二極體電路的製作方法
2023-09-17 22:29:05 1
專利名稱：二極體電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體集成電路，並更為具體地涉及一種二極體電路。
背景技術：
二極體一直用作將電流方向整流為一個方向的整流器。
圖2為示出一二極體單機的陽極和陰極之間的電壓和其間流動的電流的示圖。下面將參照圖2說明二極體單機的工作。
在陽極和陰極之間的電壓為負的情況下，即陽極電壓低於陰極電壓，理想情況下二極體中沒有電流流動。
同樣，在陽極和陰極之間的電壓為正的情況下，即陽極電壓高於陰極電壓，陽極和陰極之間的電壓為Vf或更高，電流從陽極向陰極流入二極體。
理想地，當陽極和陰極之間的電壓為正時，二極體必須允許電流在其中流動。但是，因為如果沒有施加電壓Vf則沒有電流流動，所以出現極度消耗能量Vf×電流的問題。
發明內容
為了解決上述問題，根據本發明的二極體電路這樣構造，即通過二極體的陽極和陰極之間的電壓的正/負，接通或斷開與二極體並聯連接的開關元件。
本發明的這些和其它目的和優點將藉助參照附圖的詳細說明變得更加清晰，其中圖1為示出按照本發明的二極體電路的外形結構的電路框圖；圖2為示出二極體的電壓和電流之間關係的示圖；圖3為示出圖1所示的二極體電流的電壓和電流之間關係的示圖；圖4為示出按照本發明的二極體電路的結構實例的電路框圖；圖5為示出按照本發明的二極體的電壓和電流之間關係的示圖；圖6為示出按照本發明的二極體電路的結構實例的電路框圖；
圖7為示出按照本發明的二極體的電壓和電流之間關係的示圖；圖8為示出按照本發明的二極體電路的結構實例的電路框圖；圖9為示出按照本發明的二極體電路的結構實例的實例的電路框圖；圖10為示出二極體Vf相對於按照本發明的二極體電路的電壓源上的電壓溫度特性的示圖；圖11為示出按照本發明的二極體電路的結構實例的電路框圖；以及圖12為示出按照本發明n-溝道MOS電晶體的柵極電壓及其陽極-陰極電壓之間關係的示圖。
具體實施例方式
現在，將參照附圖給出本發明的優選實施例的更詳細的說明。
根據本發明，一種半導體集成電路包括第一電壓比較器、第二電壓比較器和控制電路，第一電壓比較器相互比較各端子處的電壓並由於其間的電壓差將輸出反轉，第二電壓比較器相互比較兩個端子處的電壓並由於其間的電壓差將輸出反轉，第一電壓比較器的輸出和第二電壓比較器的輸出被輸入到控制電路。此外，二極體電路包括其接通/斷開狀態根據控制電路的輸出進行控制的開關電路。然後，開關電路被連接在兩個端子之間，開關電路的接通/斷開狀態按照兩個端子之間的電壓差轉換。
同樣，本發明的目的在於提供一種半導體集成電路，它比較陽極端子和陰極端子處的電壓並控制輸出電流。即，本發明包括第一電壓比較器，它將陰極端子處的電壓與陽極端子處的電壓和第二電壓源上的電壓之和進行比較，並在陰極端子處的電壓高於其和的情況下輸出復位信號。而且，本發明包括第二電壓比較器，它將陽極端子處的電壓與陰極端子處的電壓和第一電壓源上的電壓之和進行比較，並在陽極端子處的電壓高於其和的情況下輸出置位信號。此外，本發明包括連接到陽極端子和陰極端子的開關電路。此外，本發明包括第一鎖存電路，它在復位信號從第一電壓比較器輸入時輸出關斷開關電路的第一信號並在置位信號從第二電壓比較器輸入時輸出接通開關電路的第二信號。並且，本發明包括具有連接到陽極端子的陽極和連接到陰極端子的陰極的二極體。
此後，將參照附圖給出對本發明實施例的說明。圖1為示出按照本發明的二極體電路的外形結構實例的電路框圖。參照圖1，參考數字100表示二極體電路，其中開關元件8連接在陽極端子102和陰極端子101之間。此外，第一電壓比較器4的反向輸入端子被連接到陰極端子101，正常輸入端子被連接到陽極端子102。同樣，按照第一電壓比較器4的輸出信號控制開關元件8的接通/斷開狀態。
此後，將說明圖1所示的二極體電路的工作以及圖3示出的陽極和陰極之間的電壓與陽極和陰極之間的電流之間的關係。在陰極端子101處的電壓高於在陽極端子102處的電壓的情況下，第一電壓比較器4輸出關斷開關元件8的信號。因此，因為陰極端子101和陽極端子102相互隔離，沒有電流從陰極端子101流向陽極端子102。
同樣，在陽極端子102處的電壓變高的情況下，陰極端子101處的電壓變得低於陽極端子102處的電壓，第一電壓比較器4輸出接通開關元件8的信號。因此，陰極端子101成為對陽極端子102導電，並且電流從陽極端子102流向陰極端子101。理想地，此時流動的電流，即陽極端子和陰極端子之間的電流I由下述等式(1)表示，假設陽極端子和陰極端子之間的電壓為V，並且開關元件8的接通電阻的電阻為Ron。
I＝V/Ro… (1)此後，將說明為半導體集成電路的一個實例的二極體電路的具體電路結構。
(第一實施例)圖4為示出按照本發明的第一實施例的二極體電路的實例的具體結構實例。
參照圖4，其為開關元件的n-溝道MOS電晶體2被布置在二極體電路100的陰極端子101和陽極端子102之間。n-溝道MOS電晶體2的源端和襯底端被連接到陽極端子102，其漏端被連接到陰極端子101。此外，二極體1的陰極被連接到陰極端子101，而二極體1的陽極端子被連接到陽極端子102。同樣，第二電壓比較器5的正常輸入端子被連接到陽極端子102，而第二電壓比較器5的反向輸入端子被連接到第一電壓源10的正端子。此外，第一電壓源10的負端子被連接到陰極端子101。然後，第二電壓比較器5的輸出信號被輸入到第一鎖存電路20的置位。第一電壓比較器4的正常輸入端子被連接到陰極端子101，而第一電壓比較器4的反向輸入端子被連接到第二電壓源11的正端子。第二電壓源11的負端子被連接到陽極端子102。第一電壓比較器4的輸出被輸入到第一鎖存電路20的復位。第一鎖存電路20的輸出被輸入到n-溝道MOS電晶體2的柵極。
下面將說明圖4示出的二極體電路的工作以及圖5中示出的陽極和陰極之間的電壓以及陽極和陰極之間的電流之間的關係。在陰極端子101的電壓高於陽極端子102處的電壓與第二電壓源11上的電壓之和的情況下，第一電壓比較器4輸出復位第一鎖存電路20的復位信號。於是，按照來自第一鎖存電路20的輸出n-溝道MOS電晶體2的柵極電壓變為L，並且n-溝道MOS電晶體2處於關斷狀態。因此，電流難於從陰極端子101流向陽極端子102。
然後，當陽極端子102處的電壓變高，而陰極端子101處的電壓變得低於陽極端子102處的電壓與第二電壓源11上的電壓之和時，由於復位信號沒有輸出，第一電壓比較器4取消第一鎖存電路20的復位。
此外，當陽極端子102處的電壓變得更高時，陰極端子101處的電壓和第一電壓源10上的電壓之和變得低於陽極端子102處的電壓，第二電壓比較器5輸出置位第一鎖存電路20的信號，而n-溝道MOS電晶體2的柵極電壓變為H以便接通n-溝道MOS電晶體。結果，電流從陽極端子102流向陰極端子101。當由此狀態時，此時陽極端子102處的電壓變得更低而陰極端子101處的電壓變得高於陽極端子102處的電壓與第二電壓源11上的電壓之和，第一電壓比較器4輸出復位第一鎖存電路20的信號。結果，n-溝道MOS電晶體2的柵極電壓變為L，並且n-溝道MOS電晶體2變為關斷。上述電路工作顯示圖5所示的環線狀電流-電壓特性。
上述電路結構使構造承受電壓波動的二極體電路成為可能，由此提供具有小功耗的二極體電路。
參照圖4，由n-溝道MOS電晶體2實現全部上述工作，但可以如圖9所示由p-溝道MOS電晶體3通過藉助反相電路30反相第一鎖存電路20的輸出實現。在這種情況下，p-溝道MOS電晶體3的源襯底端被連接到陰極端子101，而其漏端被連接到陽極端子102。通過使用n溝道MOS電晶體說明下面的結構實例，但即使使用p-溝道MOS電晶體也可以實現上述操作，如圖4的情況。
同樣，在圖4中，有可能使用具有溫度特性的參考電壓源，其溫度特性與用於電壓源10上電壓的二極體1的正向電壓Vf的溫度特性具有相同的符號。圖10示出此時溫度、電壓源10電壓和二極體1的Vf的關係。二極體1的正向電壓Vf具有溫度特性，Vf的絕對值通常隨著溫度的升高變小。在這種情況下，由於電壓源10上的電壓也隨著溫度的升高變小，則不會出現Vf變得高於電壓源10上的電壓的情況。為此，在圖4中，電壓比較器5的置位信號在寬的溫度範圍內輸出，並因此可以構造在寬的溫度範圍內工作的二極體電路。
圖6示出根據本發明第二實施例的二極體電路的另一個具體結構實例。將省略對與圖4中電路相同的電路的說明。第三電壓比較器6的反向輸入端子被連接到陽極端子102，第三電壓比較器6的正常輸入端子被連接到第三電壓源12的正端子，而第三電壓源12的負端子被連接到陰極端子101。第三電壓比較器6的輸出被輸入到第二鎖存電路21的置位。同樣，第一鎖存電路20的輸出在被輸入到第二鎖存電路21的復位之前由第一反相電路30反相。
此外，第二鎖存電路21的輸出被輸入到第二反相電路31的輸入，而第二反相電路31的輸出被連接到AND電路32的輸入。同樣，AND電路32的另一個輸入被連接到第一鎖存電路20的輸出。然後，AND電路32的輸出被輸入到n-溝道MOS電晶體2的柵極。
下面將說明圖6中示出的二極體電路的工作以及圖7中示出的陽極和陰極之間的電壓與陽極和陰極之間的電流之間的關係。注意，與圖4相同的部分將被省略。
在n-溝道MOS電晶體2接通的狀態下，第二鎖存電路21被復位，且第二反相電路31的輸出變為H。然後，陽極端子102處的電壓變低，陰極端子101處的電壓與電壓源12上的電壓之和變得高於陽極端子102處的電壓，第三電壓比較器6輸出置位第二鎖存電路21的置位信號。結果，第二反相電路31的輸入變為H，而第二反相電路31的輸出變為L，AND電路32輸出L信號。因此，n-溝道MOS電晶體2的柵極電壓變為L，n-溝道MOS電晶體關斷。因此，電流難於從陰極端子101流向陽極端子102。
在該實例中，第三電壓源12上的電壓被設置為小於第一電壓源10上的電壓。結果，有可能構造沒有電流以相反方向流動的二極體結構。
因此，同樣由該實施例可以提供具有低功耗的二極體電路。
圖8示出第三實施例。注意與圖4相同的電路結構將被省略。在圖8所示的二極體電路100中，第一電壓比較器4的輸出被連接到延遲電路40，延遲電路40的輸出被連接到AND電路32的輸入。同樣AND電路的另一個輸入被連接到第一鎖存電路20的輸出。此外，AND電路32的輸出被連接到n-溝道MOS電晶體2的柵極。延遲電路40在給定的時間周期輸出H信號，並被置位以便n-溝道MOS電晶體2僅在給定的時間周期接通。結果，在陽極端子102處和陰極端子101處的電壓循環地改變的情況下，在電流以相反方向流動之前，延遲電路40周期地關斷n-溝道MOS電晶體2。
因此，有可能構造其中沒有電流以相反方向在二極體電路中流動的二極體電路。此外，與第二實施例相同，本實施例可以提供具有低功耗的二極體電路。
圖11示出第四實施例。與圖4相同的電路結構將被省略。在圖11示出的二極體電路100中，第二電壓比較器5的輸出被連接到延遲電路40，而延遲電路40的輸出被連接到第一鎖存電路20的輸出。即使在輸入輸入信號之後，在給定的時間周期延遲電路40繼續輸出L信號，然後在給定的延遲時間周期後輸出H信號。
因此，有可能構造二極體電路，其中如圖12所示，即使陽極和陰極之間的電壓被瞬時反相，n-溝道MOS電晶體2的柵極電壓不被反相，因而進行穩定的工作。
根據本發明，由於在兩個端子處的電壓相互比較，所以連接在那兩個端子之間的開關元件的接通/斷開狀態由比較結果根據大小控制，可以提供一種具有低功耗的二極體電路。
權利要求
1.一種二極體電路，它將陽極端子和陰極端子處的電壓進行比較並控制輸出電流，包括第一電壓源；第二電壓源；第一電壓比較器，它將陰極端子處的電壓與陽極端子處的電壓和第二電壓源上的電壓之和進行比較，並在陰極端子處的電壓高於其和的情況下輸出復位信號；第二電壓比較器，它將陽極端子處的電壓與陰極端子處的電壓和第一電壓源上的電壓之和進行比較，並在陽極端子處的電壓高於其和的情況下輸出置位信號；連接到陽極端子和陰極端子的開關電路；第一鎖存電路，它在從第一電壓比較器輸入復位信號時輸出關斷開關電路的第一信號，並在從第二電壓比較器輸入置位信號時輸出接通開關電路的第二信號；以及具有連接到陽極端子的陽極和連接到陰極端子的陰極的二極體。
2.根據權利要求1的二極體電路，其中該開關電路包括-n-溝道MOS電晶體，使陽極端子連接到源端和襯底端，使柵端連接到第一鎖存電路的輸出，並使漏端連接到陰極端子，並且其中第一信號為L信號而第二信號為H信號。
3.根據權利要求2的二極體電路，還包括第三電壓比較器，它將陰極端子處的電壓與第三電壓源上的電壓之和與陽極端子處的電壓進行比較，並在陰極端子處的電壓與第三電壓源上的電壓之和高於陽極端子處的電壓的情況下輸出置位信號；第一反相器，它在接收第一鎖存電路的信號時輸出復位信號；第二鎖存電路，它在從第一反相電路輸入復位信號時輸出L信號，並在從第三電壓比較器輸入置位信號時輸出H信號；以及二極體電路，它反相併輸出從第二鎖存電路輸出的信號，其中，在從第二反向電路輸入的信號和從第一鎖存電路輸入的信號均為H信號的情況下，該H信號被輸出，並且在輸入信號中的至少一個信號不是H信號的情況下，L信號被輸出到n-溝道MOS電晶體的柵端。
4.根據權利要求1的二極體電路，還包括一延遲電路，它在接收第一電壓比較器的輸出時，在給定的時間周期之後輸出L信號。
5.根據權利要求1的二極體電路，其中第一電壓源的溫度特性與二極體正向電壓的溫度特性具有相同的符號。
6.根據權利要求1的二極體電路，其中從電壓比較器的輸入被反相為第二電壓比較器的置位信號輸出開始直到該信號被輸出出現延遲時間。
7.一種二極體電路，包括第一電壓比較器，它將兩個端子處的電壓進行相互比較，並由於兩個端子之間的電位差而將輸出反相；第二電壓比較器，它將兩個端子處的電壓進行相互比較，並由於兩個端子之間的電位差而將輸出反相；控制電路，第一電壓比較器的輸出和第二電壓比較器的輸出被輸入到它；以及開關電路，按照控制電路的輸出控制其接通/關斷狀態，其中，該開關電路被連接在兩個端子之間，並且該開關電路的接通/關斷狀態根據兩個端子之間的電壓差轉換。
全文摘要
提供了一種具有低功耗的二極體電路。第一電壓比較器(4)將陰極端子(101)處的電壓與陽極端子(102)處的電壓和第一電壓源(10)上的電壓之和進行比較以輸出復位信號，第二電壓比較器(5)將陽極端子(102)處的電壓與陰極端子(101)處的電壓和第二電壓源(11)上的電壓之和進行比較以輸出置位信號。第一鎖存電路(20)在從第一電壓比較器(4)輸入復位信號時輸出L信號，並在從第二電壓比較器(5)輸入置位信號時輸出H信號。n－溝道MOS電晶體(2)在接收L信號時斷開，並在接收H信號時接通，由此限制輸出電流。
文檔編號H03K17/06GK1420622SQ0215220
公開日2003年5月28日 申請日期2002年11月19日 優先權日2001年11月19日
發明者中下貴雄 申請人:精工電子有限公司