CN201860305U - 用于usb模拟开关的带电/掉电情况下的过压保护电路 - Google Patents

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鞠建宏
郝跃国
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Abstract

本实用新型公开一种用于USB模拟开关的带电/掉电情况下的过压保护电路，第一P型场效应管的源极和第三P型场效应管的源极相连后与USB模拟开关的信号输入端相连，且第一P型场效应管的栅极与电源电压相连，漏极同时与其本身的衬底和USB模拟开关的信号输出端相连；第二P型场效应管的栅极同时与第三P型场效应管、N型场效应管的漏极相连，且其源极与电源电压相连，漏极同时与其本身的衬底和信号输出端相连；第三P型场效应管的栅极与电源电压相连，且其衬底与信号输出端相连；N型场效应管的栅极与电源电压相连，且其源极与其本身的衬底相连。本实用新型可防止发生因寄生二极管开启而引起的漏电流情况。

Description

用于USB模拟开关的带电/掉电情况下的过压保护电路
技术领域
本实用新型涉及一种过压保护电路，更具体地说，是一种适合用于USB模拟开关的带电/掉电情况下的过压保护电路。
背景技术
在采用CMOS结构来设计的USB模拟开关中，正常工作情况下输入输出口(如图1中A或B)的电压比电源电压(VCC)要低，这样可以保证图中PMOS的两个寄生二极管处于反向截止状态。如果在带电情况下，输入输出口的电压比电源电压要高，或者在掉电即没有电源电压的情况下，输入输出口仍然有较大的电压，此时PMOS的寄生二极管就会处于正向导通状态，即有很大的漏电流通过这两个寄生二极管流出，这是不能被接受的，因此需要有特殊的保护电路来防止这种情况的发生。
对这种保护电路的要求在于，需要对输入输出口的电压和电源电压进行比较，从其中选出较高的一个作为CMOS开关的N阱(n-well)偏置电压。一项专利号为6,163,199的美国专利中提出了如图2的解决办法，其用一对交叉耦合的PMOS在电源电压VCC和输入输出口A(或B)之间比较之后选择出两者中较高的电压Pvcc，用以偏置CMOS开关里面PMOS管的N阱(n-well)。这种办法的最大缺点在于，当输入输出口的电压和VCC的电压没有明显区别的时候，电路的比较功能将会消失，而实际得到的Pvcc将是经过了交叉耦合的PMOS中的漏端/衬底寄生二极管传递过来的输入输出口的电压或者是VCC，即Pvcc≈A(或者B，或者是VCC)-0.7V，在这种情况下仍然会导致很大的漏电流。
发明内容
由于现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的是提出一种用于USB模拟开关的过压保护电路，其可有效解决现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本实用新型提出的用于USB模拟开关的带电/掉电情况下的过压保护电路，包括第一、第二、第三P型场效应管和一个N型场效应管，所述第一P型场效应管的源极和第三P型场效应管的源极相连后与USB模拟开关的信号输入端相连，且第一P型场效应管的的栅极与电源电压相连，漏极同时与其本身的衬底和USB模拟开关的信号输出端相连；第二P型场效应管的栅极同时与第三P型场效应管、N型场效应管的漏极相连，且其源极与电源电压相连，漏极同时与其本身的衬底和所述信号输出端相连；所述第三P型场效应管的栅极与电源电压相连，且其衬底与所述信号输出端相连；所述N型场效应管的栅极与电源电压相连，且其源极与其本身的衬底相连。
由于采用以上技术方案，本实用新型的用于USB模拟开关的带电/掉电情况下的过压保护电路可以在任何的输入输出口电压和电源电压情况下为CMOS开关中的PMOS里面的N阱提供正确的偏置电压，而不会发生因寄生二极管开启而引起的漏电流。
附图说明
图1为采用CMOS结构的USB模拟开关线路图；
图2为专利号为6163199美国专利的线路图；
图3为本实用新型的线路图；
图4为本实用新型的一个具体实施例。
具体实施方式
下面根据附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明：
如图3所示，本实用新型提出的用于USB模拟开关的带电/掉电情况下的过压保护电路，包括第一、第二、第三P型场效应管(分别为图5中M1、M2、M3)和一个N型场效应管M4，第一P型场效应管M1的源极和第三P型场效应管M3的源极相连后与USB模拟开关的信号输入端A相连，且第一P型场效应管M1的的栅极与电源电压VCC相连，漏极同时与其本身的衬底和USB模拟开关的信号输出端相连；第二P型场效应管M2的栅极同时与第三P型场效应管M3、N型场效应管M4的漏极相连，且其源极与电源电压VCC相连，漏极同时与其本身的衬底和信号输出端PVCC相连；第三P型场效应管M3的栅极与电源电压相连，且其衬底与信号输出端PVCC相连；N型场效应管的栅极与电源电压VCC相连，且其源极与其本身的衬底相连。
对本实用新型的这个保护电路的要求就是需要对输入输出口的电压和电源电压进行比较，从其中选出较高者作为CMOS开关的N阱偏置电压。如图3所示，在本实用新型的线路图中，最关键的在于VCC的反逻辑的巧妙实现。我们把输入输出口的电压作为由M3和M4构成的反相器的电源，从而得到了VCC的反逻辑，这样，当VCC＞A时，M1是关断的，同时，由于反相器的输出为低电平，使得M2开启，这样VCC就通过M2传到了PVCC；当VCC＜A时，由于反相器输出是高电平(这时的高电平就是A)，M2是关断的，而M1是开启的，所以A就通过M1传到了PVCC。再看VCC＝A时，此时M1是关断的，由于反相器输出为低电平，所以M2是开启的，从而VCC就通过M2传到PVCC。因此，在任何情况下，都不存在寄生二极管正向导通的情况，从根本上消除了漏电流的发生。
图4是本实用新型的一个具体实施例，M5和M6是一对CMOS开关用以通过USB信号，在利用本实用新型对其中的PMOS管即M5进行保护的时候，需要考虑到电源电压VCC这时被直接接到了M1，M3和M4的栅极上，因此需要加上ESD电阻对栅极进行保护；同样，由于此时输入输出端口A接到了M1的源端，由于M1本身尺寸较小，不能承受较大的ESD电流，也需要对其加上ESD保护电阻。
但是，上述的具体实施方式只是示例性的，是为了更好的使本领域技术人员能够理解本专利，不能理解为是对本专利包括范围的限制；只要是根据本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利包括的范围。

Claims (1)

1.一种用于USB模拟开关的带电/掉电情况下的过压保护电路，其特征在于：包括第一、第二、第三P型场效应管和一个N型场效应管，所述第一P型场效应管的源极和第三P型场效应管的源极相连后与USB模拟开关的信号输入端相连，且第一P型场效应管的的栅极与电源电压相连，漏极同时与其本身的衬底和USB模拟开关的信号输出端相连；第二P型场效应管的栅极同时与第三P型场效应管、N型场效应管的漏极相连，且其源极与电源电压相连，漏极同时与其本身的衬底和所述信号输出端相连；所述第三P型场效应管的栅极与电源电压相连，且其衬底与所述信号输出端相连；所述N型场效应管的栅极与电源电压相连，且其源极与其本身的衬底相连。
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