本体偏压电路与本体偏压产生方法与流程

本发明涉及本体偏压电路，特别涉及可使得mos元件的本体效应(body effect)在一适当范围且不受工艺变异影响的本体偏压电路及本体偏压产生方法。

背景技术：

1、与本技术相关的现有技术有：a±4-a high-side current sensor with 0.9％gain error from-40℃ to 85℃ using an analog temperature compensationtechnique.(2018–jsscc)，以及a voltage monitoring ic with hv multiplexer and hvtransceiver for battery management systems.(2015–ieeevlsi)。

2、在一般的应用下，金属氧化半导体(metal oxide semiconductor，mos)元件的源极与漏极的电压高低关系固定，亦即该两端的电压高低不会相反，因此，mos元件的本体偏压(body bias)通常耦接于固定电压(例如：p型mos元件的本体极耦接于电源电位，n型mos元件的本体极耦接于接地电位)，或耦接于固定的节点上(例如：本体极耦接于源极端)。

3、当mos元件的输入与输出两端的电压高低不确定时(例如可变的输入电压或输出电压的情况，或是传递模拟信号，或是应与于源极与漏极切换使用的电路)使得源极与漏极不固定为同一端，或因工艺变异使得不同集成电路中的mos元件的阈值电压高低不同时，本体偏压需适应性地调整或切换，以避免在一些状态下造成本体二极管(body diode)导通。有关本体偏压适应性地调整或切换的现有技术说明如下。

4、请参阅图1，图1显示一种现有技术的本体偏压电路示意图。图1中，电压vp1可能大于或小于电压vp2，图1的本体偏压电路将mos元件m1及mos元件m2串联耦接，且mos元件m1及mos元件m2的本体极反接，使得电压vp1与电压vp2的电压高低不固定的情况下，可避免本体二极管导通。然而，本现有技术需要两个mos元件串联，将造成导通电阻较大与电路面积较大，使得电器特性较差且成本较高。

5、请参阅图2，图2显示一种现有技术的本体偏压电路10示意图。本体偏压电路10用以提供本体偏压vb给mos开关sw。同样地，图2的电压vp1可能大于或小于电压vp2，图2的本体偏压电路10通过mos元件m3及mos元件m4，使得本体偏压电路10可适应性地选择耦接于电压vp1与电压vp2中的较小者作为本体偏压vb，而提供给mos开关sw，使得mos开关sw的本体偏压vb不大于电压vp1与vp2。然而，本现有技术在电压vp1与电压vp2的电压差较大的情况下，必须使用耐高压元件作为mos元件m3及mos元件m4，因此将导致成本过高。

6、有鉴于此，针对上述现有技术的不足，本发明提出一种本体偏压电路，不仅能在mos元件的源极与漏极两端的电压高低不确定时，避免mos元件的本体二极管导通，且能使得mos元件的本体效应在一适当范围，进而使得mos元件的导通电阻、漏电流都不至于过大。此外，通过本发明的本体偏压电路，mos元件的导通电阻、漏电流可在工艺变异的情况下实现上述目标，亦即不受工艺变异所影响。

技术实现思路

1、于一观点中，本发明提供一种本体偏压电路，用以产生一本体偏压，以提供该本体偏压给一金属氧化物半导体(mos)开关的本体极，该本体偏压电路包含：一本征mos元件，具有与该mos开关相同的导电型，且具有一本征阈值电压；以及一运算调节电路，与该本征mos元件耦接，用以根据该mos开关的一第一端的一第一电压与该本征阈值电压，产生该本体偏压；其中该本体偏压低于该第一电压与该mos开关的一第二端的一第二电压；其中该运算调节电路产生该本体偏压，以使该mos开关于一导通操作时，其导通电阻低于一预设导通电阻阈值，及/或使该mos开关于一不导通操作时，其漏电流低于一预设漏电流阈值。

2、于一实施例中，该本体偏压为该第一电压减去一偏移电压。

3、于一实施例中，该mos开关的阈值电压反向追循该本征阈值电压，且该偏移电压负相关于该本征阈值电压，使得该本体偏压正相关于该本征阈值电压。

4、于一实施例中，该偏移电压线性负相关或非线性负相关于该本征阈值电压。

5、于一实施例中，该运算调节电路包括：一参考电流产生电路，用以接收一参考电压，产生一正相关该参考电压的一参考电流，其中该参考电流流经该本征mos元件；以及一偏压电流产生电路，根据该参考电流而产生一偏压电流，进而产生该偏移电压。

6、于一实施例中，该参考电流产生电路，包括：一第一电阻，耦接于该参考电压与该本征mos元件之间；以及该本征mos元件，与该第一电阻串接。

7、于一实施例中，该偏压电流产生电路包括：一电流镜电路，用以镜射放大该参考电流而产生该偏压电流；以及一第二电阻，耦接于该第一电压与该电流镜电路之间，以使该偏压电流流经该第二电阻。

8、于一实施例中，该电流镜电路具有一放大倍率(a)，该第一电阻具有一第一电阻值(r1)，该第二电阻具有一第二电阻值(r2)，该mos开关的本体二极管(body diode)具有一顺向导通电压(vbd)，其中该放大倍率(a)、该第一电阻值(r1)、该第二电阻值(r2)、该参考电压(vref)、该本征阈值电压(vth)及该顺向导通电压(vbd)与该第一电压(v1)与该第二电压(v2)的差值的绝对值具有以下的关系：

9、

10、于一实施例中，该参考电流产生电路包括一分压电路，用以接收该参考电压，产生正相关于该参考电压的一参考分压，以作为该本征mos元件的一栅源极电压，该参考分压用以导通该本征mos元件，以产生该偏压电流；其中该参考电流正比于该偏压电流。

11、于一实施例中，该偏压电流产生电路包括串联的一偏压电阻与该本征mos元件，该偏压电阻具有一偏压电阻值(r3)，该mos开关的本体二极管(body diode)具有一顺向导通电压(vbd)，其中该偏压电阻值(r3)、该参考分压(vd)、该本征阈值电压(vth)及该顺向导通电压(vbd)与该第一电压(v1)与该第二电压(v2)的差值的绝对值具有以下的关系：

12、|v1-v2|＜r3·k·(vd-vth)2+vbd；其中k为该mos开关的电流常数(wμncox/2l)。

13、于一实施例中，该参考电流产生电路包括：一自偏压电路，用以产生该参考电流；以及一第一电阻，耦接于该本征mos元件的栅极与源极之间，其中该自偏压电路镜射该参考电流而产生一第一电流，流经该第一电阻。

14、于一实施例中，该偏压电流产生电路包括：一电流源，用以产生固定的一电流源电流；一全同本征mos元件，与该本征mos元件具有相同的该本征阈值电压，该全同本征mos元件的栅极与源极分别与该本征mos元件的栅极与源极电连接，且该全同本征mos元件与该电流源耦接，该全同本征mos元件用以产生一第二电流，其中该第二电流自该电流源电流分流，且该第二电流等于该本征阈值电压除以该第一电阻的阻值；以及一电流镜电路，分别与该电流源及该第一电压耦接，用以接收一第三电流，该第三电流为该电流源电流减去该第二电流，且该电流镜电路放大镜射该第三电流而产生该偏压电流，以流经一第二电阻，而产生该本体偏压，其中该第二电阻耦接于该第一电压与该本体偏压之间。

15、于一实施例中，该电流镜电路具有一放大倍率(a)，该第一电阻具有一第一电阻值(r1)，该第二电阻具有一第二电阻值(r2)，该mos开关的本体二极管(body diode)具有一顺向导通电压(vbd)，其中该放大倍率(a)、该第一电阻值(r1)、该第二电阻值(r2)、该本征阈值电压(vth)及该顺向导通电压(vbd)与该第一电压(v1)与该第二电压(v2)的差值的绝对值具有以下的关系：

16、其中，is1为电流源电流。

17、于另一观点中，本发明提供一种本体偏压产生方法，用以产生一本体偏压，其中该本体偏压用以提供给一金属氧化物半导体(mos)开关的本体极，该本体偏压产生方法包含：提供一本征mos元件，具有与该mos开关相同的导电型，用以产生一本征阈值电压；以及根据该mos开关的一第一端上的一第一电压与该本征阈值电压，产生该本体偏压；其中该本体偏压低于该第一电压与该mos开关的一第二端上的一第二电压；其中该mos开关于一导通操作时，其导通电阻低于一预设导通电阻阈值，及/或该mos开关于一不导通操作时，其漏电流低于一预设漏电流阈值。

18、于一实施例中，该本体偏压为该第一电压减去一偏移电压。

19、于一实施例中，该mos开关的阈值电压反向追循该本征阈值电压，且该偏移电压负相关于该本征阈值电压，使得该本体偏压正相关于该本征阈值电压。

20、于一实施例中，该偏移电压线性负相关或非线性负相关于该本征阈值电压。

21、于一实施例中，该产生该偏移电压的步骤包括：接收一参考电压，产生一正相关该参考电压的一参考电流，其中该参考电流流经该本征mos元件；以及根据该参考电流而产生一偏压电流，进而产生该偏移电压。

22、于一实施例中，该接收一参考电压，产生一正相关该参考电压的一参考电流的步骤，包括：以一第一电阻，耦接于该参考电压与该本征mos元件之间，其中该本征mos元件，与该第一电阻串接。

23、于一实施例中，该偏压电流的产生步骤，包括：镜射放大该参考电流而产生该偏压电流；以及以一第二电阻，耦接于该第一电压与一电流镜电路之间，以使该偏压电流流经该第二电阻。

24、于一实施例中，该镜射放大该参考电流的步骤包括提供该电流镜电路，具有一放大倍率(a)；其中该第一电阻具有一第一电阻值(r1)，该第二电阻具有一第二电阻值(r2)，该mos开关的本体二极管(body diode)具有一顺向导通电压(vbd)，其中该放大倍率(a)、该第一电阻值(r1)、该第二电阻值(r2)、该参考电压(vref)、该本征阈值电压(vth)及该顺向导通电压(vbd)与该第一电压(v1)与该第二电压(v2)的差值的绝对值具有以下的关系：

25、

26、于一实施例中，该接收一参考电压，产生一正相关该参考电压的一参考电流的步骤，包括：产生正相关于该参考电压的一参考分压，以作为该本征mos元件的一栅源极电压，该参考分压用以导通该本征mos元件，以产生该偏压电流；其中该参考电流正比于该偏压电流。

27、于一实施例中，该偏压电流的产生步骤，包括提供串联的一偏压电阻与该本征mos元件；其中该偏压电阻具有一偏压电阻值(r3)，该mos开关的本体二极管(body diode)具有一顺向导通电压(vbd)，其中该偏压电阻值(r3)、该参考分压(vd)、该本征阈值电压(vth)及该顺向导通电压(vbd)与该第一电压(v1)与该第二电压(v2)的差值的绝对值具有以下的关系：

28、|v1-v2|＜r3·k·(vd-vth)2+vbd；其中k为该mos开关的电流常数(wμncox/2l)。

29、于一实施例中，该接收一参考电压，产生一正相关该参考电压的一参考电流的步骤，包括：以一自偏压电路产生该参考电流；以及以一第一电阻，耦接于该本征mos元件的栅极与源极之间，其中该自偏压电路镜射该参考电流而产生一第一电流，流经该第一电阻。

30、于一实施例中，该偏压电流的产生步骤，包括：产生固定的一电流源电流；提供一全同本征mos元件，与该本征mos元件具有相同的该本征阈值电压，该全同本征mos元件的栅极与源极分别与该本征mos元件的栅极与源极电连接，且该全同本征mos元件与该电流源电流耦接，该全同本征mos元件用以产生一第二电流，其中该第二电流自该电流源电流分流，且该第二电流等于该本征阈值电压除以该第一电阻的阻值；以及接收一第三电流，该第三电流为该电流源电流减去该第二电流，并放大镜射该第三电流而产生该偏压电流，以流经一第二电阻，而产生该本体偏压，其中该第二电阻耦接于该第一电压与该本体偏压之间。

31、于一实施例中，放大镜射该第三电流的步骤包括提供一电流镜电路，具有一放大倍率(a)；其中该第一电阻具有一第一电阻值(r1)，该第二电阻具有一第二电阻值(r2)，该mos开关的本体二极管(body diode)具有一顺向导通电压(vbd)，其中该放大倍率(a)、该第一电阻值(r1)、该第二电阻值(r2)、该本征阈值电压(vth)及该顺向导通电压(vbd)与该第一电压(v1)与该第二电压(v2)的差值的绝对值具有以下的关系：

32、其中，is1为电流源电流。

33、以下通过具体实施例详加说明，会更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所实现的效果。