CN209283083U - 一种可量化的防电荷反灌负载开关电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可量化的防电荷反灌负载开关电路，包括：电流电压产生器，产生工作电路所需偏置电流和偏执电压，以及用于连接输入输出的主开关管，用于体电位切换的体电位开关管。电压比较器比较输入端和输出端电压值。电压控制器控制体电位开关管。修调模块，修调电压比较器的输入失调电压。驱动模块，提供驱动能力以快速打开或关断主开关管体电位切换电路。LOGIC模块发出逻辑信号控制内部电路工作状态。本实用新型通过自动修调模块或者外部TRIMPAD将不同芯片个体的防电荷反灌能力修调至正常设计范围，实现实际芯片防倒灌的可量化设计和可测试性，实现负载开关芯片大批量生产时，由工艺偏差引起的芯片间防倒灌能力的差异性。

Description

一种可量化的防电荷反灌负载开关电路

技术领域

本实用新型涉及半导体集成电路技术领域，涉及一种可量化的防电荷反灌负载开关电路。

背景技术

负载开关是电子系统中一常用的电子器件，主要用于连接电源和负载，实现二者之间的连接和隔离。其中负载开关可以与其控制电路集成设置，也可以是一个独立的器件。

场效应晶体管是一种常用的负载开关，但是，现有的场效应作为负载开关，在实际应用中，可能会出现输出高于输入的现象，例如输出的存在干扰或者输出端高压碰触，因此可能会出现电荷从输出反灌至输入端，导致输入端电位升高，造成系统工作紊乱。

为了避免负载开关电路输出端的电荷反灌至输入端，现有技术通常在负载开关控制电路中增加防电荷反灌电路，使得在出现输出端电压高于输入端电压时，及时将负载开关管的体电位切换至电路中的最高点位，避免造成系统非正常工作。

但由于工艺及环境的影响，尤其是在大批量生产芯片时，芯片个体有无防电荷反灌功能及芯片个体防电荷反灌的能力的强弱存在较大的差异，为此，如何解决大批量负载开关电路个体间防电荷反灌能力差异性，是本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

本发明解决的技术问题在于提供一种可量化的防电荷反灌负载开关电路。该负载开关电路可以很好的解决负载开关芯片个体间防电荷反灌能力的差异性问题。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种可量化的防电荷反灌负载开关电路，包括：

电流电压产生器：用于产生工作电路所需的偏置电流与偏置电压。

开关管：包括主开关管和体电位开关管，主开关管用于连接芯片的输入输出端，体电位开关管用于切换主开关管的体电位。

电压比较器：用于比较输入端和输出端电压值，把这个信号传送给自动修调模块。

电压控制器：用于控制体电位开关管，发出体电位切换信号。从而使得主开关管的寄生体二极管不会导通，防止了输出端的电荷反灌至输入端。

修调模块：用于修调电压比较器的输入失调电压。

驱动模块：用于提供驱动能力，以快速打开或关断主开关管体电位切换电路，主要控制主开关管M1。

LOGIC模块：用于发出逻辑信号控制内部电路工作状态。接收脉冲信号，识别信号，进行内部逻辑运算，输出逻辑信号，控制电路工作状态。

本实用新型的进步一说明：电流电压产生器I1端接芯片输入端，I2端接地，O端接电压控制器I2端口和自动修调模块I3端口。电压电流产生器用于产生其他电路模块所需要的偏置电压和偏置电流。

本实用新型的进步一说明：所述开关管包括主开关管M1,体电位开关管 M1和电位开关管M2；所述主开关管M1源极外接于芯片输入端VIN，漏极外接芯片输出端VOUT，栅极接驱动电路输出端O，体电位接电位开关管的 M2和M3漏极；主开关管附有寄生二极管，当寄生二极管不导通时，输出端电荷无法倒灌至输入端。

所述体电位开关管M2源极外接芯片输入端VIN，栅极接电位控制器O1 端，体电位接芯片输入端VIN；所述体电位开关管M3源极接芯片输出端 VOUT，栅极接电位控制器O2端，体电位接芯片输出端VOUT。M2和M3用于将主开关管的体电位连接至VIN或者VOUT。

本实用新型的进步一说明：开关管、体电位开关管M1和体电位开关管 M2均为P型场效应管。

本实用新型的进步一说明：电压比较器I1端口接主开关管源极，电压比较器I2端口接主开关管漏极，电压比较器I3接芯片输入端VIN，电压比较器 I6接自动修调模块O1端口，电压比较器O端口接电压控制器I5端口，电压比较器I5端口接地。理想的电压比较器的两个输入端接相同的直流电位时，比较器的输出为一固定的直流电压，此电压处于电源电压和地之间；但当两个输入直流电压不同时，即存在输入差分电压时比。较器的输出将为电源电压或者零电压。

本实用新型的进步一说明：电压控制器I1端口接芯片输入端VIN，电压控制器I2端口接自动修调I3端口，电压控制器I3接地。电压控制器直接控制体电位电位管M2和体电位电位管M3。

本实用新型的进步一说明：修调模块分为自动修调模块和外部修调端口 TRIMPAD。自动修调模块I1端口接芯片输入端VIN，自动修调模块I2端口接外部修调端口TRIMPAD，自动修调模块I3端口还连接电压控制器I2端口和电压比较器I4端口。但是当电压比较器的交流输出电压大于零时，表明该负载开关芯片没有正常的防电荷反灌能力，自动修调模块中的比较器COMP将输出高电平，对电压比较器中电路结构进行修调，使得电压比较器在修调模式时的输出交流电压为小于等于零，即将负载开关电路的防电荷反灌能力修调至正常的设计范围。自动修调模块的输入端I2接外部TRIM PAD，该功能为设置不同的TRIM标准，电路在正常工作电压时，将通过在外部引脚EN端加脉冲信号，控制LOGIC模块，使得整体电路处于修调模式。

本实用新型的进步一说明：驱动模块I1端口接芯片输出端VIN，驱动模块I2端口接LOGIC模块端口O，驱动模块I3接地。主要为主开关管提供足够的驱动能力，以快速打开或关断主开关管。

本实用新型的进步一说明：LOGIC模块模块I1端口接芯片输入端VIN，I2 端口连接使能端EN，I3端口接地。进行电路内部逻辑运算，输出控制主开关管及内部电路模块工作与否的逻辑信号。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

一种可量化的防电荷反灌负载开关电路，通过输入输出电压比较器实时监测、比较输入和输出电压值的小大，由体电位切换电路控制电路发出切换信号，经过开关管M2或者M3，将M1的体电位切换至芯片工作时的最高电位点，且输入输出电压比较器电路内置修调位，可通过自动修调模块或者外部TRIM PAD将不同芯片个体的防电荷反灌能力修调至正常设计范围，进而实现实际芯片防倒灌的可量化设计和可测试性，实现控制实际芯片大批量生产时，由工艺偏差引起的芯片个体间防倒灌能力的差异性。

附图说明

图1为本实用新型的控制电路实施例的方框图；

图2为本实用新型的动修条电路实施例的结构图；

图3为本实用新型进入自动修调模式时的关键电路结构图；

1为电流电压产生器，2为电压控制器，3为驱动模块，4为LOGIC模块， 5为自动修调模块，6为电压比较器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

实施例1：

一种可量化的防电荷反灌负载开关电路，包括：

电流电压产生器1：用于产生工作电路所需的偏置电压与偏置电流。

开关管：包括主开关管和体电位开关管，主开关管用于连接芯片的输入和输出端口，体电位开关管用于切换主开关管的体电位，体电位切换电路，用于发出将主开关管的体电位切换至芯片工作时最高电位点的控制信号。

电压比较器6：用于比较输入端和输出端电压值，把这个信号传送给自动修调模块5。

电压控制器2：用于控制体电位开关管，发出体电位切换信号。从而使得主开关管的寄生体二极管不会导通，防止了输出端的电荷反灌至输入端。

修调模块：用于修调电压比较器6的输入失调电压。

驱动模块3：用于提供驱动能力，以快速打开或关断主开关管。LOGIC 模块：用于发出逻辑信号控制内部电路工作状态。接收脉冲信号，识别信号，进行内部逻辑运算，输出逻辑信号，控制点路工作状态。

电流电压产生器I1端外接芯片输入端，I2端接地，O端接电位控制器I2 端口和自动修调模块I3端口。该模块主要产生其他模块正常工作时所需要的偏置电压和偏置电流。

所述开关管包括主开关管M1,体电位开关管M2和体电位开关管M3；所述主开关管M1源极外接于芯片输入端VIN，漏极接芯片输出端VOUT，栅极接驱动电路输出端O，体电位接电位开关管的M2和M3漏极；主开关管附有寄生二极管，当寄生二极管不导通时，输出端电荷无法倒灌至输入端。

所述体电位开关管M2源极外接芯片输入端VIN，栅极接电位控制器O1 端，体电位接芯片输入端VIN；所述体电位开关管M3源极外接芯片输出端 VOUT，栅极接电位控制器O2端，体电位外接芯片输出端VOUT.M2和M3用于将主开关管的体电位连接至VIN或者VOUT。

开关管、体电位开关管M1和体电位开关管M2均为P型场效应管。

电压比较器I1端口主开关管源极，电压比较器I2端口接主开关管漏极，电压比较器I3接芯片输入端VIN，电压比较器I6接自动修调模块O1端口，电压比较器O端口接电压控制器I5端口，电压比较器I5端口接地。理想的电压比较器6的两个输入端接相同的直流电位时，电压比较器6的输出为一固定的直流电压，此电压处于电源电压和地之间；但当两个输入直流电压不同时，即存在输入差分电压时比。电压比较器的输出将为电源电压或者零电压。

电压控制器I1端口接芯片输入端VIN，电压控制器I2端口接自动修调I3 端口，电压控制器I3接地。电压控制器2直接控制体电位开关管M2和体电位开关管M3。

修调模块分为自动修调模块5和外部修调端口TRIM PAD。自动修调模块 I1端口外接芯片输入端VIN，自动修调I2端口接外部修调端口TRIM PAD，自动修调I3端口还连接电压控制器I2端口和电压比较器I4端口。但是当电压比较器6的交流输出电压大于零时，表明该负载开关芯片没有正常的防电荷反灌能力，自动修调模块5中的比较器COMP将输出高电平，对电压比较器 6中电路结构进行修调，使得电压比较器6在修调模式时的输出交流电压为小于等于零，即将负载开关电路的防电荷反灌能力修调至正常的设计范围。自动修调模块5的输入端I2接外部TRIM PAD，该功能为设置不同的TRIM标准，电路在加正常工作电压时，将通过在外部引脚EN端加脉冲信号，控制 LOGIC模块4，使得整体电路处于修调模式。

驱动模块I1端口接芯片输出端VIN，驱动模块I2端口接LOGIC模块4端口O，驱动模块I3接地。主要为主开关管提供足够的驱动能力，以快速打开或关断主开关管。

LOGIC模块I1端口外接芯片输入端VIN，I2端口连接使能端EN，I3端口接地。进行电路内部逻辑运算，输出控制主开关管及内部电路模块工作与否的逻辑信号。

实施列2：

该负载开关控制电路可通过自动修调模块5和外部TRIM PAD对实际负载开关电路芯片的参数及特性进行修调图2所示为自动修调模块5实施例，自动修调模块5中的电阻串将对VREF进行分压。

图2所述的NMOS管M1栅极接外部TRIM PAD，源极和漏极分别接A点和B点。

图2所述比较器COMP的正输入端接分压电阻的C点，负输入端和输出端在电路进行修调功能时和其他电路将有连接关系，否则将处于悬空状态。

图3所示为电路在进行修调功能时关键电路的连接关系，芯片进行修调时，图1中电压比较器6的输出端I1和I2将不在连接到芯片的输入端和输出端，而是与自动修调模块5的输出端O1和O2相连接，电压比较器6的I6 端将与自动修条电路中比较器COMP的输出端连接。

理想的电压比较器的两个输入端接相同的直流电位时，比较器的输出为一固定的直流电压，此电压处于电源电压和地之间；但当两个输入直流电压不同时，即存在输入差分电压时，比较器的输出将为电源电压或者零电压。图3所示电路的电路功能在于，修调电压比较器6的失调电压，使得电压比较器6的输入端I2电压大于输入端I1电压一定值时，电压比较器6的交流输出为零，即电压比较器6的输出端的电压为一个处于电源电压和地之间的固定电压值。

图3所示的修调电路，电压比较器6的输入端I2的电压大于输入端I1 的输入电压，当电压比较器6的交流输出电压小于或者等于零时，证明该电压比较器6有的输入失调电压，即该负载开关芯片存在正常防电荷反灌能力；但当电压比较器6的交流输出电压大于零时，表明该负载开关芯片没有正常的防电荷反灌能力，自动修调模块5中的比较器COMP将输出高电平，对电压比较器6中电路结构进行修调，使得电压比较器6在修调模式时的输出交流电压为小于等于零，即将负载开关电路的防电荷反灌能力修调至正常的设计范围。

图1中自动修调模块5的输入端I2接外部TRIM PAD，该功能为设置不同的TRIM标准，电路在加正常工作电压时，将通过在外部引脚EN端加脉冲信号，控制LOGIC模块，使得整体电路处于修调模式。

由于实际存在的工艺参数的不确定性因素，无法确保设计好的电路在转换成实际的产品后的电路参数及特性，该负载开关控制电路，通过对制造出的成品芯片经自动修调模块5或者外部TRIM PAD进行修调，将合理设置大批量负载开关电路芯片中输入输出电压比较器6的输入失调电压，使得在输出电压高于输入电压一定差之后，电压比较器6能够精确识别，同时，输入输出电压比较器将作出快速地响应，通过体电位切换电路发出体电位电压切换信号，经体电位切换开关迅速将主开关管的体电位切换至输出端，从而使得主开关管的寄生体二极管不会导通，防止了输出端的电荷反灌至输入端。这使得实际负载开关控制电路芯片的防电荷反灌能力进行得以量化且具有可测试性，将确保实际负载开关控制电路芯片防电荷反灌能力的一致性，使得上述问题得以解决，确保包含负载开关电路的电路系统不会因负载开关电路电荷反灌导致的系统紊乱问题。

以上给出的实施例是实现本实用新型较优的例子，本实用新型不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本实用新型技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种可量化的防电荷反灌负载开关电路，其特征在于，包括：

电流电压产生器(1)：用于产生工作电路所需偏置电流和偏置电压；

开关管：包括主开关管和体电位开关管，主开关管用于连接输入输出，体电位开关管用于体电位切换；

电压比较器(6)：用于比较输入端和输出端电压值；

电压控制器(2)：用于控制体电位开关管；

修调模块：用于修调电压比较器(6)的输入失调电压；

驱动模块(3)：用于提供驱动能力，快速打开或关断主开关管体电位切换电路；

LOGIC模块(4)：用于发出逻辑信号控制内部电路工作状态。

2.根据权利要求1所述的一种可量化的防电荷反灌负载开关电路，其特征在于：所述电流电压产生器(1)I1端接芯片的电源输入端，I2端接地，O端接电压控制器(2)I2端口和自动修调模块(5)I3端口。

3.根据权利要求1所述的一种可量化的防电荷反灌负载开关电路，其特征在于：所述开关管包括主开关管M1,体电位开关管M1和体电位开关管M2；所述主开关管M1源极接于芯片输入端VIN，漏极接芯片输出端VOUT，栅极接驱动电路输出端O，体电位接电位开关管的M2和M3漏极；

所述体电位开关管M2源极接芯片输入端VIN，栅极接电位控制器O1端，体电位外接芯片输入端VIN；

所述体电位开关管M3源极接芯片输出端VOUT，栅极接电位控制器O2端，体电位外接芯片输出端VOUT。

4.根据权利要求3所述的一种可量化的防电荷反灌负载开关电路，其特征在于：所述主开关管、体电位开关管M1和体电位开关管M2均为P型场效应管。

5.根据权利要求1所述的一种可量化的防电荷反灌负载开关电路，其特征在于：所述电压比较器(6)I1端口主开关管源极，电压比较器(6)I2端口接主开关管漏极，电压比较器(6)I3接芯片输入端VIN，电压比较器(6)I6接自动修调模块(5)O1端口，电压比较器(6)O端口接电压控制器I5端口，电压比较器(6)I5端口接地。

6.根据权利要求1所述的一种可量化的防电荷反灌负载开关电路，其特征在于：所述电压控制器(2)I1端口接芯片输入端VIN，电压控制器(2)I2端口接自动修调模块(5)I3端口，电压控制器(2)I3接地。

7.根据权利要求1所述的一种可量化的防电荷反灌负载开关电路，其特征在于：所述修调模块分为自动修调模块(5)和外部修调端口TRIM PAD；

所述自动修调模块(5)I1端口接芯片输入端VIN，自动修调模块(5)I2端口接外部修调端口TRIM PAD，自动修调模块(5)I3端口还连接电压控制器(2)I2端口和电压比较器(6)I4端口。

8.根据权利要求1所述的一种可量化的防电荷反灌负载开关电路，其特征在于：所述驱动模块(3)I1端口接芯片输出端VIN，驱动模块(3)I2端口接LOGIC模块(4)端口O，驱动模块(3)I3端口接地。

9.根据权利要求1所述的一种可量化的防电荷反灌负载开关电路，其特征在于：所述LOGIC模块(4)I1端口接芯片输入端VIN，I2端口连接使能端EN，I3端口接地。