENSE實質上等同於1/N倍的輸入電流IPORT，故利用此電流鏡電路301之架構使感應電流ISENSE小於IPORT以降低感應電流ISENSE之電路路徑功耗。
在本發明一實施例中，電壓調整電路301a包含：運算放大器OP與電晶體M3。運算放大器OP具有一反向輸入端、一非反向輸入端與一輸出端；以及電晶體M3之閘極端耦 接輸出端，汲極端耦接至電源區塊選擇單元303，源極端耦接至節點N2。
其中，運算放大器OP之非反向輸入端耦接至節點N1，反向輸入端耦接至節點N2；以及，運算放大器OP依據節點N1之電壓值使電晶體M3調整節點N2之電壓值，使節點N1之電壓值實質上節點N2之電壓值相等；本實施例之電晶體M3之源極端用負回授方式耦接至運算放大器OP之反向輸入端，以控制節點N1與N2之電壓值能趨近相等，故能提高電流鏡電路301所能感應出感應電流ISENSE之電流值的精準度。
又電源區塊HVD包含電晶體M4與M5，在本實施例中電晶體M4與M5之耦接方式為一電流鏡之結構。電晶體M4之源極端耦接至一工作電壓Vdd1，且汲極端耦接至閘極端；以及電晶體M5之源極端耦接至工作電壓Vdd1，且閘極端與電晶體M4之閘極端耦接；其中，當電源區塊選擇單元303選擇電源區塊HVD運作時，則電晶體M5之汲極端依據感應電流ISENSE產生輸出電流I1至內部電路。
同理，電源區塊LVD則包含電晶體M6與M7，在本實施例中電晶體M6與M7之耦接方式亦為一電流鏡之結構。電晶體M6之源極端耦接至一工作電壓Vdd2，且汲極端耦接至閘極端；以及電晶體M7之源極端耦接至工作電壓Vdd2，且閘極端與電晶體M6之閘極端耦接；其中，當電源區塊選擇單元303選擇電源區塊LVD運作時，則電晶體M7之汲極端依據感應電流ISENSE產生輸出電流I2至內部電路。
請注意，在本實施例中，輸出電流I1與I2實質上為一倍數關係，該倍數關係可為1或大於1的關係。電晶體M4與M5為高壓元件，電晶體M6與M7為低壓元件，即電源區塊HVD與LVD採用不同的耐壓元件。在另一實施例中，工作電壓Vdd2小於工作電壓Vdd1。
另外，在本實施例中，電源區塊選擇單元303包含電晶體M8與M9，電晶體M8與M9接收來自比較器302之比較訊號CS決定選擇電源區塊HVD被致能或是電源區塊LVD被致能。
承上所述，當節點N1之電壓值大於參考電壓VTH時，則比較訊號CS致能電晶體M8，使得採用高壓元件的電源區塊HVD運作，以輸出輸出電流I1；當節點N1之電壓值小於參考電壓VTH時，則比較訊號CS致能電晶體M9，使得採用低壓元件的電源區塊LVD運作，以輸出輸出電流I2。
本發明利用電源區塊選擇單元303選擇不同工作電壓的電源區塊HVD或LVD進行運作，避免所有的操作都由高壓之工作電壓輸入電壓供電，以降低整體裝置負載，進而降低功耗。
以上雖以實施例說明本發明，但並不因此限定本發明之範圍，只要不脫離本發明之要旨，該行業者進行之各種變形或變更均落入本發明之申請專利範圍。

Claims (10)

  1. 一種工作電壓切換裝置，包含：一第一電流鏡電路，具有一第一節點接收一輸入電流，並依據該輸入電流產生出相對應之一感應電流；一比較器，比較一參考電壓與該第一電流鏡電路之該第一節點之一電壓值，以產生一比較訊號；一第一電源區塊，依據該感應電流提供一第一輸出電流至一內部電路；一第二電源區塊，依據該感應電流提供一第二輸出電流至該內部電路；以及一電源區塊選擇單元，耦接至該比較器、該第一電源區塊與該第二電源區塊，並依據該比較訊號選擇致能該第一電源區塊或該第二電源區塊。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該第一電流鏡電路包含：一電壓調整電路，耦接至該第一電流鏡電路之該第一節點與一第二節點，且該輸入電流與該感應電流分別流經該第一節點與該第二節點，該電壓調整電路用以調整該第一節點與該第二節點之電壓值，使兩節點之電壓值相等。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之裝置，其中該第一電流鏡電路包含：一第一電晶體，汲極端耦接至該第一節點，且源極端係耦接至接地端；以及一第二電晶體，汲極端耦接至該第二節點，且源極端係耦接至接地端；其中，該第二電晶體之閘極端與該第一電晶體之閘極端耦接，使該第二電晶體依據該輸入電流以產生該感應電流；該輸入電流係流經該第一節點，該感應電流係流經該第二節點。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之裝置，其中該電壓調整電路包含：一運算放大器，具有一反向輸入端、一非反向輸入端與一輸出端；以及一第三電晶體，該第三電晶體之閘極端耦接該輸出端，汲極端耦接至該電源區塊選擇單元，以及源極端耦接至該第二節點；其中，該非反向輸入端耦接至該第一節點，該反向輸入端耦接至該第二節點。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之裝置，其中該第一電源區塊包含：一第四電晶體，源極端耦接至一第一工作電壓，且汲極端耦接至閘極端；以及一第五電晶體，源極端耦接至該第一工作電壓，且閘極端與該第四電晶體之閘極端耦接；其中，當該電源區塊選擇單元選擇該第一電源區塊運作時，則該第五電晶體依據該感應電流產生該第一輸出電流。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之裝置，其中該第二電源區塊包含：一第六電晶體，源極端耦接至一第二工作電壓，且汲極端耦接至閘極端；以及一第七電晶體，源極端耦接至該第二工作電壓，且閘極端與該第六電晶體之閘極端耦接；其中，當該電源區塊選擇單元選擇該第二電源區塊運作時，該第七電晶體依據該感應電流產生該第二輸出電流。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之裝置，其中該電源區塊選擇單元包含：一第八電晶體，接收該比較訊號決定是否致能該第一電源區塊；以及一第九電晶體，接收該比較訊號決定是否致能該第二電源區塊。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之裝置，其中當該第一節點之電壓值大於該參考電壓時，則該比較訊號致能該第八電晶體，使該第一電源區塊運作以輸出該第一輸出電流；當該第一節點之電壓值小於該參考電壓時，則該比較訊號致能該第九電晶體，使該第二電源區塊運作以輸出該第二輸出電流。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之裝置，其中該第一電源區塊與該第二電源區塊採用不同的耐壓元件。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該感應電流小於該輸入電流。
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