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TWI422155B - 應用在積體電路實現多功能腳位的電路及方法 - Google Patents

應用在積體電路實現多功能腳位的電路及方法 Download PDF

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TWI422155B TW099138309A TW99138309A TWI422155B TW I422155 B TWI422155 B TW I422155B TW 099138309 A TW099138309 A TW 099138309A TW 99138309 A TW99138309 A TW 99138309A TW I422155 B TWI422155 B TW I422155B
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Description

應用在積體電路實現多功能腳位的電路及方法
本發明係有關一種應用在積體電路(IC)實現多功能腳位的電路，特別是關於一種利用單一腳位實現晶片致能及電源良好(power good)功能的電路。
隨著電路功能的增加，IC需要越來越多的腳位來實現這些功能，為了減少腳位的數量，目前已提出很多利用單一腳位實現多種功能的技術。電源良好信號在IC上是常見的輸出信號，其係供系統判斷IC功能是否準備完成，一般IC的電源良好輸出多是用開汲極(open drain)或開集極(open collector)的架構實現，並利用接線或閘(wire-or)來和其他IC相互連接，系統端會有一個上拉電阻連接所有IC的電源良好輸出，當所有IC的電源良好輸出皆為開路時，則觸發電源良好信號以通知系統所有IC皆準備完成，當任一個IC的電源良好輸出為短路時，則電源良好信號不被觸發，因此系統將得知還有IC未準備完成。
圖1顯示習知的電源轉換器，其包括IC 10用以控制功率開關M1及M2的切換而將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vout。此IC 10利用多功能腳位POK/EN來實現晶片致能及電源良好功能。圖2顯示圖1的IC 10中利用多功能腳位POK/EN實現晶片致能及電源良好功能的電路，其中上拉電阻Rpull連接在電源電壓端VCC及多功能腳位POK/EN之間，開關Q2連接在多功能腳位POK/EN及接地端GND之間，受控於晶片致能信號EN，二極體D2與開關Q1串聯在多功能腳位POK/EN及接地端GND之間，比較器12將多功能腳位POK/EN的電壓與臨界值Vth1比較產生信號CE以啟動或關閉IC 10，比較器14比較回授腳位FB的電壓及臨界值Vth2產生信號PG控制開關Q1。當晶片致能信號EN使開關Q2為閉路時，多功能腳位POK/EN的電壓被拉到GND，因此比較器12輸出低準位的信號CE使IC 10關閉。當開關Q2為開路時，通過上拉電阻Rpull的電流Iok將從多功能腳位POK/EN經二極體D2及開關Q1流向接地端GND，由於開關Q1為閉路時其上跨壓很小，故需要藉由二極體D2的順向偏壓VF使多功能腳位POK/EN的電壓可以大於臨界值Vth1，進而使比較器12輸出高準位的信號CE啟動IC 10。在IC 10啟動後，若回授腳位FB的電壓大於臨界值Vth2，表示此IC 10準備完成，比較器14將使開關Q1為開路，當所有IC都準備完成後，多功能腳位POK/EN的電壓被拉高，以觸發電源良好信號以通知系統所有IC皆準備完成。
晶片致能及電源良好輸出都有各自的規範，一般來說，當多功能腳位POK/EN的電壓大於0.3V時，比較器12將送出信號CE啟動IC 10，而當多功能腳位POK/EN的電壓大於0.4或0.8V時，便判定為電源良好狀態。然而，0.3V到0.4或0.8V之間的區間是很小的，因此很可能因為製程、電壓及溫度變化而使多功能腳位POK/EN的電壓在IC 10未準備完成時大於0.4或0.8V，進而導致系統誤判。此外，上拉電阻Rpull的大小也會有影響，較小的上拉電阻Rpull將產生較大的電流Iok，根據二極體的特性，當通過其上的電流越大時，其順向偏壓VF也越大，因此，上拉電阻Rpull不能太小，否則將使多功能腳位POK/EN的電壓在IC 10未準備完成時觸發電源良好信號。但是當上拉電阻Rpull過大時，電流Iok變得很小，這將使多功能腳位POK/EN的電壓緩慢上升，因而需要較長的時間才能觸發電源良好信號，尤其是串接的IC數量越多時，系統的反應速度越慢。再者，在此架構中，由於電流Iok限制在較小的範圍中，例如50uA，因此，當二極體D2較強(stronger)時，可能使多功能腳位POK/EN的電壓無法大於臨界值Vth1，因而無法使IC 10啟動，相反的，當二極體D2較弱(weaker)時，可能在IC 10未準備完成時便觸發電源良好信號。如上所述，習知利用多功能腳位POK/EN實現晶片致能及電源良好功能的電路，有著許多限制，導致設計的困難。
本發明係有關一種利用單一腳位實現晶片致能及電源良好功能的電路及方法。
根據本發明，一種應用在積體電路實現多功能腳位的電路包括：第一開關連接該積體電路的多功能腳位；電流偵測器偵測該第一開關的電流，並根據該電流的大小決定第一信號；第一比較器比較該多功能腳位的電壓及第一臨界值產生第二信號；多工器從該第一及第二信號中選擇其中一個以啟動或關閉該積體電路；以及第二比較器在該回授腳位的電壓大於第二臨界值時，產生該第三信號使該第一開關為開路；其中，在該第一開關為開路後，若該多功能腳位的電壓大於第三臨界值，判定為電源良好狀態。
根據本發明，一種應用在積體電路實現多功能腳位的方法包括：偵測與該多功能腳位連接的第一開關的電流，並根據該電流的大小決定第一信號；比較該多功能腳位的電壓及第一臨界值產生第二信號；在該積體電路的回授腳位的電壓小於第二臨界值時，選擇該第一信號來控制該積體電路的啟動或關閉；在該回授腳位的電壓大於第二臨界值時，控制該第一開關為開路並選擇該第二信號來控制該積體電路的啟動或關閉；以及在該第一開關為開路後，若該多功能腳位的電壓大於第三臨界值，判定為電源良好狀態。
圖3顯示本發明的功能方塊圖，其中上拉電阻Rpull連接IC 10的多功能腳位POK/EN，作為電流源提供電流Iok，第二開關SW2連接在多功能腳位POK/EN及接地端GND之間，受控於晶片致能信號EN，電源良好判斷電路20根據多功能腳位POK/EN的電壓決定電源良好信號APG，第一開關SW1連接多功能腳位受控於信號PG，電流偵測器22偵測通過第一開關SW1的電流產生信號S1，第一比較器24根據多功能腳位POK/EN的電壓決定信號S2，多工器26根據信號PG從信號S1及S2中選擇其中一個作為信號CE以啟動或關閉IC 10，第二比較器28根據IC 10的回授腳位FB的電壓決定信號PG。
圖4顯示圖3功能方塊的實施例，其中第一開關SW1及第二開關SW2皆為MOS電晶體，電源良好判斷電路20為比較器用以比較多功能腳位POK/EN的電壓及臨界值Vth3，當多功能腳位POK/EN的電壓大於臨界值Vth3時，電源良好判斷電路20輸出電源良好信號APG。電流偵測器22包括由電晶體M1及M2組成的電流鏡、電流源30及反相器32，其中電流鏡連接第一開關SW1，用以鏡射通過第一開關SW1的電流而產生鏡射電流Im與電流源30所提供的參考電流IEN比較，當鏡射電流Im小於參考電流IEN時，節點34的電壓為高準位，故反相器32輸出低準位的信號S1，當鏡射電流Im大於參考電流IEN時，節點34的電壓為低準位，故反相器32輸出高準位的信號S1。
參照圖4，當IC10未啟動時，第二開關SW2為閉路，又回授腳位FB的電壓小於臨界值Vth2，故比較器28送出低準位的信號PG以使第一開關SW1為閉路並使多工器26選擇送出信號S1，此時電流Iok幾乎全經由第二開關SW2流向接地端GND，故第一開關SW1上幾乎沒有電流，因而使鏡射電流Im小於參考電流IEN，信號S1為低準位無法啟動IC 10。接著，當晶片致能信號EN使第二開關SW2為開路時，電流Iok經由多功能腳位POK/EN、第一開關SW1及電晶體M1流向接地端GND，此時鏡射電流Im大於參考電流IEN，因而使信號S1轉為高準位以啟動IC 10，在此實施例中，由於要將通過第一開關SW1的電流縮小N倍後再與參考電流IEN比較，因此通過上拉電阻Rpull的電流Iok不能太小，假設參考電流IEN為10uA，則電流Iok約為1mA~10mA。在IC 10被啟動後，回授腳位FB的電壓開始上升，當其大於臨界值Vth2時，表示此IC 10已準備完成，比較器28輸出高準位的信號PG以使第一開關SW1為開路，並使多工器26選擇送出信號S2。在IC 10的第一開關SW1為開路期間，若還有其他IC未準備完成，則未準備完成的IC中的第一開關SW1及電晶體M1的跨壓將使IC 10的多功能腳位POK/EN的電壓大於臨界值Vth1並小於臨界值Vth3，因此IC 10中的第一比較器24送出高準位的信號S2以使IC 10維持啟動狀態，一般來說，臨界值Vth1約為0.3V，臨界值Vth3約為0.8V。若其他IC皆準備完成，則電流Iok將使多功能腳位POK/EN的電壓上升，在其大於臨界值Vth3時，電源良好判斷電路20送出高準位的信號APG通知系統所有IC皆準備完成。由於本發明中的電流Iok較習知電路中的電流Iok高，故可以串接更多的IC介面，並可以增快系統的反應速度。
以上對於本發明之較佳實施例所作的敘述係為闡明之目的，而無意限定本發明精確地為所揭露的形式，基於以上的教導或從本發明的實施例學習而作修改或變化是可能的，實施例係為解說本發明的原理以及讓熟習該項技術者以各種實施例利用本發明在實際應用上而選擇及敘述，本發明的技術思想企圖由以下的申請專利範圍及其均等來決定。
10．．．積體電路
12．．．比較器
14．．．比較器
20．．．電源良好判斷電路
22．．．電流偵測器
24．．．第一比較器
26．．．多工器
28．．．第二比較器
30．．．電流源
32．．．反相器
34．．．節點
圖1顯示習知的電源轉換器；
圖2顯示利用多功能腳位POK/EN實現晶片致能及電源良好功能的電路；
圖3顯示本發明的功能方塊圖；以及
圖4顯示圖3功能方塊的實施例。
10．．．積體電路
20．．．電源良好判斷電路
22．．．電流偵測器
24．．．第一比較器
26．．．多工器
28．．．第二比較器

Claims (7)

  1. 一種應用在積體電路實現多功能腳位的電路，包括：第一開關，連接該積體電路的多功能腳位；電流偵測器，連接該第一開關，偵測該第一開關的電流，並根據該電流的大小決定第一信號；第一比較器，連接該多功能腳位，比較該多功能腳位的電壓及第一臨界值產生第二信號；多工器，連接該第一比較器及電流偵測器，從該第一及第二信號中選擇其中一個以啟動或關閉該積體電路；以及第二比較器，連接該第一開關及該積體電路的回授腳位，在該回授腳位的電壓大於第二臨界值時，產生第三信號使該第一開關為開路；其中，在該第一開關為開路後，若該多功能腳位的電壓大於第三臨界值，判定為電源良好狀態。
  2. 如請求項1之應用在積體電路實現多功能腳位的電路，更包括：電流源，連接該多功能腳位，以對其供應電流；以及第二開關，連接在該多功能腳位及接地端之間，因應晶片致能信號而改變該第一開關的電流。
  3. 如請求項2之應用在積體電路實現多功能腳位的電路，其中該電流源包括上拉電阻連接在電源電壓及該多功能腳位之間。
  4. 如請求項1之應用在積體電路實現多功能腳位的電路，其中該電流偵測器包括：電流鏡，連接該第一開關，鏡射該第一開關的電流產生鏡射電流；以及電流源，連接該電流鏡，提供參考電流與該鏡射電流比較以決定該第一信號。
  5. 如請求項1之應用在積體電路實現多功能腳位的電路，其中該多工器根據該第三信號選擇輸出該第一信號或第二信號。
  6. 一種應用在積體電路實現多功能腳位的方法，包括：(A)偵測與該多功能腳位連接的第一開關的電流，並根據該電流的大小決定第一信號；(B)比較該多功能腳位的電壓及第一臨界值產生第二信號；(C)在該積體電路的回授腳位的電壓小於第二臨界值時，選擇該第一信號來控制該積體電路的啟動或關閉；(D)在該回授腳位的電壓大於第二臨界值時，控制該第一開關為開路並選擇該第二信號來控制該積體電路的啟動或關閉；以及(E)在該第一開關為開路後，若該多功能腳位的電壓大於第三臨界值，判定為電源良好狀態。
  7. 如請求項6之應用在積體電路實現多功能腳位的方法，其中該步驟A包括：鏡射該第一開關的電流產生鏡射電流；以及比較該鏡射電流及一參考電流產生該第一信號。
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