CN208509237U - 用于减小导通电阻变化的音频开关电路 - Google Patents

用于减小导通电阻变化的音频开关电路 Download PDF

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Abstract

本实用新型题为“用于减小导通电阻变化的音频开关电路”。根据实施方式，一种音频开关电路包括音频开关，所述音频开关被配置为将输入节点选择性地耦合到输出节点以跨过所述音频开关传送音频信号。所述音频开关响应于所述输入节点被耦合到所述输出节点而具有导通电阻。所述音频开关的所述导通电阻响应于所述音频信号的输入电压从第一电平增大到第二电平而变化了第一值。所述音频开关电路包括导通电阻补偿电路，所述导通电阻补偿电路被配置为具有响应于所述音频信号的所述输入电压从所述第一电平增大到所述第二电平而变化了第二值的导通电阻。所述导通电阻补偿电路被耦合到所述音频开关，使得所述第二值至少部分地抵消所述第一值。

Description

用于减小导通电阻变化的音频开关电路
相关申请
本申请要求于2017年11月6日提交的美国非临时专利申请No.15/803,906的优先权和权益，该专利申请据此全文以引用方式并入本文。
技术领域
本说明书涉及用于减小导通电阻变化的音频开关电路。
背景技术
开关可以用于选择性地传送输入信号。然而，开关固有地将导通电阻(也被称为Ron)添加到传送路径。例如，在理想情况中，当开关处在导通状态(例如，跨过开关传送输入信号)时，开关将会具有零阻抗。实际上，在开关中存在一个或多个部件，这些部件固有地具有某个电阻，这防止了开关无阻抗地执行。所有电阻元件的组合效应可被称为导通电阻。
实用新型内容
根据实施方式，音频开关电路包括音频开关，该音频开关被配置为将输入节点选择性地耦合到输出节点以跨过音频开关传送音频信号。音频开关响应于输入节点被耦合到输出节点而具有导通电阻。音频开关的导通电阻响应于音频信号的输入电压从第一电平增大到第二电平而变化了第一值。音频开关电路包括导通电阻补偿电路，该导通电阻补偿电路被配置为具有响应于音频信号的输入电压从第一电平增大到第二电平而变化了第二值的导通电阻。导通电阻补偿电路被耦合到音频开关，使得第二值至少部分地抵消第一值。
根据实施方式，音频开关电路包括音频开关，该音频开关被配置为将输入节点选择性地耦合到输出节点以跨过音频开关传送音频信号。音频开关响应于输入节点被耦合到输出节点而具有导通电阻。音频开关的导通电阻响应于音频信号的输入电压从第一电平增大到第二电平而增大。音频开关电路包括互补金属氧化物半导体(CMOS)开关，该CMOS开关被耦合到音频开关。CMOS开关被配置为具有响应于输入电压从第一电平增大到第二电平而减小的导通电阻。CMOS开关被耦合到音频开关，使得音频开关的导通电阻的增大通过CMOS开关的导通电阻的减小至少部分地抵消。
根据实施方式，音频开关电路包括第一音频开关、第二音频开关和导通电阻补偿电路，该导通电阻补偿电路被耦合到第一音频开关或第二音频开关中的至少一个。导通电阻补偿电路被配置为响应于音频信号的输入电压从第一电平变化到第二电平而补偿第一音频开关或第二音频开关中的至少一个的导通电阻的变化。
一个或多个实施方式的细节在随附附图和以下描述中阐明。其他特征将从说明书和附图中以及从权利要求中显而易见。
附图说明
图1A示出了根据实施方式的具有与音频开关并联耦合的导通电阻补偿电路的音频开关电路。
图1B示出了根据实施方式的具有与音频开关串联耦合的导通电阻补偿电路的音频开关电路。
图1C示出了根据另一实施方式的具有与音频开关串联耦合的导通电阻补偿电路的音频开关电路。
图2示出了根据实施方式的用于减小导通电阻变化的音频开关电路。
图3示出了根据另一实施方式的用于减小导通电阻变化的音频开关电路。
图4示出了根据另一实施方式的用于减小导通电阻变化的音频开关电路。
图5示出了根据另一实施方式的用于减小导通电阻变化的音频开关电路。
图6示出了根据实施方式的导通电阻补偿电路的示例。
图7示出了根据另一实施方式的用于减小导通电阻变化的音频开关电路。
图8示出了根据实施方式的绘出不具有导通电阻补偿电路的音频电路的导通电阻变化的曲线图和绘出具有导通电阻补偿电路的音频电路的导通电阻变化的曲线图。
具体实施方式
本公开涉及音频电路，该音频电路具有导通电阻补偿电路，该导通电阻补偿电路在音频信号的输入电压变化时补偿音频开关的导通电阻变化。
例如，如果音频开关的导通电阻随输入电压的变化而变化，那么所传送的音频信号的保真度可能受到不利影响。导通电阻相对于输入电压的变化的变化可被称为Rflatness。Rflatness是在音频开关的输入电压范围内的在最低导通电阻与最高导通电阻之间的差值。音频保真度的一个量度是由音频开关引起的总谐波失真(THD)。不管输入信号电压变化如何，保持开关的导通电阻相对恒定可以改善THD。金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的导通电阻可以是栅极到源极电压(VGS)的函数。由于导通电阻是VGS的函数，在一些状况下，如果VGS是恒定的，那么导通电阻可能是相对恒定的。即使VGS相对恒定，对于相对重的负载条件来说，开关(VDS)的源极和漏极上的电压差也会大于在轻的负载条件下的VDS，这会导致导通电阻变化。例如，在信号引脚上具有相对严格的THD要求和/或更高的电压公差(浪涌)的音频开关应用可能经受不利地影响THD的导通电阻变化。
然而，当输入电压变化时，导通电阻补偿电路补偿音频开关的导通电阻变化，以便减小Rflatness并且改善THD。例如，当音频开关闭合并且输入电压增大时，开关的导通电阻改变了正值。导通电阻补偿电路被配置为具有在输入电压增大时变化了负值的导通电阻，使得由音频开关引起的导通电阻的正变化被由导通电阻补偿电路引起的导通电阻的负变化(例如，至少部分地)补偿。因此，可以改善导通电阻的Rflatness，从而改善THD。在一些示例中，导通电阻补偿电路包括耦合到音频开关的互补金属氧化物半导体(CMOS)开关。在一些示例中，导通电阻补偿电路与音频开关并联耦合。在一些示例中，导通电阻补偿电路与音频开关串联耦合。
根据实施方式，图1A至图1C示出了导通电阻补偿电路104，该导通电阻补偿电路被配置为在音频信号的输入电压变化时补偿音频开关102的导通电阻(也被称为Ron)的变化，以便减小Rflatness并且改善THD。例如，音频开关102被配置为将输入节点101选择性地耦合到输出节点103以跨过音频开关102传送音频信号。当音频开关102闭合(或处在导通状态)时，输入节点101被耦合到输出节点103，并且音频信号从输入节点101传送到输出节点103(跨过音频开关102)。当音频开关102打开(或处在关断状态)时，输入节点101不耦合到输出节点103，并且音频信号未跨过音频开关102而传送。当音频开关102闭合时，音频开关102具有导通电阻，并且当输入电压增大时，音频开关102的导通电阻变化了正值。导通电阻补偿电路104被配置为具有在输入电压增大时变化了负值的导通电阻，使得由音频开关102引起的导通电阻的正变化被由导通电阻补偿电路104引起的导通电阻的负变化抵消。在一些示例中，开关的导通电阻变化被电路的导通电阻变化部分地抵消。在一些示例中，开关的导通电阻变化被电路的导通电阻变化完全地抵消。因此，可以改善总体导通电阻的Rflatness(例如，总体导通电阻是音频开关102的导通电阻与导通电阻补偿电路104的导通电阻的组合)。
在一些示例中，导通电阻补偿电路104与音频开关102并联耦合。图1A示出了音频开关电路100，其中导通电阻补偿电路104与音频开关102并联耦合。在一些示例中，导通电阻补偿电路104与音频开关102串联耦合。图1B示出了音频开关电路150，其中导通电阻补偿电路104与音频开关102串联耦合。例如，在图1B中，导通电阻补偿电路104被耦合到音频开关102的输入端。图1C示出了音频开关电路180，其中导通电阻补偿电路104与音频开关102串联耦合。例如，在图1C中，导通电阻补偿电路104被耦合到音频开关102的输出端。
本文讨论的音频开关电路可以用于各种音频应用和模拟开关产品中。在一些示例中，音频开关电路可以结合到通用串行总线(USB)音频接口中。在一些示例中，音频开关102是模拟音频开关。在一些示例中，音频开关102是场效应晶体管(FET)。在一些示例中，音频开关102是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。在一些示例中，音频开关102是N沟道MOSFET。
如上指出，当音频开关102的导通电阻随音频信号的输入电压的变化而变化时，所传送的音频信号的保真度可能受到不利影响。例如，当输入电压从第一电平增大到第二电平时，音频开关102的导通电阻可以变化了第一值(例如，当音频信号的输入电压增大了Y量时，导通电阻可以增大了X量)。第一电平可以是导致音频开关102闭合(或处在导通状态内)的电压电平。第二电平可以是高于第一电平的电压电平。当音频信号的输入电压从第二电平变化到第三电平时，音频开关102的导通电阻可以变化了第二值。第三电平可以是高于第二电平的电压电平。在一些示例中，音频开关102的导通电阻可线性地增大(例如，第二值与第一值是相同的(或基本上相同的))。在其他示例中，音频开关102的导通电阻可以非线性地增大(例如，第二值大于或小于第一值)。
如上指示，音频保真度的一个量度是由音频开关102引起的总谐波失真(THD)。不管输入信号电压变化如何，保持音频开关102的导通电阻相对恒定(例如，不变)可以改善THD。在一些示例中，当输入电压从第一电平增大到第二电平时，导通电阻补偿电路104的导通电阻变化了第三值，使得音频开关102的导通电阻的变化(变化了第一值)由导通电阻补偿电路104的导通电阻的变化(变化了第三值)抵消以减小Rflatness或提供相对恒定的总体导通电阻。在一些示例中，第三值具有与第一值相同的(或基本上相同的)的量值，但是第一值和第三值具有相反极性。例如，第一值是正值，并且第三值是负值，但是第一值和第三值的绝对值是相同的(或基本上相同的)。在一些示例中，第一值是正值，并且第三值是负值，并且第三值不同于第一值。
当输入电压从第一电平转变到第二电平时，音频开关102的导通电阻的正变化与导通电阻补偿电路104的导通电阻的负变化组合以减小Rflatness和/或提供相对恒定的总体导通电阻。当输入电压从第二电平增大到第三电平时，导通电阻补偿电路104的导通电阻变化了第四值以抵消音频开关102的导通电阻的变化了第二值的变化。在一些示例中，第四值具有与第二值相同的(或基本上相同的)的量值，但是第二值和第四值具有相反极性。在一些示例中，第二值是正值，而第四值是负值，并且第四值不同于第二值。当输入电压从第二电平转变到第三电平时，音频开关102的导通电阻的正变化与导通电阻补偿电路104的导通电阻的负变化组合以减小Rflatness和/或提供相对恒定的总体导通电阻。当输入电压从第三电平增大到第四电平、第五电平等时(或当输入电压转变回第二电平和第一电平时)，施加相同操作。由于在输入电压在音频开关102的输入电压范围内变化时，导通电阻的变化被最小化，因此可以改善THD。
图2示出了根据实施方式的用于减小导通电阻变化的音频开关电路200。音频开关电路200包括用于将输入节点101选择性地耦合到输出节点103以跨过音频开关102传送音频信号的音频开关102。音频开关电路100可以包括耦合到音频开关102的导通电阻补偿电路204。导通电阻补偿电路204可以包括相对于图1的导通电阻补偿电路104(和/或图3至图7的导通电阻补偿电路)描述的特征中的任一个或多个。
导通电阻补偿电路204包括耦合到音频开关102的开关205。在一些示例中，开关205包括被配置为开关设备的一个或多个晶体管。在一些示例中，开关205是互补金属氧化物半导体(CMOS)开关。如图2所示，开关205与音频开关102并联耦合。在其他示例中，开关205被串联耦合到音频开关102(如图1B或图1C所示)。开关205可以包括与第二晶体管208并联的第一晶体管206。第一晶体管206可以是N沟道晶体管。第二晶体管208可以是P沟道晶体管。
导通电阻补偿电路204还包括耦合到第一晶体管206的栅极的第一栅极电压发生器212和耦合到第二晶体管208的栅极的第二栅极电压发生器214。第一栅极电压发生器212被配置为产生第一栅极电压(也被称为NGATE电压)以激活(接通或闭合)或停用(关断或打开)第一晶体管206。第一栅极电压发生器212可以包括第一分压器215和第一偏置电压源217。在一些示例中，第一分压器215可以包括至少两个电阻器(例如，图6的电阻器652和电阻器654)。第一偏置电压源217提供偏置电压，该偏置电压用于相对于输入电压(或输出电压，如果输出电压用于产生第一栅极电压的话)来偏置第一栅极电压。
第一栅极电压发生器212可以接收输入电压并且使用第一分压器215和第一偏置电压源217产生第一栅极电压。在一些示例中，由于当音频开关102闭合时，输入电压是基本上相等的，所以第一栅极电压发生器212可以接收输出电压并且使用第一分压器215和第一偏置电压源217产生第一栅极电压。第一栅极电压可以确定当第一晶体管206激活和停用时的定时，这影响了当由开关205引起的抵消导通电阻变化与由音频开关102引起的导通电阻变化组合时的定时。通过调整第一分压器215的值以及由第一偏置电压源217提供的电压电平，当第一晶体管206激活和停用时的定时可以被调谐或调整以适合于特定类型的开关和/或音频应用。
第二栅极电压发生器214被配置为产生第二栅极电压(也被称为PGATE电压)以激活和停用第二晶体管208。第二栅极电压发生器214可以包括第二分压器219和第二偏置电压源221。在一些示例中，第二分压器219可以包括至少两个电阻器(例如，图6的电阻器662和电阻器664)。第二偏置电压源221提供偏置电压，偏置电压用于相对于输入电压(或输出电压，如果输出电压用于产生第二栅极电压的话)来偏置第二栅极电压。
第二栅极电压发生器214可以接收输入电压并且使用第二分压器219和第二偏置电压源221产生第二栅极电压。在一些示例中，由于当音频开关102闭合时，输入电压是基本上相等的，所以第二栅极电压发生器214可以接收输出电压并且使用第二分压器219和第二偏置电压源221产生第二栅极电压。第二栅极电压可以确定当第二晶体管208激活和停用时的定时，这影响了由开关205引起的抵消导通电阻变化与由音频开关102引起的导通电阻变化组合时的定时。通过调整第二分压器219的值以及由第二偏置电压源221提供的电压电平，当第二晶体管208激活和停用时的定时可以被调谐或调整以适合于特定类型的开关和/或音频应用。
当输入电压大于零时，激活第二晶体管208(例如，P沟道晶体管)，其中第二晶体管208相关于输入电压的激活的确切定时由第二栅极电压发生器214确定。在输入电压增大时，栅极到源极电压(VGS)增大并且第二晶体管208的导通电阻减小(例如，导通电阻的变化具有负系数)。当输入电压小于零时，激活第一晶体管206(例如，N沟道晶体管)，其中第一晶体管206相关于输入电压的激活的确切定时由第一栅极电压发生器212确定。当输入电压的量值增大(例如，变得更负)时，第一晶体管206的VGS的量值增大，并且第一晶体管206的导通电阻减小(例如，导通电阻的变化具有负系数)。
由于开关205被并联耦合到音频开关102，导通电阻是与音频开关102的导通电阻并联的开关205的导通电阻，这在输入电压增大时使音频开关的导通电阻的正导数(例如，正变化)由CMOS开关的导通电阻的负导数(例如，负变化)补偿，从而可以减小Rflatness和/或提供相对恒定的导通电阻。
图3示出了根据实施方式的用于减小导通电阻变化的音频开关电路300。音频开关电路300包括与第二音频开关307串联耦合的第一音频开关302。第一音频开关302和第二音频开关307可以包括相对于音频开关102的特征中的任一个，如参照图1至图2所述。第一音频开关302可以与第一级相关联，并且第二音频开关307可以与第二级相关联。由于音频开关电路300具有至少两个级，所以音频开关电路300可以具有比单级音频电路相对更高的电压公差。在一些示例中，音频开关电路300可以包括多于两个级(例如，3个、4个或5个级，每个级具有单独的音频开关)。
如图3所示，第一导通电阻补偿电路304被耦合到第一音频开关302，并且第二导通电阻补偿电路305被耦合到第二音频开关307。第一导通电阻补偿电路304被配置为当输入电压变化时补偿第一音频开关302的导通电阻变化。第二导通电阻补偿电路305被配置为补偿第二音频开关307的导通电阻变化。第一导通电阻补偿电路304和第二导通电阻补偿电路305可以是本文讨论的导通电阻补偿电路中的任一个。在一些示例中，第一导通电阻补偿电路304与第一音频开关302并联耦合，并且第二导通电阻补偿电路305与第二音频开关307并联耦合。在一些示例中，第一导通电阻补偿电路304与第一音频开关302串联耦合，并且第二导通电阻补偿电路305与第二音频开关307并联耦合(或反之亦然)。
图4示出了根据实施方式的用于减小导通电阻变化的音频开关电路400。音频开关电路400包括与第二音频开关407串联耦合的第一音频开关402。第一音频开关402和第二音频开关407可以包括相对于音频开关102的特征中的任一个，如参照图1至图2所述。第一音频开关402可以与第一级相关联，并且第二音频开关407可以与第二级相关联。在一些示例中，音频开关电路400可以包括多于两个级(例如，3个、4个或5个级，每个级具有单独的音频开关)。
如图4所示，使用单个导通电阻补偿电路补偿两个音频开关的导通电阻变化。在一些示例中，使用单个导通电阻补偿电路补偿多于两个音频开关(例如，3个、4个或5个音频开关)的导通电阻变化。如图4所示，导通电阻补偿电路404被耦合到第一音频开关402和第二音频开关407。导通电阻补偿电路404被配置为当输入电压变化时补偿第一音频开关402的导通电阻变化和第二音频开关407的导通电阻变化。导通电阻补偿电路404可以是本文讨论的导通电阻补偿电路中的任一个。在一些示例中，导通电阻补偿电路404与第一音频开关402并联耦合，并且与第二音频开关407并联耦合。在一些示例中，导通电阻补偿电路404与第一音频开关402和第二音频开关407串联耦合。
图5示出了根据实施方式的用于减小导通电阻变化的音频开关电路500。音频开关电路500包括第一级520和第二级522。第一级520包括音频开关507、第一电流源530和偏置音频开关507的栅极的第一偏置电路532。音频开关507接收来自电压源536的音频信号的输入电压(Vin)，并且当音频开关507闭合时，跨过音频开关507传送音频信号。如图5所示，电压源536被耦合到地538。在一些示例中，音频开关507是MOSFET(例如，N沟道MOSFET)。音频开关507的漏极被耦合到电压源536，音频开关507的栅极被耦合到在第一电流源530与第一偏置电路532之间的节点534，并且音频开关507的源极被耦合到音频开关502的漏极。音频开关502可被称为第一音频开关，并且音频开关507可被称为第二音频开关。
第二级522包括音频开关502、并联耦合到音频开关502的导通电阻补偿电路504、第二电流源540和偏置音频开关502的栅极的第二偏置电路546。音频开关502从音频开关507接收电压(vm)，其中电压(vm)基本上等于电压(vin)(当音频开关507闭合时)，并且当音频开关502闭合时，跨过音频开关502传送音频信号。在一些示例中，音频开关502是MOSFET(例如，N沟道MOSFET)。音频开关502的漏极被耦合到音频开关507的源极，音频开关502的栅极被耦合到在第二电流源540与第二偏置电路546之间的节点535，并且音频开关502的源极被耦合到负载548。负载548也耦合到地550。另外，在一些示例中，次级导通电阻补偿电路可并联耦合到音频开关507以补偿音频开关507的导通电阻变化(例如，如图3所示)。在其他示例中，次级导通电阻补偿电路可并联耦合到音频开关507和音频开关502(例如，如图4所示)。
导通电阻补偿电路504被配置为通过增加其导通电阻的负变化来补偿音频开关502的导通电阻变化以抵消在电压(vm)变化时由音频开关502引起的导通电阻的正变化。例如，导通电阻补偿电路504的导通电阻的变化抵消(或补偿)音频开关502的导通电阻的变化，从而减小Rflatness或提供恒定(或基本上恒定的)总体导通电阻(例如，总体导通电路是与导通电阻补偿电路504的导通电阻并联的音频开关502的导通电阻)。
在有源区域中的操作可假定为(VDS<VGS-VT)，并且VDS较小，其中：
等式(1)：
因此，导通电阻可表达为：
等式(2)：
基于等式(2)，音频开关502的导通电阻可表达为：
等式(3)：R1＝R1,0+a1*vo，其中R1是音频开关502的导通电阻。
基于等式(2)，音频开关507的导通电阻可表达为：
等式(4)：R2＝R2,0+a2*vo，其中R2是音频开关507的导通电阻。
导通电阻补偿电路504的导通电阻可表达为：
等式(5)：Z3＝Z0-b1*vo，其中Z3是导通电阻补偿电路504的导通电阻。
等式(3)、(4)和(5)按输出电压vo表达为泰勒系列函数。然而，应当注意的是，输出电压vo基本上等于输入电压vin和中间vm(当开关闭合时)，并且vin或vm可以代替等式(3)、等式(4)、等式(5)、等式(6)、或等式(7)中的vo使用。在等式(3)中，分量(a1*vo)表示音频开关502的导通电阻在vo变化时从先前状态(R1,0)的变化(或导数)。在等式(4)中，分量(a2*vo)表示音频开关507的导通电阻在vo变化时从先前状态(R2,0)的变化(或导数)。在等式(5)中，分量(-b1*vo)表示导通电阻补偿电路504的导通电阻在vo变化时从先前状态(Z0)的变化(或导数)。
导通电阻补偿电路504被配置为提供来自等式(5)的系数(b1)以补偿来自等式(3)的系数(a1)。例如，导通电阻补偿电路504被配置为提供如等式(5)所示的分量(b1*vo)的负b1系数以抵消如等式(3)所示的音频开关502的导通电阻的分量(a1*vo)。在一些示例中，导通电阻补偿电路504包括与音频开关507并联耦合的次级导通电阻补偿电路(例如，如图3所示)。在此示例中，次级导通电阻补偿电路的导通电阻可表达为：
等式(6)：Z4＝Z0-b2*vo
次级导通电阻补偿电路被配置为提供来自等式(6)的系数(b2)以补偿来自等式(4)的系数(a2)。例如，次级导通电阻补偿电路被配置为提供等式(6)中的分量(b2*vo)的负b2系数以抵消等式(4)中的音频开关507的导通电阻的分量(a2*vo)。在其他示例中，导通电阻补偿电路504被并联耦合到音频开关507和音频开关502两者。在此示例中，导通电阻补偿电路504可具有更大的b1系数来补偿两个系数a1和a2。
因此，总体导通电阻可以是相对恒定的。例如，总体导通电阻可表达为：
等式(7)：(Z3||R1)≈(Z0||R1,0)+0(vo^2)，其中Z3是导通电阻补偿电路504的导通电阻，并且R1是音频开关502的导通电阻。
因此，可以改善THD。THD加上噪声可表达为：
等式(8)：
THD+N(噪声)是音频信号的常见的失真测量值。为了改善THD，就会减小谐波。理想地，系数a1、a2是零(或接近零)以实现最佳THD。例如，系数a1、a2是零或接近零可能减小等式(8)中的谐波，从而改善THD。由于系数a1、a2被负系数b1、b2抵消(从而提供零值或接近于零值)，THD得以改善。
图6示出了根据实施方式的导通电阻补偿电路604的示例。导通电阻补偿电路604包括CMOS开关605、NGATE电压发生器612和PGATE电压发生器614。CMOS开关605包括与P沟道晶体管608并联布置的N沟道晶体管606。例如，N沟道晶体管606的漏极与P沟道晶体管608的源极耦合，并且N沟道晶体管606的源极与P沟道晶体管608的漏极耦合。电压vm被连接到N沟道晶体管606的漏极和P沟道晶体管608的源极，并且输出电压vo被耦合到N沟道晶体管606的源极和P沟道晶体管608的漏极。
NGATE电压发生器612被耦合到N沟道晶体管606的栅极。NGATE电压发生器612包括电阻器652和电阻器654。电阻器652和电阻器654可统称为第一分压器(例如，图2的第一分压器215)。节点653设置在电阻器652与电阻器654之间。节点653被耦合到N沟道晶体管606的栅极。电阻器652被耦合到电压vm并且接收电压vm。在一些示例中，由于在N沟道晶体管606闭合时，电压vm基本上等于输出电压vo，因此电阻器652可耦合到输出电压vo并且接收输出电压vo。NGATE电压发生器612包括设置在电阻器654与地658之间并耦合到该电阻器和地的第一偏置电压源656。电阻器652、节点653、电阻器654和第一偏置电压源656可以进行串联连接。
PGATE电压发生器614被耦合到P沟道晶体管608的栅极。PGATE电压发生器614包括电阻器662和电阻器664。电阻器662和电阻器664可统称为第二分压器(例如，图2的第二分压器219)。节点663设置在电阻器662与电阻器664之间。节点663被耦合到P沟道晶体管608的栅极。电阻器662被耦合到电压vm并且接收电压vm。在一些示例中，由于在P沟道晶体管608闭合时，电压vm基本上等于输出电压vo，因此电阻器662可耦合到输出电压vo并且接收输出电压vo。PGATE电压发生器614包括设置在电阻器664与地668之间并耦合到该电阻器和地的第二偏置电压源666。电阻器662、节点663、电阻器664和第二偏置电压源666可以进行串联连接。
NGATE电压发生器612被配置为产生NGATE电压以激活或停用N沟道晶体管606。NGATE电压发生器612可以接收电压vm并且使用电阻器652、电阻器654和第一偏置电压源656产生NGATE电压。在一些示例中，由于当音频开关502闭合时，输入电压是基本上相等的，所以NGATE电压发生器612可以接收输出电压vo并且使用电阻器652、电阻器654和第一偏置电压源656产生NGATE电压。NGATE电压可以确定当N沟道晶体管606激活和停用时的定时，这影响了由CMOS开关605引起的抵消导通电阻变化与由音频开关502引起的导通电阻变化组合时的定时。通过调整电阻器652和电阻器654的值以及由第一偏置电压源656提供的电压电平，当N沟道晶体管606激活和停用时的定时可以被调谐或调整以适合于特定类型的开关和/或音频应用。
PGATE电压发生器614被配置为产生PGATE电压以激活或停用P沟道晶体管608。PGATE电压发生器614可以接收电压vm并且使用电阻器662、电阻器664和第二偏置电压源666产生PGATE电压。在一些示例中，由于当音频开关502闭合时，电压vm基本上等于输出电压vo，所以PGATE电压发生器614可以接收输出电压并且使用电阻器662、电阻器664和第二偏置电压源666产生PGATE电压。PGATE电压可以确定当P沟道晶体管608激活和停用时的定时，这影响了由CMOS开关605引起的抵消导通电阻变化与由音频开关502引起的导通电阻变化组合时的定时。通过调整电阻器662和电阻器664的值以及由第二偏置电压源666提供的电压电平，当P沟道晶体管608激活和停用时的定时可以被调谐或调整以适合于特定类型的开关和/或音频应用。
当电压vm大于零时，P沟道晶体管608激活，P沟道晶体管608的VGS增大，并且P沟道晶体管608的导通电阻减小(例如，导通电阻的变化具有负b1系数)。当电压vm小于零时，N沟道晶体管606激活。当电压vm的量值增大(例如，变得更负)时，N沟道晶体管606的VGS的量值增大，并且N沟道晶体管606的导通电阻减小(例如，导通电阻的变化具有负b1系数)。例如，参照等式(2)，使用|VGS|-|VT|的绝对值。对于N沟道晶体管606，当输入电压的量值增大时，电压VGS减小，并且因此N沟道晶体管606的导通电阻减小。类似地，对于P沟道晶体管608，当输入电压增大时，电压VGS减小，并且因此P沟道晶体管608的导通电阻减小。
由于CMOS开关605被并联耦合到音频开关502，导通电阻是与音频开关502的导通电阻并联的CMOS开关605的导通电阻，这在输入电压增大时使音频开关的导通电阻的正导数(a1*vo)由CMOS开关的导通电阻的负导数(-b1*vo)补偿，从而可以减小Rflatness和/或提供相对恒定的导通电阻。
图7示出了根据实施方式的用于减小导通电阻变化的音频开关电路700。音频开关电路700包括音频开关702和与音频开关702并联耦合的CMOS开关705。当音频开关702闭合时，音频开关702跨过音频开关702传送音频信号。音频开关电路700包括开关735和开关737。在一些示例中，开关735是N沟道MOSFET。在一些示例中，开关737是N沟道MOSFET。音频开关电路700包括电流源740和偏置音频开关702的栅极的偏置电路746。
CMOS开关705包括与P沟道晶体管708并联耦合的N沟道晶体管706。音频开关电路700包括NGATE电压发生器712和PGATE电压发生器714。NGATE电压发生器712包括电阻器752、电阻器754、第一偏置电压源756和地758。电阻器752和电阻器754被配置为第一分压器(例如，图2的第一分压器215)。节点753设置在电阻器752与电阻器754之间。节点753被耦合到N沟道晶体管706的栅极。PGATE电压发生器714包括电阻器762、电阻器764、第二偏置电压源766和地768。电阻器762和电阻器764被配置为第二分压器(例如，图2的第二分压器219)。节点763设置在电阻器762与电阻器764之间。节点763被耦合到P沟道晶体管708的栅极。CMOS开关705、NGATE电压发生器712和PGATE电压发生器714可以与参考图5的CMOS开关505、图6的NGATE电压发生器612和图6的PGATE电压发生器614所讨论相同的方式进行操作。
开关735和开关737产生本体偏置和半vds电压VB，VB可表达为：
等式(9)：VB＝(VD+VS)/2.0
假设的是，开关735和开关737是相同的。VD是漏极电压(或音频开关702的输入电压)，并且VS是源极电压(或音频开关702的输出电压)。电流源740和偏置电路746是恒定的，并且被配置为产生恒定的栅极到本体电压，该恒定的栅极到本体电压可表达为：
等式(10)：VG-VB＝Ig*Zg。
Ig是电流源740，并且Zg是偏置电路746。VG是栅极电压。因此，音频开关702的导通电阻几乎恒定。如上指示，电阻器752、电阻器754和第一偏置电压源756用于产生NGATE电压，NGATE电压可表达为：
等式(11)：NGATE电压＝(R2*VD+R1*VREFN)/(R1+R2)。
R2是电阻器754。R1是电阻器752。电阻器762、电阻器764和第二偏置电压源766用于产生PGATE电压，其中PGATE电压可表达为：
等式(12)：PGATE电压＝(R4*VD+R3*VREFN)/(R3+R4)。
R4是电阻器764。R3是电阻器762。当VD>0并且P沟道晶体管708激活时，VD增大，并且P沟道晶体管的导通电阻减小。PGATE电压可以确定P沟道晶体管708何时激活和其对VD的灵敏度。另外，应当注意的是，当音频开关702闭合时，VD约等于VS。当VD<0并且N沟道晶体管706激活时，VD减小，并且N沟道晶体管706的导通电阻减小。当负载相对较大(例如，是小型负载748)时，漏极到源极电压(Vds＝(VD-VS))的绝对值(abs)可足够大以迫使音频开关702离开线性区域，并且音频开关702的导通电阻具有正abs系数(Vds)。音频开关702的导通电阻可表达为：
等式(13)：R(N0)＝R0+a1*abs(Vds)＝R0+a1*ratio*abs(VD)。
CMOS开关705的导通电阻可表达为：
等式(14)：Z3＝Z0-b1*abs(VD)。
CMOS开关705具有负abs系数(VD)。CMOS开关705的大小、NGATE电压的电平和PGATE电压的电平可调谐成使总体导通电阻为N0//Z3(例如，音频开关702的导通电阻与CMOS开关705的导通电阻并联)，这提供了几乎为零的abs系数(VD)，其中：
等式(15)：Rtotal＝Rt0+O(abs(VD)^2)。
图8示出了针对不包括导通电阻补偿电路的音频电路绘出在开关的输入电压增大时的音频开关的导通电阻的变化的曲线图800a和针对具有导通电阻补偿电路的音频电路绘出在开关的输入电压增大时的音频开关的导通电阻的变化的曲线图800b。例如，在曲线图800a中，导通电阻的变化由线801示出，并且导通电阻随开关的输入电压增大而增大。然而，当导通电阻补偿电路被添加到音频电路时，开关的导通电阻的变化由导通电阻补偿电路的导通电阻的变化来补偿，这可提供相对更恒定的导通电阻，如线802所示。
根据实施方式，音频开关电路包括音频开关，该音频开关被配置为将输入节点选择性地耦合到输出节点以跨过音频开关传送音频信号。音频开关响应于输入节点被耦合到输出节点而具有导通电阻。音频开关的导通电阻响应于音频信号的输入电压从第一电平增大到第二电平而变化了第一值。音频开关电路包括导通电阻补偿电路，该导通电阻补偿电路被配置为具有响应于音频信号的输入电压从第一电平增大到第二电平而变化了第二值的导通电阻。导通电阻补偿电路被耦合到音频开关，使得第二值至少部分地抵消第一值。
根据一些实施方式，音频开关电路可以包括以下特征中的一个或多个(或它们的任何组合)。导通电阻补偿电路可与音频开关并联耦合。导通电阻补偿电路可与音频开关串联耦合。第一值可为正值并且第二值可为负值。导通电阻补偿电路可以包括互补金属氧化物半导体(CMOS)开关，其中CMOS开关包括与第二晶体管并联的第一晶体管。导通电阻补偿电路可以包括耦合到第一晶体管的栅极的第一栅极电压发生器和耦合到第二晶体管的栅极的第二栅极电压发生器。第一栅极电压发生器可包括第一电阻器、第二电阻器和偏置电压源。
根据实施方式，音频开关电路包括音频开关，该音频开关被配置为将输入节点选择性地耦合到输出节点以跨过音频开关传送音频信号。音频开关响应于输入节点被耦合到输出节点而具有导通电阻。音频开关的导通电阻响应于音频信号的输入电压从第一电平增大到第二电平而增大。音频开关电路包括互补金属氧化物半导体(CMOS)开关，该CMOS开关被耦合到音频开关。CMOS开关被配置为具有响应于输入电压从第一电平增大到第二电平而减小的导通电阻。CMOS开关被耦合到音频开关，使得音频开关的导通电阻的增大通过CMOS开关的导通电阻的减小至少部分地抵消。
在一些实施方式中，音频开关电路包括以上/以下特征中的任一个或多个(或它们的任何组合)。CMOS开关可与音频开关并联耦合。CMOS开关可与音频开关串联耦合。音频开关可以是第一音频开关，并且CMOS开关可以是第一CMOS开关，并且音频开关电路可以包括第二音频开关以及耦合到第二音频开关的第二CMOS开关，其中第二CMOS开关被配置为补偿第二音频开关的导通电阻的变化。CMOS开关可以包括与N沟道晶体管并联的P沟道晶体管。音频开关电路可以包括耦合到P沟道晶体管的栅极的第一栅极电压发生器。第一栅极电压发生器可以被配置为基于音频信号的输入电压而产生第一栅极电压。音频开关电路可以包括耦合到P沟道晶体管的栅极的第二栅极电压发生器。第二栅极电压发生器可以被配置为基于音频信号的输入电压而产生第二栅极电压。第一栅极电压发生器可以包括分压器和偏置电压源。第二栅极电压发生器可以包括分压器和偏置电压源。
根据实施方式，音频开关电路包括第一音频开关、第二音频开关和导通电阻补偿电路，该导通电阻补偿电路被耦合到第一音频开关或第二音频开关中的至少一个。导通电阻补偿电路被配置为响应于音频信号的输入电压从第一电平变化到第二电平而补偿第一音频开关或第二音频开关中的至少一个的导通电阻的变化。
在一些实施方式中，音频开关电路包括以上/以下特征中的任一个或多个(或它们的任何组合)。导通电阻补偿电路可耦合到第一音频开关和第二音频开关。导通电阻补偿电路可并联耦合到第一音频开关，并且导通电阻补偿电路可并联耦合到第二音频开关。导通电阻补偿电路可以是第一导通电阻补偿电路，其中第一导通电阻补偿电路被耦合到第一音频开关。音频开关电路可以包括第二导通电阻补偿电路，该第二导通电阻补偿电路被耦合到第二音频开关。导通电阻补偿电路可以包括互补金属氧化物半导体(CMOS)开关，其中CMOS开关包括与第二晶体管并联的第一晶体管。导通电阻补偿电路可以包括耦合到第一晶体管的栅极的第一栅极电压发生器和耦合到第二晶体管的栅极的第二栅极电压发生器。
虽然所描述的实施方式的某些特征已经如本文所述进行了说明，但是本领域的技术人员现将想到许多修改形式、替代形式、变化形式和等同形式。因此，应当理解，所附的权利要求旨在涵盖落入实施方案的范围内的所有此类修改形式和变化形式。应当理解，这些修改形式和变化形式仅以示例的方式呈现，而非限制，并且可以进行形式和细节上的各种改变。除了相互排斥的组合以外，本文所述的装置和/或方法的任何部分可以任意组合进行组合。本文所述的实施方案可以包括所描述的不同实施方案的功能、部件和/或特征的各种组合和/或子组合。

Claims (10)

1.一种音频开关电路，包括：
音频开关，所述音频开关被配置为将输入节点选择性地耦合到输出节点以跨过所述音频开关传送音频信号，所述音频开关响应于所述输入节点被耦合到所述输出节点而具有导通电阻，所述音频开关的所述导通电阻响应于所述音频信号的输入电压从第一电平增大到第二电平而变化了第一值；以及
导通电阻补偿电路，所述导通电阻补偿电路被配置为具有响应于所述音频信号的所述输入电压从所述第一电平增大到所述第二电平而变化了第二值的导通电阻，所述导通电阻补偿电路被耦合到所述音频开关，使得所述第二值至少部分地抵消所述第一值。
2.根据权利要求1所述的音频开关电路，其中所述导通电阻补偿电路与所述音频开关并联耦合，或所述导通电阻补偿电路与所述音频开关串联耦合。
3.根据权利要求1所述的音频开关电路，其中所述第一值为正值并且所述第二值为负值。
4.根据权利要求1所述的音频开关电路，其中所述导通电阻补偿电路包括互补金属氧化物半导体CMOS开关，所述CMOS开关包括与第二晶体管并联的第一晶体管。
5.根据权利要求4所述的音频开关电路，其中所述导通电阻补偿电路包括耦合到所述第一晶体管的栅极的第一栅极电压发生器和耦合到所述第二晶体管的栅极的第二栅极电压发生器，所述第一栅极电压发生器包括第一电阻器、第二电阻器和偏置电压源。
6.一种音频开关电路，包括：
音频开关，所述音频开关被配置为将输入节点选择性地耦合到输出节点以跨过所述音频开关传送音频信号，所述音频开关响应于所述输入节点被耦合到所述输出节点而具有导通电阻，所述音频开关的所述导通电阻响应于所述音频信号的输入电压从第一电平增大到第二电平而增大；以及
互补金属氧化物半导体CMOS开关，所述CMOS开关被耦合到所述音频开关，所述CMOS开关被配置为具有响应于所述输入电压从所述第一电平增大到所述第二电平而减小的导通电阻，所述CMOS开关被耦合到所述音频开关，使得所述音频开关的所述导通电阻的所述增大通过所述CMOS开关的所述导通电阻的所述减小至少部分地抵消。
7.根据权利要求6所述的音频开关电路，其中所述CMOS开关与所述音频开关并联耦合，或所述CMOS开关与所述音频开关串联耦合。
8.根据权利要求6所述的音频开关电路，其中所述音频开关是第一音频开关，并且所述CMOS开关是第一CMOS开关，所述音频开关电路还包括：
第二音频开关；以及
第二CMOS开关，所述第二CMOS开关被耦合到所述第二音频开关，所述第二CMOS开关被配置为补偿所述第二音频开关的导通电阻的变化。
9.根据权利要求6所述的音频开关电路，其中所述CMOS开关包括与N沟道晶体管并联的P沟道晶体管，所述音频开关电路还包括：
第一栅极电压发生器，所述第一栅极电压发生器被耦合到所述P沟道晶体管的栅极，所述第一栅极电压发生器被配置为基于所述音频信号的所述输入电压而产生第一栅极电压；以及
第二栅极电压发生器，所述第二栅极电压发生器被耦合到所述P沟道晶体管的栅极，所述第二栅极电压发生器被配置为基于所述音频信号的所述输入电压而产生第二栅极电压。
10.一种音频开关电路，包括：
第一音频开关；
第二音频开关；
导通电阻补偿电路，所述导通电阻补偿电路被耦合到所述第一音频开关或所述第二音频开关中的至少一者，所述导通电阻补偿电路被配置为响应于音频信号的输入电压从第一电平变化到第二电平而补偿所述第一音频开关或所述第二音频开关中的至少一者的导通电阻的变化。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7425819B2 (en) * 2005-06-16 2008-09-16 Microsemi Corporation Slope compensation circuit
EP1916586B1 (en) * 2006-10-23 2018-09-05 Dialog Semiconductor GmbH Regulated analog switch
US7675354B2 (en) * 2007-11-19 2010-03-09 Analog Devices, Inc. Switching circuit for switchably connecting an input node and an output node
US7782117B2 (en) 2008-12-18 2010-08-24 Fairchild Semiconductor Corporation Constant switch Vgs circuit for minimizing rflatness and improving audio performance
US8699717B2 (en) * 2010-05-28 2014-04-15 Fairchild Semiconductor Corporation Audio amplifier performance while maintaining USB compliance and power down protection
US8330523B2 (en) * 2010-11-23 2012-12-11 Fairchild Semiconductor Corporation Stable ON-resistance switch circuit
US9413231B2 (en) 2014-12-03 2016-08-09 Fairchild Semiconductor Corporation Charge pump circuit for providing voltages to multiple switch circuits

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