CN106452418A - 一种多路非交叠开关电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多路非交叠开关电路，其包括有复数个开关及对应的开关控制信号，所述每一路开关控制信号通过逻辑门和反相器进行逻辑控制，且所述相邻的多路开关之间也通过反相器和逻辑门进行连接，以实现开关信号的综合控制，达到同一时刻最多只有一个开关开启的目的。本发明避免由于两个开关同时开启而导致的节点电压振荡和过大的电流流过开关，并且，本发明的方案较易实现至任意多个非交叠开关的扩展。

Description

一种多路非交叠开关电路

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，特别涉及一种集成电路的开关电路。

背景技术

电路中经常要用到多路开关，该电路的作用是根据控制信号将不同的信号连接到某一个节点。多路开关的原理如图1所示，例如，当SW2打开对应开关，其余开关关闭时，节点NIN与N2相连。

在某些高速应用场景中，需要快速的切换开关。由于信号在线路上的延时，或是由于设计者考虑欠妥，在某一瞬间，可能有两路开关同时开启。例如图1所示，SW3和SW4在高电平时开启对应的开关，在短时间tn1内，SW3和SW4同时开启，N3和N4同时连接到NIN，由于开关的导通电阻通常较小，N3和N4之间将出现较大的电流，有可能使N3、N4节点的电压振荡，甚至可能因为电流过大而烧坏开关SW3和SW4。另外，多路开关的作用之一是给予节点NIN固定电压，此电压只能是N1，N2，N3，N4四个节点的电压中的一个，而SW3和SW4同时开启会可能使NIN电压等于N3和N4的电压中间值，这与设计者的本意不符。

如专利申请201410836860.9公开了一种单电感多输出开关电源变换器次级开关占空比信号时序控制电路，在次环控制电路中增设了由占空比时序信号产生电路和非交叠占空比时序信号产生电路两部分构成的次级开关占空比信号时序控制电路，输出电压采样反馈网络输出的三个差模电VDM1、VDM2、VDM3经过次环控制电路中三个误差放大器和三个比较器后分别输出的三个PWM信号PWM1，PWM2，PWM3通过次级开关占空比信号时序控制电路和次环控制电路中的次级开关驱动电路产生四个次级开关占空比信号D1、D2、D3、D4，分别控制开关电源变换器中四个次级功率开关管Sn1、Sn2、Sn3、Sn4的通断。然而该专利申请的控制信号只能按固定次序依次开启开关管，应用场景有限。且控制信号经过开关驱动电路后再开启功率开关管，由于功率开关管的尺寸通常较大，控制信号开启功率开关管会有一定延时，原本不交叠的控制信号可能会因为开启功率开关管的延时而交叠，因此效果并不理想。

发明内容

基于此，因此本发明的首要目地是提供一种多路非交叠开关电路，该电路使得多路开关中的任意两个开关同时开启，同一时刻最多只有一个开关开启，能够有效地控制多路开关电路的非交叠性。

本发明的另一个目地在于提供一种多路非交叠开关电路，该电路对开关的开启顺序没有限制，适用于多种应用场景。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种多路非交叠开关电路，其包括有复数个开关及对应的开关控制信号，其特征在于所述每一路开关控制信号通过逻辑门和反相器进行逻辑控制，且所述相邻的多路开关之间也通过反相器和逻辑门进行连接，以实现开关信号的综合控制，达到同一时刻最多只有一个开关开启的目的。

所述多路非交叠开关电路，其至少包括一路最高信号控制单元和一路最低信号控制单元，并包括有多路中间信号控制单元，中间信号控制单元的多少依赖于开关的数量，除去最高信号控制单元和最低信号控制单元外，其余的均为中间信号控制单元。

进一步，所述最高信号控制单元、最低信号控制单元和中间信号控制单元均包含有逻辑门和反相器，开关控制信号通过逻辑门接入反相器，再进行输出。

所述最高信号控制单元的开关控制信号通过反相器接于中间信号控制单元的逻辑门的输入端；中间信号控制单元的反相器输出端通过逻辑门接于最高信号控制单元的逻辑门输入端；最低信号控制单元的反相器输出端通过反相器接中间信号控制单元的逻辑门输入端。

所述中间信号控制单元的开关控制信号通过逻辑门接于相邻中间信号控制单元的逻辑门输入端及最低信号控制单元的逻辑门输入端；最高信号控制单元与中间信号控制单元之间或相邻中间信号控制单元之间通过逻辑门进行连接；所述连接最高信号控制单元与中间信号控制单元之间的逻辑门，或相邻中间信号控制单元之间的逻辑门，又通过反相器进行连接；中间信号控制单元的反相器输出端通过逻辑门接于相邻中间信号控制单元的逻辑门输入端，或通过逻辑门最高信号控制单元的逻辑门输入端，由此，中间信号控制单元的逻辑门输入端包括三路输入信号，一路输入信号是本身的开关控制信号，一路是相邻中间信号控制单元或最高信号控制单元的输入信号，一路是相邻中间信号控制单元的输出信号或最低信号控制单元的输出信号，因此，多路开关信号之间互相关联，使同一时刻最多只有一个开关开启。

所述逻辑门，包括与门、非门、与非门、或非门的任意一种。

本发明避免由于两个开关同时开启而导致的节点电压振荡和过大的电流流过开关，并且，本发明的方案较易实现至任意多个非交叠开关的扩展。

附图说明

图1是现有技术所实现的电路图。

图2是现有技术所实现多路开关控制信号短时间重叠示意图。

图3本发明所实施的电路图。

图4是本发明所实施的控制流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图3所示，为本发明所实施多路非交叠开关电路的实施方案1，该实施方案1以五路开关控制电路为例。多路非交叠开关电路，其包括有一路最高信号控制单元、一路最低信号控制单元和三路中间信号控制单元(通常中间信号控制单元的多少依赖于开关的数量，除去最高信号控制单元和最低信号控制单元外，其余的均为中间信号控制单元)。其中，A/B/C/D/E分别是五个控制信号，控制信号A通过最高信号控制单元输出为A_SW，控制信号B/C/D分别通过中间信号控制单元输出为B_SW/C_SW/D_SW，控制信号E通过最低信号控制单元输出为E_SW，A_SW/B_SW/C_SW/D_SW/E_SW直接连接控制一路开关。

其中，最高信号控制单元的控制信号A通过或非门接入中间信号控制单元控制信号C的与非门输入端，同时，控制信号A通过反相器接于中间信号控制单元控制信号B的与非门输入端；最高信号控制单元的与非门输入端除了控制信号A外，还接有或非门的输出端，该或非门的两路输入信号，一路来源于中间信号控制单元控制信号B的反相器输出端，另一路来源于与中间信号控制单元的控制信号B连接或非门输出端的反相器；中间信号控制单元的与非门输入端有三路输入信号，一路是本身的控制信号，一路是通过或非门来源于相邻中间信号控制单元的控制信号或最高信号控制单元反相器输入的信号，或最低信号控制单元反相器输出的信号(通常最低信号控制单元反相器的输出端再接一个反相器，通过反相器接入到中间信号控制单元的与非门输入端)。

中间信号控制单元的输入端通过或非门进行连接，且或非门的两路输入端，有一路输入端接有反相器。

当A_SW/B_SW/C_SW/D_SW/E_SW任意一个为高电平时，对应的开关开启。A_SW控制的开关拥有最高的序号，E_SW拥有最低的序号。下面以B和B_SW为例说明工作原理。B为高电平后，由于B信号与A的反相信号相与后得到B_SW，那么当A信号为高时，B_SW只能为低，也就是说，即使B为高电平，也要等到A为低电平后才可能将B_SW置一。当B为高电平，A为低电平后，由于C_SW、D_SW、E_SW的反相信号或非后再与B信号、A的反相信号相与，当C_SW,D_SW,E_SW中的任意信号为高电平时，B_SW也不能被拉高。所以，即使B为高电平，也要等到A、C、D、E都等于低电平后才能拉高B_SW，开启对应开关。

实施方案1中的开关控制电路中，须有一个最高序号控制单元和一个最低序号控制单元，而中间序号控制单元可以有任意多个，具有很强扩展性，较易扩展到任意多路开关的控制电路。再强调一次，序号并未对开关的开启顺序做限制，而只是要求在使用一个最高序号控制单元、一个最低序号控制单元后，其余控制单元均使用中间序号控制单元。方案1中使用了反相器、与非门、或非门来实现逻辑控制，由于与逻辑、或逻辑具有一定的转换方法，例如，X与逻辑Y等效于X的反信号或非逻辑Y的反信号，即

所以，该实施方案1并不是图3所示算法的唯一实现形式。对方案1中逻辑门的修改并不背离本发明精神的替换和修改。

多路非交叠开关电路的算法原理图如图4所示。

将多路开关中的各个开关先给予一个序号，注意，序号与开关实际的排列顺序或开启顺序无关，仅仅是为了描述而引入的概念。每个开关的在本开关的控制信号要求开启后，先判断所有高序号开关的控制信号是否也要求开启对应开关。如果是，则本开关保持关闭并重新进行判断；如果否，则再判断低序号开关的控制信号是否要求开启对应开关，如果是，则本开关保持关闭并重新进行判断，如果否，则本开关被开启。而所有高序号或者所有低序号的开关控制信号仅需一组或逻辑，或者反向信号的与逻辑就可实现，简单易行。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多路非交叠开关电路，其包括有复数个开关及对应的开关控制信号，其特征在于所述每一路开关控制信号通过逻辑门和反相器进行逻辑控制，且所述相邻的多路开关之间也通过反相器和逻辑门进行连接，以实现开关信号的综合控制，达到同一时刻最多只有一个开关开启的目的。

2.如权利要求1所述的多路非交叠开关电路，其特征在于所述多路非交叠开关电路，其至少包括一路最高信号控制单元和一路最低信号控制单元，并包括有多路中间信号控制单元。

3.如权利要求2所述的多路非交叠开关电路，其特征在于所述最高信号控制单元、最低信号控制单元和中间信号控制单元均包含有逻辑门和反相器，开关控制信号通过逻辑门接入反相器，再进行输出。

4.如权利要求3所述的多路非交叠开关电路，其特征在于所述最高信号控制单元的开关控制信号通过反相器接于中间信号控制单元的逻辑门的输入端；中间信号控制单元的反相器输出端通过逻辑门接于最高信号控制单元的逻辑门输入端；最低信号控制单元的反相器输出端通过反相器接中间信号控制单元的逻辑门输入端。

5.如权利要求3所述的多路非交叠开关电路，其特征在于所述中间信号控制单元的开关控制信号通过逻辑门接于相邻中间信号控制单元的逻辑门输入端及最低信号控制单元的逻辑门输入端；最高信号控制单元与中间信号控制单元之间或相邻中间信号控制单元之间通过逻辑门进行连接；所述连接最高信号控制单元与中间信号控制单元之间的逻辑门，或相邻中间信号控制单元之间的逻辑门，又通过反相器进行连接；中间信号控制单元的反相器输出端通过逻辑门接于相邻中间信号控制单元的逻辑门输入端，或通过逻辑门最高信号控制单元的逻辑门输入端，由此，中间信号控制单元的逻辑门输入端包括三路输入信号，一路输入信号是本身的开关控制信号，一路是相邻中间信号控制单元或最高信号控制单元的输入信号，一路是相邻中间信号控制单元的输出信号或最低信号控制单元的输出信号，因此，多路开关信号之间互相关联，使同一时刻最多只有一个开关开启。

6.如权利要求2所述的多路非交叠开关电路，其特征在于所述逻辑门，包括与门、非门、与非门、或非门的任意一种。