【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种负载开关电路及其控制方法，特别是一种输出电压上升下降速率可控的负载开关电路及其控制方法，属于半导体集成电路。
技术介绍
1、负载开关作为电源和对地负载路径上的重要一环，不仅能节约系统功耗，还能保护下游路径上的负载，对于具有限流功能的负载开关来说，还能节约pcb板的布线尺寸。当对地负载为具有容性特征的负载时，开关接通瞬间，负载上的电压发生突变会引入不可控的浪涌电流，对负载和pcb板引入较大冲击。关断瞬间，关断速率过快会引入emi（electro-magnetic interference，电磁干扰）问题。
2、一般的负载开关通常使用mosfet（metal oxide silicon semiconductor fieldeffect transistor，金属氧化物半导体），igbt（insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管）等功率器件作为开关主体，辅以控制电路控制功率器件的开启或关断。从引入浪涌电流和emi问题的机制入手，控制负载端也就是负载开关输出电压的上升速率和下降速率到想要的值即可解决这些问题。
3、如图2所示，现有技术采用的是通过负反馈环路将nm1栅极电压的分压调整成和斜坡电压生成模块104产生的斜坡电压一样。其有两个个问题：第一，采用nmos管作为开关主体的负载开关，栅极电压vgate要大于vin电压，因此栅极驱动器101通常采用的是电荷泵实现，电荷泵的静态功耗和其驱动能力成正比，连接在栅极的电阻分压单元102有静态功耗并且静态功
4、因此有必要设计一种负载开关电路，能简单有效且低功耗的实现在负载开关开启和关断阶段控制其输出电压上升和下降速率。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种输出电压上升下降速率可控的负载开关电路及其控制方法，简单有效且低功耗的实现在负载开关开启和关断阶段控制其输出电压上升和下降速率。
2、为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
3、一种输出电压上升下降速率可控的负载开关电路，其特征在于：包含负载开关nm1、驱动单元、输出电压上升速率控制单元、输出电压下降速率控制单元和栅源电压控制单元，负载开关nm1的漏极和驱动单元的输入端连接输入电压vin，驱动单元的输出端与输出电压上升速率控制单元的输入端连接，输出电压上升速率控制单元的输出端与负载开关nm1的栅极、输出电压下降速率控制单元的输入端和栅源电压控制单元的一端连接，栅源电压控制单元的另一端与负载开关nm1的源极连接并连接输出电压vout，输出电压下降速率控制单元的输出端接地，输出电压上升速率控制单元的使能端和输出电压下降速率控制单元的使能端分别连接使能信号en。
4、进一步地，所述输出电压上升速率控制单元包含p型mos管pm1、p型mos管pm2、n型mos管nm4和电流源i0，p型mos管pm1的源极和p型mos管pm2的源极相连并作为输出电压上升速率控制单元的输入端，p型mos管pm1的栅极与p型mos管pm1的漏极、n型mos管nm4的漏极和p型mos管pm2的栅极连接，p型mos管pm2的漏极作为输出电压上升速率控制单元的输出端，n型mos管nm4的栅极作为输出电压上升速率控制单元的使能端，n型mos管nm4的源极连接电流源i0的输入端，电流源i0的输出端接地。
5、进一步地，所述输出电压下降速率控制单元包含反相器inv、n型mos管nm3和电流源i1，反相器inv的输入端作为输出电压下降速率控制单元的使能端，反相器inv的输出端与n型mos管nm3的栅极连接，n型mos管nm3的漏极作为输出电压下降速率控制单元的输入端，n型mos管nm3的源极与电流源i1的输入端连接，电流源i1的输出端作为输出电压下降速率控制单元的输出端。
6、进一步地，所述栅源电压控制单元包含电阻r1和齐纳管d1，电阻r1的一端与齐纳管d1的阴极连接并与负载开关nm1的栅极连接，电阻r1的另一端与齐纳管d1的阳极连接并与负载开关nm1的源极连接。
7、进一步地，所述负载开关nm1的栅极与漏极之间存在寄生电容cgd。
8、进一步地，所述p型mos管pm1和p型mos管pm2构成1：1的电流镜电路。
9、一种输出电压上升下降速率可控的负载开关电路的控制方法，包含以下步骤：
10、在负载开关电路开启时，使能信号en为高电平，n型mos管nm4开启，n型mos管nm3关断，电流源i0的电流通过p型mos管pm1以1：1的比例镜像到p型mos管pm2上，p型mos管pm2以电流i0向负载开关nm1的栅极充电，电流i0中一部分电流i2流到r1上用来产生负载开关nm1的vgs电压，另一部分电流i3给寄生电容cgd充电；
11、在输出电压vout上升阶段，当负载开关nm1处于饱和区，输出电压vout的上升速率和电流i0的关系如下：
12、
13、
14、
15、其中，w为负载开关nm1的宽度，l为负载开关nm1的长度，cox为栅氧化层电容，μn为电子迁移率，cout为负载开关nm1所带的容性负载，vth为阈值电压；对于给定的负载开关nm1及所带的容性负载，输出电压vout的上升速率和电流i0呈正相关，对于给定的电阻r1，输出电压上升速率通过电流i0的大小进行控制；
16、在负载开关电路关断时，使能信号en为低电平，n型mos管nm4关断，n型mos管nm3开启，负载开关电路输出端所带的容性负载cout经过电阻r1通过电流i1进行放电，此时负载开关nm1呈现关断状态，由于寄生电容cgd远小于容性负载cout，因此忽略寄生电容cgd，那么输出电压下降速率和电流i1的关系如下：
17、
18、可以得出，对于给定的负载开关nm1及所带的容性负载cout，输出电压vout的下降速率和电流i1呈正相关，输出电压下降速率通过电流i1的大小进行控制。
19、本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和效果：本专利技术提供了一种输出电压上升下降速率可控的负载开关电路及其控制方法，能够简单有效且低功耗的实现在负载开关开启和关断阶段控制其输出电压上升和下降速率；而且本专利技术输出时下拉电流由输出电压提供，不产生额外的静态功耗。
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1.一种输出电压上升下降速率可控的负载开关电路，其特征在于：包含负载开关NM1、驱动单元、输出电压上升速率控制单元、输出电压下降速率控制单元和栅源电压控制单元，负载开关NM1的漏极和驱动单元的输入端连接输入电压VIN，驱动单元的输出端与输出电压上升速率控制单元的输入端连接，输出电压上升速率控制单元的输出端与负载开关NM1的栅极、输出电压下降速率控制单元的输入端和栅源电压控制单元的一端连接，栅源电压控制单元的另一端与负载开关NM1的源极连接并连接输出电压VOUT，输出电压下降速率控制单元的输出端接地，输出电压上升速率控制单元的使能端和输出电压下降速率控制单元的使能端分别连接使能信号EN。
2.根据权利要求1所述的一种输出电压上升下降速率可控的负载开关电路，其特征在于：所述输出电压上升速率控制单元包含P型MOS管PM1、P型MOS管PM2、N型MOS管NM4和电流源I0，P型MOS管PM1的源极和P型MOS管PM2的源极相连并作为输出电压上升速率控制单元的输入端，P型MOS管PM1的栅极与P型MOS管PM1的漏极、N型MOS管NM4的漏极和P型MOS管PM2的栅极连接，P
3.根据权利要求1所述的一种输出电压上升下降速率可控的负载开关电路，其特征在于：所述输出电压下降速率控制单元包含反相器INV、N型MOS管NM3和电流源I1，反相器INV的输入端作为输出电压下降速率控制单元的使能端，反相器INV的输出端与N型MOS管NM3的栅极连接，N型MOS管NM3的漏极作为输出电压下降速率控制单元的输入端，N型MOS管NM3的源极与电流源I1的输入端连接，电流源I1的输出端作为输出电压下降速率控制单元的输出端。
4.根据权利要求1所述的一种输出电压上升下降速率可控的负载开关电路，其特征在于：所述栅源电压控制单元包含电阻R1和齐纳管D1，电阻R1的一端与齐纳管D1的阴极连接并与负载开关NM1的栅极连接，电阻R1的另一端与齐纳管D1的阳极连接并与负载开关NM1的源极连接。
5.根据权利要求1所述的一种输出电压上升下降速率可控的负载开关电路，其特征在于：所述负载开关NM1的栅极与漏极之间存在寄生电容Cgd。
6.根据权利要求2所述的一种输出电压上升下降速率可控的负载开关电路，其特征在于：所述P型MOS管PM1和P型MOS管PM2构成1：1的电流镜电路。
7.一种权利要求1-6任一项所述的输出电压上升下降速率可控的负载开关电路的控制方法，其特征在于包含以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种输出电压上升下降速率可控的负载开关电路，其特征在于：包含负载开关nm1、驱动单元、输出电压上升速率控制单元、输出电压下降速率控制单元和栅源电压控制单元，负载开关nm1的漏极和驱动单元的输入端连接输入电压vin，驱动单元的输出端与输出电压上升速率控制单元的输入端连接，输出电压上升速率控制单元的输出端与负载开关nm1的栅极、输出电压下降速率控制单元的输入端和栅源电压控制单元的一端连接，栅源电压控制单元的另一端与负载开关nm1的源极连接并连接输出电压vout，输出电压下降速率控制单元的输出端接地，输出电压上升速率控制单元的使能端和输出电压下降速率控制单元的使能端分别连接使能信号en。
2.根据权利要求1所述的一种输出电压上升下降速率可控的负载开关电路，其特征在于：所述输出电压上升速率控制单元包含p型mos管pm1、p型mos管pm2、n型mos管nm4和电流源i0，p型mos管pm1的源极和p型mos管pm2的源极相连并作为输出电压上升速率控制单元的输入端，p型mos管pm1的栅极与p型mos管pm1的漏极、n型mos管nm4的漏极和p型mos管pm2的栅极连接，p型mos管pm2的漏极作为输出电压上升速率控制单元的输出端，n型mos管nm4的栅极作为输出电压上升速率控制单元的使能端，n型mos管nm4的源极连接电流源i0的输入端，电流源i...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱丽丽，靳瑞英，付美俊，
申请(专利权)人：上海帝迪集成电路设计有限公司，
类型：发明
国别省市：
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