TWI520481B - 起電初始電路 - Google Patents

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TWI520481B TW101117349A TW101117349A TWI520481B TW I520481 B TWI520481 B TW I520481B TW 101117349 A TW101117349 A TW 101117349A TW 101117349 A TW101117349 A TW 101117349A TW I520481 B TWI520481 B TW I520481B
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Description

起電初始電路
本發明係有關於一種起電初始電路，尤指一種可增加起電能力以及減少使用者不想要的邊際效應或是閂鎖效應的起電初始電路。
請參照第1圖，第1圖係為先前技術說明一起電初始電路100的示意圖。當一高電壓啟動訊號VHES尚未啟動一高電壓產生單元102時，起電初始電路100利用一N型金氧半二極體104固定節點A的電位在VCC-Vth，其中VCC係為一內部供應電壓，Vth係為N型金氧半二極體104的臨界電壓，以及高電壓啟動訊號VHES係由一起電電路(power-up circuit)產生；當高電壓啟動訊號VHES啟動高電壓產生單元102時，高電壓產生單元102產生一內部高電壓VIH，其中內部高電壓VIH大於VCC-Vth。
在先進金氧半電晶體製程中，內部供應電壓VCC隨著金氧半電晶體製程的進步而逐漸降低，所以VCC-Vth亦逐漸降低。因為VCC-Vth逐漸降低，所以起電初始電路100的起電(power-up)能力降低，以及會出現一些使用者不想要的邊際效應(side effect)或是閂鎖(latch-up)效應。因此，對於使用者而言，起電初始電路100並非是一個好的起電初始電路。
本發明的一實施例提供一種起電初始電路。該起電初始電路包含一起電控制單元、一第一開關和一第二開關。該起電控制單元係用以接收一高電壓啟動訊號，以及產生一第一起電控制訊號；該第一開關具有一第一端，用以接收一外部電壓，一第二端，用以耦接於該起電控制單元，以接收該第一起電控制訊號，及一第三端；該第二開關具有一第一端，耦接於該第一開關的第三端，一第二端，用以耦接於該起電控制單元，以接收該第一起電控制訊號，及一第三端，用以耦接於一高電壓產生單元。
本發明提供一種起電初始電路。該起電初始電路係利用一起電控制單元決定一第一開關和一第二開關或該一第一開關、該第二開關和一第三開關的開啟與關閉，以及利用一高電壓產生單元的啟動與未啟動，以控制該第二開關的第三端的電位。因此，相較於先前技術，本發明的起電能力不會因為一外部電壓降低(該外部電壓隨著一金氧半電晶體製程的進步而逐漸降低)而降低，亦不會出現一些使用者不想要的邊際效應或是閂鎖效應。
請參照第2圖，第2圖係為本發明的一實施例說明一種起電初始電路200的示意圖。起電初始電路200包含一起電控制單元202、一第一開關204和一第二開關206。起電控制單元202係用以接收一高電壓啟動訊號VHES，以及產生一第一起電控制訊號FPCS，其 中高電壓啟動訊號VHES係由一起電電路產生；第一開關204具有一第一端，用以接收一外部電壓VEXT，一第二端，用以耦接於起電控制單元202，以接收第一起電控制訊號FPCS，及一第三端；第二開關206具有一第一端，耦接於第一開關204的第三端，一第二端，用以耦接於起電控制單元202，以接收第一起電控制訊號FPCS，及一第三端，用以耦接於一高電壓產生單元208，其中高電壓產生單元208另用以接收高電壓啟動訊號VHES。第一開關204與第二開關206係可為P型金氧半電晶體。但本發明並不受限於第一開關204與第二開關206係可為P型金氧半電晶體，亦即第一開關204與第二開關206係可為N型金氧半電晶體或傳輸閘。如第2圖所示，起電控制單元202包含一電壓源為VEXT之第一反相器2022與一電壓源為節點A的電位之第二反相器2024。其中，節點A的電位與高壓產生單元208的輸出電位相同。第一反相器2022具有一第一端，用以接收高電壓啟動訊號VHES，及一第二端；第二反相器2024具有一第一端，耦接於第一反相器2022的第二端，及一第二端，耦接於第一開關204的第二端與第二開關206的第二端，用以輸出第一起電控制訊號FPCS。第3圖為本發明之另一實施例說明第一開關204之第二端可直接耦接於高電壓啟動訊號VHES，亦即高電壓啟動訊號VHES亦可視為起電控制單元202之部份。
請參照第4圖與第5圖，第4圖係為說明第一起電控制訊號FPCS、高電壓啟動訊號VHES、第一開關204、第二開關206的操 作狀態，以及節點A、B的電位的示意圖，第5圖係為說明節點A的電位以及外部電壓VEXT的示意圖。如第2圖、第4圖和第5圖所示，在狀態1時，因為高電壓啟動訊號VHES係為一低電位VL，所以高電壓產生單元208根據高電壓啟動訊號VHES關閉。此時，起電控制單元202根據高電壓啟動訊號VHES，產生具有一低電位VL’的第一起電控制訊號FPCS。因此，第一開關204與第二開關206根據第一起電控制訊號FPCS開啟。因為第一開關204、第二開關206開啟以及高電壓產生單元208關閉，所以第一開關204的第三端(節點B)的電位與第二開關206的第三端(節點A)的電位係為外部電壓VEXT。如第2圖、第4圖和第5圖所示，在狀態2(非常短暫)時，因為高電壓啟動訊號VHES係為一高電位VH，所以高電壓產生單元208根據高電壓啟動訊號VHES開啟，產生並輸出一內部高電壓VIH。此時，起電控制單元202根據高電壓啟動訊號VHES，產生具有一高電位VH’的第一起電控制訊號FPCS。因此，第一開關204與第二開關206根據第一起電控制訊號FPCS關閉。因為第一開關204以及第二開關206關閉，所以第一開關204的第三端(節點B)的電位係為浮接狀態。因為高電壓產生單元208輸出內部高電壓VIH，所以內部高電壓VIH開始對第二開關206的第三端(節點A)充電。亦即第二開關206的第三端(節點A)的電位VEXT’係介於外部電壓VEXT與內部高電壓VIH之間。如第2圖、第4圖和第5圖所示，在狀態3時，高電壓啟動訊號VHES係為高電位VH，因為高電壓產生單元208根據高電壓啟動訊號VHES開啟，所以持續輸出內部高電壓VIH。第一開關204與第二開關206根據第一起電 控制訊號FPCS依舊關閉。因為第一開關204、第二開關206關閉，所以第一開關204的第三端(節點B)的電位係為浮接狀態。因為高電壓產生單元208持續輸出內部高電壓VIH，所以第二開關206的第三端(節點A)的電位係為內部高電壓VIH。
另外，在本發明的另一實施例中，起電初始電路200係包含高電壓產生單元208。另外，本發明並不受限於第2圖中的起電控制單元202，以及第4圖中的第一起電控制訊號FPCS與高電壓啟動訊號VHES的操作狀態。只要起電控制單元、第一起電控制訊號與高電壓啟動訊號可利用第一開關與第二開關達成上述第5圖的結果，皆落入本發明的範疇。
請參照第6圖，第6圖係為本發明的另一實施例說明一種起電初始電路500的示意圖。起電初始電路500和起電初始電路200的差別在於起電初始電路500另包含一第三開關510，具有一第一端，用以接收一內部電壓VINT，其中內部電壓VINT是低於外部電壓VEXT，一第二端，用以耦接於起電控制單元202，以接收起電控制單元202所產生的第二起電控制訊號SPCS，及一第三端，耦接於第一開關204的第三端，其中第三開關510係可為一P型金氧半電晶體。但本發明並不受限於第三開關510係可為P型金氧半電晶體，亦即第三開關510係可為一N型金氧半電晶體或一傳輸閘。另外，第6圖中的起電控制單元202、第一開關204、第二開關206和高電壓產生單元208皆和第2圖中的起電控制單元202、第一開關204、 第二開關206和高電壓產生單元208相同，在此不再贅述。在本發明的另一實施例中，即第7圖，起電初始電路500的第一開關204的第二端係耦接於第一反相器2022的第一端，用以接收高電壓啟動訊號VHES。
請參照第8圖和第9圖，第8圖係為說明第一起電控制訊號FPCS、第二起電控制訊號SPCS、高電壓啟動訊號VHES、第一開關204、第二開關206和第三開關510的操作狀態，以及節點A、B的電位的示意圖，第9圖係為說明節點A、B的電位、內部電壓VINT以及外部電壓VEXT的示意圖。如第6圖、第8圖和第9圖所示，在狀態1時，因為高電壓啟動訊號VHES係為低電位VL，所以高電壓產生單元208根據高電壓啟動訊號VHES關閉。此時，起電控制單元202根據高電壓啟動訊號VHES，產生具有低電位VL’的第一起電控制訊號FPCS和具有一高電位VH’的第二起電控制訊號SPCS。因此，第一開關204與第二開關206根據第一起電控制訊號FPCS開啟，以及第三開關510根據第二起電控制訊號SPCS關閉。因為第一開關204、第二開關206開啟以及高電壓產生單元208關閉，所以第一開關204的第三端(節點B)的電位與第二開關206的第三端(節點A)的電位係為外部電壓VEXT。如第6圖、第8圖和第9圖所示，在狀態2(非常短暫)時，因為高電壓啟動訊號VHES係為高電位VH，所以高電壓產生單元208根據高電壓啟動訊號VHES開啟，產生並輸出內部高電壓VIH。此時，起電控制單元202根據高電壓啟動訊號VHES，產生具有高電位VH’的第一起電控制訊號 FPCS和具有低電位VL’的第二起電控制訊號SPCS。因此，第一開關204與第二開關206根據第一起電控制訊號FPCS關閉，以及第三開關510根據第二起電控制訊號SPCS開啟。因為第一開關204和第二開關206關閉，以及第三開關510開啟，所以第一開關204的第三端(節點B)的電位係為內部電壓VINT。因為高電壓產生單元208輸出內部高電壓VIH，所以內部高電壓VIH開始對第二開關206的第三端(節點A)充電。亦即第二開關206的第三端(節點A)的電位VEXT’係介於外部電壓VEXT與內部高電壓VIH之間。如第6圖、第8圖和第9圖所示，在狀態3時，高電壓啟動訊號VHES係為高電位VH，因為高電壓產生單元208根據高電壓啟動訊號VHES開啟，所以持續輸出內部高電壓VIH。第一開關204與第二開關206根據第一起電控制訊號FPCS依舊關閉，以及第三開關510根據第二起電控制訊號SPCS依舊開啟。因為第一開關204、第二開關206關閉，所以第一開關204的第三端(節點B)的電位係為內部電壓VINT。因為高電壓產生單元208持續輸出內部高電壓VIH，所以第二開關206的第三端(節點A)的電位係為內部高電壓VIH。
另外，在本發明的另一實施例中，起電初始電路500係包含高電壓產生單元208。另外，本發明並不受限於第6圖中的起電控制單元202，以及第8圖中的第一起電控制訊號FPCS、第二起電控制訊號SPCS以及高電壓啟動訊號VHES的操作狀態。只要起電控制單元、第一起電控制訊號、第二起電控制訊號與高電壓啟動訊號可利用第一開關、第二開關與第三開關達成上述第9圖的結果，皆落 入本發明的範疇。
綜上所述，本發明所提供的起電初始電路係利用起電控制單元決定第一開關和第二開關或第一開關、第二開關和第三開關的開啟與關閉，以及利用高電壓產生單元的啟動與未啟動，以控制第二開關的第三端的電位。因此，相較於先前技術，本發明的起電能力不會因為外部電壓降低(外部電壓隨著金氧半電晶體製程的進步而逐漸降低)而降低，亦不會出現一些使用者不想要的邊際效應或是閂鎖效應。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100、200、500‧‧‧起電初始電路
102、208‧‧‧高電壓產生單元
104‧‧‧N型金氧半二極體
202‧‧‧起電控制單元
204‧‧‧第一開關
206‧‧‧第二開關
510‧‧‧第三開關
2022‧‧‧第一反相器
2024‧‧‧第二反相器
A、B‧‧‧節點
FPCS‧‧‧第一起電控制訊號
SPCS‧‧‧第二起電控制訊號
VL、VL’‧‧‧低電位
VH、VH’‧‧‧高電位
VCC‧‧‧內部供應電壓
VEXT‧‧‧外部電壓
VEXT’‧‧‧電位
VINT‧‧‧內部電壓
VIH‧‧‧內部高電壓
Vth‧‧‧臨界電壓
VHES‧‧‧高電壓啟動訊號
第1圖係為先前技術說明一起電初始電路的示意圖。
第2圖係為本發明的一實施例說明一種起電初始電路的示意圖。
第3圖係為本發明的另一實施例說明一種起電初始電路的示意圖。
第4圖係為說明第一起電控制訊號、高電壓啟動訊號、第一開關、第二開關的操作狀態，以及節點A、B的電位的示意圖。
第5圖係為說明節點A的電位以及外部電壓的示意圖。
第6圖係為本發明的另一實施例說明一種起電初始電路的示意圖。
第7圖係為本發明的另一實施例說明一種起電初始電路的示意圖。
第8圖係為說明第一起電控制訊號、第二起電控制訊號、高電壓啟動訊號、第一開關、第二開關和第三開關的操作狀態，以及節點A、B的電位的示意圖。
第9圖係為說明節點A、B的電位、內部電壓以及外部電壓的示意圖。
200‧‧‧起電初始電路
202‧‧‧起電控制單元
204‧‧‧第一開關
206‧‧‧第二開關
208‧‧‧高電壓產生單元
2022‧‧‧第一反相器
2024‧‧‧第二反相器
A、B‧‧‧節點
FPCS‧‧‧第一起電控制訊號
VEXT‧‧‧外部電壓
VHES‧‧‧高電壓啟動訊號

Claims (15)

  1. 一種起電初始電路，包含：一起電控制單元，用以接收一高電壓啟動訊號，以及產生一第一起電控制訊號；一第一開關，具有一第一端，用以接收一外部電壓，一第二端，耦接於該起電控制單元，用以接收該第一起電控制訊號，及一第三端；及一第二開關，具有一第一端，耦接於該第一開關的第三端，一第二端耦接於該起電控制單元，用以接收該第一起電控制訊號，及一第三端，用以耦接於一高電壓產生單元；其中該高電壓產生單元是根據該高電壓啟動訊號開啟或關閉，以及該第二開關的第三端的電位是根據該高電壓產生單元、該第一開關和該第二開關的開啟或關閉的情況而為該外部電壓或一內部高電壓。
  2. 如請求項1所述之電路，其中該高電壓產生單元另用以接收該高電壓啟動訊號。
  3. 如請求項2所述之電路，其中當該高電壓啟動訊號係為一低電位時，該第一開關與該第二開關根據該第一起電控制訊號開啟，該高電壓產生單元根據該高電壓啟動訊號關閉，以及該第一開關的第三端的電位與該第二開關的第三端的電位係為該外 部電壓。
  4. 如請求項2所述之電路，其中當該高電壓啟動訊號係為一高電位時，該第一開關與該第二開關根據該第一起電控制訊號關閉，該高電壓產生單元根據該高電壓啟動訊號開啟，以產生並輸出該內部高電壓，以及該第二開關的第三端的電位係為該內部高電壓。
  5. 如請求項1所述之電路，其中該第一開關與該第二開關係為P型金氧半電晶體。
  6. 如請求項1所述之電路，另包含：一第三開關，具有一第一端，用以接收一內部電壓，一第二端，用以耦接於該起電控制單元，以接收該起電控制單元所產生的一第二起電控制訊號，及一第三端，耦接於該第一開關的第三端；其中該第二起電控制訊號和該第一起電控制訊號反相。
  7. 如請求項6所述之電路，其中該高電壓產生單元另用以接收該高電壓啟動訊號。
  8. 如請求項7所述之電路，其中當該高電壓啟動訊號係為一低電位時，該第一開關與該第二開關根據該第一起電控制訊號開 啟，該第三開關根據該第二起電控制訊號關閉，該高電壓產生單元根據該高電壓啟動訊號關閉，以及該第一開關的第三端的電位與該第二開關的第三端的電位係為該外部電壓。
  9. 如請求項7所述之電路，其中當該高電壓啟動訊號係為一高電位時，該第一開關與該第二開關根據該第一起電控制訊號關閉，該第三開關根據該第二起電控制訊號開啟，該高電壓產生單元根據該高電壓啟動訊號開啟，以產生並輸出該內部高電壓，以及該第一開關的第三端的電位係為該內部電壓與該第二開關的第三端的電位係為該內部高電壓。
  10. 如請求項7所述之電路，其中該起電控制單元包含：一第一反相器，具有一第一端，用以接收該高電壓啟動訊號，及一第二端，耦接於該第三開關的第二端，用以輸出該第二起電控制訊號，其中該第二起電控制訊號和該高電壓啟動訊號反相；及一第二反相器，具有一第一端，耦接於該第一反相器的第二端，用以接收該第二起電控制訊號，及一第二端，耦接於該第一開關的第二端與該第二開關的第二端，用以輸出該第一起電控制訊號。
  11. 如請求項6所述之電路，其中該第三開關係為一P型金氧半電 晶體。
  12. 如請求項1所述之電路，其中該起電控制單元包含：一第一反相器，具有一第一端，用以接收該高電壓啟動訊號，及一第二端；及一第二反相器，具有一第一端，耦接於該第一反相器的第二端，及一第二端，耦接於該第一開關的第二端與該第二開關的第二端，用以輸出該第一起電控制訊號。
  13. 如請求項10或12所述之電路，其中該第一反相器的電壓源為該外部電壓，以及該第二反相器的電壓源為該內部高電壓。
  14. 如請求項1或6所述之電路，另包含該高電壓產生單元。
  15. 一種起電初始電路，包含：一起電控制單元，用以接收一高電壓啟動訊號，以及產生一第一起電控制訊號；一第一開關，具有一第一端，用以接收一外部電壓，一第二端，耦接於該起電控制單元，用以接收該第一起電控制訊號，及一第三端；及一第二開關，具有一第一端，耦接於該第一開關的第三端，一第二端，耦接於該起電控制單元，用以接收該第一起電控制訊號，及一第三端，用以耦接於一高電壓產生單元；其中該高電壓產生單元是根據該高電壓啟動訊號開啟或關閉，以及當該高電壓產生單元根據該高電壓啟動訊號關閉時，該 第二開關的第三端的電位等於該外部電壓。
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