CN101345520B - 防倒灌电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防倒灌电路，用于MOS器件应用电路；所述MOS器件包括衬底、栅极、漏极和源极所述防倒灌电路包括：第一开关，连接在所述源极与漏极中的一个极和衬底之间；第二开关，连接在所述源极与漏极中的另一个极和衬底之间；第三开关，将所述栅极连接到MOS器件应用电路中；第四开关，连接在所述源极与漏极中的另一个极和栅极之间；以及连接在所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关上的开关控制电路；当所述一个极的电压大于另一个极的电压时，所述第一开关和第三开关闭合，所述第二开关和第四开关断开；当所述一个极电压小于另一个极电压时，所述第一开关和第三开关断开，所述第二开关和第四开关闭合，从而有效避免了漏电流的产生。

Description

防倒灌电路

技术领域

本发明涉及微电子领域模拟集成电路设计，具体地说，是一种用于金属氧化物半导体场效应管的防倒灌电路。

背景技术

场效应管(FET)是电压控制器件，它由输入电压来控制输出电流的变化，具有输入阻抗高噪声低、动态范围大、温度系数低等优点，因而广泛应用于各种电子线路中。场效应管有结型和绝缘栅两种结构，每种结构又有N沟道和P沟道两种导电沟道。其中的绝缘栅场效应管是由金属、氧化物和半导体所组成，所以又称为金属氧化物半导体(MOS)场效应管，简称MOSFET。MOSFET具有源极、漏极和栅极，其工作方式有两种：当栅压为零时有较大漏极电流的称为耗散型；当栅压为零，漏极电流也为零，必须再加一定的栅压之后才有漏极电流的称为增强型。

众所周知，金属氧化物半导体(MOS)的结构是对称的，我们将源极定义为提供载流子的终端，而漏极定义为收集载流子的终端。当器件的源极、漏极和栅极三端的电压变化时，源极和漏极的作用可以互换。而衬底的电位对器件特性有很大的影响。也就是说，MOSFET是一个四端器件。由于MOS分为PMOS和NMOS两种，下面仅以PMOS进行说明。

图1显示了PMOS的结构。如图所示，PMOS以一块N型薄硅片N-WELL作为衬底，在N型薄硅片上面扩散两个高杂质的P型区P+，作为源极S和漏极D。在硅片表覆盖一层绝缘物，然后再用金属铝引出一个栅极G。其中的栅极与其它电极绝缘。要使P型区P+与N型薄硅片N-WELL形成两个PN结二极管反偏，N型薄硅片N-WELL电位一定要不高于其中任何一个P型区P+的电位。

由于在典型的MOS工作中，源极/漏极与衬底形成的PN结二极管都必须反偏，所以MOSFET的衬底一般连接到系统的极高或极低电压上。如图2所示，因为PMOS器件101做在n阱中，所以n阱必须接一定的电位，以便PMOS管的源极/漏极结二极管在任何情况下都保持反偏。而这个电位必须高于或等于源极S和漏极D两级中的较高电位。然而，有些电路中存在较高电位不明确的现象，比如低压降电压调整器(LDO)、充电器(charger)等线路中的输出管，他们的源极连在VCC上，漏极连在VOUT上，此时衬底不能直接连在VCC上，因为当VOUT电位大于VCC时，漏极到衬底的PN结导通，因而产生漏电流，对电路的性能产生极大的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种防倒灌电路，用于金属氧化物半导体场效应管，以防止电路中较高电位不明确情况下，漏极到衬底的PN结导通而产生漏电流的技术问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种防倒灌电路，用于MOS器件应用电路；所述MOS器件包括衬底、栅极、漏极和源极所述防倒灌电路包括：第一开关，连接在所述源极与漏极中的一个极和衬底之间；第二开关，连接在所述源极与漏极中的另一个极和衬底之间；第三开关，将所述栅极连接到MOS器件应用电路中；第四开关，连接在所述源极与漏极中的另一个极和栅极之间；以及连接在所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关上的开关控制电路；当所述一个极的电压大于另一个极的电压时，所述第一开关和第三开关闭合，所述第二开关和第四开关断开；当所述一个极电压小于另一个极电压时，所述第一开关和第三开关断开，所述第二开关和第四开关闭合。

采用上述防倒灌电路，通常情况下，PMOS管的衬底连在VCC上，栅极连在线路中所给的电位上。当源极电压小于漏极电压时，所述第一开关和第三开关断开，所述第二开关和第四开关闭合。此时PMOS管的衬底和栅极均连在VOUT上，将PMOS管关断，从而有效避免了漏电流的产生。

所述开关控制电路包括串接的比较器和反向器，所述比较器的正输入端接所述另一个极的电压端，负输入端接所述一个极的电压端；比较器的输出端连接所述第二开关和第四开关，反向器的输出端连接所述第一开关和第三开关。

所述一个极和栅极之间设有常开开关以断开所述一个极和栅极常开开关是避免有悬浮栅，在关断时拉高管子栅。

所述比较器的电源接在所述另一个极的电压端上。这是为了在芯片关断时，也能正常工作，并且这里不产生漏电。

所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关为PMOS管或者传输门。

所述MOS器件应用电路是低压降电压调整器电路或充电器电路。

所述MOS器件是增强型MOSFET。

附图说明

图1是PMOS的结构图；

图2是PMOS器件的示意图；

图3是本发明的用于PMOS器件的防倒灌电路图；

图4是VCC高于VOUT时，图3的防倒灌电路的连接状态示意图；

图5是VCC低于VOUT时，图3的防倒灌电路的连接状态示意图；

图6是选用PMOS管作为开关时，本发明的用于PMOS器件的防倒灌电路图；

图7是选用传输门作为开关时，本发明的用于PMOS器件的防倒灌电路图；

图8是本发明用于判断VCC和VOUT高低以控制开关通断的电路。

具体实施方式

下面根据图3至图8，给出本发明一个较好实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。

本发明的防倒灌电路，用于MOS器件应用电路；所述MOS器件包括衬底B、栅极G、漏极D和源极S。所述防倒灌电路主要分为两部分，第一部分是图3中所示的五个开关202、203、204、205、206，第二部分是图8中所示的开关控制电路，连接在所述四个开关202、203、204、205上。如图3所示，本发明采用五个开关来控制PMOS管101的衬底B和栅极G。由于源极S和漏极D可以互换，因此在此定义源极S与漏极D中的一个极为极A，源极S与漏极D中的另一个极为极C。

开关202连接在所述极A和衬底B之间。开关203连接在所述极C和衬 底B之间。开关204将所述栅极G连接到MOS器件应用电路中。开关205连接在所述极C和栅极G之间。开关206，设在所述极A和栅极G之间，该开关206始终处于断开状态以断开极A和栅极G。本发明采用五个开关来控制PMOS管101的衬底B和栅极G。其中开关202、开关203用来控制PMOS管101的衬底B的连接，而开关204、开关205、开关206用来控制PMOS管101的栅极G的连接。当极A电压大于极C电压时，所述开关202和开关204闭合，所述开关203和开关205断开。当极A电压小于极C电压时，所述开关202和开关204断开，所述开关203和开关205闭合。

这里我们以LDO电路为例。假设PMOS管101的极A连在VCC上，极C连在VOUT上。其中开关206是避免有悬浮栅，在关断时拉高管子栅。

如图4所示，当通常情况下，VCC高于VOUT时，开关202和开关204闭合，开关203和开关205断开，此时PMOS管101的衬底B连在VCC上，栅极G连在线路中所给的电位上。

如图5所示，当VCC低于VOUT时，开关202和开关204断开，开关203和开关205闭合。此时PMOS管101的衬底B和栅极G均连在VOUT上，将PMOS管101关断。

如图6，用PMOS管来做开关，那么当PMOS的栅为低时，管子导通，即开关闭合；反之，当PMOS的栅为高时，管子截止，即开关断开。

如图7，用传输门来做开关，传输门的两个输入端一定是输入相反信号。

这里作为开关的PMOS管的衬底应与PMOS管101的衬底接在一起，以保证接在较高点位上。

要控制开关部分的开闭，主要是由开关控制电路来实现。如图8所示，所述开关控制电路包括串接的比较器COMP和反向器。以采用PMOS管做开关管为例，所述比较器COMP的正输入端接极C的电压端，即VOUT，负输入端接极A的电压端，即芯片的电源VIN。比较器COMP的输出端连接所述开关203和开关205，反向器的输出端连接所述开关202和开关204。则当VOUT>VIN时，输出为高，开关202和开关204断开，开关203和开关205闭合；当VOUT<VIN时，输出为低，开关203和开关205断开，开关202和开关204闭合。

比较器的电源要接在VOUT上。这是为了在芯片关断时，也能正常工作， 并且这里不产生漏电。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围。虽然本发明中仅以PMOS作为最佳实施例，但本发明中的MOS器件可以是耗散型PMOS、增强型PMOS、耗散型NMOS、增强型NMOS中的任何一种。若是单阱工艺，则NMOS的衬底只能接在P型衬底上(即最低电位上)；若为双阱工艺，则NMOS的衬底的接法可以参照PMOS管的衬底的接法。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。

Claims (6)

1.一种防倒灌电路，用于MOS器件应用电路；所述MOS器件包括衬底(B)、栅极(G)、漏极(D)和源极(S)；其特征在于，所述防倒灌电路包括：

第一开关，连接在所述源极(S)与漏极(D)中的一个极(A)和衬底(B)之间；所述一个极(A)和栅极(G)之间设有常开开关以断开所述一个极(A)和栅极(G)；

第二开关，连接在所述源极(S)与漏极(D)中的另一个极(C)和衬底(B)之间；

第三开关，将所述栅极(G)连接到MOS器件应用电路中；

第四开关，连接在所述源极(S)与漏极(D)中的另一个极(C)和栅极(G)之间；

以及连接在所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关上的开关控制电路；

当所述一个极(A)的电压大于另一个极(C)的电压时，所述第一开关和第三开关闭合，所述第二开关和第四开关断开；当所述一个极(A)电压小于另一个极(C)电压时，所述第一开关和第三开关断开，所述第二开关和第四开关闭合。

2.如权利要求1所述的防倒灌电路，其特征在于，所述开关控制电路包括串接的比较器和反向器，所述比较器的正输入端接所述另一个极(C)的电压端，负输入端接所述一个极(A)的电压端；比较器的输出端连接所述第二开关和第四开关，反向器的输出端连接所述第一开关和第三开关。

3.如权利要求2所述的防倒灌电路，其特征在于，所述比较器的电源接在所述另一个极(C)的电压端上。

4.如权利要求1或2所述的防倒灌电路，其特征在于，所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关为PMOS管或者传输门。

5.如权利要求1或2所述的防倒灌电路，其特征在于，所述MOS器件应用电路是低压降电压调整器电路或充电器电路。

6.如权利要求1或2所述的防倒灌电路，其特征在于，所述MOS器件是增强型MOSFET。

Images