电源切换电路以及电子设备的制作方法

技术领区域

本发明涉及一种从多个电源电位中选择一个电源电位并输出的电源切换电路。另外，本发明涉及一种使用了这样的电源切换电路的电子设备等。

背景技术：

在能够从多个电源被供给电力的电子设备中，使用了从多个电源电位中选择一个电源电位并输出的电源切换电路。在这样的电源切换电路中，存在如下的问题，即，在从多个电源电位中选择了一个电源电位时，短路电流流通于多个电源电位的输入端子之间。

作为相关的技术，在专利文献1的图1中公开一种电源切换电路，其根据检测器11的检测结果而选择输入电源电压v1与输入电源电压v2中的一方，并作为输出电源电压v3而输出。控制电路41被供给二极管或门电路(diodeorcircuit)42输出的电压v4，并将输入电源电压v2供给至pmos(positivechannelmetaloxidesemiconductor，p沟道金属氧化物半导体)晶体管17的栅极，将输出电源电压v3供给至pmos晶体管18的栅极，将接地电压供给至pmos晶体管19的栅极。在该情况下，pmos晶体管17以及18断开，pmos晶体管19导通，输入电源电压v1从输出端子t3输出。

在专利文献1的电源切换电路中，考虑到即使输入电源电压v1高于输入电源电压v2，也希望选择输入电源电压v2的情况。但是，如专利文献1的图1所示，在pmos晶体管17～19中存在寄生二极管。因此，当在输入电源电压v1高于输入电源电压v2的情况下选择输入电源电压v2时，短路电流会从输入电源电压v1的输入端子t1经由pmos晶体管19的寄生二极管以及pmos晶体管17及18而向输入电源电压v2的输入端子t2流通。

其结果为，存在pmos晶体管17～19由于短路电流而损坏的可能性。此外，存在有如下的可能，即，在输入端子t1或t2上连接有蓄电池的情况下，蓄电池因过电流而损坏，或者在输入端子t1或t2上连接有电源电路的情况下，电源电路的输出电压降低或上升。

专利文献1：日本特开2012-191705号公报(摘要、图1)

技术实现要素：

因此，鉴于上述这一点，本发明的第一目的在于，提供一种无论从多个电源电位中选择哪个电源电位，并且不管这些电源电位的高低关系如何，均不会流通有短路电流的电源切换电路。此外，本发明的第二目的在于，在这样的电源切换电路中，能够根据被供给的电源电位的高低而选择某一个电源电位。另外，本发明的第三目的在于，提供一种使用了这样的电源切换电路的电子设备等。

为了解决上述的课题中的至少一部分，本发明的第一观点所涉及的电源切换电路具备：第一p沟道mos晶体管，其具有被连接于第一节点与第二节点之间的源极和漏极以及被连接于第一节点的背栅，所述第一节点被供给第一电源电位；第二p沟道mos晶体管，其具有被连接于第二节点与第三节点之间的源极和漏极以及被连接于第三节点的背栅；第三p沟道mos晶体管，其具有被连接于第四节点与第五节点之间的源极和漏极以及被连接于第四节点的背栅，所述第四节点被供给第二电源电位；第四p沟道mos晶体管，其具有被连接于第五节点与第三节点之间的源极和漏极以及被连接于第三节点的背栅；控制信号生成部，其通过向第一p沟道mos晶体管至第四p沟道mos晶体管的栅极分别施加具有基准电位以上且背栅的电位以下的电位的第一控制信号至第四控制信号，从而将第一p沟道mos晶体管以及第二p沟道mos晶体管的组与第三p沟道mos晶体管以及第四p沟道mos晶体管的组中的一方设为导通状态，并且将另一方设为非导通状态。

根据本发明的第一观点，被连接于作为输入节点的第一或第四节点的晶体管的背栅与被连接于作为输出节点的第三节点的晶体管的背栅电分离。因此，即使在第一电源电位高于第二电源电位的情况下选择第二电源电位，也能够防止电流从第一节点向第三节点的流入。相反地，即使在第二电源电位高于第一电源电位的情况下选择第一电源电位，也能够防止电流从第四节点向第三节点的流入。其结果为，能够提供一种无论从多个电源电位中选择哪个电源电位，并且不管这些电源电位的高低关系如何，均不会流通短路电流的电源切换电路。

本发明的第二观点所涉及的电源切换电路在上述的构成要素的基础上，还具备比较部，所述比较部通过将对第一电源电位与基准电位之间的电压进行分压而得到的比较电压与参考电压进行比较，从而生成电源选择信号，控制信号生成部根据电源选择信号而生成第一控制信号至第四控制信号。由此，能够根据被供给的电源电位的高低而选择某一个电源电位。例如，在第一节点上未供给有第一电源电位的情况下，电源切换电路能够选择被供给至第四节点的第二电源电位并从第三节点输出。

在本发明的第二观点中，也可以采用如下方式，即，控制信号生成部包括：第一二极管，其具有被连接于第一节点的阳极以及被连接于第六节点的阴极；第二二极管，其具有被连接于第四节点的阳极以及被连接于第六节点的阴极，第六节点的电位作为电源电位而被供给至比较部。由此，能够基于被供给至第一节点的第一电源电位与被供给至第四节点的第二电源电位中的较高一方的电源电位，而生成控制信号生成部以及比较部的电源电位。

此外，控制信号生成部也可以包括：第一电平转换器，其通过将低电平有效的电源选择信号的高电平从第六节点的电位转换为第一电源电位，从而生成第一控制信号；第二电平转换器，其通过将低电平有效的电源选择信号的高电平从第六节点的电位转换为第三节点的电位，从而生成第二控制信号；第三电平转换器，其通过将高电平有效的电源选择信号的高电平从第六节点的电位转换为第二电源电位，从而生成第三控制信号；第四电平转换器，其通过将高电平有效的电源选择信号的高电平从第六节点的电位转换为第三节点的电位从而生成第四控制信号。由此，能够生成具有用于将第一至第四p沟道mos晶体管设为非导通状态的充分的高电平的电位的第一至第四控制信号。

另外，比较部也可以包括开关电路，所述开关电路根据设定而使比较动作停止，并将电源选择信号的电平固定。由此，在无需选择电源电位时，能够削减比较部中的消耗电流。

本发明的第三观点所涉及的电子设备具备：本发明的第二观点所涉及的电源切换电路；逻辑电路，其根据在比较电压低于参考电压时所生成的电源选择信号而停止动作。由此，例如，在电子设备根据从蓄电池供给至第四节点的第二电源电位而动作的情况下，能够抑制蓄电池的消耗。

附图说明

图1为表示本发明的一个实施方式所涉及的电子设备的结构例的图。

图2为表示图1所示的半导体集成电路装置的一部分的剖视图。

图3为表示图1所示的电源切换电路的动作示例的波形图。

图4为表示图1所示的比较部的结构例的电路图。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，对相同的构成要素标记相同的参考符号，并省略重复的说明。在以下，作为一个示例，对电子设备为对电压、电流、电功率等中的一种或者多种进行测量的测量设备的情况进行说明。

电子设备

图1为表示本发明的一个实施方式所涉及的电子设备的结构例的图。如图1所示，该电子设备可以包括本发明的一个实施方式所涉及的电源切换电路10、逻辑电路50、稳压器60、计时电路70、模拟电路80、i/o电路(输入输出电路)90。在以下，对电源切换电路10至i/o电路90被内置于半导体集成电路装置(ic)100中的情况进行说明。而且，电子设备还可以包括ac/dc转换器110、稳压器(reg)120、分压电路130、蓄电池140、电容器c1。

ac/dc转换器110将从杆上变压器等ac电源供给的ac(alternatingcurrent，交流)电源电压转换为dc(directcurrent，直流)电源电压。稳压器120通过将从ac/dc转换器110输出的dc电源电压稳定化，从而以基准电位vss(例如，0v)为基准而生成第一电源电位v1(例如，5v)，并向电源切换电路10供给第一电源电位v1。

分压电路130包括被串联的电阻r1以及可变电阻r2，并且对第一电源电位v1与基准电位vss之间的电压进行分压而生成比较电压vcmp。蓄电池140以基准电位vss为基准而向电源切换电路10供给第二电源电位v2(例如，3.6v)。电容器c1将从电源切换电路10输出的输出电源电位v3稳定化。

电源切换电路

电源切换电路10对作为主要的电源电位而被供给至节点n1的第一电源电位v1与作为辅助的电源电位而被供给至节点n4的第二电源电位v2中的一方进行选择，并将所选择的电源电位从节点n3输出。电源切换电路10包括p沟道mos晶体管qp1～qp4和控制信号生成部20，还可以包括比较部30和电平转换器(l/s)40。

晶体管qp1具有被连接于节点n1与节点n2之间的源极以及漏极和被连接于节点n1的背栅，所述节点n1被供给第一电源电位v1。在晶体管qp1中存在寄生二极管，该寄生二极管具有被连接于节点n2的阳极和被连接于节点n1的阴极。

晶体管qp2具有被连接于节点n2与节点n3之间的源极以及漏极和被连接于节点n3的背栅。在晶体管qp2中存在寄生二极管，该寄生二极管具有被连接于节点n2的阳极和被连接于节点n3的阴极。

晶体管qp3具有被连接于节点n4与节点n5之间的源极以及漏极和被连接于节点n4的背栅，所述节点n4被供给第二电源电位v2。在晶体管qp3中存在寄生二极管，该寄生二极管具有被连接于节点n5的阳极和被连接于节点n4的阴极。

晶体管qp4具有被连接于节点n5与节点n3之间的源极以及漏极和被连接于节点n3的背栅。在晶体管qp4中存在寄生二极管，该寄生二极管具有被连接于节点n5的阳极和被连接于节点n3的阴极。

控制信号生成部20向晶体管qp1～qp4的栅极分别施加具有基准电位vss以上且背栅的电位以下的电位的控制信号s1～s4。由此，控制信号生成部20将晶体管qp1以及qp2的组与晶体管qp3以及qp4的组中的一方设为导通状态(通态)，并且将另一方设为非导通状态(断开状态)。

当晶体管qp1以及qp2成为导通状态，并且晶体管qp3以及qp4成为断开状态时，第一电源电位v1被选择，并作为输出电源电位v3而被供给至节点n3。另一方面，当晶体管qp3以及qp4成为导通状态，并且晶体管qp1以及qp2成为断开状态时，第二电源电位v2被选择，并作为输出电源电位v3而被供给至节点n3。

控制信号生成部20包括电平转换器(l/s)21～24、倒相器25、二极管d1以及d2。二极管d1具有与被供给第一电源电位v1的节点n1连接的阳极和与节点n6连接的阴极。二极管d2具有与被供给第二电源电位v2的节点n4连接的阳极和与节点n6连接的阴极。

因此，在作为二极管d1和二极管d2的连接点的节点n6处，生成从第一电源电位v1与第二电源电位v2中的较高一方的电位降低了二极管的正向电压的电位。节点n6的电位作为内部电源电位v4而被供给至电平转换器21～24、倒相器25以及比较部30等。由此，能够基于被供给至节点n1的第一电源电位v1与被供给至节点n4的第二电源电位v2中的较高一方的电源电位，而生成控制信号生成部20以及比较部30等的电源电位。

比较部30由比较器等构成，并且通过将对第一电源电位v1与基准电位vss之间的电压进行分压而得到的比较电压vcmp与参考电压vref1进行比较，从而生成电源选择信号sel1。控制信号生成部20根据电源选择信号sel1而生成控制信号s1～s4。由此，例如，在未从稳压器120向节点n1供给第一电源电位v1的情况下，电源切换电路10能够选择从蓄电池140供给至节点n4的第二电源电位v2并从节点n3输出。

例如，比较部30生成高电平有效的电源选择信号sel1。高电平有效的电源选择信号sel1在比较电压vcmp高于参考电压vref1时成为高电平(内部电源电位v4)，在比较电压vcmp低于参考电压vref1时成为低电平(基准电位vss)。在该情况下，控制信号生成部20的倒相器25对高电平有效的电源选择信号sel1进行倒相而生成低电平有效的电源选择信号sel2。另外，控制信号生成部20也可以代替通过比较部30生成的电源选择信号sel1，而根据从电源切换电路10的外部供给的电源选择信号sel1来生成控制信号s1～s4。

电平转换器21被供给内部电源电位v4以及第一电源电位v1，并且通过将低电平有效的电源选择信号sel2的高电平从内部电源电位v4转换为第一电源电位v1，从而生成控制信号s1。电平转换器22被供给内部电源电位v4以及输出电源电位v3，并且通过将低电平有效的电源选择信号sel2的高电平从内部电源电位v4转换为输出电源电位v3，从而生成控制信号s2。

电平转换器23被供给内部电源电位v4以及第二电源电位v2，并且通过将高电平有效的电源选择信号sel1的高电平从内部电源电位v4转换为第二电源电位v2，从而生成控制信号s3。电平转换器24被供给内部电源电位v4以及输出电源电位v3，并且通过将高电平有效的电源选择信号sel1的高电平从内部电源电位v4转换为输出电源电位v3，从而生成控制信号s4。由此，能够生成具有用于将晶体管qp1～qp4设为断开状态的充分的高电平的电位的控制信号s1～s4。

图2为表示图1所示的半导体集成电路装置的一部分的剖视图。图2中作为一个示例而图示了设置有晶体管qp1以及qp2的区域。如图2所示，在p型的半导体基板101内形成有n阱102以及n阱103。此外，为了向半导体基板101施加基准电位vss，而在半导体基板101内形成有p型的杂质区域104。

晶体管qp1被设置于与被供给第一电源电位v1的节点n1电连接的n阱102中。即，在n阱102内形成有成为晶体管qp1的源极s以及漏极d的p型的杂质区域，在n阱102上隔着栅极绝缘膜而设置有晶体管qp1的栅电极g。

n阱102相当于晶体管qp1的背栅，为了向n阱102施加电位，而在n阱102内形成有n型的杂质区域105。晶体管qp1的源极以及背栅被连接于节点n1并被供给第一电源电位v1。晶体管qp1的漏极被连接于节点n2。

此外，晶体管qp2被设置于与节点n3电连接的n阱103中。即，在n阱103内形成有成为晶体管qp2的源极s以及漏极d的p型的杂质区域，在n阱103上隔着栅极绝缘膜而设置有晶体管qp2的栅电极g。

n阱103相当于晶体管qp2的背栅，为了向n阱103施加电位，而在n阱103内形成有n型的杂质区域106。晶体管qp2的源极被连接于节点n2。晶体管qp2的漏极以及背栅被连接于节点n3。

在选择被供给至节点n1的第一电源电位v1的情况下，基准电位vss被施加于晶体管qp1的栅极以及晶体管qp2的栅极。由此，晶体管qp1以及qp2成为导通状态，从而第一电源电位v1被供给至节点n3。

另一方面，在不选择被供给至节点n1的第一电源电位v1的情况下，如图2所示，第一电源电位v1被施加于晶体管qp1的栅极，并且输出电源电位v3被施加于晶体管qp2的栅极。由此，晶体管qp1以及qp2成为断开状态。

此外，如图2所示，在晶体管qp1中，存在将漏极d作为阳极并将n阱102作为阴极的寄生二极管。同样地，在晶体管qp2中，存在将源极s作为阳极并将n阱103作为阴极的寄生二极管。

因此，当未设置晶体管qp1而将晶体管qp2的源极s连接于节点n1时，即使将晶体管qp2设为断开状态，在节点n1的电位与节点n3的电位相比高出二极管的正向电压以上的情况下，电流也会经由晶体管qp2的寄生二极管而从节点n1向节点n3流通。

另一方面，根据图2所示的结构，被连接于作为输入节点的节点n1的晶体管qp1的背栅(n阱102)与被连接于作为输出节点的节点n3的晶体管qp2的背栅(n阱103)电分离。因此，即使在第一电源电位v1高于第二电源电位v2的情况下选择第二电源电位v2，也能够防止电流从节点n1向节点n3的流入。

图1所示的晶体管qp3以及qp4也具有与晶体管qp1以及qp2相同的结构。因此，即使在第二电源电位v2高于第一电源电位v1的情况下选择第一电源电位v1，也能够防止电流从节点n4向节点n3的流入。其结果为，能够提供无论从多个电源电位中选择哪个电源电位，并且不管这些电源电位的高低关系如何，均不会流通短路电流的电源切换电路10。

动作示例

接下来，参考图1以及图3对图1所示的电源切换电路10的动作示例进行说明。图3为表示图1所示的电源切换电路的动作示例的波形图。在该示例中，比较部30由施密特触发电路构成，并且具有滞后特性。

在第一期间t1内，由于从稳压器120供给的第一电源电位v1与预定的值相比较高，因此对第一电源电位v1与基准电位vss之间的电压进行分压而得到的比较电压vcmp变为高于参考电压vref1(-)。比较部30通过对比较电压vcmp与参考电压vref1(-)进行比较，从而生成高电平的电源选择信号sel1。此外，倒相器25对高电平的电源选择信号sel1进行倒相从而生成低电平的电源选择信号sel2。

因此，电平转换器21以及电平转换器22向晶体管qp1以及晶体管qp2的栅极施加基准电位vss。由此，晶体管qp1以及晶体管qp2成为导通状态。此外，电平转换器23向晶体管qp3的栅极施加第二电源电位v2，并且电平转换器24向晶体管qp4的栅极施加输出电源电位v3。由此，晶体管qp3以及晶体管qp4成为断开状态。其结果为，在第一期间t1内，第一电源电位v1被选择，并且作为输出电源电位v3而被供给至节点n3。

当从稳压器120供给的第一电源电位v1因某种原因而与预定的值相比降低时，比较电压vcmp变为低于参考电压vref1(-)，因此比较部30使电源选择信号sel1变化为低电平。此外，倒相器25对低电平的电源选择信号sel1进行倒相，从而生成高电平的电源选择信号sel2。

因此，电平转换器23以及电平转换器24向晶体管qp3以及晶体管qp4的栅极施加基准电位vss。由此，晶体管qp3以及晶体管qp4成为导通状态。此外，电平转换器21向晶体管qp1的栅极施加第一电源电位v1，并且电平转换器22向晶体管qp2的栅极施加输出电源电位v3。由此，晶体管qp1以及qp2成为断开状态。其结果为，在第二期间t2内，第二电源电位v2被选择，并作为输出电源电位v3而被供给至节点n3。

当从稳压器120供给的第一电源电位v1再次超过预定的值而进一步变高时，比较电压vcmp变为高于参考电压vref1(+)，因此比较部30使电源选择信号sel1变化为高电平。其结果为，在第三期间t3内，第一电源电位v1被选择，并作为输出电源电位v3而被供给至节点n3。如图3所示，由于比较部30的滞后特性，从而在参考电压vref1(-)与参考电压vref1(+)之间产生差δvref1。

周边电路

再次参考图1，电源切换电路10的输出电源电位v3被供给至稳压器60、计时电路70、模拟电路80以及i/o电路90等周边电路。稳压器60包括运算放大器61、电阻r61以及电阻r62。电阻r61以及电阻r62对运算放大器61的输出电压进行分压，并且通过将分压得到的电压反馈至运算放大器61的反相输入端子，从而对运算放大器61的增益进行设定。运算放大器61通过以所设定的增益而对参考电位vref2进行放大，从而生成逻辑电源电位v5(例如，1.8v)并供给至逻辑电路50。

逻辑电路50包括例如组合电路或时序电路等逻辑电路、cpu(中央运算装置)或者寄存器或存储器等存储部，并根据通过电源切换电路10的比较部30生成的电源选择信号sel1而被控制。此外，在包含在逻辑电路50中的电路元件的耐圧与电源切换电路10的内部电源电位v4相比较低的情况下，电平转换器40被设置在电源切换电路10中。电平转换器40通过将利用比较部30生成的电源选择信号sel1的高电平从内部电源电位v4转换为逻辑电源电位v5，从而生成电源选择信号out，并将电源选择信号out供给至逻辑电路50。

第一应用例

例如，当在图1所示的电子设备被搬运之际未供给有ac电源电压时，ac/dc转换器110以及稳压器120停止动作，从而第一电源电位v1降低至基准电位vss。由此，由于比较电压vcmp也降低至基准电位vss，因此通过比较部30而生成的电源选择信号sel1成为低电平，从而电源切换电路10选择从蓄电池140供给的第二电源电位v2。

即使在电子设备通过来自蓄电池140的电源供给而进行动作时，计时电路70也继续进行计时动作并持续生成表示当前时刻的计时信号。另一方面，逻辑电路50根据在比较电压vcmp低于参考电压vref1时所生成的电源选择信号out而停止动作。由此，在电子设备通过从蓄电池140被供给至节点n4的第二电源电位v2而进行动作的情况下，能够抑制蓄电池140的消耗。

或者，逻辑电路50也可以在从电源切换电路10供给的电源选择信号out的电平发生变化时，将电源选择信号out存储于存储部中。由此，能够在之后从存储部中读取与电子设备是由ac电源驱动还是由蓄电池驱动相关的状态信息。另外，逻辑电路50也可以将通过计时电路70而生成的计时信号与电源选择信号out一起存储于存储部中。由此，能够在之后从存储部中读取与电子设备的驱动状态在何时被切换相关的状态信息。

第二应用例

此外，一旦图1所示的电子设备被设置，则存在不需要蓄电池140的情况。在这种情况下，比较部30可以停止比较动作并将电源选择信号sel1的电平固定。

图4为表示图1所示的比较部的结构例的电路图。如图4所示，比较部30包括电阻r30、n沟道mos晶体管qn31～qn34。此处，晶体管qn31以及qn32构成了差分对。此外，晶体管qn34构成了开关电路，该开关电路根据设定而使比较动作停止，并将电源选择信号sel1的电平固定。

晶体管qn31具有与被供给内部电源电位v4的节点n6连接的漏极和被施加比较电压vcmp的栅极。晶体管qn32具有经由电阻r30而与节点n6连接的漏极和被施加参考电压vref1的栅极。从电阻r30与晶体管qn32之间的连接点输出电源选择信号sel1。

晶体管qn33具有与晶体管qn31以及晶体管qn32的源极连接的漏极和被施加偏压vbi的栅极。晶体管qn34具有：与晶体管qn33的源极连接的漏极；被施加从外部供给至图1所示的ic100的端子的使能信号en的栅极；与基准电位vss的配线连接的源极。在ic100的上述端子也可以连接有用于对使能信号en的电平进行设定的开关。

由于在使能信号en为高电平时，晶体管qn34成为导通状态，从而在晶体管qn31～qn33中流通有电流，因此比较部30实施比较动作。另一方面，由于在使能信号en为低电平时，晶体管qn34成为断开状态，从而在晶体管qn31～qn33中未流通电流，因此比较部30停止比较动作，电源选择信号sel1被固定为高电平。

在初始状态下，高电平的使能信号en被供给至比较部30。比较部30在使能信号en为高电平时，通过对比较电压vcmp与参考电压vref1进行比较，从而生成电源选择信号sel1。电源切换电路10根据电源选择信号sel1而对从稳压器120供给的第一电源电位v1与从蓄电池140供给的第二电源电位v2中的一方进行选择。

之后，根据设定，低电平的使能信号en被供给至比较部30。比较部30在使能信号en为低电平时，停止比较动作并将电源选择信号sel1固定为高电平。由此，电源切换电路10选择从稳压器120供给的第一电源电位v1。通过以此方式，在无需选择电源电位时，能够削减比较部30中的消耗电流。另外，使能信号en也能够利用在对图1所示的电子设备进行测试时。

虽然在以上的实施方式中，作为电子设备而对测量设备进行了说明，但本发明除了测量设备以外，还能够应用于例如，电子计算器、电子词典、电子游戏涉及、移动电话等移动终端、数码照相机、数码摄像机、电视、可视电话、防盗用视频监视器、头戴式显示器、个人计算机、打印机、网络设备、汽车导航装置、测量设备以及医疗设备(例如电子体温计、血压计、血糖仪、心电图测量装置、超声波诊断装置以及电子内窥镜)等电子设备中。如此，本发明并不限定于以上所说明的实施方式，而是能够由在本技术领区域中具有公知常识的人员在本发明的技术思想范围内进行多种改变。

符号说明

10…电源切换电路；20…控制信号生成部；21～24…电平转换器；25…倒相器；30…比较部；40…电平转换器；50…逻辑电路；60…稳压器；61…运算放大器；70…计时电路；80…模拟电路；90…i/o电路；100…半导体集成电路装置；101…半导体基板；102、103…n阱；104…p型杂质区域；105、106…n型杂质区域；110…ac/dc转换器；120…稳压器；130…分压电路；140…蓄电池；qp1～qp4…p沟道mos晶体管；qn31～qn34…n沟道mos晶体管；d1、d2…二极管；r1、r30、r61、r62…电阻；r2…可变电阻；c1…电容器。