CN106526273B - 一种用于负电压测量的精确分压电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于负电压测量的精确分压电路，包括：分压采样电路，用于产生按比例的分压输出；开关管阵列，用于在需要测量时将负压接入分压采样电路；衬底负压控制电路，用于在需要测量和不需要测量时给开关管阵列的开关管产生不同的衬底电压,通过本发明，消除了NMOS开关管MN1衬偏效应，降低了其等效电阻Rm1阻值，可以得到精确分压的负电压幅值。

Description

一种用于负电压测量的精确分压电路
技术领域
本发明涉及一种分压电路，特别是涉及一种用于负电压测量的精确分压电路。
背景技术
随着数据吞吐量不断上升以及系统低功耗要求，系统级芯片对存储器的需求越来越大。非易失存储器(eflash memory)以其掉电不丢失数据的特性而成为嵌入式存储器中不可或缺的重要组成部分。随着工艺水平不断提高，非易失存储器(eflash memory)性能越来越成为系统级芯片的关键指标，由于eflash需要正，负高压进行数据写入，因此准确获得高压信号幅值对于eflash芯片调试具有十分重要的现实意义。
通常负高压测试电路以及简化示意图如图1所示(以产生1/2VNEG电压幅值为例进行分析)。
图1所示的负高压测试电路，包含NMOS开关管MN0、MN1以及其串联电阻R1、R2(按R1＝R2＝R说明)，NMOS开关管MN0、电阻R1、电阻R2、NMOS开关管MN1依次串联，电阻R1、R2的公共节点TP为采样电压V(tp)输出节点。NMOS开关管MN0栅极接控制电压VG0，NMOS开关管MN1栅极接控制电压VG1，NMOS开关管MN0衬底与漏极相接并连接至待测负压VNEG，NMOS开关管MN1衬底接待测负压VNEG，NMOS开关管MN1源极接地，NMOS开关管MN1漏极连接电阻R2之一端，NMOS开关管MN0漏极连接电阻R1之一端，电阻R1之另一端与电阻R2之另一端相连组成节点TP。
然而上述现有技术存在如下问题：
1)NMOS管MN0、MN1作为可控开关，为了避免开关管栅氧击穿，其开关状态由栅压在负压VNEG和电源电压vpwr间切换控制关闭与开启。MN0和MN1衬底电压通常接同一电位VNEG。由于两开关管偏置条件不同，导致其等效电阻不同甚至不可忽略。
2)对于MN0而言，其VGS＝VPWR+|VNEG|,且VSB＝0，所以MN0工作在深线性区，其等效电阻Rm0较小，可以忽略；然而对于MN1，其VGS＝VPWR，且VSB＝|VNEG|,相比MN0，MN1的VGS偏低且存在明显衬偏效应，其导通性并不理想，某些条件下MN1处于亚阈值导通甚至关断状态，因此其等效电阻Rm1阻值较大。
3)节点TP的电压V(tp)表达式如公式(1)所示，由公式(1)可得，只有当电阻R阻值远远大于Rm1，TP端电压才接近内部电压一半，这意味着需要花费更多面积在电阻上，且输出电压并未能精确关联内部电压。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种用于负电压测量的精确分压电路，通过在NMOS管开关管MN1衬底一端加入衬底电压切换电路，当电路进行负压测量时，NMOS管开关管MN1的衬底电位为vgnd，消除了NMOS管开关管MN1衬偏效应，降低了其等效电阻Rm1阻值,可以得到精确分压的负电压幅值。
为达上述及其它目的，本发明提出一种用于负电压测量的精确分压电路，包括：
分压采样电路，用于产生按比例的分压输出；
开关管阵列，用于在需要测量时将负压接入分压采样电路；
衬底负压控制电路，用于在需要测量和不需要测量时给开关管阵列的开关管产生不同的衬底电压。
进一步地，所述分压采样电路包括串联的第一电阻及第二电阻，所述第一电阻及第二电阻的中间节点为采样电压输出节点Tp，以输出采样电压V(tp)，所述第一电阻及第二电阻的另一端连接所述开关管阵列。
进一步地，所述开关管阵列包括第一开关管(MN0)以及第二开关管(MN1)，分别连接待测负压，所述衬底负压控制电路连接所述第二开关管(MN1)的衬底。
进一步地，所述第一开关管(MN0)栅极接第一控制电压(VG0)，所述第二开关管(MN1)栅极接第二控制电压(VG1)，所述第二开关管(MN1)源极接地，漏极连接所述第二电阻，所述第一开关管(MN0)漏极连接所述第一电阻，所述第一开关管(MN0)的衬底与漏极相接并连接至待测负压VNEG。
进一步地，所述第一开关管(MN0)以及第二开关管(MN1)为NMOS开关管。
进一步地，所述衬底负压控制电路包括第三开关管(MN2)以及第四开关管(MN3)，以在需要测量和不需要测量时给该第二开关管(MN1)产生不同的衬底电压。
进一步地，所述第三开关管(MN2)的源极和衬底、第二开关管(MN1)的衬底以及第四开关管(MN3)的漏极相连组成节点hv_vbias，第四开关管(MN3)的源极和衬底连接待测负压VNEG，所述第三开关管(MN2)的漏极连接地电压Vgnd，栅极连接衬底控制电压hv_tmen，所述第四开关管(MN3)栅极连接反相衬底控制电压hv_tmenb。
进一步地，所述第三开关管(MN2)以及第四开关管(MN3)为NMOS开关管。
进一步地，当待测电路空闲时，所述第一控制电压(VG0)、第二控制电压(VG1)均为待测负压VNEG，所述衬底控制电压hv_tmen也为待测负压VNEG，所述反相衬底控制电压hv_tmenb为电源电压VPWR，此时所述第四开关管(MN3)导通而第三开关管(MN2)截止，第二开关管(MN1)衬底电压即节点hv_vbias为待测负压VNEG，所述第一开关管(MN0)、第二开关管(MN1)均截止，输出到采样电压输出节点TP浮空。
进一步地，当待测电路被选中时，所述第一控制电压(VG0)、第二控制电压(VG1)均为电源电压VPWR，所述衬底控制电压(hv_tmen)也为电源电压VPWR，所述反相衬底控制电压hv_tmenb为待测负压VNEG，此时所述第四开关管(MN3)截止而所述第三开关管(MN2)导通，第二开关管(MN1)衬底电压为地电压Vgnd，所述第一开关管(MN0)、第二开关管(MN1)均导通，输出到采样电压输出节点TP正常输出采样电压V(tp)。
与现有技术相比，本发明一种用于负电压测量的精确分压电路，通过在NMOS开关管MN1衬底一端加入衬底负压控制电路，当电路进行负压测量时，NMOS开关管MN1衬底电位为地电压vgnd，消除了NMOS开关管MN1的衬偏效应，降低了NMOS开关管MN1等效电阻Rm1阻值，可以得到精确分压的负电压幅值，本发明可以在占用较少面积用于分压电阻下实现对负电压进行精确二分压，对经分压后负压的测量，降低了对测试机台的要求。
附图说明
图1为现有技术的负高压测试电路示意图；
图2为本发明一种用于负电压测量的精确分压电路的电路结构图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图2为本发明一种用于负电压测量的精确分压电路的电路结构图。如图2所示，本发明一种用于负电压测量的精确分压电路，包括分压采样电路10、开关管阵列20以及衬底负压控制电路30。
其中，分压采样电路10由电阻R1、R2组成，用于产生按比例的分压输出；开关管阵列20由NMOS开关管MN0、MN1组成，用于在需要测量时将负压接入分压采样电路10；衬底负压控制电路30由NMOS管MN2、MN3组成，用于在需要测量和不需要测量时给开关管MN1产生不同的衬底电压。
具体地，NMOS开关管MN0栅极接控制电压VG0，NMOS开关管MN1栅极接控制电压VG1，NMOS开关管MN1源极接地，NMOS开关管MN1漏极连接电阻R2之一端，NMOS开关管MN0漏极连接电阻R1之一端，电阻R1之另一端与电阻R2之另一端相连组成采样电压V(tp)输出节点TP，NMOS开关管MN0衬底与漏极相接并连接至待测负压VNEG，NMOS开关管MN1衬底与NMOS管MN2之源极和衬底、NMOS管MN3之漏极相连组成节点hv_vbias，NMOS管MN3之源极和衬底连接待测负压VNEG，NMOS管MN2之漏极连接地电压Vgnd，NMOS管MN2之栅极连接衬底控制电压hv_tmen，NMOS管MN3之栅极连接反相衬底控制电压hv_tmenb。
表1为本发明具体实施例中发明节点电压列表，如表1所示，
表1发明节点电压列表
当待测电路空闲时(idle)，控制电压VG0、VG1均为待测负压VNEG，衬底控制电压hv_tmen也为待测负压VNEG，反相衬底控制电压hv_tmenb也为电源电压VPWR，此时NMOS管MN3导通而MN2截止，开关管MN1衬底电压即节点hv_vbias为待测负压VNEG，NMOS开关管MN0、MN1均截止，输出到节点TP浮空(floating)；当待测电路被选中时(active)，控制电压VG0、VG1均为电源电压VPWR，衬底控制电压hv_tmen也为电源电压VPWR，反相衬底控制电压hv_tmenb为待测负压VNEG，此时NMOS管MN3截止而MN2导通，开关管MN1衬底电压即节点hv_vbias为地电压Vgnd，NMOS开关管MN0、MN1均导通，输出到节点TP正常输出采样电压V(tp)，其计算公式如下公式(2)。由于被选中时NMOS开关管MN1衬底电压与其源极电压同为为地电压Vgnd，故衬偏效应较小，其等效电阻Rm1相对现有技术较小，合理设计电阻R1、R2阻值，可以忽略NMOS管MN0、MN1的等效电阻Rm0、Rm1。
可见，当该通路未被选中，NMOS开关管MN1衬底电压为VNEG，当需要进行负压测试，NMOS开关管MN1衬底电压为零，消除了MN1衬偏效应，明显降低了Rm1阻值，有助于NMOS开关管MN1无损传输电位vgnd，可以得到精确分压的负电压幅值。
综上所述，本发明一种用于负电压测量的精确分压电路，通过在NMOS开关管MN1衬底一端加入衬底负压控制电路，当电路进行负压测量时，NMOS开关管MN1衬底电位为地电压vgnd，消除了NMOS开关管MN1的衬偏效应，降低了NMOS开关管MN1等效电阻Rm1阻值，可以得到精确分压的负电压幅值，本发明可以在占用较少面积用于分压电阻下实现对负电压进行精确二分压，对经分压后负压的测量，降低了对测试机台的要求，本发明可用于搭建片内测试通道。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (7)

1.一种用于负电压测量的精确分压电路，包括：
分压采样电路，用于产生按比例的分压输出；
开关管阵列，用于在需要测量时将负压接入分压采样电路,所述开关管阵列包括第一开关管(MN0)以及第二开关管(MN1)；
衬底负压控制电路，用于在需要测量和不需要测量时给开关管阵列的开关管产生不同的衬底电压,所述衬底负压控制电路包括第三开关管(MN2)以及第四开关管(MN3)，所述第三开关管(MN2)的源极和衬底、第二开关管(MN1)的衬底以及第四开关管(MN3)的漏极相连组成节点hv_vbias，所述第四开关管(MN3)的源极和衬底连接待测负压VNEG，所述第三开关管(MN2)的漏极连接地电压Vgnd，栅极连接衬底控制电压hv_tmen，所述第四开关管(MN3)栅极连接反相衬底控制电压hv_tmenb。
2.如权利要求1所述的一种用于负电压测量的精确分压电路，其特征在于：所述分压采样电路包括串联的第一电阻及第二电阻，所述第一电阻及第二电阻的中间节点为采样电压输出节点Tp，以输出采样电压V(tp)，所述第一电阻及第二电阻的另一端连接所述开关管阵列。
3.如权利要求2所述的一种用于负电压测量的精确分压电路，其特征在于：所述第一开关管(MN0)栅极接第一控制电压(VG0)，所述第二开关管(MN1)栅极接第二控制电压(VG1)，所述第二开关管(MN1)源极接地，漏极连接所述第二电阻，所述第一开关管(MN0)漏极连接所述第一电阻，所述第一开关管(MN0)的衬底与漏极相接并连接至待测负压VNEG。
4.如权利要求3所述的一种用于负电压测量的精确分压电路，其特征在于：所述第一开关管(MN0)以及第二开关管(MN1)为NMOS开关管。
5.如权利要求1所述的一种用于负电压测量的精确分压电路，其特征在于：所述第三开关管(MN2)以及第四开关管(MN3)为NMOS开关管。
6.如权利要求3所述的一种用于负电压测量的精确分压电路，其特征在于：当待测电路空闲时，所述第一控制电压(VG0)、第二控制电压(VG1)均为待测负压VNEG，所述衬底控制电压hv_tmen也为待测负压VNEG，所述反相衬底控制电压hv_tmenb为电源电压VPWR，此时所述第四开关管(MN3)导通而第三开关管(MN2)截止，第二开关管(MN1)衬底电压即节点hv_vbias为待测负压VNEG，所述第一开关管(MN0)、第二开关管(MN1)均截止，输出到采样电压输出节点TP浮空。
7.如权利要求6所述的一种用于负电压测量的精确分压电路，其特征在于：当待测电路被选中时，所述第一控制电压(VG0)、第二控制电压(VG1)均为电源电压VPWR，所述衬底控制电压(hv_tmen)也为电源电压VPWR，所述反相衬底控制电压hv_tmenb为待测负压VNEG，此时所述第四开关管(MN3)截止而所述第三开关管(MN2)导通，第二开关管(MN1)衬底电压为地电压Vgnd，所述第一开关管(MN0)、第二开关管(MN1)均导通，输出到采样电压输出节点TP正常输出采样电压V(tp)。
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