一种电压控制电路及电子设备的制作方法

1.本发明涉及集成电路设计领域，尤其涉及一种电压控制电路及电子设备。


背景技术：

2.在芯片电源管理部分的电路中，常出现输入芯片内部电路模块的器件极限工作电压较高的情况，这时一般需要采用一个dc-dc降压电路或者预稳压电路来将电源电压降低到芯片内部器件能承受的工作电压。
3.采用dc-dc降压电路的相关电路设计比较复杂，而简单的预稳压电路则一般需要相关工艺具有齐纳二极管或者jfet器件才能实现。这两种情况都会增大芯片的芯片面积，从而增大了芯片的制造成本。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本技术实施例提供了一种电压控制电路及电子设备，具体方案如下：第一方面，本技术实施例提供了一种电压控制电路，所述电压控制电路包括：保护单元、电压钳位单元和稳压单元；所述保护单元的第一端和第二端用于接入初始电压，所述保护单元的第三端与所述电压钳位单元电连接，所述保护单元的第四端与所述稳压单元的一端电连接，所述稳压单元的另一端与所述电压钳位单元电连接，其中，所述保护单元的第三端的电压和第四端的电压相等；所述电压钳位单元用于通过所述保护单元获取所述初始电压，并对所述初始电压进行钳位处理，以得到中间钳位电压；所述稳压单元用于调节所述中间钳位电压以得到目标电压，所述保护单元的第四端用于输出所述目标电压。
5.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述保护单元包括第一mos管和第二mos管，所述第一mos管和所述第二mos管连接组成电流镜；所述第一mos管的第一电极与所述第二mos管的第一电极电连接；所述第一mos管的所述第一电极和第二电极均用于通过第一电阻接入所述初始电压，所述第一mos管的第三电极用于输出所述目标电压；所述第二mos管的第三电极与所述电压钳位单元电连接。
6.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述第一mos管和所述第二mos管均为ldmos管。
7.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述电压钳位单元包括电流镜支路、预设数量的钳位晶体管以及预设数量的二极管；所述电流镜支路的第一连接端通过预设数量的钳位晶体管与所述电流镜支路的第二连接端电连接；
所述电流镜支路的第三连接端和第四连接端均通过预设数量的二极管接地。
8.根据本技术实施例的一种具体实施方式，预设数量的所述钳位晶体管包括第一数量的p型mos管和第二数量的n型mos管，其中；所述电流镜支路的第一连接端通过所述第一数量的p型mos管与所述保护单元的第四端电连接，所述电流镜支路的第二连接端通过所述第二数量的n型mos管和所述保护单元的第四端电连接。
9.根据本技术实施例的一种具体实施方式，各钳位晶体管的第一电极和第二电极之间短接。
10.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述电流镜支路包括第三mos管和第四mos管；所述第三mos管的第一电极与所述第四mos管的第一电极电连接；所述第三mos管的第二电极通过预设数量的钳位晶体管与所述第四mos管的第二电极电连接；所述第三mos管的所述第一电极和所述第四mos管的所述第一电极均与所述第四mos管的第二电极电连接；所述第三mos管的第三电极和所述第四mos管的第三电极均通过预设数量的二极管接地。
11.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述稳压单元包括带隙基准源、运算放大器和反馈采样支路；所述带隙基准源的输入端用于接入所述中间钳位电压，所述带隙基准源的输出端与所述运算放大器的正相输入端和偏置端电连接；所述运算放大器的反相输入端与所述反馈采样支路电连接；所述运算放大器的输出端与所述电压钳位单元电连接。
12.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述反馈采样支路包括第二电阻和第三电阻；所述第二电阻的一端用于接入所述中间钳位电压，所述第二电阻的另一端与所述运算放大器的反相输入端电连接；所述第三电阻的一端与所述运算放大器的反相输入端电连接，所述第三电阻的另一端接地。
13.第二方面，本技术实施例提供了一种电子设备，所述电子设备包括前述第一方面及第一方面任一实施方式的电压控制电路。
14.本技术实施例提供了一种电压控制电路及电子设备，所述电压控制电路包括：保护单元、电压钳位单元和稳压单元；所述保护单元的第一端和第二端用于接入初始电压，所述保护单元的第三端与所述电压钳位单元电连接，所述保护单元的第四端与所述稳压单元的一端电连接，所述稳压单元的另一端与所述电压钳位单元电连接，其中，所述保护单元的第三端的电压和第四端的电压相等；所述电压钳位单元用于通过所述保护单元获取所述初始电压，并对所述初始电压进行钳位处理，以得到中间钳位电压；所述稳压单元用于调节所述中间钳位电压以得到目标电压，所述保护单元的第四端用于输出所述目标电压。本发明通过电压钳位单元和稳压单元的设置，有效提高了输出电压的精度和稳定度，并减少了对
于特殊工艺的依赖。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。
16.图1示出了本技术实施例提供的一种电压控制电路的电路模块示意图；图2示出了本技术实施例提供的一种电压控制电路的电路连接结构示意图；图3示出了本技术实施例提供的一种电压控制电路的另一电路连接结构示意图。
17.附图标记汇总：电压控制电路-100；保护单元-110；电压钳位单元-120；稳压单元-130；供电电源-200；负载器件-300。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
19.通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
21.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
22.除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
23.参考图1，为本技术实施例提供的一种电压控制电路100的模块示意图，本技术实施例提供的电压控制电路100，如图1所示，所述电压控制电路100包括：保护单元110、电压钳位单元120和稳压单元130；所述保护单元110的第一端和第二端用于接入初始电压，所述保护单元110的第三端与所述电压钳位单元120电连接，所述保护单元110的第四端与所述稳压单元130的一端电连接，所述稳压单元130的另一端与所述电压钳位单元120电连接，其中，所述保护单元110的第三端的电压和第四端的电压相等；
所述电压钳位单元120用于通过所述保护单元110获取所述初始电压，并对所述初始电压进行钳位处理，以得到中间钳位电压；所述稳压单元130用于调节所述中间钳位电压以得到目标电压，所述保护单元110的第四端用于输出所述目标电压。
24.在具体实施方式中，本实施例提出的电压控制电路100连接在供电电源200和负载器件300之间，所述电源控制电路用于对所述供电电源200提供的初始电压进行预设调节处理，以得到匹配所述负载器件300工作性能的目标电压。
25.具体的，所述保护单元110可以为一种高压保护装置，所述保护单元110的第一端和第二端用于与所述供电电源200电连接，所述供电电源200可以为能够提供高压电信号的电源设备。本实施例不对供电电源200的具体类型作限定。
26.所述保护单元110的第三端、所述电压钳位单元120、所述稳压单元130和所述保护单元110的第四端之间形成一个调压稳压环路，根据所述电压钳位单元120对所述供电电源200提供的初始电压进行钳位处理，能够得到适配所述负载器件300的中间钳位电压。再通过所述稳压单元130对于所述中间钳位电压的稳压处理，能够为负载器件300提供稳定的直流电源。
27.具体的，所述保护单元110为一个电流镜结构，所述保护单元110的第一端和第二端为所述电流镜结构的供电端，所述保护单元110的第三端为所述电流镜结构的镜源端，所述保护单元110的第四端为所述电流镜结构的镜像端。
28.根据电流镜结构的特性，所述保护单元110的第三端和第四端的电压相等。从而能够通过控制调整保护单元110的第三端的电压，实现对电压控制电路输出端vdda的电压调节。
29.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述保护单元110包括第一mos管和第二mos管，所述第一mos管和所述第二mos管连接组成电流镜；所述第一mos管的第一电极与所述第二mos管的第一电极电连接；所述第一mos管的所述第一电极和第二电极均用于通过第一电阻接入所述初始电压，所述第一mos管的第三电极用于输出所述目标电压；所述第二mos管的第三电极与所述电压钳位单元120电连接。
30.在具体实施方式中，如图2所示，所述第一mos管为mos管mn0，所述第二mos管为mos管mn1，其中，mn0和mn1连接组成一个电流镜结构。所述第一电阻为电阻r0。
31.在具体实施例中，所述保护单元110可以替换为现有的其它电流镜连接结构。当所述保护单元110替换为其它电流镜连接结构时，保护单元110的第三端和第四端仍保持本实施例中的电路连接关系。
32.在本实施例中，所述第一电极为对应的mos管的栅极或三极管的基极，所述第二电极为对应的mos管的漏极或三极管的集电极，所述第三电极为对应的mos管的源极或三极管的发射极。
33.具体的，mn0的栅极与mn1的栅极电连接。mn0的栅极和mn1的栅极和漏极均通过第一电阻r0与供电电源200电连接，用于接入所述供电电源200提供的初始电压。
34.mn1的源极与所述电压钳位单元120电连接，从而通过所述mn1的mos管特性，将所述初始电压输送至所述电压钳位电源，以供所述电压钳位单元120对所述初始电压作钳位
处理，以得到匹配负载器件300的工作电压。
35.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述第一mos管和所述第二mos管均为ldmos管。
36.在具体实施方式中，所述第一mos管和所述第二mos管均为横向扩散金属氧化物半导体（laterally-diffused metal-oxide semiconductor，简称ldmos）。
37.与常规晶体管相比，ldmos在增益、线性度、开关性能、散热性能以及减少级数等方面均具有优势。
38.ldmos能够经受住高于双极性晶体管3倍的驻波比，能在较高的反射功率下运行且不会造成破坏。能够承受输入信号的过激励，且因为有高级的顺时峰值功率，所以更适合发射射频信号。ldmos增益曲线较平滑并且允许多载波射频信号放大且失真较小。ldmos管有一个低且无变化的互调电平到饱和区，不会随功率电平的增加而改变互调电平。ldmos晶体管还能有效防止热散耗的影响。
39.且在本实施例中，仅第一mos管和第二mos管为ldmos，本实施例提出的电压控制电路无需使用过多的ldmos器件，使用少量ldmos器件、电阻、普通的低压mos器件和普通的二极管器件就可以实现一种适应性好、易集成、成本低的降压稳压电路。减少了芯片面积和对特殊工艺的依赖，降低了制造成本。
40.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述电压钳位单元120包括电流镜支路、预设数量的钳位晶体管以及预设数量的二极管；所述电流镜支路的第一连接端通过预设数量的钳位晶体管与所述电流镜支路的第二连接端电连接；所述电流镜支路的第三连接端和第四连接端均通过预设数量的二极管接地。
41.在具体实施方式中，如图2和图3所示，所述电压钳位单元120包括mn4和mn5组成的电流镜支路，mp0、mp1、mn2和mn3四个钳位晶体管以及d0和d1两个二极管。
42.具体的，如图3所示，预设数量的钳位晶体管之间呈串联连接关系，举例来说，mp1的栅极和漏极与所述mn5的漏极电连接，mp1的源极和mp0的栅极和漏极电连接，mp0的源极和mn2的栅极和漏极电连接，mn2的源极和mn3的栅极和漏极电连接，mn3的源极和mn4的栅极和漏极电连接。
43.预设数量的二极管之间也呈串联连接关系，举例来说，d0的阳极连接mn4和mn5的源极，d0的阴极连接d1的阳极，d1的阴极接地。
44.通过多级钳位晶体管和多级二极管之间的连接关系，能够根据实际应用场景适应性的调节钳位晶体管的数量和二极管的数量，以调整所述电压钳位单元120所限制的电位大小。
45.当所述负载器件300需要更大的工作电压时，可适应性的减少二极管和钳位晶体管的数量，当所述负载器件300需要更小的工作电压时，可适应性的增加二极管和钳位晶体管的数量。
46.本实施例提出的电压钳位单元120，可以方便的调节vdda的输出电压，且采用常规的bcd工艺进行实现，功耗更低。同时，可以通过调整不同器件的组合，来实现对vdda的输出精度的优化，例如，改变p型mos管的数量或n型mos管的数量。
47.根据本技术实施例的一种具体实施方式，预设数量的所述钳位晶体管包括第一数
量的p型mos管和第二数量的n型mos管，其中；所述电流镜支路的第一连接端通过所述第一数量的p型mos管与所述保护单元110的第四端电连接，所述电流镜支路的第二连接端通过所述第二数量的n型mos管和所述保护单元110的第四端电连接。
48.在具体实施方式中，如图2中所示，所述钳位控制单元包括2个p型mos管和2个n型mos管，分别为p型mos管mp0、p型mos管mp1、n型mos管mn2和n型mos管mn3，其中，mp0、mp1、mn2和mn3依次串联，mp1的漏极和栅极连接对应电流镜支路的第一连接端，mn3的源极连接对应电流镜支路的第二连接端。
49.具体的，mp0的源极通过中间节点与所述mn2的漏极和栅极电连接。所述保护单元110的第三端通过所述中间节点与所述电压钳位单元120电连接，即mn1的源极通过所述中间节点分别和所述mp0的源极以及mn2的漏极和栅极电连接。
50.用户可以通过调整第一数量和第二数量的具体数值来控制所述电压钳位单元120所限制的电位大小和电位精度。
51.根据本技术实施例的一种具体实施方式，各钳位晶体管的第一电极和第二电极之间短接。
52.在具体实施方式中，根据钳位晶体管特性，将各钳位晶体管的栅极和漏极短接后，使得一定有vds》vgs-vth，即正常情况下各钳位晶体管始终都是工作在饱和区的。
53.通过各钳位晶体管的串联连接，能够在控制环路未建立前，有效保护好芯片内部的低压器件和电路。
54.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述电流镜支路包括第三mos管和第四mos管；所述第三mos管的第一电极与所述第四mos管的第一电极电连接；所述第三mos管的第二电极通过预设数量的钳位晶体管与所述第四mos管的第二电极电连接；所述第三mos管的所述第一电极和所述第四mos管的所述第一电极均与所述第四mos管的第二电极电连接；所述第三mos管的第三电极和所述第四mos管的第三电极均通过预设数量的二极管接地。
55.在具体实施方式中，所述第三mos管为mos管mn5，所述第四mos关为mos管mn4。
56.通过所述电压钳位单元120作用，能够将初始电压的脉冲信号的一部分固定在指定电压值上，并保持原波形形状不变。
57.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述稳压单元130包括带隙基准源、运算放大器和反馈采样支路；所述带隙基准源的输入端用于接入所述中间钳位电压，所述带隙基准源的输出端与所述运算放大器的正相输入端和偏置端电连接；所述运算放大器的反相输入端与所述反馈采样支路电连接；所述运算放大器的输出端与所述电压钳位单元120电连接。
58.在具体实施方式中，所述带隙基准源（bandgap reference）的结构和所述运算放大器的结构均可以参考现有器件的具体结构，此处不作限定。
59.具体的，当所述供电电源200开始输出初始电压后，所述电压钳位单元120会对所述初始电压作钳制处理，以得到中间钳位电压。所述中间钳位电压为所述负载器件300在实际应用过程中所需的工作电压。
60.所述带隙基准源的输入端即所述带隙基准源的电源端，所述带隙基准源的电源端在接入所述中间钳位电压后，能够产生预设的基准电压和基准电流。
61.所述带隙基准源的输出端与所述运算放大器的正相输入端和偏置端电连接，所述带隙基准源用于向所述运算放大器的正相输入端提供预设的基准电压和基准电流，向所述运算放大器的偏置端提供共模电平。
62.所述运算放大器根据放大器特性，正相输入端与反相输入端的电压相等，此时r1、r2、mn0、mn1、mp0、mp1和运算放大器一起构成可自调节的负反馈大环路，当整个反馈环路建立后，mn1的源极电压被反馈环路控制进一步拉低，而mn2、mn3、mn4、mn5、d0和d1进入不导通状态。反馈环路通过调节运算放大器的输出电压即mp1的漏端电压来精确地调节输出vdda的电压，从而保证vdda输出电压的稳定。
63.运算放大器的输出端与电压钳位单元120中电流镜支路的第一连接端电连接，具体的，如图2所示，所述运算放大器的输出端与mn5的漏极，mp1的栅极和漏极电连接。
64.所述带隙基准源和所述运算放大器的供电采用了自供电的设计，不需要添加额外的低压电源为带隙基准源和运算放大器进行供电，同时，所述带隙基准源和所述运算放大器还可以对所述电压控制电路中的其它低压模块提供稳定电源。
65.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述反馈采样支路包括第二电阻和第三电阻；所述第二电阻的一端用于接入所述中间钳位电压，所述第二电阻的另一端与所述运算放大器的反相输入端电连接；所述第三电阻的一端与所述运算放大器的反相输入端电连接，所述第三电阻的另一端接地。
66.在具体实施方式中，如图2所示，所述第二电阻为电阻r1，所述第三电阻为电阻r2。
67.所述第二电阻r1和所述第三电阻r2串联连接，所述第二电阻r1的一端连接所述mn0的源极。所述第二电阻r1和所述第三电阻r2将所述mn0源极传输的电流信号转换为电压信号，以实现对vdda处的电压信号的采集。
68.具体的，所述第二电阻r1通过中间节点与所述第三电阻r2连接，所述运算放大器的反相输入端连接所述中间节点，以实现对vdda处电压信号的采集。所述运算放大器的正相输入端接入来自所述带隙基准源产生的标准电压信号。
69.根据所述运算放大器的特性，所述运算放大器的正相输入端的电压等于所述运算放大器的反相输入端的电压，从而能够在电压钳位单元120的钳位作用下，进一步限制所述vdda处电压的电位大小。
70.综上，本技术实施例提供的一种电压控制电路，芯片可以只使用少量ldmos器件，其余部分采用常规器件设计。通过对稳压单元和电压钳位单元的进行设计，减少了降压稳压电路的设计复杂度，提高了输出电压的精度和稳定性，保护了芯片内部的低压器件和电路，降低了功耗，同时减少了对特殊工艺的依赖，提高了兼容性，降低了成本。另外本发明的稳压单元采用了自供电，自偏置，自基准的方式，不需要额外的低压电源，带隙基准源提供
的基准电压和基准电流也可以提供给芯片其他的模块使用。
71.本技术实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括前述实施例中的电压控制电路。
72.在具体实施方式中，所述电子设备中还包括供电电源200和负载器件300，所述供电电源200通过所述电压控制电路连接至所述终端设备。
73.所述负载器件300也可以为设置于具体芯片结构中的内部电路，此处不对负载器件300的类型作具体限定。
74.所述电压控制电路的具体实施方式可以参考上述电路实施例中的具体实施方式。
75.具体的，如图2所示，在一种具体实施例中，所述电压控制电路的实现方法包括：当供电电源200开始供高压电时，带隙基准源和运算放大器均未建立，mn1工作在亚阈值区，mn1的源端电压被mp0、mp1、mn2、mn3、mn4、mn5、d0和d1组成的电压钳位电路钳住。
76.由于mn0和mn1组成电流镜，mn0的源端输出至vdda的电压被钳位到与mn1源端电位相近的电压，此时vdda的输出电压已经降低到了所述终端设备或普通器件可以工作的电压。
77.把钳位电路的输出至vdda出的电压提供给带隙基准源和运算放大器，带隙基准源和运算放大器依次建立，同时r1、r2、mn0、mn1、mp0、mp1、运算放大器一起构成可自调节的负反馈大环路，当整个反馈环路建立后，mn1的源端电压被反馈环路控制进一步拉低，而mn2、mn3、mn4、mn5、d0、d1进入不导通状态。
78.反馈环路通过调节运算放大器的输出电压，即mp1的漏端电压来精确地调节输出vdda的电压，从而保证vdda输出电压的稳定。
79.综上所述，本技术实施例提供了一种电压控制电路及电子设备，采用了电压钳位和高压保护相结合的预稳压控制，可以有效控制预稳压电路输出电压的上限，保护芯片中的低压电路，同时降低了预稳压电路的功耗。通过调整不同的器件组合可以方便的调整电压钳位单元的钳位电压。采用了自供电、自偏置、自基准的设计方法提供降压稳压电路所需的电源、偏置电流和基准电压，不需要额外的低压电源供电。在稳压环路中采用了自环的反馈环路控制，使所提出的拓扑结构可以精准的调节降压后的输出电压，同时把这个输出电压作为整个架构的低压电源供反馈环路使用。整个架构中的隙基准源的输出，可以作为芯片其他模块的基准参考，不用额外增加新的带隙基准源。另外，上述实施例中提到的电子设备的实施过程，可以参见上述电路实施例的具体实施过程，在此不再一一赘述。
80.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
81.另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。
82.所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器（rom，read-only memory）、随机存取存储器（ram，random access memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
83.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。