CN116633331A - 一种可切换正负压互补输出的开关电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可切换正负压互补输出的开关电路，通过可控串联开关将正压传递电路和负压传递电路集成在一起，使得可在一个端口输出正压、负压及零电压，又通过配套的逻辑控制电路，在输入逻辑信号的控制下，可在两个输出端口互补的输出正压、负压、零压，从而节约了输出端口与芯片面积，提高了每个端口的电压极性灵活度，设置有逻辑控制电路及通过逻辑控制电路控制开关通路的电压传递电路，所述电压传递电路设置有两条输出支路，每一条输出支路上皆设置有电平转换电路、正压传递电路、负压传递电路及可控串联开关，每一条输出支路通过一个输出端口输出正压、负压或零压。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路技术等领域，具体的说，是一种可切换正负压互补输出的开关电路。
背景技术
射频收发前端采用T/R开关进行收发切换，考虑到开关的性能和实现工艺，在实际系统中有不同的选型，以电压域区分有正压控制开关和负压控制开关之分，而T/R开关的控制电平需要配套的电源调制电路来产生。开关电源调制电路作为电源调制模块的一部分，广泛应用于给收发状态切换的T/R开关提供控制电平。通过给到输入端口不同的逻辑输入信号，使N和P两个输出端口分别输出互补的高低电平，实现负载收发状态切换。硅基工艺相比化合物半导体，有着面积小、集成度高、灵活性大、成本低、工艺成熟等优点，因此开关电源调制电路常用硅基工艺来实现。
现有的开关电源调制电路（传统的开关电压切换电路）主要有三种。一种是正电压形式，在输入端输入高低电平，两路信号分别经过一路和两路反向器后，形成同相和反向的互补信号，实现输入电压不同时，输出N和P两路分别为0和VDD电平互补输出，来进行负载芯片收发状态切换。另一种是负电压形式，由于数字输入控制信号0和1都是正电压，因此如果想要负电压，就得经过电平转换电路将正电压转成负电压，再将输入控制的负电压分两路经过同相和反相后，得到0和-VDD电平，实现负电压的负载收发状态切换。
以上两种方法虽然能分别在输出的N和P上得到互补的高低电平。但是只能提供正或负的一种电压域，限制了使用场景。如果想要既能输出正电压又能输出负电压，则需使用第三种方法，集成正负两套电路，一路输出正和零电压，一路输出负和零电压，这样两个端口就可分别输出正电压和互补零压，另外两个端口就可输出负电压和互补零压，但增加了输出端口与输出PAD的数量，导致芯片面积增大，且所需要的控制码字长度也变大，从而增加了电路的复杂度。
整体来说，已有技术中，前两种方案只能在正压域输出端口得到正电压及0V，或负压域输出端口得到负电压及0V，第三种虽然能得到正负两种电压，但无法在一个端口同时得到两种电压域的电压，且输出端口从2个增加到了4个，导致面积增大的同时，也在一些端口有限的应用场景下使用受限。如果将正负两路电压传递电路直接通过开关电路连接，并使用开关进行输出电压选择，则会导致正负压切换时开关管上会出现2倍VDD的电压而超压，这样会导致电路无法在使用常规CMOS工艺下实现，在工艺上对耐压提出了更高的要求，限制了工艺选择。
附图1为传统的三种开关电压切换电路原理图，其中包括TTL输入信号、电平转换电路（LevelShift，LS）、反相器电路（PhaseInvertor，INV）及同相和反相输出端口。如图1a所示，是传统正压开关切换电路原理图，输入的TTL数字信号（TTL输入信号）经过电平转换电路（LevelShift）进行电平转换后，得到所需的VDD电压，然后分两路，经过一个反相器得到同相输出电平，经过两个反相器电路得到反相输出电平，同相输出电平和反相输出电平为一对互补信号。如图1b所示，是传统负压开关切换电路原理图，原理类似，只是要通过几级LevelShift电路将正电压的逻辑控制信号转成负压-VDD，然后通过反相器输出同相正压及反相负压两种互补信号。这两种电路都只能得到单极性的互补输出电平，使用场景有限。如图1c所示，是集成了正、负压两套开关切换电路的原理图（传统正负压集成开关切换电流原理图），其使用了两位logic（逻辑）输入信号，使得可以在输出端得到正压域互补电路和负压域互补电路，满足了使用场景的需求，但是其端口只能固定输出一个电压域的电平，无法灵活的根据应用需求在一个端口得到不同电压域的互补电压信号，且使用的端口数较多，会导致芯片面积更大，走线更长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可切换正负压互补输出的开关电路，通过可控串联开关将正压传递电路和负压传递电路集成在一起，使得可在一个端口输出正压、负压及零电压，又通过配套的逻辑控制电路，在输入逻辑信号的控制下，可在两个输出端口互补的输出正压、负压、零压，从而节约了输出端口与芯片面积，提高了每个端口的电压极性灵活度。
本发明通过下述技术方案实现：一种可切换正负压互补输出的开关电路，设置有逻辑控制电路及通过逻辑控制电路控制开关通路的电压传递电路，所述电压传递电路设置有两条输出支路，每一条输出支路上皆设置有电平转换电路、正压传递电路、负压传递电路及可控串联开关，每一条输出支路通过一个输出端口输出正压、负压或零压。
进一步为更好地实现本发明所述的一种可切换正负压互补输出的开关电路，特别采用下述设置结构：在每一条输出支路上设置有两个电平转换电路、一个正压传递电路、一个负压传递电路及两个可控串联开关，两个电平转换电路接入逻辑控制电路，两个电平转换电路的输出分别接入正压传递电路和负压传递电路，正压传递电路和负压传递电路分别通过一个可控串联开关输出。
进一步为更好地实现本发明所述的一种可切换正负压互补输出的开关电路，特别采用下述设置结构：所述正压传递电路和负压传递电路采用相同的电路结构，且皆设置有一个P沟道场效应管和一个N沟道场效应管，P沟道场效应管和N沟道场效应管的栅极共接且接入电平转换电路，P沟道场效应管和N沟道场效应管的漏极共接且接入可控串联开关。
进一步为更好地实现本发明所述的一种可切换正负压互补输出的开关电路，特别采用下述设置结构：所述正压传递电路中P沟道场效应管的源极连接电源VDD，N沟道场效应管源极接地；所述负压传递电路中P沟道场效应管的源极接地，N沟道场效应管源极连接负电源-VDD。
进一步为更好地实现本发明所述的一种可切换正负压互补输出的开关电路，特别采用下述设置结构：连接所述正压传递电路的可控串联开关采用P沟道场效应管，连接所述负压传递电路的可控串联开关采用N沟道场效应管，其中，P沟道场效应管的漏极连接正压传递电路的漏极共接端，栅极连接逻辑控制电路，源极与N沟道场效应管的源极共接且作为该输出支路的输出端口，N沟道场效应管的漏极连接负压传递电路的漏极共接端，栅极连接逻辑控制电路。
进一步为更好地实现本发明所述的一种可切换正负压互补输出的开关电路，特别采用下述设置结构：在所述电平转换电路与负压传递电路之间还连接有两个反相器电路。
进一步为更好地实现本发明所述的一种可切换正负压互补输出的开关电路，特别采用下述设置结构：所述逻辑控制电路包括MUX电路、两条第一控制支路和两条第二控制支路，MUX电路分别与两条第一控制支路和两条第二控制支路的输入端相连接，第一控制支路的输出端连接于正压传递电路相连接的可控串联开关，第二控制支路的输出端连接于负压传递电路相连接的可控串联开关；MUX电路还连接电压传递电路中电平转换电路的输入端。
进一步为更好地实现本发明所述的一种可切换正负压互补输出的开关电路，特别采用下述设置结构：所述第一控制支路包括依次连接的异或门电路、非门电路及电平转换电路，且电平转换电路的输出端连接可控串联开关，异或门电路的输入端连接MUX电路的输出端。
进一步为更好地实现本发明所述的一种可切换正负压互补输出的开关电路，特别采用下述设置结构：所述第二控制支路采用异或门电路，异或门电路的输入端连接MUX电路的输出端，异或门电路的输出端连接可控串联开关。
进一步为更好地实现本发明所述的一种可切换正负压互补输出的开关电路，特别采用下述设置结构：所述MUX电路采用四路八选一数据选择电路。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
（1）本发明采用正压传递电路及负压传递电路，通过可控的串联开关管（可控串联开关）连接到一起输出，再由配套的逻辑控制电路分别控制可控串联开关，实现正压、负压和0V电压传递到输出端，使得输出能正确输出想要的正负极性及电平。
（2）本发明针对如果单独将正负两路电压传递电路直接通过开关管连接而产生的源漏压差2倍VDD超压的情况，搭配了逻辑控制电路，通过给到各个点合理的电压来确保不会出现超压情况，使得用常规器件替代了高压器件，实现了在常规CMOS工艺上做到正负压可控输出且不会有可靠性问题。并且设置了两个端口均输出0V的初始防超压状态，避免上电极性不定态时出现超压情况。
本发明能够在只用两个输出端口的情况下，实现正压电平、负压电平的互补输出，同时克服了切换过程中和初始态可能的超压问题，提升了开关切换电路的兼容性、降低了对特定工艺的需求、提高了可靠性、节省了输出PAD数量。
本发明将正压传递电路和负压传递电路在输出端直连，保证了一个输出端口既可输出正压又可输出负压，解决了传统开关切换电路只能单极性输出正压或负压电平的问题，提升了电路的兼容性。
本发明在正压传递电路和负压传递电路内部输出采用可控串联开关进行电平隔离，并设计正压和负压传递电路的配套逻辑控制电路，实现正压和负压传递电路的分别通断，确保输出正逻辑或负逻辑电平不会相互冲突，以及正常工作时，正负电压不会同时出现在串联开关管（可控串联开关）的两端而出现2倍VDD超压问题，这样既节省了输出端口，有利于减小芯片面积，又解决了工艺中没有超高压器件时电路的可靠性设计问题。
附图说明
图1为传统的三种开关电压切换电路原理图。
图2为本发明电路原理框图。
图3为本发明的一种电路原理图。
图4为可控串联开关出现超压的原理图。
图5为搭配了逻辑控制电路防止超压后的原理图。
图6为本发明与方超压方法配套的逻辑电平图。
其中，图1中a为传统正压开关切换电路原理图，b为传统负压开关切换电路原理图，c为传统正负压集成开关切换电流原理图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例1：
本发明设计出一种可切换正负压互补输出的开关电路，通过可控串联开关将正压传递电路和负压传递电路集成在一起，使得可在一个端口输出正压、负压及零电压，又通过配套的逻辑控制电路，在输入逻辑信号的控制下，可在两个输出端口互补的输出正压、负压、零压，从而节约了输出端口与芯片面积，提高了每个端口的电压极性灵活度，设置有逻辑控制电路及通过逻辑控制电路控制开关通路的电压传递电路，所述电压传递电路设置有两条输出支路，每一条输出支路上皆设置有电平转换电路、正压传递电路、负压传递电路及可控串联开关，每一条输出支路通过一个输出端口输出正压、负压或零压。
实施例2：
本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，与前述技术方案相同之处在此不再赘述，进一步为更好地实现本发明所述的一种可切换正负压互补输出的开关电路，特别采用下述设置结构：在每一条输出支路上设置有两个电平转换电路、一个正压传递电路、一个负压传递电路及两个可控串联开关，两个电平转换电路接入逻辑控制电路，两个电平转换电路的输出分别接入正压传递电路和负压传递电路，正压传递电路和负压传递电路分别通过一个可控串联开关输出。
实施例3：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，与前述技术方案相同之处在此不再赘述，进一步为更好地实现本发明所述的一种可切换正负压互补输出的开关电路，特别采用下述设置结构：所述正压传递电路和负压传递电路采用相同的电路结构，且皆设置有一个P沟道场效应管和一个N沟道场效应管，P沟道场效应管和N沟道场效应管的栅极共接且接入电平转换电路，P沟道场效应管和N沟道场效应管的漏极共接且接入可控串联开关。
实施例4：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，与前述技术方案相同之处在此不再赘述，进一步为更好地实现本发明所述的一种可切换正负压互补输出的开关电路，特别采用下述设置结构：所述正压传递电路中P沟道场效应管的源极连接电源VDD，N沟道场效应管源极接地；所述负压传递电路中P沟道场效应管的源极接地，N沟道场效应管源极连接负电源-VDD。
实施例5：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，与前述技术方案相同之处在此不再赘述，进一步为更好地实现本发明所述的一种可切换正负压互补输出的开关电路，特别采用下述设置结构：连接所述正压传递电路的可控串联开关采用P沟道场效应管，连接所述负压传递电路的可控串联开关采用N沟道场效应管，其中，P沟道场效应管的漏极连接正压传递电路的漏极共接端，栅极连接逻辑控制电路，源极与N沟道场效应管的源极共接且作为该输出支路的输出端口，N沟道场效应管的漏极连接负压传递电路的漏极共接端，栅极连接逻辑控制电路。
实施例6：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，与前述技术方案相同之处在此不再赘述，进一步为更好地实现本发明所述的一种可切换正负压互补输出的开关电路，特别采用下述设置结构：在所述电平转换电路与负压传递电路之间还连接有两个反相器电路。
实施例7：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，与前述技术方案相同之处在此不再赘述，进一步为更好地实现本发明所述的一种可切换正负压互补输出的开关电路，特别采用下述设置结构：所述逻辑控制电路包括MUX电路、两条第一控制支路和两条第二控制支路，MUX电路分别与两条第一控制支路和两条第二控制支路的输入端相连接，第一控制支路的输出端连接于正压传递电路相连接的可控串联开关，第二控制支路的输出端连接于负压传递电路相连接的可控串联开关；MUX电路还连接电压传递电路中电平转换电路的输入端。
实施例8：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，与前述技术方案相同之处在此不再赘述，进一步为更好地实现本发明所述的一种可切换正负压互补输出的开关电路，特别采用下述设置结构：所述第一控制支路包括依次连接的异或门电路、非门电路及电平转换电路，且电平转换电路的输出端连接可控串联开关，异或门电路的输入端连接MUX电路的输出端。
实施例9：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，与前述技术方案相同之处在此不再赘述，进一步为更好地实现本发明所述的一种可切换正负压互补输出的开关电路，特别采用下述设置结构：所述第二控制支路采用异或门电路，异或门电路的输入端连接MUX电路的输出端，异或门电路的输出端连接可控串联开关。
实施例10：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，与前述技术方案相同之处在此不再赘述，进一步为更好地实现本发明所述的一种可切换正负压互补输出的开关电路，特别采用下述设置结构：所述MUX电路采用四路八选一数据选择电路。
实施例11：
一种可切换正负压互补输出的开关电路，结合图2~图6所示，设置有逻辑控制电路及通过逻辑控制电路控制开关通路的电压传递电路，其中，逻辑控制电路包括采用四路八选一数据信号选择电路MUX、两条第一控制支路和两条第二控制支路，定义MUX的输入为Logic输入信号，Logic输入信号包括信号SIGN、TR2和TR1，输出分别为状态A1、A2、B1、B2 ；两条第一控制电路都设置有依次连接的异或门电路（XOR）、非门电路（inv）及电平转换电路（Level Shift），第一条第一控制电路的XOR输入端分别输入状态A1和B1，输出为状态C1，第二条第一控制电路的XOR输入端分别输入状态A2和B2，输出为状态C2；两条第二控制支路皆采用异或门电路（XOR），其中，第一条第二控制支路的输入分别为状态A1、B1，输出为状态D1，第二条第二控制支路的输入分别为状态A2、B2，输出为状态D2。
电压传递电路设置有两条输出支路，每一条输出支路包括正压支路和负压支路，两条正压支路分别定义为正压支路1和正压支路2，两条负压支路分别定义为负压支路1和负压支路2，正压支路1和负压支路1构成一条输出支路（定义为输出支路1），正压支路2和负压支路2构成一条输出支路（定义为输出支路2）；
输出支路1：
正压支路1包括电平转换电路（Level Shift）、由P沟道场效应管PM11和N沟道场效应管NM11构成的正压传递电路、由P沟道场效应管PM13构成的可控串联开关，其中，电平转换电路（Level Shift）接入信号A1，电平转换电路（Level Shift）的输出接入P沟道场效应管PM11和N沟道场效应管NM11的栅极共接端，P沟道场效应管PM11和N沟道场效应管NM11的漏极共接并接入P沟道场效应管PM13的漏极，P沟道场效应管PM13的栅极接入状态C1，P沟道场效应管PM11的源极接入电源VDD，N沟道场效应管NM11的源极接地；
负压支路1包括电平转换电路（Level Shift）、两级反相器电路、由P沟道场效应管PM12和N沟道场效应管NM12构成的负压传递电路、由N沟道场效应管NM13构成的可控串联开关，其中，电平转换电路接入信号B1，电平转换电路的输出经两级反相器电路接入P沟道场效应管PM12和N沟道场效应管NM12的栅极共接端，P沟道场效应管PM12和N沟道场效应管NM12的漏极共接并接入N沟道场效应管NM13的漏极，N沟道场效应管NM13的栅极接入状态D1，P沟道场效应管PM12的源极接入地，N沟道场效应管NM12的源极接入负电源-VDD；P沟道场效应管PM13的源极和N沟道场效应管NM13的源极共接且形成该输出支路的输出端（OUTP）。
输出支路2：
正压支路2包括电平转换电路（Level Shift）、由P沟道场效应管PM21和N沟道场效应管NM21构成的正压传递电路、由P沟道场效应管PM23构成的可控串联开关，其中，电平转换电路（Level Shift）接入信号A2，电平转换电路（Level Shift）的输出接入P沟道场效应管PM21和N沟道场效应管NM21的栅极共接端，P沟道场效应管PM21和N沟道场效应管NM21的漏极共接并接入P沟道场效应管PM23的漏极，P沟道场效应管PM23的栅极接入状态C2，P沟道场效应管PM21的源极接入电源VDD，N沟道场效应管NM21的源极接地；
负压支路2包括电平转换电路（Level Shift）、两级反相器电路、由P沟道场效应管PM22和N沟道场效应管NM22构成的负压传递电路、由N沟道场效应管NM23构成的可控串联开关，其中，电平转换电路接入信号B2，电平转换电路（Level Shift）的输出经两级反相器电路接入P沟道场效应管PM22和N沟道场效应管NM22的栅极共接端，P沟道场效应管PM22和N沟道场效应管NM22的漏极共接并接入N沟道场效应管NM23的漏极，N沟道场效应管NM23的栅极接入状态D2，P沟道场效应管PM22的源极接入地，N沟道场效应管NM22的源极接入负电源-VDD； P沟道场效应管PM23的源极和N沟道场效应管NM23的源极共接且形成该输出支路的输出端（OUTN）。
该实施例所示出的电路结构由一个四路八选一数据信号选择的MUX电路，将三个输入信号SIGN、TR1、TR2组成的八种输入状态，选出所需的四种状态A1、A2、B1、B2，并由状态A1、B1和异或门及反相器电路组合逻辑形成状态C1、D1；由状态A2、B2和异或门及反相器电路组合逻辑形成状态C2、D2。再由状态A1、B1、C1、D1四个逻辑电平去控制正、负电压传到OUTP端，使其能选择输出VDD、-VDD及0V三种情况。同理，状态A2、B2、C2、D2四个逻辑电平去控制正、负电压传到OUTN端，使其能选择输出VDD、-VDD及0V三种情况。例如，当想输出正压逻辑，OUTP输出VDD，OUTN输出0V时，此时A1和B1是低电平0V，PM13开关被C1（高电压）开启，将VDD从漏极传给OUTP，NM13开关被D1（低电压）关闭，此时OUTP输出VDD，NM13源漏端压差为VDD，并不会有超压问题；而由于A2是逻辑高电平，B2是0V，此时NM23被D2（高电压）开启,将0V从漏极传给OUTN，PM23开关被C2（低电压）关闭，此时OUTN输出0V，PM23源漏端压差也为VDD。当想输出负压逻辑时，OUTP输出-VDD，OUTN输出0V时，此时A1和B1是高电平，NM13开关被D1（高电压）开启，将-VDD从漏极传给OUTP，PM13开关被C1（低电压）关闭，此时OUTP输出-VDD，PM13源漏端压差为VDD；而由于A2是逻辑高电平，B2是0V，此时NM23被D2（高电压）开启，将0V从漏极传给OUTN，PM23开关被C2（低电压）关闭，此时OUTN输出0V，PM23源漏端压差也为VDD。还有一种初始态是为了防止OUTN或OUTP从在初始态从VDD切换到-VDD跨两个电压域时可能出现的串联MOS管超压问题，此时A1、A2为高电平，B1、B2为低电平，C1、C2均为低电平，使PM13及PM23关闭，D1、D2均为高电平，使NM13及NM23打开，此时OUTN及OUTP输出都是0V，此时再切换任一极性都不会再出现超压情况。
附图4所示为如果将正负两路电压传递电路直接通过开关电路（可控串联开关）连接，不搭配本发明所配套的逻辑控制电路，会出现的超压态。图中以输出-3.3V为例，可以看到，在正压域传3.3V，负压域传-3.3V时，当给NM23和PM23合适的栅压，则可传到输出端-3.3V，但是此时PM23的源漏端电压VDS为6.6V，超过了其电源电压VDD，如果使用常规工艺的CMOS管，则会由于超压影响管子寿命，降低电路可靠性。若想电路正常工作，则需用耐高压器件来防止电路超压，这样就对采用的工艺有了限制，必须选用包含高压器件的工艺。如图5所示，本发明使用了合理的逻辑控制电路，同样以输出-3.3V为例，此时开关管（可控串联开关）NM23和PM23都没有超压问题，因此本发明通过给正负压传递电路传递特定值，并且给开关管合适的栅压，从而实现在各个状态下都不会超压。
附图6为本发明一种可切换正负压互补输出的开关电路与防超压方法配套的逻辑电平图。可以分为两种情况，一是在TR1和TR2不同时，在SIGN信号给高电平时，此时OUTP和OUTN均为初始态，输出都为0V；一是在TR1和TR2相同时，此时SIGN信号的高/低电平决定了输出是负/正逻辑，而TR信号的高/低决定了此时OUTN输出为电源电压VDD/0V。而A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1、D2信号随OUTN及OUTP输出状态不同相应变化。以电源电压VDD为3.3V为例，本发明实现了正压逻辑下的3.3V/0V输出或者负压逻辑下的-3.3V/0V输出，达到了正负压兼容的开关电路设计。
本发明使正、负压两路电压传递电路通过串联可控开关经一个输出端相连，并通过配套的逻辑控制电路通过逻辑电平控制相应开关的通断，以此保证正常工作时，正压输出时负压电路关闭，负压输出时正压电路关闭，确保开关管正常工作时不会出现2倍VDD超压情况，因此可以在一个输出端得到正压、负压或者0V的电平供给后级负载电路控制开关通断，且不会出现正压负压互相影响的情况；最后，开关在上电时初始态处于不定态时进行切换时可能存在的两倍VDD压差的超压，为了确保不超压，本发明设置了初始态，通过逻辑电路保证了初始上电时两个输出端口都是0V电压，从而确保了在确定使用极性（正压/负压）后，切换无超压现象。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可切换正负压互补输出的开关电路，其特征在于：设置有逻辑控制电路及通过逻辑控制电路控制开关通路的电压传递电路，所述电压传递电路设置有两条输出支路，每一条输出支路上皆设置有电平转换电路、正压传递电路、负压传递电路及可控串联开关，每一条输出支路通过一个输出端口输出正压、负压或零压。
2.根据权利要求1所述的一种可切换正负压互补输出的开关电路，其特征在于：在每一条输出支路上设置有两个电平转换电路、一个正压传递电路、一个负压传递电路及两个可控串联开关，两个电平转换电路接入逻辑控制电路，两个电平转换电路的输出分别接入正压传递电路和负压传递电路，正压传递电路和负压传递电路分别通过一个可控串联开关输出。
3.根据权利要求2所述的一种可切换正负压互补输出的开关电路，其特征在于：所述正压传递电路和负压传递电路采用相同的电路结构，且皆设置有一个P沟道场效应管和一个N沟道场效应管，P沟道场效应管和N沟道场效应管的栅极共接且接入电平转换电路，P沟道场效应管和N沟道场效应管的漏极共接且接入可控串联开关。
4.根据权利要求3所述的一种可切换正负压互补输出的开关电路，其特征在于：所述正压传递电路中P沟道场效应管的源极连接电源VDD，N沟道场效应管源极接地；所述负压传递电路中P沟道场效应管的源极接地，N沟道场效应管源极连接负电源-VDD。
5.根据权利要求3或4所述的一种可切换正负压互补输出的开关电路，其特征在于：连接所述正压传递电路的可控串联开关采用P沟道场效应管，连接所述负压传递电路的可控串联开关采用N沟道场效应管，其中，P沟道场效应管的漏极连接正压传递电路的漏极共接端，栅极连接逻辑控制电路，源极与N沟道场效应管的源极共接且作为该输出支路的输出端口，N沟道场效应管的漏极连接负压传递电路的漏极共接端，栅极连接逻辑控制电路。
6.根据权利要求2~4中任一项所述的一种可切换正负压互补输出的开关电路，其特征在于：在所述电平转换电路与负压传递电路之间还连接有两个反相器电路。
7.根据权利要求1~4中任一项所述的一种可切换正负压互补输出的开关电路，其特征在于：所述逻辑控制电路包括MUX电路、两条第一控制支路和两条第二控制支路，MUX电路分别与两条第一控制支路和两条第二控制支路的输入端相连接，第一控制支路的输出端连接于正压传递电路相连接的可控串联开关，第二控制支路的输出端连接于负压传递电路相连接的可控串联开关；MUX电路还连接电压传递电路中电平转换电路的输入端。
8.根据权利要求7所述的一种可切换正负压互补输出的开关电路，其特征在于：所述第一控制支路包括依次连接的异或门电路、非门电路及电平转换电路，且电平转换电路的输出端连接可控串联开关，异或门电路的输入端连接MUX电路的输出端。
9.根据权利要求7所述的一种可切换正负压互补输出的开关电路，其特征在于：所述第二控制支路采用异或门电路，异或门电路的输入端连接MUX电路的输出端，异或门电路的输出端连接可控串联开关。
10.根据权利要求7所述的一种可切换正负压互补输出的开关电路，其特征在于：所述MUX电路采用四路八选一数据选择电路。
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Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6356481B1 (en) * | 1999-06-17 | 2002-03-12 | Stmicroelectronics S.R.L. | Row decoder for a nonvolatile memory with capability of selectively biasing word lines to positive or negative voltages |
| US20080192521A1 (en) * | 2007-02-13 | 2008-08-14 | Hispano-Suiza | Unipolar or bipolar chopping converter with three magnetically coupled windings |
| JP2011244138A (ja) * | 2010-05-17 | 2011-12-01 | Panasonic Corp | スイッチングアンプ及びｄｃ電圧切換装置 |
| EP2538560A1 (en) * | 2011-06-22 | 2012-12-26 | Rohm Co., Ltd. | A voltage level shift circuit |
| US20140203958A1 (en) * | 2013-01-23 | 2014-07-24 | Renesas Electronics Corporation | Passive amplification circuit and analog-digital convertor |
| CN110299919A (zh) * | 2019-08-26 | 2019-10-01 | 成都铭科思微电子技术有限责任公司 | 一种低功耗超高速高精度模数转换器 |
| CN110798192A (zh) * | 2019-10-21 | 2020-02-14 | 中国电子科技集团公司第十四研究所 | 一种能够实现零电位位置自动切换的切换开关 |
| CN112821730A (zh) * | 2021-02-22 | 2021-05-18 | 北京交通大学 | 一种新型驱动拓扑及其驱动方法与串扰抑制方法 |
| CN216749261U (zh) * | 2021-12-10 | 2022-06-14 | 北京镁伽科技有限公司 | 正负压电源电路和图像信号发生器 |
-
2023
- 2023-07-21 CN CN202310901653.6A patent/CN116633331B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6356481B1 (en) * | 1999-06-17 | 2002-03-12 | Stmicroelectronics S.R.L. | Row decoder for a nonvolatile memory with capability of selectively biasing word lines to positive or negative voltages |
| US20080192521A1 (en) * | 2007-02-13 | 2008-08-14 | Hispano-Suiza | Unipolar or bipolar chopping converter with three magnetically coupled windings |
| JP2011244138A (ja) * | 2010-05-17 | 2011-12-01 | Panasonic Corp | スイッチングアンプ及びｄｃ電圧切換装置 |
| EP2538560A1 (en) * | 2011-06-22 | 2012-12-26 | Rohm Co., Ltd. | A voltage level shift circuit |
| US20140203958A1 (en) * | 2013-01-23 | 2014-07-24 | Renesas Electronics Corporation | Passive amplification circuit and analog-digital convertor |
| CN110299919A (zh) * | 2019-08-26 | 2019-10-01 | 成都铭科思微电子技术有限责任公司 | 一种低功耗超高速高精度模数转换器 |
| CN110798192A (zh) * | 2019-10-21 | 2020-02-14 | 中国电子科技集团公司第十四研究所 | 一种能够实现零电位位置自动切换的切换开关 |
| CN112821730A (zh) * | 2021-02-22 | 2021-05-18 | 北京交通大学 | 一种新型驱动拓扑及其驱动方法与串扰抑制方法 |
| CN216749261U (zh) * | 2021-12-10 | 2022-06-14 | 北京镁伽科技有限公司 | 正负压电源电路和图像信号发生器 |
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