CN104638920B - 单电感多输出电源变换器次级开关管衬底的可控性连接方法及其电路 - Google Patents

单电感多输出电源变换器次级开关管衬底的可控性连接方法及其电路 Download PDF

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Abstract

一种单电感多输出电源变换器次级开关管衬底的可控性连接方法，通过次级开关衬底的连接控制电路判断次级开关管的工作状态，决定各路次级开关管的衬底Bi(i＝1，2，3，...，n)是连接到电感的输出端还是各条支路的输出Voi(i＝1，2，3，...，n)，以保证次级开关管的衬底始终连接到源、漏极中电位较低的一端。本发明采用简单的数字逻辑电路，对单电感多输出开关电源变换器次级开关管衬底可控性连接进行精确快速的控制，避免了体二极管效应对SIMO DC‑DC变换器的影响，使得SIMO电路能够稳定的工作。

Description

单电感多输出电源变换器次级开关管衬底的可控性连接方法 及其电路
技术领域
本发明涉及单电感多输出开关电源变换器，特别涉及一种单电感多输出电源变换器次级开关管衬底的可控性连接方法及其电路，属于微电子领域。
背景技术
单电感多输出(Single-Inductor Multiple-Output，SIMO)开关电源变换器是一种新型多输出开关变换器结构，利用各输出支路分时工作原理，仅使用单电感即可实现多路输出电压，适用于多值电压系统的电源。各输出支路共享一个电感，分时工作，大大减少了电路所需电感的数目，因而在实现对各路输出支路独立精确控制的同时，大大减小了变换器系统的尺寸。
如图1，单电感多输出开关电源变换器功率级开关包括主级功率级开关和次级功率级开关，主级功率开关管为一个PMOS管Sp0和一个NMOS管Sn0，次级功率开关管为n(单电感N输出)个NMOS管Sn1～Snn。通常NMOS器件制作在p型硅上(图2，两个N型重掺杂区分别为源区和漏区，衬底B通过P型重掺杂引出。因此p﹢阱的衬底B与n﹢阱的漏极和源极之间分别形成寄生体二极管。在典型的MOS管工作中，源/漏对衬底的体二极管必须反偏，所以通常NMOS管的衬底被连接到系统的最低电位(一般为地电位)，但是如果衬底B和源极电位不相等时就会带来体效应。因此，在开关电源变换器中，我们要求开关管的衬底B连接到开关管的S端(本文中定义NMOS/PMOS管有箭头一端为源极，无箭头一端为漏极，两者间电位较低/高的一端为S端)。在一般的单路输出DC-DC开关电源变换器中，NMOS开关管的衬底B直接连接到源极，体二极管不会对系统造成太大的影响。但是如果这种接法直接应用到多输出变换器当中时，将导致系统不能正常工作。
在传统的单电感多输出开关电源变换器中，如果某两条支路输出电压之间差值超过次级开关管体二极管导通压降(一般为0.7V)，并且输出电压值低的支路次级开关管导通，那么输出电压高的支路次级开关管的体二极管正向导通，在这两条输出支路之间就会流过电流，电流从输出电压值高的支路流经该路次级开关管的体二极管，通过主、次级功率开关管之间的连接电感L的输出端(定义为节点LX_)，再经过输出电压值低的支路的次级开关管，这使得输出电压值高的支路输出电压被钳位在某一电压值(输出电压值低的支路输出电压与体二极管导通电压之和)，增加了输出电压值高的支路的电压纹波系数，严重时会破坏整个系统的稳定性，使变换器无法正常工作。在传统的单电感多输出开关电源变换器次级开关可控性连接控制电路中(图3)，采用的是通过比较器比较次级开关管源极和漏极电位大小，从而使开关管的衬底B可控性地连接电位较低的一端。但是该电路有以下三点不足之处：一是电路的输出电平转换速度与静态功耗之间存在折中关系；二是电路中通过PMOS管M1(或M2)将次级开关管的衬底B与漏极(或源极)相连接，由于单管PMOS导通电阻较大，衬底B和漏极(或源极)间压降较大，导致功率管存在严重体效应，使阈值电压Vth增大，源漏导通电阻增大，影响电路稳定性；三是电路结构比较复杂，不易于实现
发明内容
本发明提供一种单电感多输出开关电源变换器次级开关管衬底的可控性连接方法及其电路，利用简单的数字逻辑电路，实现了对次级开关管衬底可控性连接，解决了体二极管对电源系统的影响，保证了系统的稳定性。
本发明的技术方案如下：一种单电感多输出电源变换器次级开关管衬底的可控性连接方法，n个次级功率开关NMOS管Sn1～Snn对应产生n个支路的输出电压Vo1～Von，设定Vo1≥Vo2≥Vo3≥…≥Voi≥…≥Von，每个时钟周期开始时电感L先给次级功率开关第一支路的输出电容充电，当第一支路的输出电压达到设定值时，第一支路的次级开关管Sn1关断，电感L给第二支路的输出电容充电，当第二支路的输出电压达到设定值时，第二支路的次级开关管Sn2关断，以此类推，直至下一个周期开始，各次级开关管Sni(i＝1,2,3,4，...，n)的占空比信号为Di(i＝1,2,3,4，...，n)，控制各次级开关管的通断，保证各个次级开关不会发生同时导通的情况，即每个时刻电感只给其中一个支路输出电容充电，定义电感L与各次级功率开关管NMOS管Sni(i＝1,2,3,4，…，n)漏极的连接节点为LX_点；
其特征在于：通过次级开关衬底的连接控制电路判断次级开关管的工作状态，决定各路次级开关管的衬底Bi(i＝1，2，3，...，n)是连接到Lx_点还是各条支路的输出Voi(i＝1，2，3，...，n)，以保证次级开关管的衬底始终连接到源、漏极中电位较低的一端；当占空比信号D1＝0时，次级开关管Sn1关断，次级开关管Sni(i＝2，3，4，…，n)其中一路导通，LX_点通过导通的次级开关管Sni连接到输出电压Voi，即LX_点的电位在忽略次级开关管的导通压降时等于输出电压Voi，次级开关管Sn1的漏极电位不高于其源极电位，此时次级开关管Sn1的衬底B1应该连接到低电位LX_点；当占空比信号D1＝D2＝0时，次级开关管Sn1、Sn2同时关断，次级开关管Sni(i＝3，4，…，n)其中一路导通，LX_点通过导通的次级开关管Sni连接到输出电压Voi，即LX_点的电位在忽略次级开关管的导通压降时等于输出电压Voi，次级开关管Sn1、Sn2的漏极电位不高于次级开关管Sn1、Sn2的源极电位，此时次级开关管Sn1、Sn2的衬底B1、B2应该连接到低电位LX_点；以此类推，当占空比信号D1＝D2＝…＝Di＝0时，次级开关管Sn1、Sn2、…、Sni关断，次级开关管Snj(j＝i+1，i+2，…，n)其中一路导通，LX_点通过导通的次级开关管Snj连接到输出电压Voj，即LX_点的电位在忽略次级开关管的导通压降时等于输出电压Voj，次级开关管Sn1、Sn2…Sni的漏极电位不高于次级开关管Sn1、Sn2、…、Sni的源极电位，此时次级开关管Sn1、Sn2…Sni的衬底应该连接到低电位LX_点，当出现不属于以上情况的开关状态时，次级开关管Sni(i＝1,2,3,4，…，n)的衬底Bi均连接至输出电压Voi。
根据上述方法设计的控制电路，单电感多输出开关电源变换器的主级功率开关管设有一个PMOS管Sp0和一个NMOS管Sn0，次级功率开关管设有n个次级开关管Sn1～Snn，各次级开关管Sni(i＝1,2,3,4，...，n)的栅极分别连接各自的次级开关占空比信号D1～Dn，各次级功率开关管的源极与衬底互连，各次级功率开关管的源极分别通过各自的负载输出各支路的输出电压Vo1～Von，主级功率开关管Sp0的漏极和主级功率开关管Sn0的漏极相连接并通过电感L与各次级功率开关管的漏极连接在一起；
其特征在于：对n个支路次级开关管的衬底分别设置连接控制电路，各支路次级开关管衬底的连接控制电路均包括2个非门和一对传输门，第一支路的2个非门定义为NOT11和NOT12，一对传输门定义为TG11和TG12…，第n支路的2个非门定义为NOTn1和NOTn2，一对传输门定义为TGn1和TGn2；各支路中的一对传输门结构相同，传输门TGi1和TGi2(i＝1,2,3,4，...，n)中均分别包括一个NMOS管和一个PMOS管；除第一支路外，从第二支路到第n支路的每个支路中还设有一个与非门，第二支路中的与非门定义为NAND2…，第n支路中的与非门定义为NANDn；其中：
第一支路非门NOT11的输入端连接次级开关占空比信号D1，非门NOT11的输出D1_连接非门NOT12的输入端和传输门TG11中NMOS管的栅极以及传输门TG12中PMOS管的栅极，非门NOT12的输出连接传输门TG11中PMOS管的栅极和传输门TG12中NMOS管的栅极；传输门TG11中NMOS管的源极与衬底互连并与传输门TG11中PMOS管的漏极连接在一起构成传输门TG11的输入端，传输门TG12中NMOS管的源极与衬底互连并与传输门TG12中PMOS管的漏极连接在一起构成传输门TG12的输入端，传输门TG11的输入端和传输门TG12的输入端连接在一起与第一支路次级开关管Sn1的衬底B1连接，传输门TG11中NMOS管的漏极与传输门TG11中PMOS管的源极和衬底连接在一起构成传输门TG11的输出端连接节点LX_点，传输门TG12中NMOS管的漏极与传输门TG12中PMOS管的源极和衬底连接在一起构成传输门TG12的输出端连接第一支路的输出电压端Vo1；
第二支路非门NOT21的输入端连接次级开关占空比信号D2，非门NOT21的输出D2_连接与非门NAND2的一个输入端，与非门NAND2的另一个输入端连接信号D1_，与非门NAND2的输出连接非门NOT22的输入端和传输门TG21中NMOS管的栅极以及传输门TG22中PMOS管的栅极，非门NOT22的输出连接传输门TG21中PMOS管的栅极和传输门TG22中NMOS管的栅极；传输门TG21中NMOS管的源极与衬底互连并与传输门TG21中PMOS管的漏极连接在一起构成传输门TG21的输入端，传输门TG22中NMOS管的源极与衬底互连并与传输门TG22中PMOS管的漏极连接在一起构成传输门TG22的输入端，传输门TG21的输入端和传输门TG22的输入端连接在一起与第二支路次级开关管Sn2的衬底B2连接，传输门TG21中NMOS管的漏极与传输门TG21中PMOS管的源极和衬底连接在一起构成传输门TG21的输出端连接二支路的输出电压端Vo2，传输门TG22中NMOS管的漏极与传输门TG22中PMOS管的源极和衬底连接在一起构成传输门TG22的输出端连接节点LX_点；
第二支路以后各支路的结构和连接关系以此类推，第i支路(i＝3,4，...，n)非门NOTi1(i＝3,4，...，n)的输入端连接次级开关占空比信号D i(i＝3,4，...，n)，非门NOT i1的输出D i_连接与非门NAND i(i＝3,4，...，n)的一个输入端，与非门NAND i的其它输入端分别连接信号D1_～D i-1_，与非门NAND i(i＝3,4，...，n)的输出连接非门NOT i 2(i＝3,4，...，n)的输入端和传输门TG i 1(i＝3,4，...，n)中NMOS管的栅极以及传输门TG i 2(i＝3,4，...，n)中PMOS管的栅极，非门NOT i 2的输出连接传输门TG i 1中PMOS管的栅极和传输门TG i 2中NMOS管的栅极；传输门TG i 1中NMOS管的源极与衬底互连并与传输门TGi 1中PMOS管的漏极连接在一起构成传输门TG i 1的输入端，传输门TG i 2中NMOS管的源极与衬底互连并与传输门TG i 2中PMOS管的漏极连接在一起构成传输门TG i 2的输入端，传输门TG i 1的输入端和传输门TG i 2的输入端连接在一起与第二支路次级开关管Sn i(i＝3,4，...，n)的衬底B i(i＝3,4，...，n)连接，传输门TG i 1中NMOS管的漏极与传输门TG i 1中PMOS管的源极和衬底连接在一起构成传输门TG i 1的输出端连接二支路的输出电压端Vo i(i＝3,4，...，n)，传输门TG i 2中NMOS管的漏极与传输门TG i 2中PMOS管的源极和衬底连接在一起构成传输门TG i 2的输出端连接节点LX_点。
本发明的优点及显著效果：本发明从实用性和电源系统的高效率方面考虑，采用简单的数字逻辑电路，对单电感多输出开关电源变换器次级开关管衬底可控性连接进行精确快速的控制，避免了体二极管效应对SIMO DC-DC变换器的影响，使得SIMO电路能够稳定的工作。
附图说明
图1为单电感多输出开关电源变换器系统的功率级电路图；
图2a)为NMOS器件截面简化结构图；
图2b)为单电感多输出开关电源变换器输出电压波形图；
图3为传统单电感多输出开关电源变换器次级开关衬底可控性连接控制电路图；
图4为本发明改进的次级开关衬底可控性连接控制电路原理图。
具体实施方式
图1为单电感多输出(n路输出)开关电源变换器系统的功率级电路图。开关电源变换器功率级包括主级功率开关管和次级功率开关管，主级功率开关管为一个PMOS管Sp0和一个NMOS管Sn0，次级功率开关管为n个NMOS管Sn1～Snn。主级功率开关管Sp0的漏极和Sn0的漏极相连，再与电感L一端相连。次级功率开关管Sni(i＝1,2,3,4，...，n)漏极均连接到电感另一端，该节点命名为LX_点，Sni源极分别连接到各支路的输出Voi(i＝1,2,3,4，...，n)。次级开关占空比信号D1～Dn，控制次级开关管的通断，保证各个次级开关不会发生同时导通的情况。
图2a)为NMOS器件截面简化结构图，通常NMOS器件制作在p型衬底B(Body)上，两个重掺杂n﹢区形成源端(S)和漏端(D)，重掺杂的多晶硅区(简称为poly)作为栅，一层薄二氧化硅SiO2使栅与衬底隔离。器件的有效作用就发生在栅氧下的衬底区。这种结构中源端(S)和漏端(D)是对称的，并且在衬底B的p+阱与源/漏端的n﹢阱之间存在寄生体二极管。
在传统的单电感多输出开关电源变换器中，如果某两条支路输出电压之间差值超过次级开关管体二极管导通压降(一般为0.7V)，并且输出电压值低的支路次级开关管导通，那么输出电压高的支路次级开关管的体二极管正向导通，在这两条输出支路之间就会流过电流，电流从输出电压值高的支路流经次级开关管的体二极管，通过节点LX_，再经过输出电压值低的支路的次级开关管。这使得输出电压值高的支路输出电压钳位在某一电压值(输出电压值低的支路输出电压与体二极管导通电压之和)，如图2b)中实线所示，增加了输出电压值高的支路的电压纹波系数，严重时会破坏整个系统的稳定性，使变换器无法正常工作。
图3为传统的单电感多输出开关电源变换器次级开关衬底可控性连接控制电路图，主要分为比较器、衬底连接控制器以及次级开关管NMOS管三个部分。其电路工作原理：当次级功率开关管源极电位高于漏极电位时，比较器输出为高电平，M1管导通，衬底B通过M1连接到次级开关管的漏极；当次级功率开关管源极电位低于漏极电位时，比较器输出为低电平，M2管导通，衬底B通过M2连接到次级开关管的源极。图中其它PMOS管衬底均连接至电源电位VDD，NMOS管衬底均连接至地电位。
本发明次级开关衬底可控性连接方法通过控制电路判断次级开关管的工作状态，从而决定各路次级开关的Bi(i＝1，2，3，...，n)是连接到Lx_点还是各条支路的输出Voi(i＝1，2，3，...，n)，保证次级NMOS管的衬底始终连接到源漏极中电位较低的一端，即S端。当占空比信号D1＝0时，次级开关管Sn1关断，次级开关管Sni(i＝2，3，4，…，n)其中一路导通，LX_点通过导通的次级开关管Sni连接到输出电压Voi，即LX_点的电位等于输出电压Voi(忽略次级开关管的导通压降)，次级NMOS管Sn1漏极电位不高于Sn1源极电位，此时Sn1管B1应该连接到低电位LX_点；当占空比信号D1＝D2＝0时，次级开关管Sn1、Sn2同时关断，次级开关管Sni(i＝3，4，…，n)其中一路导通，LX_点通过导通的次级开关管Sni连接到输出电压Voi，即LX_点的电位等于输出电压Voi(忽略次级开关管的导通压降)，次级NMOS管Sn1、Sn2漏极电位不高于Sn1、Sn2源极电位，此时Sn1、Sn2管B1、B2应该连接到低电位LX_点；以此类推，当占空比信号D1＝D2＝…＝Di＝0时，次级开关管Sn1、Sn2、…、Sni关断，次级开关管Snj(j＝i+1，i+2，…，n)其中一路导通，LX_点通过导通的次级开关管Snj连接到输出电压Voj，即LX_点的电位等于输出电压Voj(忽略次级开关管的导通压降)，次级NMOS管Sn1、Sn2…Sni漏极电位不高于Sn1、Sn2、…、Sni源极电位，此时Sn1、Sn2…Sni管衬底应该连接到低电位LX_点。当出现不属于以上情况的开关状态时，衬底Bi均连接至输出电压Voi。
图4为根据上述方法设计的改进的次级开关衬底可控性连接控制电路原理图。电路包括2n个非门(NOT11、NOT12)～(NOTn1、NOTn2)，n-1个与非门NAND1～NANDn-1以及2n个传输门(TG11、TG12)～(TGn1、TGn2)。占空比信号D1经过非门NOT11得到D1_信号，D1_连接到传输门TG11中NMOS管的栅极和TG12的PMOS管的栅极，D1_经过非门NOT12后连接到传输门TG11中PMOS管的栅极和TG12中NMOS管的栅极，衬底B1连接到传输门TG11和TG12的输入端，传输门TG11的输出连接到电感L的右端Lx_点，TG12的输出端连接Vo1；占空比信号Di(i＝2，3，4，…，n)经过非门NOTi1得到Di_信号，D1_～Di_共i个信号通过与非门NANDi后连接到传输门TGi1中NMOS管的栅极和TGi2的PMOS管的栅极，D1_～Di_共i个信号通过与非门NANDi后，再经过非门NOTi2，连接到传输门TGi1中PMOS管的栅极和TGi2中NMOS管的栅极，衬底Bi连接到传输门TGi1和TGi2的输入端，传输门TGi1的输出连接到输出电压Voi，TGi2的输出端连接Lx_点。为了消除体效应，传输门TG12、TGi1(i＝2,3，…，n)中PMOS管衬底连接至Voi，NMOS管衬底连接至Bi，传输门TG11、TGi2(i＝2,3，…，n)中PMOS管衬底连接至LX_点，NMOS管衬底连接至Bi。
本专利的特点已经及内容已揭示如上，然而本领域的技术人员可能基于本发明的说明而做种种不背离发明精神的替换和修改。因此，本发明的保护范围应包含所有单电感多输出开关电源变换器次级开关衬底可控性连接控制方法，应包含各种不背离本发明的替换和修改，并为权利要求书所涵盖。

Claims (2)

1.一种单电感多输出电源变换器次级开关管衬底的可控性连接方法，n个次级功率开关NMOS管Sn1～Snn对应产生n个支路的输出电压Vo1～Von，设定Vo1≥Vo2≥Vo3≥…≥Voi≥…≥Von，每个时钟周期开始时电感L先给次级功率开关第一支路的输出电容充电，当第一支路的输出电压达到设定值时，第一支路的次级开关管Sn1关断，电感L给第二支路的输出电容充电，当第二支路的输出电压达到设定值时，第二支路的次级开关管Sn2关断，以此类推，直至下一个周期开始，各次级开关管Sni(i＝1,2,3,4，...，n)的占空比信号为Di(i＝1,2,3,4，...，n)，控制各次级开关管的通断，保证各个次级开关不会发生同时导通的情况，即每个时刻电感只给其中一个支路输出电容充电，定义电感L与各次级功率开关管NMOS管Sni(i＝1,2,3,4，…，n)漏极的连接节点为LX_点；
其特征在于：通过次级开关衬底的连接控制电路判断次级开关管的工作状态，决定各路次级开关管的衬底Bi(i＝1，2，3，...，n)是连接到Lx_点还是各条支路的输出Voi(i＝1，2，3，...，n)，以保证次级开关管的衬底始终连接到源、漏极中电位较低的一端；当占空比信号D1＝0时，次级开关管Sn1关断，次级开关管Sni(i＝2，3，4，…，n)其中一路导通，LX_点通过导通的次级开关管Sni连接到输出电压Voi，即LX_点的电位在忽略次级开关管的导通压降时等于输出电压Voi，次级开关管Sn1的漏极电位不高于其源极电位，此时次级开关管Sn1的衬底B1应该连接到低电位LX_点；当占空比信号D1＝D2＝0时，次级开关管Sn1、Sn2同时关断，次级开关管Sni(i＝3，4，…，n)其中一路导通，LX_点通过导通的次级开关管Sni连接到输出电压Voi，即LX_点的电位在忽略次级开关管的导通压降时等于输出电压Voi，次级开关管Sn1、Sn2的漏极电位不高于次级开关管Sn1、Sn2的源极电位，此时次级开关管Sn1、Sn2的衬底B1、B2应该连接到低电位LX_点；以此类推，当占空比信号D1＝D2＝…＝Di＝0时，次级开关管Sn1、Sn2、…、Sni关断，次级开关管Snj(j＝i+1，i+2，…，n)其中一路导通，LX_点通过导通的次级开关管Snj连接到输出电压Voj，即LX_点的电位在忽略次级开关管的导通压降时等于输出电压Voj，次级开关管Sn1、Sn2…Sni的漏极电位不高于次级开关管Sn1、Sn2、…、Sni的源极电位，此时次级开关管Sn1、Sn2…Sni的衬底应该连接到低电位LX_点，当出现不属于以上情况的开关状态时，次级开关管Sni(i＝1,2,3,4，…，n)的衬底Bi均连接至输出电压Voi。
2.根据权利要求1所述的单电感多输出电源变换器次级开关衬底的可控性连接方法设计的控制电路，单电感多输出开关电源变换器的主级功率开关管设有一个PMOS管Sp0和一个NMOS管Sn0，次级功率开关管设有n个次级开关管Sn1～Snn，各次级开关管Sni(i＝1,2,3,4，...，n)的栅极分别连接各自的次级开关占空比信号D1～Dn，各次级功率开关管的源极与衬底互连，各次级功率开关管的源极分别通过各自的负载输出各支路的输出电压Vo1～Von，主级功率开关管Sp0的漏极和主级功率开关管Sn0的漏极相连接并通过电感L与各次级功率开关管的漏极连接在一起；
其特征在于：对n个支路次级开关管的衬底分别设置连接控制电路，各支路次级开关管衬底的连接控制电路均包括2个非门和一对传输门，第一支路的2个非门定义为NOT11和NOT12，一对传输门定义为TG11和TG12…，第n支路的2个非门定义为NOTn1和NOTn2，一对传输门定义为TGn1和TGn2；各支路中的一对传输门结构相同，传输门TGi1和TGi2(i＝1,2,3,4，...，n)中均分别包括一个NMOS管和一个PMOS管；除第一支路外，从第二支路到第n支路的每个支路中还设有一个与非门，第二支路中的与非门定义为NAND2…，第n支路中的与非门定义为NANDn；其中：
第一支路非门NOT11的输入端连接次级开关占空比信号D1，非门NOT11的输出D1_连接非门NOT12的输入端和传输门TG11中NMOS管的栅极以及传输门TG12中PMOS管的栅极，非门NOT12的输出连接传输门TG11中PMOS管的栅极和传输门TG12中NMOS管的栅极；传输门TG11中NMOS管的源极与衬底互连并与传输门TG11中PMOS管的漏极连接在一起构成传输门TG11的输入端，传输门TG12中NMOS管的源极与衬底互连并与传输门TG12中PMOS管的漏极连接在一起构成传输门TG12的输入端，传输门TG11的输入端和传输门TG12的输入端连接在一起与第一支路次级开关管Sn1的衬底B1连接，传输门TG11中NMOS管的漏极与传输门TG11中PMOS管的源极和衬底连接在一起构成传输门TG11的输出端连接节点LX_点，传输门TG12中NMOS管的漏极与传输门TG12中PMOS管的源极和衬底连接在一起构成传输门TG12的输出端连接第一支路的输出电压端Vo1；
第二支路非门NOT21的输入端连接次级开关占空比信号D2，非门NOT21的输出D2_连接与非门NAND2的一个输入端，与非门NAND2的另一个输入端连接信号D1_，与非门NAND2的输出连接非门NOT22的输入端和传输门TG21中NMOS管的栅极以及传输门TG22中PMOS管的栅极，非门NOT22的输出连接传输门TG21中PMOS管的栅极和传输门TG22中NMOS管的栅极；传输门TG21中NMOS管的源极与衬底互连并与传输门TG21中PMOS管的漏极连接在一起构成传输门TG21的输入端，传输门TG22中NMOS管的源极与衬底互连并与传输门TG22中PMOS管的漏极连接在一起构成传输门TG22的输入端，传输门TG21的输入端和传输门TG22的输入端连接在一起与第二支路次级开关管Sn2的衬底B2连接，传输门TG21中NMOS管的漏极与传输门TG21中PMOS管的源极和衬底连接在一起构成传输门TG21的输出端连接第二支路的输出电压端Vo2，传输门TG22中NMOS管的漏极与传输门TG22中PMOS管的源极和衬底连接在一起构成传输门TG22的输出端连接节点LX_点；
第二支路以后各支路的结构和连接关系以此类推，第i支路(i＝3,4，...，n)非门NOTi1(i＝3,4，...，n)的输入端连接次级开关占空比信号Di(i＝3,4，...，n)，非门NOTi1的输出Di_连接与非门NANDi(i＝3,4，...，n)的一个输入端，与非门NANDi的其它输入端分别连接信号D1_～Di-1_，与非门NANDi输出连接非门NOTi2(i＝3,4，...，n)的输入端和传输门TGi1(i＝3,4，...，n)中NMOS管的栅极以及传输门TGi2(i＝3,4，...，n)中PMOS管的栅极，非门NOTi2的输出连接传输门TGi1中PMOS管的栅极和传输门TGi2中NMOS管的栅极；传输门TGi1中NMOS管的源极与衬底互连并与传输门TGi1中PMOS管的漏极连接在一起构成传输门TGi1的输入端，传输门TGi2中NMOS管的源极与衬底互连并与传输门TGi2中PMOS管的漏极连接在一起构成传输门TGi2的输入端，传输门TGi1的输入端和传输门TGi2的输入端连接在一起与第i支路次级开关管Sni(i＝3,4，...，n)的衬底Bi(i＝3,4，...，n)连接，传输门TGi1中NMOS管的漏极与传输门TGi1中PMOS管的源极和衬底连接在一起构成传输门TGi1的输出端连接第i支路的输出电压端Voi(i＝3,4，...，n)，传输门TGi2中NMOS管的漏极与传输门TGi2中PMOS管的源极和衬底连接在一起构成传输门TGi2的输出端连接节点LX_点。
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