一种连接在输入源极电压和输出负载之间的开关电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种连接在输入源极电压和输出负载之间的开关电路，包括NMOS负载开关、控制电路，所述NMOS负载开关包括负载开关栅极、负载开关源极和负载开关漏极，所述控制电路的输出端与所述负载开关栅极电连接；所述NMOS负载开关通过所述负载开关栅极上的控制电压来控制从所述负载开关漏极传递到所述负载开关源极的浪涌电流；所述控制电路用于将所述负载开关栅极电压泵送至VIN电压以上。

【技术实现步骤摘要】
一种连接在输入源极电压和输出负载之间的开关电路
本技术涉及输入选择功率路径的开关装置，具体而言，涉及一种连接在输入源极电压和输出负载之间的开关电路。
技术介绍
随着现代便携式系统越来越复杂以及封装越来越密集，电路和器件需要在低的电源电压下进行工作。现有的许多处理器和存储器的工作电压都在1V或1V以下，为了保护这些系统，常常引用负载开关控制负载装置的开/关特性，负载开关的引入使得用户既能软启动系统，又能将其关断使得其在不使用时不消耗功率。对于前几代系统来说，电源电压都超过了2V，占主导地位的负载开关技术是使用PMOS功率晶体管。在PMOS器件作为负载开关时，栅极被引入到接地电势，以接通开关。为了使PMOS器件提供在源极和负载之间的低阻抗路径，源极电压必须至少是栅极阈值电压的2倍；也就是说，对于典型的CMOS工艺，PMOS器件的栅极阈值电压约为0.8V，因此为了PMOS器件的充分增强，源极电压必须高于1.6V。PMOS负载开关所具有的一个优点是在导通状态下几乎不消耗功率，因为栅极电压可以通过一个简单的反相器保持在低电位。然而，当系统电压需要低于2V时，PMOS器件的导通电阻随着栅极电压的降低而增加，对于电源电压在1V范围内的系统，PMOS负载开关是不可用的。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种连接在输入源极电压和输出负载之间的开关电路，以解决PMOS负载开关电源电压在1V范围内，PMOS负载开关不可用的问题。为了达到上述技术目的，本技术采取的技术方案是：一种连接在在输入源极电压和输出负载之间的开关电路，包括NMOS负载开关、控制电路，所述NMOS负载开关包括负载开关栅极、负载开关源极和负载开关漏极，所述控制电路的输出端与所述负载开关栅极电连接；所述开关电路通过所述负载开关栅极上的控制电压来控制从所述负载开关漏极传递到所述负载开关源极的浪涌电流；所述控制电路用于将所述负载开关栅极电压泵送至VIN电压以上。进一步地，所述控制电路包括电荷泵电路CP，所述电荷泵电路CP的输出端与所述负载开关栅极电连接，用于向上泵送所述负载开关栅极电压。进一步地，所述控制电路还包括环形振荡器ROSC、反馈回路，所述反馈回路包括电容分压器、比较器COMP，所述电容分压器的输入端与所述开关负载栅极电连接，所述电容分压器的输出端与所述比较器COMP的输入端电连接，所述比较器COMP的输出端与环形振荡器ROSC的输入端电连接，所述环形振荡器ROSC的输出端与电荷泵电路CP的输入端电连接；所述环形振荡器ROSC用于向所述电荷泵电路CP中的电荷泵提供时钟输入，所述反馈回路控制所述环形振荡器ROSC的开关状态，所述电容分压器控制所述反馈回路的电压增益。更进一步地，所述电容分压器包括电容C4和电容C5，电容C4的一端与负载开关栅极电连接，另一端连接电容C5的一端及比较器COMP的输入端，电容C5的另一端接地。更进一步地，所述比较器COMP为施密特触发器或模拟比较器COMP。进一步地，所述控制电路还包括滤波器FL，所述滤波器FL的输出端电连接所述开关负载栅极，输入端连接电荷泵电路CP的输出端。与现有技术相比，本技术的有益效果是：(1)引入NMOS晶体管作为负载开关，这样只要栅极电压超过源极电压，NMOS晶体管便接通，通过控制电路调节NMOS负载开关的栅极电压，电荷泵电路和环形振荡器可以将负载开关栅极电压向上泵送到通过反馈回路设置的阈值电压(即源极电压)，一旦达到阈值电压，通过反馈回路关断电荷泵电路和环形振荡器，从而减小消耗功率。(2)由于第一功率NMOS开关的栅极是单纯电容，因而负载开关栅极上的电压可以保持稳定很长一段时间，因而反馈回路在很长一段时间都关断电荷泵电路和环形振荡器，当负载开关栅极漏电导致电压电平衰减到预定的阈值时，反馈回路才重新闭合电荷泵电荷和环形振荡器，以对负载开关栅极电压充电，从而减小功率消耗。(3)可以减小在负载开关导通时，输出负载上的浪涌电流，这样减小输出负载的损坏几率。附图说明本技术的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，在附图中：图1为实施例1所述的开关电路的总体框图；图2为实施例1所述的控制电路的操作时序图；图3为实施例1及实施例2所述的电荷泵电路图；图4为实施例1及实施例2所述的环形振荡器电路图；图5为实施例1及实施例2所述的所述的可以用于控制环形振荡器的导通和截止行为的施密特触发器的电路图；图6为实施例2所述的开关电路的总体框图。具体实施方式为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本申请作进一步地详细说明，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。实施例1参见图1至图6，一种连接在输入源极电压VIN和输出负载之间的开关电路，该开关电路包括连接在VIN引脚和VOUT引脚之间的NMOS负载开关及与NMOS负载开关的栅极电连接的控制电路。控制电路包括电荷泵电路CP、环形振荡器ROSC及反馈回路，反馈回路包括电容分压器、比较器COMP；具体地电路连接方式为：NMOS负载开关的源极与VIN引脚电连接，漏极与VOUT引脚电连接，电荷泵电路CP的输出端与NMOS负载开关的栅极电连接，电荷泵电路CP的输入端与环形振荡器ROSC的输出端电连接，电容分压器的输入端与第一功率NMOS功率负载开关的栅极电连接，电容分压器的输出端与比较器COMP的输入端电连接，比较器COMP的输出端与环形振荡器ROSC的输入端电连接，环形振荡器ROSC的开关状态通过EN输入引脚和反馈回路控制。其中，电荷泵电路CP为CTS电荷泵，如图3所示，电荷泵电路CP的工作方式如下：当CLK为高并且CLKB为低时，C1上的电压从V1变为V2，V1+ΔV＝V2；在下一个时钟周期中，C2上的电压变为V3，V2+ΔV＝V3等，直至CL点上的电压达到VOUT电平。为使开关电路正常工作，需要在每个时钟周期都向前传送电荷，这样就要求开关MS2必须通过C3上的电压被接通。MS2的栅源电压为2ΔV，这必须大于MS2的VT，即：V>VT；CTS电荷泵的电压增益可以由下式给出：GV＝GV2＝V2–V1＝V。本实施例也可以选用CTS电荷泵外的其他电荷泵电路CP，其达到的结果是相同的。本开关电路的独特性不取决于特定类型的电荷泵电路CP来实现最终结果。其中，环形振荡器ROSC电路如图4所示，该类型的环形振荡器ROSC的工作电压在1V左右，本实施例中的环形振荡器ROSC属于行业中公知的环形振荡器ROSC，并在许多关于数字电路设计的教材中都有详细描述。其中，电容分压器包括电容C4和电容C5，电容C4的一端与负载开关栅极电连接，另一端连接电容C5的一端及比较器COMP的输入端，电容C5的另一端接地；电容器C4及电容C5的比值确定反馈回路的整体增益，使反馈电压按比率地输入到比较器COMP。其中，比较器COMP为施密特触发器，如图5所示，施密特触发器是伪数字电路，可以以非常低的电源电压进行工作，其通过测量电容分压器输送过来的负载开关栅极电压分压来导通或关断环路振荡器，调节环形振荡器ROSC和电荷泵的开启时间，从而实现更低的功率损本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连接在输入源极电压和输出负载之间的开关电路，其特征在于：包括NMOS负载开关、控制电路，所述NMOS负载开关包括负载开关栅极、负载开关源极和负载开关漏极，所述控制电路的输出端与所述负载开关栅极电连接；所述NMOS负载开关通过所述负载开关栅极上的控制电压来控制从所述负载开关漏极传递到所述负载开关源极的浪涌电流；所述控制电路用于将所述负载开关栅极电压泵送至VIN电压以上。

【技术特征摘要】
1.一种连接在输入源极电压和输出负载之间的开关电路，其特征在于：包括NMOS负载开关、控制电路，所述NMOS负载开关包括负载开关栅极、负载开关源极和负载开关漏极，所述控制电路的输出端与所述负载开关栅极电连接；所述NMOS负载开关通过所述负载开关栅极上的控制电压来控制从所述负载开关漏极传递到所述负载开关源极的浪涌电流；所述控制电路用于将所述负载开关栅极电压泵送至VIN电压以上。2.根据权利要求1所述的一种连接在输入源极电压和输出负载之间的开关电路，其特征在于：所述控制电路包括电荷泵电路CP，所述电荷泵电路CP的输出端与所述负载开关栅极电连接，用于向上泵送所述负载开关栅极电压。3.根据权利要求2所述的一种连接在输入源极电压和输出负载之间的开关电路，其特征在于：所述控制电路还包括环形振荡器ROSC、反馈回路，所述反馈回路包括电容分压器、比较器COMP，所述电容分压器的输入端与所述开关负载栅极电连接，所述电容分压器的输出端与所述比较器COMP的输入端电连接，所述比较器COMP的输出端与环形振荡器ROSC的输入端电连接，所述环形振荡器ROSC的输出端与电荷泵电路CP的输入端电连接；所述环形振荡器ROSC用于向所述电荷泵电路CP中的电荷泵提供时钟输入，所述反馈回路控制所述环形振荡器ROSC的开关状态，所述电容分压器控制所述反馈回路的电压增益。4.根据权利要求3所述的一种连接在输入源极电压和输出负载之间的开关电路，其特征在于：所述电容分压器包括电容C4和电容...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙霓，
申请(专利权)人：杰夫微电子四川有限公司，
类型：新型
国别省市：四川,51