开关电路的制作方法
【专利摘要】一种开关电路，其包含第一非对称金属氧化物半导体晶体管、第二非对称金属氧化物半导体晶体管、第一二极管串以及第二二极管串。第一非对称金属氧化物半导体晶体管与第二非对称金属氧化物半导体晶体管的第一端用以接收第一电位，第二非对称金属氧化物半导体晶体管与第一非对称金属氧化物半导体晶体管的第二端电性耦接于一公共端点。第一二极管串的第一端电性耦接于第一非对称金属氧化物半导体晶体管的控制端，而第一二极管串的第二端电性耦接于前述公共端点。第二二极管串的第一端电性耦接于第二非对称金属氧化物半导体晶体管的控制端，而第二二极管串的第二端电性耦接于前述公共端点。
【专利说明】开关电路
【技术领域】
[0001]本发明是有关于一种电子电路，且特别是有关于一种开关电路。
【背景技术】
[0002]电子产品已经成为现代人生活中不可或缺的一部分。在各式各样的电子装置中， 需要可应用在这些装置中的半导体组件。半导体组件的特性主要是由制备该组件的制程来 决定。由于半导体组件通常较复杂，则其制程亦变化较多。半导体组件中需要多种具有不 同特性的晶体管。
[0003]于一些半导体制造技术中，可制造出具有可承受高压的源极与漏极，而栅极仅能 承受较小电压(如5伏特)的金属氧化物半导体晶体管。然而以此方式设计的金属氧化物 半导体晶体管，于实际电路应用上存在许多限制，而有待进一步改进。
【发明内容】
[0004]本
【发明内容】
的一技术方面是关于一种开关电路。前述开关电路包含第一非对称金 属氧化物半导体晶体管、第二非对称金属氧化物半导体晶体管、第一二极管串以及第二二 极管串。前述第一非对称金属氧化物半导体晶体管包含第一端、第二端以及控制端，前述第 一非对称金属氧化物半导体晶体管的前述第一端用以接收第一电位。前述第二非对称金属 氧化物半导体晶体管包含第一端、第二端以及控制端，前述第二非对称金属氧化物半导体 晶体管的前述第一端用以接收前述第一电位，前述第二非对称金属氧化物半导体晶体管的 前述第二端与前述第一非对称金属氧化物半导体晶体管的前述第二端电性耦接于一第一 公共端点。
[0005]此外,前述第一二极管串是由多个二极管串联而成,前述第一二极管串包含第一 端以及第二端，前述第一二极管串的前述第一端电性耦接于前述第一非对称金属氧化物半 导体晶体管的前述控制端，而前述第一二极管串的前述第二端电性耦接于前述第一公共端 点。第二二极管串是由多个二极管串联而成，前述第二二极管串包含第一端以及第二端，前 述第二二极管串的前述第一端电性耦接于前述第二非对称金属氧化物半导体晶体管的前 述控制端，而前述第二二极管串的前述第二端电性耦接于前述第一公共端点。
[0006]根据本发明一实施例，开关电路还包含电流控制电路，其包含二输出端点，分别电 性耦接于前述第一非对称金属氧化物半导体晶体管的前述控制端以及前述第二非对称金 属氧化物半导体晶体管的前述控制端，并分别输出第一控制电流与第二控制电流至相应的 前述控制端。
[0007]根据本发明另一实施例，前述电流控制电路的前述输出端点，在一特定时间内分 别输出前述第一控制电流与前述第二控制电流至相应的前述控制端。
[0008]根据本发明再一实施例，前述特定时间小于约20奈秒。
[0009]根据本发明又一实施例，前述开关电路中前述电流控制电路包含电流镜、P型金属 氧化物半导体晶体管以及峰值电流控制支路。前述电流镜包含第一电流支路、第二电流支路以及第三电流支路，前述第一电流支路、前述第二电流支路以及前述第三电流支路的一端电性耦接于一第二公共端点，前述第二公共端点用以接收一第二电位，而前述第二电流支路以及前述第三电流支路的另一端分别电性耦接于前述输出端点。前述P型金属氧化物半导体晶体管包含控制端以及第一端，前述控制端用以接收一参考电压，前述第一端电性耦接于前述电流镜的前述第一电流支路。
[0010]进一步而言，前述峰值电流控制支路包含电容、电阻及控制N型金属氧化物半导体晶体管。前述电容包含第一端，前述第一端用以接收开关信号。前述电阻包含第一端以及第二端，前述第一端电性耦接于前述电容的前述第二端，前述第二端用以接收一第三电位。 前述控制N型金属氧化物半导体晶体管包含控制端以及第二端，前述控制端电性耦接于前述电容的前述第二端，前述第二端电性耦接于前述P型金属氧化物半导体晶体管的一第二端。
[0011]根据本发明另再一实施例，前述峰值电流控制支路的前述电阻会对前述电容的前述第二端进行放电。
[0012]根据本发明另又一实施例，前述第二电位为一正电位，而前述第三电位小于前述
第二电位。
[0013]根据本发明再另一实施例，前述开关电路中前述电流控制电路包含电流镜、N型金属氧化物半导体晶体管以及峰值电流控制支路。前述电流镜包含第一电流支路、第二电流支路以及第三电流支路，前述第一电流支路、前述第二电流支路以及前述第三电流支路的一端电性耦接于第二公共端点，前述第二公共端点用以接收第二电位，而前述第二电流支路以及前述第三电流支路的另一端分别电性耦接于前述输出端点。前述N型金属氧化物半导体晶体管包含控制端以及第一端，前述控制端用以接收参考电压，前述第一端电性耦接于前述电流镜的前述第一电流支路。
[0014]进一步而言，前述峰值电流控制支路包含电容、电阻以及控制P型金属氧化物半导体晶体管。前述电容包含第一端，前述第一端用以接收开关信号。前述电阻包含第一端以及第二端，前述第一端电性耦接于前述电容的前述第二端，前述第二端用以接收第三电位。前述控制P型金属氧化物半导体晶体管包含控制端以及第二端，前述控制端电性耦接于前述电容的前述第二端，前述第二端电性耦接于前述N型金属氧化物半导体晶体管的第
[0015]根据本发明再又一实施例，前述峰值电流控制支路的前述电阻会对前述电容的前述第二端进行充电。
[0016]根据本发明又另一实施例，前述第二电位为一负电位，而前述第三电位大于前述
第二电位。
[0017]因此，根据本发明的技术内容，本发明实施例提供一种开关电路，其中包含两个非对称金属氧化物半导体晶体管结构，通过本发明设计的配置方式，以使开关电路的整体电性操作相似于对称金属氧化物半导体晶体管结构，藉以改善栅极仅能承受较小电压的金属氧化物半导体晶体管，于实际电路应用上存在许多限制的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的说明如下:
[0019]图1是绘示依照本发明一实施例的一种开关电路的示意图。
[0020][主要元件标号说明]
[0021]100:开关电路112:第一二极管串
[0022]114:第二二极管串120:电流控制电路
[0023]122:电流镜124:峰值电流控制支路
[0024]126:电流镜128:峰值电流控制支路 【具体实施方式】
[0025]为了使本
【发明内容】
的叙述更加详尽与完备，可参照所附的图式及以下所述各种实施例，图式中相同的号码代表相同或相似的元件。但所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围，而结构运作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构， 所产生具有均等功效的装置，皆为本发明所涵盖的范围。
[0026]其中图式仅以说明为目的，并未依照原尺寸作图。另一方面，众所周知的元件与步骤并未描述于实施例中，以避免对本发明造成不必要的限制。
[0027]另外，关于本文中所使用的『耦接』或『连接』，均可指二或多个元件相互直接作实体或电性接触，或是相互间接作实体或电性接触，亦可指二或多个元件相互操作或动作。
[0028]图1是依照本发明一实施例绘示一种开关电路的示意图。如图1所示，开关电路 100包含第一非对称金属氧化物半导体晶体管MN2、第二非对称金属氧化物半导体晶体管 MN3、第一二极管串112以及第二二极管串114。第一非对称金属氧化物半导体晶体管MN2 包含第一端、第二端以及控制端，第一非对称金属氧化物半导体晶体管丽2的第一端用以接收第一电位VDD。第二非对称金属氧化物半导体晶体管MN3包含第一端、第二端以及控制端，第二非对称金属氧化物半导体晶体管丽3的第一端用以接收第一电位，第二非对称金属氧化物半导体晶体管MN3的第二端与第一非对称金属氧化物半导体晶体管MN2的第二端电性耦接于第一公共端点NI。
[0029]此外，第一二极管串112是由多个二极管串联而成，其包含第一端以及第二端。第一二极管串112的第一端电性耦接于第一非对称金属氧化物半导体晶体管MN2的控制端， 而第一二极管串112的第二端电性耦接于第一公共端点NI。第二二极管串114是由多个二极管串联而成，其包含第一端以及第二端。第二二极管串114的第一端电性耦接于第二非对称金属氧化物半导体晶体管MN3的控制端，而第二二极管串114的第二端电性耦接于第一公共端点NI。
[0030]如上述揭露内容，本发明实施例通过提供一种开关电路100，其中包含两个非对称金属氧化物半导体晶体管结构MN2、MN3，通过本发明设计的配置方式，以使开关电路100的整体电性操作相似于对称金属氧化物半导体晶体管结构，藉以改善栅极仅能承受较小电压的金属氧化物半导体晶体管，于实际电路应用上存在许多限制的问题。
[0031]在一实施例，开关电路100还包含电流控制电路120，其包含二输出端点0UT1、 0UT2，分别电性耦接于第一非对称金属氧化物半导体晶体管MN2的控制端以及第二非对称金属氧化物半导体晶体管MN3的控制端，并分别输出第一控制电流与第二控制电流至相应的控制端。[0032]举例而言，电流控制电路120的输出端点OUTl、0UT2，在一特定时间内分别输出第 一控制电流与第二控制电流至相应的控制端。详细而言，特定时间小于约20奈秒。然而， 本实施例并非用以限定本发明，本领域技术人员当可选择性地采用适当的参数，而其概念 与本发明相同者，即落入本发明的范围中。
[0033]在又一实施例中，开关电路100中电流控制电路120包含电流镜122、P型金属氧 化物半导体晶体管MP2以及峰值电流控制支路124。电流镜122包含第一电流支路、第二电 流支路以及第三电流支路，P型金属氧化物半导体晶体管MPl、MP3以及MP4分别位于前述 支路上。第一电流支路、第二电流支路以及第三电流支路的一端电性耦接于公共端点N2，其 用以接收第二电位VGH，而第二电流支路以及第三电流支路的另一端分别电性耦接于输出 端点0UT1、0UT2。P型金属氧化物半导体晶体管MP2包含控制端以及第一端，控制端用以接 收参考电压VM,第一端电性稱接于电流镜122的第一电流支路。
[0034]于一实施例中，当电流控制电路120中电流镜122的第一支路产生一电流时，第二 电流支路以及第三电流支路会相应地产生第一控制电流与第二控制电流，并分别经由输出 端点输出至第一非对称金属氧化物半导体晶体管MN2与第二非对称金属氧化物半导体晶 体管MN3的控制端，此时，第一二极管串112与第二二极管串114会相应地产生控制电压， 藉使第一非对称金属氧化物半导体晶体管MN2以及第二非对称金属氧化物半导体晶体管 MN3的控制端与第二端间的电压Vgs维持在一固定电压范围区间,从而使第一非对称金属 氧化物半导体晶体管MN2以及第二非对称金属氧化物半导体晶体管MN3维持在导通状态。 举例而言，前述固定电压范围区间可为约阀值电压(Vth)至约5伏特之间。然而，本实施例 并非用以限定本发明，本领域技术人员当可选择性地采用适当的参数，而其概念与本发明 相同者，即落入本发明的范围中。
[0035]进一步而言，前述峰值电流控制支路124包含电容Cl、电阻Rl及控制N型金属氧 化物半导体晶体管MN1。前述电容Cl包含第一端，其用以接收开关信号VIN。电阻Rl包含 第一端以及第二端，其第一端电性耦接于电容Cl的第二端，而其第二端用以接收第三电位 VSS0控制N型金属氧化物半导体晶体管MNl包含控制端以及第二端，控制端电性耦接于电 容Cl的第二端，而其第二端电性耦接于P型金属氧化物半导体晶体管MPl的第二端。
[0036]于一实施例中，当开关信号为高态时，电容Cl的第一端接收到开关信号后，会耦 合一电压至控制N型金属氧化物半导体晶体管MNl的控制端，藉使控制N型金属氧化物半 导体晶体管丽I导通，此时，电流控制电路120中电流镜122的第一支路产生一电流时，第 二电流支路以及第三电流支路会相应地产生第一控制电流与第二控制电流，并分别经由输 出端点输出至第一非对称金属氧化物半导体晶体管MN2与第二非对称金属氧化物半导体 晶体管丽3的控制端。
[0037]此时，第一二极管串112与第二二极管串114会相应地产生控制电压，藉使第一非 对称金属氧化物半导体晶体管MN2以及第二非对称金属氧化物半导体晶体管MN3的控制端 与第二端间的电压Vgs维持在一固定电压范围区间，从而使第一非对称金属氧化物半导体 晶体管MN2以及第二非对称金属氧化物半导体晶体管MN3维持在导通状态。举例而言，前 述固定电压范围区间可为大于约阀值电压(Vth)至约5伏特之间。然而，本实施例并非用 以限定本发明，本领域技术人员当可选择性地采用适当的参数，而其概念与本发明相同者， 即落入本发明的范围中。[0038]再者，当上述电流衍生出迅速建立电压Vgs的效果后，电流控制电路120中峰值电 流控制支路124的电阻Rl会对电容Cl的第二端进行放电，从而关闭控制N型金属氧化物 半导体晶体管MN1，此时，上述电流也将一并消失，是以于迅速建立电压Vgs之后，由于控制 N型金属氧化物半导体晶体管MNl被关闭，电流控制电路120上将不会有无谓的电能耗损。
[0039]在又一实施例中，第二电位VGH可为正电位，而第三电位VSS小于第二电位VGH。 在一实施例中，第三电位VSS可为接地电位。
[0040]于再一实施例中，开关电路100中电流控制电路120包含电流镜126、N型金属氧 化物半导体晶体管丽4以及峰值电流控制支路128。电流镜126包含第一电流支路、第二电 流支路以及第三电流支路，N型金属氧化物半导体晶体管MN5、MN6以及MN7分别位于前述 支路上。第一电流支路、第二电流支路以及第三电流支路的一端电性耦接于公共端点N3，其 用以接收第二电位VEE，而第二电流支路以及第三电流支路的另一端分别电性耦接于输出 端点0UT3、0UT4。N型金属氧化物半导体晶体管MN4包含控制端以及第一端，控制端用以接 收参考电压VM,第一端电性稱接于电流镜126的第一电流支路。
[0041]于一实施例中，当电流控制电路120中电流镜126的第一支路产生一电流时，第二 电流支路以及第三电流支路会相应地产生第三控制电流与第四控制电流，以汲取第一非对 称金属氧化物半导体晶体管丽2与第二非对称金属氧化物半导体晶体管丽3的控制端的 电压，将第一非对称金属氧化物半导体晶体管MN2与第二非对称金属氧化物半导体晶体管 丽3的控制端的电压降低，此时，第一二极管串112与第二二极管串114的控制电压降低，藉 使第一非对称金属氧化物半导体晶体管MN2以及第二非对称金属氧化物半导体晶体管MN3 的控制端与第二端间的电压Vgs降低，从而使第一非对称金属氧化物半导体晶体管MN2以 及第二非对称金属氧化物半导体晶体管MN3关闭。
[0042]进一步而言，前述峰值电流控制支路128包含电容Cl、电阻Rl以及控制P型金属 氧化物半导体晶体管MP5。电容Cl包含第一端，其用以接收开关信号VIN。电阻Rl包含 第一端以及第二端，其第一端电性耦接于电容Cl的第二端，而其第二端用以接收第三电位 VSS0控制P型金属氧化物半导体晶体管MP5包含控制端以及第二端，控制端电性耦接于电 容Cl的第二端，而其第二端电性耦接于N型金属氧化物半导体晶体管MN4的第二端。
[0043]于一实施例中，当开关信号为低态时，电容Cl的第一端接收到开关信号后，会耦 合一电压至控制P型金属氧化物半导体晶体管MP5的控制端，藉使控制P型金属氧化物半 导体晶体管MP5导通，此时，电流控制电路120中电流镜126的第一支路产生一电流时，第 二电流支路以及第三电流支路会相应地产生第三控制电流与第四控制电流，以汲取第一非 对称金属氧化物半导体晶体管MN2与第二非对称金属氧化物半导体晶体管MN3的控制端的 电压，将第一非对称金属氧化物半导体晶体管MN2与第二非对称金属氧化物半导体晶体管 丽3的控制端的电压降低。
[0044]此时，第一二极管串112与第二二极管串114的控制电压降低，藉使第一非对称金 属氧化物半导体晶体管MN2以及第二非对称金属氧化物半导体晶体管MN3的控制端与第二 端间的电压Vgs降低，从而使第一非对称金属氧化物半导体晶体管MN2以及第二非对称金 属氧化物半导体晶体管MN3关闭。
[0045]再者，当上述电流衍生出迅速降低电压Vgs的效果后，电流控制电路120中峰值电 流控制支路124的电阻Rl会对电容Cl的第二端进行充电，从而关闭控制P型金属氧化物半导体晶体管MP5，此时，上述电流也将一并消失，是以于迅速降低电压Vgs之后，由于控制 P型金属氧化物半导体晶体管MP5被关闭，电流控制电路120上将不会有无谓的电能耗损。
[0046]在又一实施例中，第二电位VEE为一负电位,而第三电位VSS大于第二电位VEE。 在一实施例中，第三电位VSS可为接地电位。
[0047]由上述本发明实施方式可知，应用本发明具有下列优点。本发明实施例通过提供 一种开关电路，其中包含两个非对称金属氧化物半导体晶体管结构，通过本发明设计的配 置方式，以使开关电路的整体电性操作相似于对称金属氧化物半导体晶体管结构，藉以改 善栅极仅能承受较小电压的金属氧化物半导体晶体管，于实际电路应用上存在许多限制的 问题。
[0048]此外，通过本发明实施例的电流控制电路中不同的峰值电流控制支路，可于一种 电性操作方式下，迅速建立第一非对称金属氧化物半导体晶体管以及第二非对称金属氧化 物半导体晶体管的控制端与第二端间的电压Vgs，以使第一非对称金属氧化物半导体晶体 管以及第二非对称金属氧化物半导体晶体管导通，并可于另一种电性操作方式下，迅速降 低第一非对称金属氧化物半导体晶体管以及第二非对称金属氧化物半导体晶体管的控制 端与第二端间的电压Vgs，以关闭第一非对称金属氧化物半导体晶体管以及第二非对称金 属氧化物半导体晶体管。
[0049]再者，于迅速建立第一非对称金属氧化物半导体晶体管以及第二非对称金属氧化 物半导体晶体管的控制端与第二端间的电压Vgs，或迅速降低第一非对称金属氧化物半导 体晶体管以及第二非对称金属氧化物半导体晶体管的控制端与第二端间的电压Vgs之后， 由于电流控制电路中峰值电流控制支路的控制金属氧化物半导体晶体管会被关闭，因此， 电流控制电路上将不会有无谓的电能耗损。
[0050]虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术 人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围 当视所附的权利要求范围所界定者为准。
【权利要求】
1.一种开关电路，包含:一第一非对称金属氧化物半导体晶体管，包含一第一端、一第二端以及一控制端，其中该第一非对称金属氧化物半导体晶体管的该第一端用以接收一第一电位；一第二非对称金属氧化物半导体晶体管，包含一第一端、一第二端以及一控制端，其中该第二非对称金属氧化物半导体晶体管的该第一端用以接收该第一电位，该第二非对称金属氧化物半导体晶体管的该第二端与该第一非对称金属氧化物半导体晶体管的该第二端电性耦接于一第一公共端点；一第一二极管串，是由多个二极管串联而成，其中该第一二极管串包含一第一端以及一第二端，该第一二极管串的该第一端电性耦接于该第一非对称金属氧化物半导体晶体管的该控制端，而该第一二极管串的该第二端电性耦接于该第一公共端点；以及一第二二极管串，是由多个二极管串联而成，其中该第二二极管串包含一第一端以及一第二端，该第二二极管串的该第一端电性耦接于该第二非对称金属氧化物半导体晶体管的该控制端，而该第二二极管串的该第二端电性耦接于该第一公共端点。
2.根据权利要求1所述的开关电路，还包含一电流控制电路，其中该电流控制电路包含二输出端点，分别电性耦接于该第一非对称金属氧化物半导体晶体管的该控制端以及该第二非对称金属氧化物半导体晶体管的该控制端，并分别输出一第一控制电流与一第二控制电流至相应的该控制端。
3.根据权利要求2所述的开关电路，其中该电流控制电路的该些输出端点，在一特定时间内分别输出该第一控制电流与该第二控制电流至相应的该控制端。
4.根据权利要求3所述的开关电路，其中该特定时间小于约20奈秒。
5.根据权利要求2所述的开关电路，其中该电流控制电路包含:一电流镜，包含一第一电流支路、一第二电流支路以及一第三电流支路，其中该第一电流支路、该第二电流支路以及该第三电流支路的一端电性耦接于一第二公共端点，该第二公共端点用以接收一第二电位，而该第二电流支路以及该第三电流支路的另一端分别电性耦接于该些输出端点；一 P型金属氧化物半导体晶体管，包含一控制端以及一第一端，其中该控制端用以接收一参考电压，该第一端电性稱接于该电流镜的该第一电流支路；一峰值电流控制支路，包含:一电容，包含一第一端，其中该第一端用以接收一开关信号；一电阻，包含一第一端以及一第二端，其中该第一端电性稱接于该电容的该第二端，该第二端用以接收一第三电位；以及一控制N型金属氧化物半导体晶体管，包含一控制端以及一第二端，其中该控制端电性耦接于该电容的该第二端，该第二端电性耦接于该P型金属氧化物半导体晶体管的一第二端 o
6.根据权利要求5所述的开关电路，其中该峰值电流控制支路的该电阻会对该电容的该第二端进行放电。
7.根据权利要求5所述的开关电路，其中该第二电位为一正电位，而该第三电位小于该第二电位。
8.根据权利要求2所述的开关电路，其中该电流控制电路包含:一电流镜，包含一第一电流支路、一第二电流支路以及一第三电流支路，其中该第一电流支路、该第二电流支路以及该第三电流支路的一端电性耦接于一第二公共端点，该第二公共端点用以接收一第二电位，而该第二电流支路以及该第三电流支路的另一端分别电性耦接于该些输出端点；一 N型金属氧化物半导体晶体管，包含一控制端以及一第一端，其中该控制端用以接收一参考电压，该第一端电性稱接于该电流镜的该第一电流支路；一峰值电流控制支路，包含:一电容，包含一第一端，其中该第一端用以接收一开关信号；一电阻，包含一第一端以及一第二端，其中该第一端电性稱接于该电容的该第二端，该第二端用以接收一第三电位；以及一控制P型金属氧化物半导体晶体管，包含一控制端以及一第二端，其中该控制端电性耦接于该电容的该第二端，该第二端电性耦接于该N型金属氧化物半导体晶体管的一第二端。
9.根据权利要求8所述的开关电路，其中该峰值电流控制支路的该电阻会对该电容的该第二端进行充电。
10.根据权利要求8所述的开关电路，其中该第二电位为一负电位，而该第三电位大于该第二电位。
【文档编号】H03K17/687GK103595383SQ201210290398
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年8月15日 优先权日:2012年8月15日
【发明者】李秋平 申请人:原景科技股份有限公司