CN111245218A - 开关控制电路、多路选择开关电路及其控制方法 - Google Patents

开关控制电路、多路选择开关电路及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种开关控制电路、多路选择开关电路以及多路选择开关控制电路的控制方法。该开关控制电路包括：第一控制开关、第一电容和场效应管开关。本申请提供的技术方案，在第一控制开关断开时，第一电容释放的充电电压可以控制场效应管开关导通，此时由于第一控制开关断开，电源信号无法到达场效应管开关的栅极，故电源噪声无法耦合进场效应管开关的源漏极所在线路，由此在第一电容放电阶段，放电电压可以作为控制信号，控制场效应管开关导通，从而减少电源耦合噪声。

Description

开关控制电路、多路选择开关电路及其控制方法
技术领域
本申请涉及电路技术领域，特别涉及一种开关控制电路、多路选择开关电路以及多路选择开关电路的控制方法。
背景技术
在集成电路中，开关可以由MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)来实现，其控制信号为栅极电压。通过在MOSFET的栅极输入高电平或低电平，控制MOSFET的导通和断开。
但是，栅极电压的噪声会通过MOSFET栅源极之间的寄生电容耦合进源漏极所在线路，由此极大地损害信噪比。而开关的栅极电压通常是接到电源或参考地，因此，开关的使用对于降低电源噪声提出了较高的要求。
为减小电源耦合噪声，现有通用的方法是使用高电源抑制比的LDO(低压差线性稳压器)生成电源电压。然而，使用LDO技术降低电源噪声，将会引入静态电流，增加功耗。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种开关控制电路，用以减小电源耦合噪声，提高信号传输质量。
本申请实施例提供了一种开关控制电路，包括：
第一控制开关，用于在导通时传输电源信号；
第一电容，所述第一电容连接所述第一控制开关，用于接收所述电源信号进行充电，并在所述第一控制开关断开时，释放充电电压；
场效应管开关，连接所述第一电容，所述场效应管开关用于接收所述第一电容释放的充电电压控制所述场效应管开关导通。
在一实施例中，所述开关控制电路，还包括：
第二控制开关，连接所述场效应管开关的漏极，用于在所述第一电容充电时导通，在所述第一电容放电时断开；
信号处理电路，并联在所述第二控制开关的两端，所述信号处理电路用于在所述第二控制开关断开时，对所述场效应管开关传输的模拟信号进行处理。
在一实施例中，所述信号处理电路为模拟前端，所述模拟前端包括：
运算放大器，所述运算放大器的反向输入端连接所述场效应管开关的漏极，正向输入端用于输入参考电压；
采样电容，所述采样电容的一端连接所述运算放大器的反向输入端，另一端连接所述运算放大器的输出端；
其中，所述第二控制开关并联在所述采样电容的两端。
本申请实施例还提供了一种多路选择开关电路，包括：
开关阵列，包括多组开关控制电路；
其中，每组开关控制电路包括本申请实施例提供的开关控制电路。
在一实施例中，该多路选择开关电路还包括：
至少一组第二控制开关和信号处理电路；
所述第二控制开关分别连接每组开关控制电路中所述场效应管开关的漏极，用于在所述第一电容充电时导通，在所述第一电容放电时断开；
所述信号处理电路并联在所述第二控制开关的两端，所述信号处理电路用于在所述第二控制开关断开时，对所述场效应管开关传输的模拟信号进行处理。
在一实施例中，所述信号处理电路为模拟前端，所述模拟前端包括：
运算放大器，所述运算放大器的反向输入端连接每组开关控制电路中所述场效应管开关的漏极，正向输入端用于输入参考电压；
采样电容，所述采样电容的一端连接所述运算放大器的反向输入端，另一端连接所述运算放大器的输出端；
其中，所述第二控制开关并联在所述采样电容的两端。
此外，本申请实施例还提供了一种控制方法，所述方法应用于本申请提供的多路选择开关电路，所述方法包括：
向至少一组开关控制电路的第一控制开关传输电源信号；
控制所述第一控制开关导通，通过所述电源信号对所述第一电容充电；
在充电完成后，控制所述第一控制开关断开，利用所述第一电容释放的充电电压驱动所述场效应管开关导通。
在一实施例中，所述电源信号为高电平信号，所述方法还包括：
控制向无所述电源信号输入的第一控制开关输入低电平信号。
在一实施例中，所述多路选择开关电路还包括：至少一组第二控制开关和信号处理电路；所述第二控制开关与信号处理电路并联，所述信号处理电路连接每组开关控制电路；所述方法还包括：
在所述第一控制开关断开时，控制所述第二控制开关断开；所述场效应管开关传输的模拟信号经过所述信号处理电路进行处理。
在一实施例中，所述控制方法还包括：
在所述第一控制开关导通时，控制所述第二控制开关导通，所述场效应管开关传输的模拟信号通过所述第二控制开关输出。
本申请上述实施例提供的技术方案，在第一控制开关断开时，第一电容释放的充电电压可以控制场效应管开关导通，此时由于第一控制开关断开，电源信号无法到达场效应管开关的栅极，故电源噪声无法耦合进场效应管开关的源漏极所在线路，由此在第一电容放电阶段，放电电压可以作为控制信号，控制场效应管开关导通，从而减少电源耦合噪声。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本申请实施例提供的开关控制电路的示意图；
图2为本申请另一实施例提供的开关控制电路的示意图；
图3为本申请另一实施例提供的开关控制电路的示意图；
图4是图3所示电路中不同开关的导通情况和AFE状态的时序示意图；
图5为图4中t0至t1时间段开关控制电路的示意图；
图6为图4中t1至t2时间段开关控制电路的示意图；
图7为图4中t2至t3时间段开关控制电路的示意图；
图8为本申请实施例提供的多路选择开关电路的示意图；
图9为本申请另一实施例提供的多路选择开关电路的示意图；
图10为本申请另一实施例提供的多路选择开关电路的示意图；
图11为本申请实施例提供的多路选择开关电路的控制方法的流程图。
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描述。
相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
图1为本申请实施例提供的开关控制电路10的示意图。开关控制电路10包括：第一控制开关21、第一电容22以及场效应管开关23。
第一控制开关21的一端接收信号源，用于在第一控制开关导通时传输电源信号VDD。第一电容22连接第一控制开关21，用于接收电源信号VDD进行充电，并在第一控制开关21断开时，释放电能。场效应管开关23的栅极连接第一电容22，场效应管开关23借由第一电容22的充电电压控制场效应管开关23导通。
于一实施例中，场效应管开关23以及第一控制开关21可以是NMOS(N型金属氧化物半导体)开关、PMOS(P型金属氧化物半导体)开关或CMOS(互补金属氧化物半导体)开关。
上述实施例提供的开关控制电路10，在第一控制开关21断开时，第一电容22释放的充电电压可以控制场效应管开关23导通，此时由于第一控制开关21断开，电源信号VDD无法到达场效应开关23的栅极，故电源噪声无法耦合进场效应管开关23的源漏极所在线路，由此在第一电容22放电阶段时，放电电压可以作为控制信号，控制场效应管开关23导通，从而减少电源耦合噪声。
如图2所示，在一实施例中，开关控制电路10还可以包括：第二控制开关26以及信号处理电路27。第二控制开关26连接场效应管开关23的漏极，并控制第二控制开关26在第一电容22充电时导通，在第一电容22放电时断开。也就是说，在第一控制开关21导通时，第二控制开关26导通；在第一控制开关21断开时，第二控制开关26断开。
信号处理电路27并联第二控制开关26，信号处理电路27用于在第二控制开关26断开时，对所输入的模拟信号进行处理。
在一实施例中，在第一控制开关21导通时，第一电容22充电，场效应管开关23导通，此时为了防止信号处理电路27接收到的模拟信号耦合进电源噪声，第二控制开关26导通，从而使模拟信号不经过信号处理电路27，直接通过第二控制开关26输出。
在第一控制开关21断开时，第一电容22放电，场效应管开关23导通，此时场效应管开关23不会耦合进电源噪声，并控制第二控制开关26断开，模拟信号可以经过信号处理电路27进行处理，由此降低模拟信号中包含的噪声。
在一实施例中，如图3所示，信号处理电路27可以是模拟前端(AFE；AnalogFrontEnd)。模拟前端可以包括：运算放大器24和采样电容25。运算放大器24的反向输入端连接场效应管开关23的漏极，正向输入端用于输入参考电压；采样电容25的一端连接运算放大器24的反向输入端，另一端连接运算放大器24的输出端；第二控制开关26并联采样电容25。
图4是各开关的导通及截止时序示意图，由于受到实际情况的影响，第一控制开关21、第二控制开关26的导通或者断开可能是不完全同步的，微小的时间差可以忽略不计。
图5是搭配图4时序图所示电路中各开关的导通情况和模拟前端状态的状态图。参阅图4及图5，在t0至t1时，第一控制开关21导通，第二控制开关26导通或者断开。于此区间内，第一控制开关21的栅极输入信号为低电平，第一控制开关21的源漏极之间断开，场效应管开关23栅极输入信号为低电平，场效应管开关23的源极与漏极之间断开，故信号不会传输到信号处理电路27。信号处理电路27处在复位(RST)或者放大(AMP)状态。
参阅图4及图6，在t1至t2时，第一控制开关21连接电源信号VDD(高电平)，第一控制开关21和第二控制开关26均导通。于此区间内，第一控制开关21连接电源信号VDD，第一电容充电，场效应管开关23栅极输入信号为高电平，场效应管开关23的源极与漏极导通。由于第二控制开关26在此段时间内导通，故输入信号经第二控制开关26直接输出，不会进入到信号处理电路27进行处理。信号处理电路27处在复位状态。
参阅图4及图7，在t2至t3时，第一控制开关21、第二控制开关26均断开。于此区间内，由于第一控制开关21断开，第一电容25释放电压，场效应管开关23的栅极输入信号为高电平，从而场效应管开关23的源极与漏极之间导通。输入信号进入到信号处理电路27采样，信号处理电路27处于放大状态。
图8为本实施例提供的多路选择开关电路20的结构示意图。多路选择开关电路20包括开关阵列31，其中，开关阵列31包括多组开关控制电路10并联，本实施例以5组为例，本案不以此为限。每组开关控制电路10的结构可以如图1所示，在此不再赘述。
在一实施例中，假设需要选择第一组开关控制电路10导通，则可以控制第一组开关控制电路10的电源信号是高电平，其他组开关控制电路的电源信号为低电平，从而仅给第一组开关控制电路10的第一电容22充电，由此在第一电容22放电阶段，可以只导通第一组开关控制电路10的场效应管开关23，仅选通一条线路进行信号传输。
在一实施例中，如图9所示，多路选择开关电路20还可以包括：第二控制开关26、信号处理电路27。第二控制开关26连接每组开关控制电路10中的场效应管开关23的漏极，用于在开关控制电路10的第一电容22充电时导通，在第一电容22放电时断开。
信号处理电路27并联第二控制开关26，信号处理电路27用于在第二控制开关26断开时，对开关控制电路10中的场效应管开关23传输的模拟信号进行处理。
在一实施例中，如图10所示，信号处理电路27包括：运算放大器24和采样电容25。算放大器24的反向输入端连接每组开关控制电路10中场效应管开关23的漏极，正向输入端用于输入参考电压；采样电容25的一端连接运算放大器24的反向输入端，另一端连接运算放大器24的输出端；其中，第二控制开关26并联采样电容25。
图11是本申请实施例提供的一种控制方法的流程示意图。该方法可以适用于上文实施例所述的多路选择开关电路。该方法可以包括以下过程。
步骤810：向至少一组开关控制电路的第一控制开关传输电源信号。
在一实施例中，向一组开关控制电路的第一控制开关传输电源的高电平信号，向其他各组开关控制电路的第一控制开关传输低电平信号。
步骤811：控制第一控制开关导通，通过电源信号对第一电容充电。
在一实施例中，多路选择开关电路还包括：至少一组第二控制开关和信号处理电路；第二控制开关与信号处理电路并联，信号处理电路连接每组开关控制电路；由此，在第一控制开关导通时，还可以控制第二控制开关导通，从而场效应管开关传输的模拟信号通过第二控制开关输出。步骤812：在充电完成后，控制第一控制开关断开，利用第一电容释放的充电电压驱动场效应管开关导通。
在一实施例中，在第一控制开关断开时，可以控制第二控制开关断开；从而场效应管开关传输的模拟信号经过信号处理电路进行处理。

Claims (10)

1.一种开关控制电路，其特征在于，包括：
第一控制开关，用于在导通时传输电源信号；
第一电容，所述第一电容连接所述第一控制开关，用于接收所述电源信号进行充电，并在所述第一控制开关断开时，释放充电电压；
场效应管开关，连接所述第一电容，所述场效应管开关用于接收所述第一电容释放的充电电压控制所述场效应管开关导通。
2.根据权利要求1所述的开关控制电路，其特征在于，还包括：
第二控制开关，连接所述场效应管开关的漏极，用于在所述第一电容充电时导通，在所述第一电容放电时断开；
信号处理电路，并联在所述第二控制开关的两端，所述信号处理电路用于在所述第二控制开关断开时，对所述场效应管开关传输的模拟信号进行处理。
3.根据权利要求2所述的开关控制电路，其特征在于，所述信号处理电路为模拟前端，所述模拟前端包括：
运算放大器，所述运算放大器的反向输入端连接所述场效应管开关的漏极，正向输入端用于输入参考电压；
采样电容，所述采样电容的一端连接所述运算放大器的反向输入端，另一端连接所述运算放大器的输出端；
其中，所述第二控制开关并联在所述采样电容的两端。
4.一种多路选择开关电路，其特征在于，包括：
开关阵列，包括多组开关控制电路；
其中，每组开关控制电路包括权利要求1所述的开关控制电路。
5.根据权利要求4所述的多路选择开关电路，其特征在于，还包括：
至少一组第二控制开关和信号处理电路；
所述第二控制开关分别连接每组开关控制电路中所述场效应管开关的漏极，用于在所述第一电容充电时导通，在所述第一电容放电时断开；
所述信号处理电路并联在所述第二控制开关的两端，所述信号处理电路用于在所述第二控制开关断开时，对所述场效应管开关传输的模拟信号进行处理。
6.根据权利要求5所述的多路选择开关电路，其特征在于，所述信号处理电路为模拟前端，所述模拟前端包括：
运算放大器，所述运算放大器的反向输入端连接每组开关控制电路中所述场效应管开关的漏极，正向输入端用于输入参考电压；
采样电容，所述采样电容的一端连接所述运算放大器的反向输入端，另一端连接所述运算放大器的输出端；
其中，所述第二控制开关并联在所述采样电容的两端。
7.一种控制方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求4-6任意一项所述的多路选择开关电路，所述方法包括：
向至少一组开关控制电路的第一控制开关传输电源信号；
控制所述第一控制开关导通，通过所述电源信号对所述第一电容充电；
在充电完成后，控制所述第一控制开关断开，利用所述第一电容释放的充电电压驱动所述场效应管开关导通。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述电源信号为高电平信号，所述方法还包括：
控制向无所述电源信号输入的第一控制开关输入低电平信号。
9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述多路选择开关电路还包括：至少一组第二控制开关和信号处理电路；所述第二控制开关与信号处理电路并联，所述信号处理电路连接每组开关控制电路；所述方法还包括：
在所述第一控制开关断开时，控制所述第二控制开关断开；所述场效应管开关传输的模拟信号经过所述信号处理电路进行处理。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，还包括：
在所述第一控制开关导通时，控制所述第二控制开关导通，所述场效应管开关传输的模拟信号通过所述第二控制开关输出。
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