CN202713254U - 电子开关 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及电子开关。一种电子开关包括开关电路(其包括输入端和控制连线)以及与所述开关电路电连接的电压转换器电路。所述电压转换器电路包括与所述开关电路的输入端电连接的输入端以及与所述开关电路的控制连线电连接的输出端。在输出端处产生的输出信号包括当输入信号的电压改变时由基本上恒定的电压幅值移位的输入信号。

Description

电子开关
技术领域
本实用新型总体涉及电子开关，更具体地说，涉及一种具有电荷泵的恒定栅源电压(VGS)MOS开关。 
背景技术
电子电路和系统通常包括电子开关。电子开关可用于将模拟信号传输至电路路径或用于防止模拟信号被发送至电路路径。此种开关有时被称为模拟开关或旁路开关，以便将这种类型的开关与响应于输入而改变输出状态，但不传递接收信号的数字开关区别开来。能够针对不同类型的模拟信号正常运行的模拟开关可用于多种电子系统。 
实用新型内容
本申请总体涉及电子开关。电子开关示例包括具有输入端和控制连线的开关电路以及与所述开关电路电连接的电压转换器电路。所述电压转换器电路包括与所述开关电路的输入端电连接的输入端以及与所述开关电路的控制连线电连接的输出端。在输出端处产生的输出信号包括当输入信号的电压改变时，由基本上恒定的电压幅值移位的输入信号。 
本实用新型在开关电路的输入端处接收输入信号，还将该输入信号提供给电压转换器电路的输入端，从而确保了当输入开关电路的信号改变时开关电路的控制连线正常运行。 
该部分的目的在于提供对本专利申请主题的概述。并不意在提供对本实用新型的排他性或穷举性解释。包括有详细描述以提供对本专利申请有关的更多信息。 
附图说明
附图不一定按比例绘制，且不同附图中的类似部件可用相同的数字指代。具有不同字母后缀的相同数字可表示类似部件的不同示例。总的来说，附图是通过举例(而非限制)的方式来说明本文中所探讨的诸实施例。 
图1为实现开关电路的方法的示例的流程图； 
图2示出了开关电路的操作的示例； 
图3为包括开关电路的系统的示例的部分的框图； 
图4示出了用于实现开关电路的栅极电压调整的示例； 
图5和图6示出了开关电路的操作的另一示例； 
图7为电荷泵电路的示例的示意图。 
具体实施方式
本申请总体涉及电子开关。可能期望使幅值大于通过控制连线提供的电压的信号通过开关电路。使此信号通过开关电路通常会导致开关被断开。例如，如果开关电路包括MOSFET，幅值太大的输入信号会导致栅源电压(VGS)达到击穿点。这可能导致输出信号保持在或略低于电源电压。 
图1为实现开关电路的方法100的示例的流程图，该方法确保当输入开关电路的信号改变时开关电路的控制连线正常运行。在方框105中，在开关电路的输入端处接收输入信号。在方框110中，还将该输入信号提供给电压转换器电路的输入端。 
在方框115中，在电压转换器电路的输出端处产生包括由基本上恒定的电压幅值移位的输入信号的输出信号。在方框120中，将该输出信号提供给开关电路的控制连线。当输入信号的电压改变时，开关电路的输入端与控制连线之间的电压差保持在基本上恒定的电压幅值。因此控制连线的电压总是比信号输入高出恒定的电压幅值。 
图2示出了开关电路操作的示例。示出输入信号205从3.0伏特(V)逐步上升至7.0V。在控制连线处的信号210随输入信号205而改变，但保持高出大 约2.0V。因此，当输入信号的电压改变时，开关电路的输入端与控制连线之间的电压差保持在大约2.0伏特。注意，2.0伏特在图中仅为示例，该电压差也可以是其他值。 
图3为包括开关电路305的系统300的示例的部分的框图。开关电路305包括输入端310和控制连线315。系统300还包括电压转换器电路320。电压转换器电路320包括与开关电路的输入端电连接的输入端(vin)以及与开关电路305的控制连线电连接的输出端(out)。在输出端处产生的输出信号包括当输入信号的电压改变时由基本上恒定的电压幅值移位的输入信号。 
在一些示例中，开关电路305包括电连接在开关电路输入端310与开关电路输出端330之间的通路门325。通路门325包括具有第一源极/漏极连线以及栅极连线的通路晶体管(例如MOSFET)。栅极连线与开关电路的控制连线315电连接，使得当在栅极连线处接收到电压转换器电路320的输出信号时，通路门将在开关电路输入端310处接收的信号传递至开关电路输出端330。第一源极/漏极连线与栅极连线之间的电压(例如VGS)通过基本上恒定的指定电压幅值被恒定地调整为大于输入信号电压。因此，第一源极/漏极连线与栅极连线之间的电压被恒定地调整为远离击穿点。 
图4示出了用于图2所示的开关电路操作的电压调整的示例。当输入信号205改变时，将栅源电压调整为基本上保持在输入信号电压以上的大约2.0V的恒定电压。图4示出了用于NMOS开关的示例。针对PMOS情况而言，将栅源电压调整为基本上保持在输入信号电压以下的恒定电压，其中，A：(1.81948M 2.15623)；B：(6.02994M 2.27897)；变化量：(4.21045M 122.736R)；斜率：29.1502。 
图5示出了用于开关电路操作的电压调整的另一示例。在该示例中，输入信号505是正弦信号。控制连线信号510随输入信号505而改变，但保持高出大约2.0V。图6示出了当输入信号505改变时，栅极连线处的电压被调整为基本上保持恒定且比输入信号电压高出大约2.0V，其中，A：(3.51662M 2.1054)；B：(3.00554M 2.03045)；变化量：(-511.076U-74.9432M)；斜率：146.638。 
在一些示例中，通路门325包括第二晶体管，其中通路晶体管和第二晶体管形成互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管对。CMOS晶体管对能够扩大开关电路305的动态范围。 
在一些示例中，电压转换器电路320包括时钟输入端(clk)以及与开关电路的控制连线电连接的输入端。在时钟输入端处接收的第一时钟信号包括电压幅值。在输出端处产生的输出信号包括由第一时钟信号的电压幅值移位的输入信号。当在栅极连线处接收输出信号时，第一源极/漏极连线与栅极连线之间的电压保持在第一时钟信号的基本上恒定的电压幅值。 
在一些示例中，电压转换器电路320包括电荷泵电路。图7为电荷泵电路700的示例的示意图。时钟信号的操作导致输出端的电压为Vin+时钟信号的电压电平。如果时钟信号的电压电平等于Vin，则电荷泵起到如同倍压器电路的作用。电荷泵电路和倍压器电路的示例可见于Deval等人在IEEE固体电路杂志1998年3月第3期第33卷上发表的“A High-EfficiencyCMOS Voltage Doubler(高效CMOS倍压器)”。 
在一些示例中，图3的系统300包括振荡器电路335，该振荡器电路335与电荷泵电路320电连接以便至少提供第一时钟信号。在某些示例中，系统300包括与振荡器电路电连接的低压差(LDO)调节器340。LDO电路产生基本上等于第一时钟信号的电压幅值的调节电压。在某些示例中，LDO电路从5V电源产生2.0V的调节电压。在某些示例中，LDO电路340由与系统300的其余部分的电源电压不同(例如不同于Vdd)的电源电压供电。如果系统包括电荷泵电路，且电荷泵电路的时钟信号的幅值足够大，则不需要LDO电路340。 
在一些示例中，系统300包括集成电路，开关电路和电压转换器电路包括在该集成电路中。集成电路可用于需要开关电路(其保证控制连线(例如晶体栅极)保持在电路输入端(例如晶体管源极)处的电压之上)的任意电子系统中。 
在某些示例中，集成电路包括在电池保护系统中。集成电路用于产生控制提供诸如从电路中拆去电池之类的功能的电路所需的逻辑信号。在某些示例中， 集成电路包括在蜂窝电话的电子电池保护系统中(例如输入可以是来自墙壁充电器的电压)。在某些示例中，集成电路包括在电子电池充电系统中，例如可与通用串行总线(USB)端口连接的电池充电系统中。 
补充注释及示例 
示例1包括如下主题(例如系统)，该主题包括开关电路(其包括输入端和控制连线)以及与开关电路电连接的电压转换器电路。电压转换器包括与开关电路的输入端电连接的输入端以及与开关电路的控制连线电连接的输出端，其中当输入信号的电压改变时，在所述输出端处产生的输出信号包括由基本上恒定的电压幅值移位的输入信号。 
在示例2中，示例1的电压转换器电路可选地包括时钟输入端以及与开关电路的控制连线电连接的输出端。在时钟输入端处接收的第一时钟信号可包括所述电压幅值，在输出端处产生的输出信号包括由第一时钟信号的电压幅值移位的输入信号。 
在示例3中，示例1和2的一者或任意组合的开关电路可选地包括电连接在开关电路输入端与开关电路输出端之间的通路门。通路门可选地包括具有第一源极/漏极连线以及栅极连线的通路晶体管。栅极连线与开关电路的控制连线电连接，使得通路门配置为当在栅极连线处接收到电压转换器电路的输出信号时将在开关电路输入端处接收的信号传递至开关电路输出端，并且当接收到输出信号时将第一源极/漏极连线与栅极连线之间的电压保持在第一时钟信号的基本上恒定的电压幅值。 
在示例4中，示例1-2的一者或任意组合的开关电路可选地包括电连接在开关电路输入端与开关电路输出端之间的通路门。通路门可选地包括具有第一源极/漏极连线以及栅极连线的通路晶体管，其中栅极连线与开关电路的控制连线电连接，使得通路门配置为当在栅极连线处接收到电压转换器电路的输出信号时将在开关电路输入端处接收的信号传递至开关电路输出端，并且通过基本上恒定的电压幅值将第一源极/漏极连线和栅极连线之间的电压恒定地调整为大于输入信号电压。 
在示例5中，示例3-4的一者或任意组合的通路门可选地包括第二晶体管，并且通路晶体管和第二晶体管形成互补金属氧化物半导体晶体管对。 
在示例6中，示例1-5的一者或任意组合的电压转换器电路可选地包括电荷泵电路。 
在示例7中，示例6的电荷泵电路可选地包括第二时钟输入端。在第二时钟输入端处接收的第二时钟信号可选地与第一时钟信号异相。 
在示例8中，示例6和7的一者或任意组合的主题可选地包括与电荷泵电路电连接以便提供第一时钟信号的振荡器电路，以及与振荡器电路电连接并配置为产生与第一时钟信号的电压幅值基本上相等的调节电压的低压差(LDO)调节器。 
在示例9中，示例1-8的一者或任意组合的电压转换器电路可选地包括倍压器电路。 
在示例10中，示例1-9的一者或任意组合的开关电路和电压转换器电路可选地包括在集成电路中。 
在示例11中，示例10的集成电路可选地包括在电池充电系统中。 
在示例12中，示例10和11的一者或任意组合的集成电路可选地包括在蜂窝电话的电子电池充电系统中。 
在示例13中，示例10-12的一者或任意组合的集成电路可选地包括在可与通用串行总线(USB)端口连接的电子电池充电系统中。 
示例14可包括示例1-13的一者或任意组合的主题，或可选地与示例1-13的一者或任意组合的主题相结合，以便包括如下主题(例如方法，执行动作的装置，或包括在由机器执行时使机器执行动作的指令的机器可读介质)，该主题包括在开关电路的输入端处接收输入信号，将该输入信号提供给电压转换器电路的输入端，在电压转换器电路的输出端处产生包括由基本上恒定的电压幅值移位的输入信号的输出信号，以及将该输出信号提供给开关电路的控制连线，使得当输入信号的电压改变时，开关电路的输入端与控制连线之间的电压差保持在基本上恒定的电压幅值。 
在示例15中，示例14的主题可选地包括在电压转换器电路的时钟输入端处接收时钟信号，其中时钟信号的电压幅值包括基本上恒定的电压幅值的电压幅值。 
在示例16中，示例14和15的一者或任意组合的在开关电路的输入端处接收输入信号可选地包括：在晶体管的第一源极/漏极连线处接收输入信号，以及在晶体管栅极连线激活时，将该输入信号传递至第二源极/漏极连线，并且将该输出信号提供给开关电路的控制连线可选地包括：将该输出信号提供给晶体管栅极连线，使得栅极连线与第一源极/漏极连线之间的电压差基本上为时钟信号的电压幅值。 
在示例17中，示例14-16的一者或任意组合的在开关电路的输入端处接收输入信号可选地包括：在晶体管的第一源极/漏极连线处接收输入信号，以及在晶体管栅极连线激活时，将该输入信号传递至第二源极/漏极连线，并且将该输出信号提供给开关电路的控制连线可选地包括：向晶体管栅极连线提供输出信号，当输入信号改变时，晶体管栅极连线在第一源极/漏极连线与第二源极/漏极连线之间保持基本上恒定的电阻。 
在示例18中，示例14-17的一者或任意组合的接收输入信号可选地包括：接收为电池充电的输入信号。 
在示例19中，示例14-18的一者或任意组合的为电池充电的输入信号具有与时钟信号的电压幅值基本上相等的幅值。 
在示例20中，示例14-19的一者或任意组合的接收输入信号可选地包括：从USB接头接收输入信号。 
示例21可包括示例1-20的任何一个或多个的任一部分的任何部分或组合，或可选地与示例1-20的任何一个或多个的任意部分的任何部分或组合相结合以便包括如下主题，该主题包括执行示例1-20的功能中的任何一个或多个功能的装置，或包括在由机器执行时使机器执行示例1-20的任何一个或多个功能的指令的机器可读介质。 
这些非限制性示例能够以任意排列或组合方式相结合。 
上述详细说明书参照了附图，附图也是所述详细说明书的一部分。附图以图解的方式显示了可应用本实用新型的具体实施例。这些实施例在本实用新型中被称作“示例”。本实用新型所涉及的所有出版物、专利及专利文件全部作为本实用新型的参考内容，尽管它们是分别加以参考的。如果本实用新型与参考文件之间存在用途差异，则将参考文件的用途视作本实用新型的用途的补充，若两者之间存在不可调和的差异，则以本实用新型的用途为准。 
在本实用新型中，与专利文件通常使用的一样，术语“一”或“某一”表示包括一个或多个，但其他情况或在使用“至少一个”或“一个或多个”时应除外。在本实用新型中，除非另外指明，否则使用术语“或”指无排他性的或者，使得“A或B”包括：“A但不是B”、“B但不是A”以及“A和B”。在所附权利要求中，术语“包含”和“在其中”等同于各个术语“包括”和“其中”的通俗英语。同样，在下面的权利要求中，术语“包含”和“包括”是开放性的，即，系统、装置、物品或步骤包括除了权利要求中这种术语之后所列出的那些元件以外的部件的，依然视为落在该条权利要求的范围之内。而且，在下面的权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅仅用作标签，并非对对象有数量要求。本实用新型所述的方法示例可至少部分地由机器或电脑执行。 
上述说明的作用在于解说而非限制。例如上述示例(或示例的一个或多个方面)可结合使用。可以在理解上述说明书的基础上，利用现有技术的某种常规技术来执行其他实施例。遵照37 C.F.R.§1.72(b)的规定提供摘要，允许读者快速确定本技术公开的性质。提交本摘要时要理解的是该摘要不用于解释或限制权利要求的范围或意义。同样，在上面的具体实施方式中，各种特征可归类成将本公开合理化。这不应理解成未要求的公开特征对任何权利要求必不可少。相反，本实用新型的主题可在于的特征少于特定公开的实施例的所有特征。因此，下面的权利要求据此并入具体实施方式中，每个权利要求均作为一个单独的实施例。应参看所附的权利要求，以及这些权利要求所享有的等同物的所有范围，来确定本实用新型的范围。 

Claims (9)

1.一种电子开关，其特征在于，包括：
包括输入端和控制连线的开关电路；
与所述开关电路电连接的电压转换器电路，所述电压转换器电路包括：
与所述开关电路的输入端电连接的输入端；
与所述开关电路的控制连线电连接的输出端，其中在所述输出端处产生的输出信号包括当输入信号的电压改变时由基本上恒定的电压幅值移位的输入信号。
2.如权利要求1所述的电子开关，其中，所述电压转换器电路包括时钟输入端，其中在所述时钟输入端处接收的第一时钟信号包括所述电压幅值；以及
与所述开关电路的控制连线电连接的输出端，其中在所述输出端处产生的输出信号包括由所述第一时钟信号的电压幅值移位的输入信号。
3.如权利要求2所述的电子开关，其中，所述开关电路包括：
电连接在所述开关电路输入端与开关电路输出端之间的通路门，其中所述通路门包括：
具有第一源极/漏极连线以及栅极连线的通路晶体管，其中所述栅极连线与所述开关电路的控制连线电连接，使得所述通路门配置为当在所述栅极连线处接收到所述电压转换器电路的输出信号时，将在所述开关电路输入端处接收的信号传递至所述开关电路输出端，并且
其中当接收到所述输出信号时，将所述第一源极/漏极连线与所述栅极连线之间的电压保持在所述第一时钟信号的基本上恒定的电压幅值。
4.如权利要求1所述的电子开关，其中，所述开关电路包括：
电连接在所述开关电路输入端与开关电路输出端之间的通路门，其中所述通路门包括：
具有第一源极/漏极连线以及栅极连线的通路晶体管，其中所述栅极连线与所述开关电路的控制连线电连接，使得所述通路门配置为当在所述栅 极连线处接收到所述电压转换器电路的输出信号时，将在所述开关电路输入端处接收的信号传递至所述开关电路输出端，并且
其中所述第一源极/漏极连线与所述栅极连线之间的电压通过基本上恒定的电压幅值被恒定地调整为大于输入信号电压。
5.如权利要求4所述的电子开关，其中，所述通路门包括第二晶体管，其中所述通路晶体管和所述第二晶体管形成互补金属氧化物半导体晶体管对。
6.如权利要求1至5中任一项所述的电子开关，其中，所述电压转换器电路包括电荷泵电路，
其中所述电荷泵电路包括第二时钟输入端，并且
其中在所述第二时钟输入端处接收的第二时钟信号与所述第一时钟信号异相。
7.如权利要求6所述的电子开关，其中，包括：
振荡器电路，与所述电荷泵电路电连接以便提供所述第一时钟信号；以及
低压差(LDO)调节器电路，与所述振荡器电路电连接，并配置为产生与所述第一时钟信号的电压幅值基本上相等的调节电压。
8.如权利要求1至5中任一项所述的电子开关，其中，所述电压转换器电路包括倍压器电路。
9.如权利要求1所述的电子开关，包括集成电路，其中，所述集成电路包括所述开关电路以及所述电压转换器电路。 
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