CN109150141A - 一种模拟开关电路及其开关控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种模拟开关电路及其开关控制方法和装置，该电路包括NMOS管、控制开关、控制电流源、齐纳二极管、第一开关和第一电流源，且相互连接。其第一开关用于当控制开关被闭合时闭合，并在持续预设时长后断开。当控制开关闭合和第一开关闭合时，不仅控制电流源向栅极注入电流，第一电流源也同时向栅极注入电流，提高了栅极达到嵌位电压的速度，从而使该模拟开关电路的开启速度大为提高，从而能够使该模拟开关电路满足对开启时间有较高要求的应用场景。

Description

一种模拟开关电路及其开关控制方法和装置

技术领域

本申请涉及电路技术领域，更具体地说，涉及一种模拟开关电路及其开关控制方法和装置。

背景技术

在某些应用场景下，对其中的模拟开关的开启时间有着较高的要求，例如要求能够快速开启。模拟开关常常应用在需要信号通断、通路选择的场景下，这类开关往往通过电荷泵或者电流源的方法，产生施加于NMOS开关管的栅极的栅源电压，其好处是在正常工作时能够保持较低的功耗，但其开启过程较慢，无法满足对开启时间有较高要求的应用场景。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种模拟开关电路及其开关控制方法和装置，用于提供一种能够满足对开启时间有较高要求的应用场景下的模拟开关电路。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种模拟开关电路，包括NMOS管、控制开关、控制电流源、齐纳二极管、第一开关和第一电流源，其中：

所述NMOS管的源极为所述模拟开关电路的信号输入端、漏极为所述模拟开关电路的信号输出端；

所述控制开关的一端与所述模拟开关电路的驱动电压输入端相连接、另一端与所述控制电流源的负极相连接；

所述控制电流源的正极分别于与所述NMOS管的栅极、所述第一电流源的正极相连接；

所述第一开关的一端与所述驱动电压输入端相连接、另一端与所述第一电流源的负极相连接，且被配置为当控制开关被闭合时闭合，并在持续预设时长后断开；

所述齐纳二极管的负极与所述栅极相连接、正极与所述漏极相连接。

可选的，还包括第二开关和第二电流源，其中：

所述第二开关的一端与所述漏极相连接、另一端与所述第二电流源的负极相连接，且被配置为与所述第一开关同时闭合或断开；

所述第二电流源的正极接地。

一种开关控制方法，应用于如上所述的模拟开关控制电路，包括步骤：

在需要将所述信号输入端与所述信号输出端导通时，控制所述控制开关闭合并根据所需导通时长保持与所述导通时长对应的闭合时长；

在所述第一开关闭合持续所述预设时长后，控制所述第一开关断开。

一种开关控制装置，应用于如上所述的模拟开关控制电路，其特征在于，包括：

第一控制模块，用于在需要将所述信号输入端与所述信号输出端导通时，控制所述控制开关闭合并根据所需导通时长保持与所述导通时长对应的闭合时长；

第二控制模块，用于在控制所述控制开关闭合的同时，控制所述第一开关闭合，并在所述第一开关闭合持续所述预设时长后，控制所述第一开关断开。

一种开关控制方法，应用于如上所述的模拟开关控制电路，其特征在于，包括步骤：

在需要将所述信号输入端与所述信号输出端导通时，控制所述控制开关闭合并根据所需导通时长保持与所述导通时长对应的闭合时长；

在控制所述控制开关闭合的同时，控制所述第一开关和所述第二开关闭合；

在所述第一开关和所述第二开关闭合持续所述预设时长后，控制所述第一开关和所述第二开关断开。

一种开关控制装置，应用于如上所述的模拟开关控制电路，其特征在于，包括：

第三控制模块，用于在需要将所述信号输入端与所述信号输出端导通时，控制所述控制开关闭合并根据所需导通时长保持与所述导通时长对应的闭合时长；

第四控制模块，用于在控制所述控制开关闭合的同时，控制所述第一开关和所述第二开关闭合，并在所述第一开关和所述第二开关闭合持续所述预设时长后，控制所述第一开关和所述第二开关断开。

从上述的技术方案可以看出，本申请公开了一种模拟开关电路及其开关控制方法和装置，该电路包括NMOS管、控制开关、控制电流源、齐纳二极管、第一开关和第一电流源，且相互连接。其第一开关用于当控制开关被闭合时闭合，并在持续预设时长后断开。当控制开关闭合和第一开关闭合时，不仅控制电流源向栅极注入电流，第一电流源也同时向栅极注入电流，提高了栅极达到嵌位电压的速度，从而使该模拟开关电路的开启速度大为提高，从而能够使该模拟开关电路满足对开启时间有较高要求的应用场景。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种模拟开关电路的电路图；

图2为本申请实施例提供的另一种模拟开关电路的电路图；

图3为本申请实施例提供的一种开关控制方法的流程图；

图4为本申请实施例提供的一种开关控制装置的框图；

图5为本申请实施例提供的另一种开关控制方法的流程图；

图6为本申请实施例提供的另一种开关控制装置的框图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一

图1为本申请实施例提供的一种模拟开关电路的电路图；

如图1所示，本实施例提供的模拟开关电路包括NMOS管M、控制开关S、控制电流源I、齐纳二极管D、第一开关S1和第一电流源IA。

其中，我们将NMOS管的源极作为模拟开关电路的信号输入端，其漏极作为该模拟开关电路的信号输出端，以便作为信号的开关通路，实现对进入信号输入端的信息的通断控制。

控制开关的一端与模拟开关电路的驱动电压输入端VCC相连接、另一端与控制电流源的负极相连接；驱动电压输入端用于连接本模拟开关电路的驱动电源的电压输出端。控制开关用于在开关指令的控制下执行开关动作，即当需要将信号输入端与信号输出端导通时闭合，当需要将信号输入端与信号输出端断开时断开。

当控制开关闭合时，控制电流源的电流注入该NMOS管的栅极，从而使NMOS管的源极与漏极导通，实现信号输入端与信号输出端之间的导通。当控制开关关断时，源极与漏极关断，从而实现信号输入端与信号输出端之间的关断，从而实现信号的开关。

控制电流源的正极分别于与NMOS管的栅极、第一电流源的正极相连接。

第一开关的一端与驱动电压输入端相连接、另一端与第一电流源的负极相连接。该第一开关在控制开关被闭合时闭合，并在持续预设时长后断开；从而实现提高栅达到嵌位电压Vgs的速度，从而实现提高开关速度目的。

齐纳二极管的负极与NMOS管的栅极相连接、正极与NMOS管的漏极相连接。该齐纳二极管的作用是在控制电流源以及第一电流源的作用下产生该嵌位电压。

从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种模拟开关电路，包括NMOS管、控制开关、控制电流源、齐纳二极管、第一开关和第一电流源，且相互连接。其第一开关用于当控制开关被闭合时闭合，并在持续预设时长后断开。当控制开关闭合和第一开关闭合时，不仅控制电流源向栅极注入电流，第一电流源也同时向栅极注入电流，提高了栅极达到嵌位电压的速度，从而使该模拟开关电路的开启速度大为提高，从而能够使该模拟开关电路满足对开启时间有较高要求的应用场景。

实施例二

图2为本申请实施例提供的一种模拟开关电路的电路图；

如图2所示，本实施例提供的模拟开关电路包括NMOS管M、控制开关S、控制电流源I、齐纳二极管D、第一开关S1、第一电流源IA、第二开关S2和第二电流源IB。

其中，我们将NMOS管的源极作为模拟开关电路的信号输入端，其漏极作为该模拟开关电路的信号输出端，以便作为信号的开关通路，实现对进入信号输入端的信息的通断控制。

控制开关的一端与模拟开关电路的驱动电压输入端VCC相连接、另一端与控制电流源的负极相连接；驱动电压输入端用于连接本模拟开关电路的驱动电源的电压输出端。控制开关用于在开关指令的控制下执行开关动作，即当需要将信号输入端与信号输出端导通时闭合，当需要将信号输入端与信号输出端断开时断开。

当控制开关闭合时，控制电流源的电流注入该NMOS管的栅极，从而使NMOS管的源极与漏极导通，实现信号输入端与信号输出端之间的导通。当控制开关关断时，源极与漏极关断，从而实现信号输入端与信号输出端之间的关断，从而实现信号的开关。

控制电流源的正极分别于与NMOS管的栅极、第一电流源的正极相连接。

第一开关的一端与驱动电压输入端相连接、另一端与第一电流源的负极相连接。该第一开关在控制开关被闭合时闭合，并在持续预设时长后断开；从而实现提高栅达到嵌位电压Vgs的速度，从而实现提高开关速度目的。

齐纳二极管的负极与NMOS管的栅极相连接、正极与NMOS管的漏极相连接。该齐纳二极管的作用是在控制电流源以及第一电流源的作用下产生该嵌位电压。

其中第二开关的一端与NMOS管的漏极相连接、另一端与第二电流源的负极相连接，第二电流源的正极接地。且第二开关与第一开关同时闭合或关断。通过增加第二电流源和第二开关可以缓解上述方案中第一电流源的较大电流对信号通路的影响。

例如，当栅极的电压达到钳位电压后，第一电流源将电流直接注入到信号输出端。这一信号输入和信号输出端到地的电阻较大时和控制电流源的共同注入会将信号输入和输出拉高。添加了第二电流源和第二开关后，抵消了第一电流源开启过程中对电路的影响。

从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种模拟开关电路，包括NMOS管、控制开关、控制电流源、齐纳二极管、第一开关和第一电流源，且相互连接。其第一开关用于当控制开关被闭合时闭合，并在持续预设时长后断开。当控制开关闭合和第一开关闭合时，不仅控制电流源向栅极注入电流，第一电流源也同时向栅极注入电流，提高了栅极达到嵌位电压的速度，从而使该模拟开关电路的开启速度大为提高，从而能够使该模拟开关电路满足对开启时间有较高要求的应用场景。

且相比上一实施例来说，通过增加第二电流源和第二开关可以缓解上述方案中第一电流源的较大电流对信号通路的影响。

实施例三

图3为本申请实施例提供的一种开关控制方法的流程图。

如图3所示，本实施例提供的开关控制方法应用于上述实施例所提供的模拟开关电路，在该模拟开关电路不包括第二开关和第二电流源的情况下，该开关控制方法具体包括如下步骤：

S1、控制该控制开关闭合。

当需要信号输入端与信号输出端之间信号导通时，驱动该控制开关闭合，并保持该闭合状态的时长与信号导通的时长相匹配。具体的相匹配的意思是指在控制开关闭合后，NMOS管的栅极达到嵌位电压后为起点并延续该信号导通的持续时长，因此这里的控制开关的闭合式时长会比信号导通的持续时长多出该栅极的电压升到该嵌位电压的持续时长。

S2、控制第一开关闭合。

在驱动该控制开关闭合的同时或者之后，控制该第一开关闭合，以使第一电流源与控制电流源同时向栅极注入电流，以此增加栅极的电压到达嵌位电压的速度，也就能够提高该NMOS管的闭合速度。

S3、经过预设时长后控制第一开关关断。

在将第一开关闭合并将该预设时长后，将第一开关关断，此时该NMOS管已经将源极与漏极导通，无需在向栅极注入电流，这样通过关断第一开关能够节省整个模拟开关电路的功耗。

该预设时长可以通过对栅极的充电时间的计算得到，即该预设时长等于控制电流源与第一电流源共同向栅极充电达到嵌位电压所需的时长。

实施例四

图4为本申请实施例提供的一种开关控制装置的框图。

如图4所示，本实施例提供的开关控制装置应用于上述实施例所提供的模拟开关电路，在该模拟开关电路不包括第二开关和第二电流源的情况下，该开关控制装置具体包括第一控制模块10和第二控制模块20。

第一控制模块用于控制该控制开关闭合。

当需要信号输入端与信号输出端之间信号导通时，驱动该控制开关闭合，并保持该闭合状态的时长与信号导通的时长相匹配。具体的相匹配的意思是指在控制开关闭合后，NMOS管的栅极达到嵌位电压后为起点并延续该信号导通的持续时长，因此这里的控制开关的闭合式时长会比信号导通的持续时长多出该栅极的电压升到该嵌位电压的持续时长。

第二控制模块用于控制第一开关闭合。

在驱动该控制开关闭合的同时或者之后，控制该第一开关闭合，以使第一电流源与控制电流源同时向栅极注入电流，以此增加栅极的电压到达嵌位电压的速度，也就能够提高该NMOS管的闭合速度。

第二控制开关还用于经过预设时长后控制第一开关关断。

在将第一开关闭合并将该预设时长后，将第一开关关断，此时该NMOS管已经将源极与漏极导通，无需在向栅极注入电流，这样通过关断第一开关能够节省整个模拟开关电路的功耗。

该预设时长可以通过对栅极的充电时间的计算得到，即该预设时长等于控制电流源与第一电流源共同向栅极充电达到嵌位电压所需的时长。

实施例五

图5为本申请实施例提供的另一种开关控制方法的流程图。

如图5所示，本实施例提供的开关控制方法应用于上述实施例所提供的模拟开关电路，在该模拟开关电路包括第二开关和第二电流源的情况下，该开关控制方法具体包括如下步骤：

S4、控制该控制开关闭合。

当需要信号输入端与信号输出端之间信号导通时，驱动该控制开关闭合，并保持该闭合状态的时长与信号导通的时长相匹配。具体的相匹配的意思是指在控制开关闭合后，NMOS管的栅极达到嵌位电压后为起点并延续该信号导通的持续时长，因此这里的控制开关的闭合式时长会比信号导通的持续时长多出该栅极的电压升到该嵌位电压的持续时长。

S5、控制第一开关和第二开关闭合。

在驱动该控制开关闭合的同时或者之后，控制该第一开关和第二开关同时闭合，以使第一电流源与控制电流源同时向栅极注入电流，以此增加栅极的电压到达嵌位电压的速度，也就能够提高该NMOS管的闭合速度。同时还能够避免第一电流源的较大电流对信号通路的影响。

S6、经过预设时长后控制第一开关和第二开关同时关断。

在将第一开关闭合并将该预设时长后，将第一开关和第二开关同时关断，此时该NMOS管已经将源极与漏极导通，无需在向栅极注入电流，这样通过关断第一开关和第二开关能够节省整个模拟开关电路的功耗。

该预设时长可以通过对栅极的充电时间的计算得到，即该预设时长等于控制电流源与第一电流源共同向栅极充电达到嵌位电压所需的时长。

实施例六

图6为本申请实施例提供的另一种开关控制装置的框图。

如图6所示，本实施例提供的开关控制装置应用于上述实施例所提供的模拟开关电路，在该模拟开关电路包括第二开关和第二电流源的情况下，该开关控制装置具体包括第三控制模块10和第四控制模块20。

第三控制模块用于控制该控制开关闭合。

当需要信号输入端与信号输出端之间信号导通时，驱动该控制开关闭合，并保持该闭合状态的时长与信号导通的时长相匹配。具体的相匹配的意思是指在控制开关闭合后，NMOS管的栅极达到嵌位电压后为起点并延续该信号导通的持续时长，因此这里的控制开关的闭合式时长会比信号导通的持续时长多出该栅极的电压升到该嵌位电压的持续时长。

第四控制模块用于控制第一开关和第二开关闭合。

在驱动该控制开关闭合的同时或者之后，控制该第一开关和第二开关同时闭合，以使第一电流源与控制电流源同时向栅极注入电流，以此增加栅极的电压到达嵌位电压的速度，也就能够提高该NMOS管的闭合速度。同时还能够避免第一电流源的较大电流对信号通路的影响。

第四控制开关还用于经过预设时长后控制第一开关和第二开关同时关断。

在将第一开关闭合并将该预设时长后，将第一开关和第二开关关断，此时该NMOS管已经将源极与漏极导通，无需在向栅极注入电流，这样通过关断第一开关和第二开关能够节省整个模拟开关电路的功耗。

该预设时长可以通过对栅极的充电时间的计算得到，即该预设时长等于控制电流源与第一电流源共同向栅极充电达到嵌位电压所需的时长。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

尽管已描述了本申请实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (6)

1.一种模拟开关电路，其特征在于，包括NMOS管、控制开关、控制电流源、齐纳二极管、第一开关和第一电流源，其中：

所述NMOS管的源极为所述模拟开关电路的信号输入端、漏极为所述模拟开关电路的信号输出端；

所述控制开关的一端与所述模拟开关电路的驱动电压输入端相连接、另一端与所述控制电流源的负极相连接；

所述控制电流源的正极分别于与所述NMOS管的栅极、所述第一电流源的正极相连接；

所述第一开关的一端与所述驱动电压输入端相连接、另一端与所述第一电流源的负极相连接，且被配置为当控制开关被闭合时闭合，并在持续预设时长后断开；

所述齐纳二极管的负极与所述栅极相连接、正极与所述漏极相连接。

2.如权利要求1所述的模拟开关电路，其特征在于，还包括第二开关和第二电流源，其中：

所述第二开关的一端与所述漏极相连接、另一端与所述第二电流源的负极相连接，且被配置为与所述第一开关同时闭合或断开；

所述第二电流源的正极接地。

3.一种开关控制方法，应用于如权利要求1所述的模拟开关控制电路，其特征在于，包括步骤：

在需要将所述信号输入端与所述信号输出端导通时，控制所述控制开关闭合并根据所需导通时长保持与所述导通时长对应的闭合时长；

在所述第一开关闭合持续所述预设时长后，控制所述第一开关断开。

4.一种开关控制装置，应用于如权利要求1所述的模拟开关控制电路，其特征在于，包括：

第一控制模块，用于在需要将所述信号输入端与所述信号输出端导通时，控制所述控制开关闭合并根据所需导通时长保持与所述导通时长对应的闭合时长；

第二控制模块，用于在控制所述控制开关闭合的同时，控制所述第一开关闭合，并在所述第一开关闭合持续所述预设时长后，控制所述第一开关断开。

5.一种开关控制方法，应用于如权利要求2所述的模拟开关控制电路，其特征在于，包括步骤：

在需要将所述信号输入端与所述信号输出端导通时，控制所述控制开关闭合并根据所需导通时长保持与所述导通时长对应的闭合时长；

在控制所述控制开关闭合的同时，控制所述第一开关和所述第二开关闭合；

在所述第一开关和所述第二开关闭合持续所述预设时长后，控制所述第一开关和所述第二开关断开。

6.一种开关控制装置，应用于如权利要求2所述的模拟开关控制电路，其特征在于，包括：

第三控制模块，用于在需要将所述信号输入端与所述信号输出端导通时，控制所述控制开关闭合并根据所需导通时长保持与所述导通时长对应的闭合时长；

第四控制模块，用于在控制所述控制开关闭合的同时，控制所述第一开关和所述第二开关闭合，并在所述第一开关和所述第二开关闭合持续所述预设时长后，控制所述第一开关和所述第二开关断开。