CN105680675B - 为多开关电路提供电压的电路和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及为多开关电路提供电压的电路和方法。本发明公开了生成电荷泵电压为偏压电路供电的电荷泵电路。所述偏压电路生成基准电流并由所述基准电流生成开关电流。栅‑源电压由所述开关电流生成，随后施加到开关电路的开关元件以连接两个节点。所述栅‑源电压可在所述偏压电路中生成并提供给所述开关电路。所述栅‑源电压也可在所述开关电路中生成。

Description

为多开关电路提供电压的电路和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求提交于2014年12月3日的美国临时申请No.62/086,967的权益，该临时申请全文以引用方式并入本文中。
技术领域
本发明整体涉及电路，并且更具体地但不限于涉及为多开关电路提供电压的电路和方法。
背景技术
电荷泵电路将直流(DC)电压从一个水平变换成另一个水平。这些电荷泵电路用于多种应用，包括提供偏置电压或电源电压。例如，电荷泵电路可运用于为开关电路中的开关元件生成栅-源电压的电路中，所述开关电路运用于计算机接口端口如通用串行总线(USB)端口。本发明的实施例提供了具有改善的电荷泵电路，和采用电荷泵电路为多开关电路生成相对恒定电压的电路。
本申请提供了一种为多个开关电路提供电压的电路，包括：电荷泵电路，所述电荷泵电路被构造用于生成电荷泵电压；偏压电路，所述偏压电路被构造用于接收所述电荷泵电压以生成基准电流；和多个开关电路，所述多个开关电路中的每个开关电路被构造用于接收由所述基准电流生成的开关电流、由所述开关电流生成栅-源电压，以及把所述栅-源电压施加到第一晶体管以将输入节点连接到计算机接口端口的输出节点。
本申请还提供了一种为多个开关电路提供电压的方法，所述方法包括：生成电荷泵电压；生成电流基准；镜像反射所述电流基准以生成镜像电流；由所述镜像电流生成栅-源电压；以及把所述栅-源电压施加到多个开关电路中一个开关电路的晶体管，以将第一节点连接到第二节点。
本申请进一步提供了一种为多个开关电路提供电压的电路，包括：电荷泵电路，所述电荷泵电路生成电荷泵电压；偏压电路，所述偏压电路接收所述电荷泵电压、生成基准电流并由所述基准电流生成多个开关电流；第一开关电路的第一晶体管，所述第一晶体管具有接收第一栅-源电压的栅极和源极，所述第一栅-源电压由所述多个开关电流中的第一开关电流生成；以及第二开关电路的第二晶体管，所述第二晶体管具有接收第二栅-源电压的栅极和源极，所述第二栅-源电压由所述多个开关电流中的第二开关电流生成。
发明内容
在一个实施例中，电荷泵电路生成电荷泵电压为偏压电路供电。该偏压电路生成基准电流并由该基准电流生成开关电流。栅-源电压由这种开关电流生成，随后施加到开关电路的开关元件以连接两个节点。该栅-源电压可在偏压电路中生成并提供给开关电路。该栅-源电压也可在开关电路中生成。
在阅读本发明(包括附图和权利要求书)全文后，本发明的这些特征和其他特征对于本领域的普通技术人员将显而易见。
附图说明
不同附图中使用的相同参考标签指示相同或类似的元件。
图1示出为多个计算机接口端口提供电压的示例性电路的框图。
图2示出根据本发明的一个实施例的为多个开关电路提供电压的电路的框图。
图3示出根据本发明的一个实施例的为多个开关电路提供电压的电路的示意图。
图4示出根据本发明的另一个实施例的为多个开关电路提供电压的电路的示意图。
图5示出根据本发明的一个实施例的电压转换器电路的示意图。
图6示出根据本发明的一个实施例的电荷泵单元的示意图。
图7示出根据本发明的另一个实施例的电荷泵单元的示意图。
图8示出根据本发明的一个实施例的具有多个电荷泵单元的电荷泵电路的示意图。
图9示出根据本发明的另一个实施例的电荷泵电路。
图10示出根据本发明的一个实施例的图9电荷泵电路的仿真波形。
图11示出根据本发明的一个实施例的偏压电路的示意图。
图12示出根据本发明的一个实施例，使用电荷泵电路为多个开关电路提供多个恒定栅-源电压的方法的流程图。
具体实施方式
在本发明中提供了许多具体细节，诸如电路、元件和方法的例子，以便透彻理解本发明的实施例。然而，本领域的普通技术人员将认识到，在没有这些具体细节中的一者或多者的情况下也可实践本发明。在其他情况下，为了避免对本发明的各方面造成混淆，没有示出或描述公知的细节。
图1示出为多个计算机接口端口102(即102-1，102-2，102-3，...，102-n)提供电压的示例性电路的框图。在图1的例子中，计算机接口端口102-1是通用串行总线(USB)端口，计算机接口端口102-2是左音频端口，计算机接口端口102-3是右音频端口。在图1的例子中，每个计算机接口端口102都有开关电路103，该开关电路从其自身的独立电荷泵电路101接收恒定的栅-源电压，下文称为“电压VGS”。该恒定电压VGS被施加到开关电路103中开关元件(例如金属氧化物半导体(MOS)晶体管)的栅极和源极上。因此，三个计算机接口端口102需要三个电荷泵电路101。图1的电路可运用于(例如)微型USB开关(MUS)器件中。图1电路的一个问题是使用了若干个电荷泵电路101。另一个问题是，由于开关电路103中开关元件的栅极直接连接到对应的电荷泵电路101，故来自电荷泵电路101的电荷泵时钟噪声可能会耦合到开关电路103。
图2示出根据本发明的一个实施例的为多个开关电路提供电压的电路的框图。在图2的例子中，该电路包括被构造用于为多个开关电路123生成多个相对恒定的(即，在工程意义上)电压VGS的电荷泵电路121。开关电路123可以是计算机接口端口122(即，122-1，122-2，122-3，122-4，...，122-n)的一部分。
在图2的例子中，该电荷泵电路121为一个或多个偏压电路124生成电荷泵电压VCP。偏压电路124能有利地防止电荷泵电路121中生成的噪声被耦合到开关电路123或将这种噪声耦合降至最低程度。偏压电路124可接收电荷泵电路121生成的电荷泵电压VCP并生成开关电流，此开关电流可用于为开关电路123的开关元件生成恒定电压VGS。更具体地讲，由偏压电路124的电流源生成的电流基准可被镜像反射以生成开关电流，此开关电流流入阻抗并产生固定的电压降，该电压降可用作开关电路123中开关元件的电压VGS。当该电流源具有相对良好的电源抑制比(PSRR)时，可将其生成的基准电流视为变化很小的恒定电流。因此，所得的电压VGS也是恒定的。在图2的例子中，相对靠近偏压电路124的开关电路123可以接收相对恒定的电压VGS。
图3示出根据本发明的一个实施例的为多个开关电路提供电压的电路的示意图。图3示出了一种示例性拓扑结构，其中，开关电路使用由偏压电路生成的开关电流来为开关电路的开关元件生成恒定电压VGS。图3电路中的每一个电荷泵电路都可包括多个开关电路，但为了使图示清晰，仅示出了一个开关电路。
在图3的例子中，偏压电路124由电荷泵电路121生成的电荷泵电压VCP供电。偏压电路124包括生成固定基准电流IREF的电流源152。晶体管150和151形成的电流镜将基准电流IREF镜像反射，以生成镜像电流I1形式的开关电流，此开关电流可被开关电路123接收或由多个开关电路123共享。镜像电流I1可用于在一个或多个开关电路123中生成恒定电压VGS。因此，单个电荷泵电路121便能为多个开关电路123生成恒定电压VGS。可以理解，系统可包括多个电荷泵电路121，所述多个电荷泵电路121中的一个电荷泵电路121能为多个开关电路123提供恒定电压VGS。
在图3的例子中，阻抗元件153具有阻抗Z。一般来讲，阻抗元件可以是普通二极管、齐纳二极管、MOS晶体管、电阻器、或用于由固定的基准电流IREF或镜像电流I1生成固定电压降的其他电子元件。
在图3的例子中，开关电路123包括接收启动信号EN_SW以启用或禁用此开关电路123的栅极控制电路160。当开关电路123启用时，此开关电路123会接收来自偏压电路124的镜像电流I1，继而在电阻器164和具有阻抗Z1的阻抗元件163上产生电压降。在图3的例子中，电阻器164和阻抗元件163上的电压降称为电荷泵电压VCP1，该电压可在开关电路123中提供恒定电压VGS，更具体地讲，该电压可在将数据输入节点(DIN)连接到数据通用节点(DCOM)的晶体管162(如MOS晶体管)上提供恒定电压VGS。在图3的例子中，晶体管162是开关电路123的开关元件，它可由栅极控制电路160根据开关启动信号EN_SW导通或截止。启用开关电路123会导通晶体管162，从而将数据输入节点DIN连接到数据通用节点DCOM；禁用开关电路123会截止晶体管162，从而断开数据输入节点DIN与数据通用节点DCOM的连接。
在图3的例子中，当电压VCP1变得比电压VCP大时，二极管DI01会阻断反向导通。在图3的例子中，开关电路123包括电压转换器电路161，用于接收电荷泵电压VCP作为偏置电压。此电压转换器电路161可从连接偏压电路124的电流源152与阻抗元件153的节点接收偏置接地基准VHGND。下文更明显的是(参见图5)，电压转换器电路161可具有高侧输出和全摆幅输出。图3的例子采用此电压转换器电路161的高侧输出来驱动晶体管165，该晶体管165接收流向开关电路123的镜像电流I1。
图4示出根据本发明的另一个实施例的为多个开关电路提供电压的电路的示意图。图4示出了一种示例性拓扑结构，其中，在偏压电路中为开关电路的开关元件生成恒定电压VGS。图4电路中的每一个电荷泵电路都可包括多个开关电路，但为了使图示清晰，仅示出了一个开关电路。
在图4的例子中，偏压电路124A是偏压电路124的具体实施。在图4的例子中，偏压电路124A由电荷泵电路121生成的电荷泵电压VCP供电。类似于偏压电路124，偏压电路124A也包括生成基准电流IREF的电流源152，和晶体管150与151形成的电流镜。此电流镜将基准电流IREF镜像反射以生成镜像电流I1，该镜像电流I1将被用作生成电压VGS的开关电流。
在图4的例子中，偏压电路124A还包括二极管D101、阻抗元件163和电阻器164。镜像电流I1在阻抗元件Z1和电阻器164上产生电压降，由此生成电荷泵电压VCP1。可在连接阻抗元件Z1和电阻器164的节点处获得偏置接地基准HGND1。此偏置接地基准HGND1可由多个共享同一数据通用节点DCOM的开关电路123A共享。电荷泵电压VCP1可用作晶体管162的恒定电压VGS。也就是说，如前所述，单个电荷泵电路121可为多个开关电路123A提供恒定电压VGS。
在图4的例子中，开关电路123A是开关电路123的具体实施。开关电路123A包括接收开关启动信号EN_SW以启用或禁用此开关电路123A的栅极控制电路160。开关电路123A还包括电压转换器电路161，在图4的例子中该电压转换器电路161从偏压电路124A接收电荷泵电压VCP1和偏置接地基准HGND1。
在图4的例子中，晶体管162是开关电路123A的开关元件，而电压转换器电路161控制该晶体管的导通或截止状态。在图4的例子中，电压转换器电路161使用其全摆幅输出控制晶体管162的栅极，以使晶体管162导通或截止。更具体地讲，晶体管162的源极连接到电阻器164的与数据通用节点DCOM相连的一端，而该晶体管162的栅极通过电压转换器电路161连接到电荷泵电压VCP1。因此，当开关123A启用时，其通过电压转换器电路161将电荷泵电压VCP1跨接在晶体管162栅极和源极两端，晶体管162遂导通。当开关123A禁用时，电压转换器电路161从晶体管162撤除电荷泵电压VCP1，晶体管162遂截止。
在图3和图4的例子中，电流源152生成基准电流IREF，该基准电流IREF可被镜像反射以生成一个或多个镜像电流I1。基准电流IREF或每个镜像电流I1可在阻抗元件163上生成电压降。此电压降可用作晶体管162(其充当开关电路的开关元件)的栅-源电压VGS。电流源152优选地具有良好的PSSR，使得基准电流IREF与镜像电流I1恒定不变，从而导致恒定电压降被用作电压VGS。
图5示出根据本发明的一个实施例的电压转换器电路161的示意图。在一个实施例中，电压转换器电路161是从低电压到高电压的转换器。电压转换器电路161可将电荷泵电压增大到足以驱动开关电路的晶体管的电平。
在图5的例子中，电压转换器161包括用于接收电荷泵电压(诸如电荷泵电压VCP(参见图3)或VCP1(参见图4))的节点201。电压转换器电路161还包括用于接收偏置接地基准(诸如偏置接地基准VHGND(参见图3)或HGND1(参见图4))的节点202。
在图5的例子中，电压转换器电路161在节点205处生成高侧输出，在节点204处生成全摆幅输出。在可运用高侧输出的实施例中，镜像电流流入每个开关电路，继而在每个开关电路中生成恒定电压VGS。更具体地讲，高侧输出可用于驱动开关电路123中的晶体管165(参见图3)。在可运用电压转换器电路161的全摆幅输出的实施例中，镜像电流流入偏压电路，继而在偏压电路中产生电压VGS，接着电压VGS在开关电路中得到转换。更具体地讲，电压转换器电路161的全摆幅输出可用于驱动开关电路123A中的晶体管162(例如，参见图4)。
在图5的例子中，电压转换器电路161包括用于接收启动信号EN的节点203。启动信号EN可从栅极控制电路160接收。启动信号EN控制晶体管213和214来启用或禁用电压转换器电路161。
在图5的例子中，当启动信号EN为高信号(HIGH)时，高电压NMOS晶体管214导通，高电压NMOS晶体管213截止，高压PMOS晶体管208的漏极被NMOS晶体管214下拉。这导致PMOS晶体管208的源极也被下拉。MOSFET209-212形成双反相器闩锁。下拉PMOS晶体管208的源极也将MOSFET 210和212的漏极下拉，从而锁存住在节点205上提供电荷泵电压(VCP)的状态。以类似的方式，当启动信号EN为低信号(LOW)时，在节点205上提供偏置基准接地(VHGND)的状态得以锁存。这导致节点205从VHGND摆动到VCP。全摆幅输出以类似的方式工作，不同的是节点204从VNEG摆动到VCP1。
图6示出根据本发明的一个实施例的电荷泵单元250的示意图。顾名思义，电荷泵单元250是电荷泵电路的单元。在图6的例子中，电荷泵单元250将输入节点VL处的输入电压转换为输出节点VH处的电荷泵电压。总体上讲，输入节点VL接收低电压，而输出节点VH输出较高的电压。多个电荷泵单元250可串联连接，其中一个电荷泵单元的输出节点会将其输出馈送到另一电荷泵单元的输入节点，以增加电荷泵总电压。电荷泵单元250可包括用于接收电荷泵时钟脉冲的节点VP和VM。
图7示出根据本发明的另一个实施例的电荷泵单元250A的示意图。电荷泵单元250A是电荷泵单元250的具体实施。在一些具体实施中，漏极-本体电压Vdb可导通MOS晶体管(诸如晶体管251-254)中的寄生NPN器件。在电荷泵250A中添加了电阻器255，以降低漏极-本体电压Vdb。电荷泵250和250A在其他方面完全一致，并以类似的方式工作。
在图7的例子中，电荷泵时钟脉冲CK和CKB是此消彼长的信号，也就是说，CK高时CKB低，CK低时CKB高。当CK高时，CKB低，节点VP的信号高，节点VM的信号低，NMOS晶体管254和PMOS晶体管251导通。这导致电容器258通过NMOS晶体管254充电，而电容器259通过PMOS晶体管251向节点VH放电。相似地，在CK低CKB高的下一阶段，电容器259被充电而电容器258向节点VH放电。
图8示出根据本发明的一个实施例的电荷泵电路151A的示意图。电荷泵电路151A是电荷泵电路151的具体实施。
在图8的例子中，电荷泵电路151A包括两个串联连接的电荷泵单元250(或250A)。电荷泵电路151A在节点273(和其他节点)处接收电池电压VBAT，随后将该电池电压VBAT转换为节点270处的电荷泵电压VCP。电荷泵电路151A包括用于接收电荷泵启动信号EN_CP的节点274。电荷泵启动信号EN_CP控制输入晶体管275来启用或禁用电荷泵电路151A。电荷泵电路151A分别在节点271和272处接收电荷泵时钟脉冲CK_CP1和CKB_CP1。在图8的例子中，节点270处的电荷泵电压VCP等于3*VBAT(即，电池电压的三倍)。即，最大电荷泵电压VCP为3*VBAT。这允许较小的电荷泵电压，还避免了安全工作区(SOA)问题。
图9示出根据本发明的另一个实施例的电荷泵电路151B。电荷泵电路151B是电荷泵电路151的具体实施。
在图9的例子中，电荷泵电路151B控制电荷泵电路151A(参见图8)以便在节点270处生成电荷泵电压VCP(也如图8所示)，此电荷泵电压VCP等于电池电压VBAT加上齐纳二极管276上的齐纳电压降(VZ)。在图9的例子中，迟滞比较器275将节点278处的电荷泵电压VCP加上齐纳电压降与节点279处的阈值基准电压VREF比较，由此生成电荷泵启动信号EN_CP，该启动信号EN_CP在节点274处输入电荷泵电路151A(也如图8所示)。电流阱277耦接到节点278。
在图9的例子中，节点270处的电荷泵电压VCP可被描述为VREF+VZ，其中VZ是齐纳二极管276上的齐纳电压降。例如，假设比较器275的迟滞有两个阈值VTP和VTN，那么电荷泵电压VCP的范围VZ+VREF为+VTP或–VTN。当VREF被设定为VBAT时，VREF+VZ等于VBAT+VZ。
图10示出根据本发明的一个实施例的电荷泵电路151B的仿真波形。图10自上而下示出了节点270处的电荷泵电压(VCP)、电荷泵时钟(OSC)，以及电荷泵启动信号(EN_CP)。
当电荷泵电路151A禁用时，由于电流阱277汲取阱电流，电荷泵启用信号EN_CP将以固定的压摆率下降。当电荷泵启动信号EN_CP达到低阈值电压VTH(相较于阈值基准电压VREF)时，电荷泵电路151A将再次启用，电荷泵启动信号EN_CP遂提升。因此，当电荷泵电压VCP过低时，电荷泵电路151A将启用。当电荷泵启动信号EN_CP达到高阈值电压VTH时，电荷泵电路151A将再次禁用。可以理解，波纹不是重要考虑因素，因为只需要电荷泵启动信号EN_CP的最低点足够高。
图11示出根据本发明的一个实施例的偏压电路124B的示意图。偏压电路124B是偏压电路124的具体实施。
在图11的例子中，偏压电路124B在节点302处接收电荷泵电压VCP，该电荷泵电压VCP等于电池电压VBAT加上齐纳电压(VBAT+VZ)。在一个实施例中，节点302处的电荷泵电压VCP是由电荷泵电路151B(参见图9)提供。
在图11的例子中，偏压电路124B包括生成电流基准IREF的电流源152。晶体管150、151和301形成电流镜，该电流镜将电流基准IREF镜像反射以生成镜像电流I1和I2。像之前那样，镜像电流在阻抗元件(在图11的例子中为齐纳二极管ZD1和ZD2)上生成电压降，从而生成电荷泵电压SW VCP1和SW VCP2。当数据节点DP或数据节点DM上的电压增加时，对应的电荷泵电压SW VCP(即，VCP1或VCP2)也增加。当电荷泵电压SW VCP变得大于VREF+VZ时，二极管(二极管D1或D2)会阻断电荷泵电压SW VCP对电荷泵电路反向充电。请注意，可将VREF+VZ控制为具体某个值。
图12示出根据本发明的一个实施例，使用电荷泵电路为多个开关电路提供多个恒定栅-源电压的方法的流程图。结合上述的电路和元件阐释图12的方法。可以理解，图12的方法也可由另外的电路和元件执行。
在图12的例子中，电荷泵电路生成电荷泵电压(步骤401)。耦接到电荷泵电路的偏压电路接收该电荷泵电压，以生成多个开关电流。更具体地讲，偏压电路可生成基准电流(步骤402)，接着可由该基准电流生成多个开关电流(步骤403)。例如，偏压电路可包括电流源和电流镜，电流源生成基准电流，并且电流镜将该基准电流镜像反射以生成多个开关电流。可由多个开关电流生成恒定的栅-源电压(步骤404)。此栅-源电压可在偏压电路或多个开关电路中生成。例如，偏压电路可包括接收开关电流以产生恒定栅-源电压的阻抗元件。又如，开关电路可包括接收开关电流以产生恒定栅-源电压的阻抗元件。
在图12的例子中，将栅-源电压施加到开关电路的晶体管，由此将第一节点连接到第二节点(步骤405)。第一节点可为数据通用节点，第二节点可为数据输入节点。例如，可将栅-源电压施加到MOS晶体管的栅极和源极两端，以接通该MOS晶体管并将数据输入节点连接到计算机接口端口(诸如USB端口)的数据通用节点。
已公开了使用电荷泵电路生成多个栅-源电压的方法和电路。虽然已提供了本发明的特定实施例，但应当理解，这些实施例仅用于举例说明的目的，而不用来限制本发明。本领域的普通技术人员阅读了本发明后，可以轻易联想到许多另外的实施例。

Claims (12)

1.一种为多个开关电路提供电压的电路，包括：
电荷泵电路，所述电荷泵电路被构造用于生成电荷泵电压；
偏压电路，所述偏压电路被构造用于接收所述电荷泵电压以生成基准电流；和
多个开关电路，所述多个开关电路中的每个开关电路被构造用于接收由所述基准电流生成的开关电流、由所述开关电流生成栅-源电压，以及把所述栅-源电压施加到第一晶体管以将输入节点连接到计算机接口端口的输出节点,
其中，所述多个开关电路中的每个开关电路包括阻抗元件，所述阻抗元件被构造用于接收所述开关电流以生成所述栅-源电压,
其中，所述多个开关电路中的每个开关电路还包括与所述阻抗元件串联的电阻器，并且所述栅-源电压包括所述阻抗元件和所述电阻器上的电压降。
2.根据权利要求1所述的电路，其中所述偏压电路还包括：
电流源，所述电流源被构造用于生成所述基准电流；和
电流镜，所述电流镜被构造用于将所述基准电流镜像反射以生成所述开关电流。
3.根据权利要求1所述的电路，其中所述电荷泵电路包括：
多个电荷泵单元，所述电荷泵单元生成所述电荷泵电压。
4.根据权利要求1所述的电路，其中所述阻抗元件包括二极管。
5.根据权利要求1所述的电路，其中所述多个开关电路中的每个开关电路包括：
第二晶体管，所述第二晶体管接收所述开关电流；和
电压转换器电路，所述电压转换器电路被构造用于接收所述电荷泵电压并将所述电荷泵电压转换为驱动所述第二晶体管的控制电压。
6.根据权利要求5所述的电路，其中所述阻抗元件与所述第二晶体管串联以接收所述开关电流并产生所述栅-源电压。
7.一种为多个开关电路提供电压的电路，包括：
电荷泵电路，所述电荷泵电路被构造用于生成电荷泵电压；
偏压电路，所述偏压电路被构造用于接收所述电荷泵电压以生成基准电流；和
多个开关电路，所述多个开关电路中的每个开关电路被构造用于接收由所述基准电流生成的开关电流、由所述开关电流生成栅-源电压，以及把所述栅-源电压施加到第一晶体管以将输入节点连接到计算机接口端口的输出节点,
其中，所述多个开关电路中的每个开关电路包括：第二晶体管，所述第二晶体管接收所述开关电流；和电压转换器电路，所述电压转换器电路被构造用于接收所述电荷泵电压并将所述电荷泵电压转换为驱动所述第二晶体管的控制电压。
8.根据权利要求7所述的电路，其中所述偏压电路还包括：
电流源，所述电流源被构造用于生成所述基准电流；和
电流镜，所述电流镜被构造用于将所述基准电流镜像反射以生成所述开关电流。
9.根据权利要求7所述的电路，其中所述电荷泵电路包括：
多个电荷泵单元，所述电荷泵单元生成所述电荷泵电压。
10.根据权利要求7所述的电路，其中所述多个开关电路中的每个开关电路包括：
阻抗元件，所述阻抗元件被构造用于接收所述开关电流以生成所述栅-源电压。
11.根据权利要求10所述的电路，其中所述阻抗元件包括二极管。
12.根据权利要求7所述的电路，其中所述多个开关电路中的每个开关电路还包括：
阻抗元件，所述阻抗元件与所述第二晶体管串联以接收所述开关电流并产生所述栅-源电压。
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9413231B2 (en) 2014-12-03 2016-08-09 Fairchild Semiconductor Corporation Charge pump circuit for providing voltages to multiple switch circuits
US9742369B2 (en) * 2015-11-20 2017-08-22 Texas Instruments Incorporated Programmable resistor array for a continuous time PGA filter
US10063223B1 (en) 2017-11-06 2018-08-28 Semiconductor Components Industries, Llc Audio switch circuit for reducing on-resistance variation
CN107817868B (zh) * 2017-11-14 2019-06-21 南京中感微电子有限公司 设置有校准电路的电流镜电路
CN108233900B (zh) * 2017-12-25 2019-07-19 无锡中感微电子股份有限公司 改进的电压比较器
CN108207057B (zh) * 2017-12-25 2019-07-19 无锡中感微电子股份有限公司 改进的led电路
CN108259010B (zh) * 2017-12-25 2019-07-19 无锡中感微电子股份有限公司 改进的运算放大器
CN108270422A (zh) * 2018-03-20 2018-07-10 北京集创北方科技股份有限公司 防闩锁电路及集成电路
CN108512536B (zh) * 2018-07-10 2023-11-28 上海艾为电子技术股份有限公司 一种具有恒定导通电阻的模拟开关
US10903822B2 (en) * 2019-03-05 2021-01-26 Arm Limited Integrated oscillator
US11031930B1 (en) * 2020-07-09 2021-06-08 Sumitomo Wiring Systems, Ltd. Electric circuit having a charge pump monitor
TWI801141B (zh) * 2022-02-18 2023-05-01 瑞昱半導體股份有限公司 雙向訊號轉換電路

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1293834A (zh) * 1998-03-18 2001-05-02 艾利森电话股份有限公司 开关电路
CN1338822A (zh) * 2000-07-28 2002-03-06 日本电气株式会社 可抑制开关噪声的半导体器件、锁相环电路和电荷泵电路
US6788128B2 (en) * 2002-04-19 2004-09-07 Denso Corporation Overcurrent protection structure of load driving circuit
CN1983817A (zh) * 2005-12-12 2007-06-20 联发科技股份有限公司 电荷泵、锁相环电路、调整电荷泵中控制电流的方法及产生输出信号的方法
CN101009464A (zh) * 2006-01-27 2007-08-01 罗姆股份有限公司 电荷泵电路和具有该电路的电器设备

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6836159B2 (en) * 2003-03-06 2004-12-28 General Electric Company Integrated high-voltage switching circuit for ultrasound transducer array
US7208998B2 (en) * 2005-04-12 2007-04-24 Agere Systems Inc. Bias circuit for high-swing cascode current mirrors
US7579880B2 (en) * 2006-03-23 2009-08-25 Denso Corporation Circuit for driving a semiconductor element
US7479775B2 (en) * 2006-07-18 2009-01-20 Etron Technology, Inc. Negative voltage generator
CN100552594C (zh) * 2006-11-22 2009-10-21 旺宏电子股份有限公司 利用齐纳二极管的稳压单元及稳压装置
US8004340B2 (en) * 2009-12-08 2011-08-23 Stmicroelectronics Asia Pacific Pte. Ltd. System and method for a semiconductor switch
US8344793B2 (en) * 2011-01-06 2013-01-01 Rf Micro Devices, Inc. Method of generating multiple current sources from a single reference resistor
US8493040B2 (en) * 2011-08-04 2013-07-23 Nxp B.V. Voltage regulator with charge pump
US20150028922A1 (en) * 2013-05-29 2015-01-29 Texas Instruments Incorporated Transistor switch with temperature compensated vgs clamp
US9178508B2 (en) * 2014-03-04 2015-11-03 Synopsys, Inc. High voltage switch with two or more outputs
US9413231B2 (en) 2014-12-03 2016-08-09 Fairchild Semiconductor Corporation Charge pump circuit for providing voltages to multiple switch circuits

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1293834A (zh) * 1998-03-18 2001-05-02 艾利森电话股份有限公司 开关电路
CN1338822A (zh) * 2000-07-28 2002-03-06 日本电气株式会社 可抑制开关噪声的半导体器件、锁相环电路和电荷泵电路
US6788128B2 (en) * 2002-04-19 2004-09-07 Denso Corporation Overcurrent protection structure of load driving circuit
CN1983817A (zh) * 2005-12-12 2007-06-20 联发科技股份有限公司 电荷泵、锁相环电路、调整电荷泵中控制电流的方法及产生输出信号的方法
CN101009464A (zh) * 2006-01-27 2007-08-01 罗姆股份有限公司 电荷泵电路和具有该电路的电器设备

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