一种低压低功耗线型模拟开关的制作方法_4

文档序号:8433399阅读:来源:国知局
的输出端产生第二内部时钟信号CLK+,第一内部时钟信号CLK-连接到第一电容器Cl的下极板,第二内部时钟信号CLK+连接到第二电容器C2的下极板,第三反相器INV3、第四反相器INV4、第五反相器INV5和第一数字缓冲器TRl均为CMOS逻辑电路并且供电电压都为Vcc,因此,第一内部时钟信号CLK-和第二内部时钟信号CLK+的高电平都为Vcc,低电平都为地。由连接关系可知,第一内部时钟信号CLK-和第二内部时钟信号CLK+是互为反相的时钟信号,即当第一内部时钟信号CLK-为高电平时,第二内部时钟信号CLK+为低电平,反之亦然。第一数字缓冲器TRl的作用是保证外部时钟信号CLKIN到第一内部时钟信号CLK-和第二内部时钟信号CLK+的延迟相等,即保证第一内部时钟信号CLK-和第二内部时钟信号CLK+同时翻转。第一电容器Cl的上极板连接第十四NMOS晶体管N14的源极,第二电容器C2的上极板连接第十五NMOS晶体管N15的源极,第十四NMOS晶体管N14和第十五NMOS晶体管N15为一对交叉耦合的NMOS晶体管,即第十四NMOS晶体管N14的源极连接第十五NMOS晶体管N15的栅极,第十五NMOS晶体管N15的源极连接第十四NMOS晶体管N14的栅极,第十四NMOS晶体管N14和第十五NMOS晶体管N15的漏极连接在一起后接外部直流供电电压Vcc。在第一电容器Cl的上极板产生第一高压脉冲信号HPl连接到第十三PMOS晶体管P13的漏极,在第二电容器C2的上极板产生第二高压脉冲信号HP2连接到第十四PMOS晶体管P14的漏极,第十三PMOS晶体管P13和第十四PMOS晶体管P14为一对交叉耦合的PMOS晶体管,即第十三PMOS晶体管P13的栅极连接第十四PMOS晶体管P14的漏极,第十四PMOS晶体管P14的栅极连接第十三PMOS晶体管P13的漏极,第十三PMOS晶体管P13和第十四PMOS晶体管P14的源极连接在一起后连接大容量电容器Cg的上极板并输出直流高压信号HV,大容量电容器Cg的下极板接外部直流供电电压Vcc。
[0065]下面给出直流高压产生电路H中高压脉冲电压产生电路的工作原理:
[0066]请参考图5和图6所示,假设初始状态,外部时钟信号CLKIN为低电平,第一电容器Cl、第二电容器C2的上极板电位都为Vcc ;那么,第一内部时钟信号CLK-为高电平,第二内部时钟信号CLK+为低电平。经过半个时钟周期,外部时钟信号CLKIN发生翻转,从低电平变为高电平,第一内部时钟信号CLK-从高电平跳到低电平。由于电容器两端压差不能突变,第一电容器Cl上极板电位从Vcc跳到地电位;同时,第二内部时钟信号CLK+从低电平跳转到高电平,第二电容器C2上极板电位被泵到2倍Vcc,第十四NMOS晶体管N14开启,对第一电容器Cl充电,直至第一电容器Cl的上极板电位达到Vcc ;由于栅极电位低于其源极电位,第十五NMOS晶体管N15截止。再经过半个时钟周期,外部时钟信号CLKIN再次发生翻转,从高电平变为低电平,第一内部时钟信号CLK-从低电平跳转到高电平Vcc,第一电容器Cl上极板电位被泵到2倍Vcc ;同时,第二内部时钟信号CLK+从高电平Vcc跳转到地电位,第二电容器C2上极板电位从2倍Vcc回到Vcc,第十五NMOS晶体管N15开启,对第二电容器C2充电。此后,高压脉冲电压产生电路在外部时钟信号周期性驱动下,在第一电容器Cl、第二电容器C2上极板分别产生高电平等于2倍Ncc,低电平等于Ncc的高压脉冲信号HPl和HP2。本领域技术人员进一步分析会发现,本电路在其它初始条件下也会得到相同的结果。
[0067]下面给出直流高压产生电路H中脉冲转直流电路的工作原理:
[0068]请参考图5和图6所示,在第一电容器Cl的上极板产生的高压脉冲信号HPl连接到第十三PMOS晶体管P13的漏极,在第二电容器C2的上极板产生的高压脉冲信号HP2接到第十四PMOS晶体管P14的漏极。当第一高压脉冲信号HPl为2Vcc,第二高压脉冲信号HP2为Vcc时,第十三PMOS晶体管P13开启,第十四PMOS晶体管P14截止,第一高压脉冲信号HPl通过第十三PMOS晶体管P13向大容量电容器Cg充电。当第一高压脉冲信号HPl为Vcc,第二高压脉冲信号HP2为2Vcc时,第十三PMOS晶体管P13截止,第十四PMOS晶体管P14开启,第二高压脉冲信号HP2通过第十四PMOS晶体管P14向大容量电容器Cg充电。此后,第一高压脉冲信号HPl、第二高压脉冲信号HP2轮流以2Vcc电压向大容量电容器Cg充电,直至直流高压信号HV电压达到2Vcc并稳定在该电压。附图6为直流高压产生电路H的工作时序图,图中gnd表示地电位。
[0069]作为另一种具体实施例,所述直流高压产生电路采用图7所示的实施线路,图7所示的直流高压产生电路实施线路与图5相比,其主要区别点在于采用NMOS晶体管N16、N17和N18代替图5中的电容器Cl、C2和Cg,在电路工作过程中由于NMOS晶体管N16、N17和N18栅极和源漏极间存在电容,可以代替电容器工作。具体地,图7所示直流高压产生电路包括第三反相器INV3、第四反相器INV4、第五反相器INV5、第一数字缓冲器TR1、第十六NMOS晶体管N16、第十七NMOS晶体管N17、第十四NMOS晶体管N14和第十五NMOS晶体管N15,所述脉冲转直流电路包括第十三PMOS晶体管P13、第十四PMOS晶体管P14和第十八NMOS晶体管N18 ;所述第三反相器INV3的输入端和第一数字缓冲器TRl的输入端连接在一起后连接外部时钟信号CLKIN,第三反相器INV3的输出端连接第五反相器INV5的输入端,第一数字缓冲器TRl的输出端连接第四反相器INV4的输入端,第四反相器INV4的输出端产生第一内部时钟信号CLK-,第五反相器INV5的输出端产生第二内部时钟信号CLK+,第一内部时钟信号CLK-连接到第十六NMOS晶体管N16的源极和漏极,第二内部时钟信号CLK+连接到第十七NMOS晶体管N17的源极和漏极,第三反相器INV3、第四反相器INV4、第五反相器INV5和第一数字缓冲器TRl均为CMOS逻辑电路并且供电电压都为Vcc,因此,第一内部时钟信号CLK-和第二内部时钟信号CLK+的高电平都为Vcc,低电平都为地。由连接关系可知,第一内部时钟信号CLK-和第二内部时钟信号CLK+是互为反相的时钟信号,即当第一内部时钟信号CLK-为高电平时,第二内部时钟信号CLK+为低电平,反之亦然。第一数字缓冲器TRl的作用是保证外部时钟信号CLKIN到第一内部时钟信号CLK-和第二内部时钟信号CLK+的延迟相等,即保证第一内部时钟信号CLK-和第二内部时钟信号CLK+同时翻转。第十六NMOS晶体管N16的栅极连接第十四NMOS晶体管N14的源极,第十七NMOS晶体管N17的栅极连接第十五NMOS晶体管N15的源极,第十四NMOS晶体管N14和第十五NMOS晶体管N15为一对交叉耦合的NMOS晶体管,即第十四NMOS晶体管N14的源极连接第十五NMOS晶体管N15的栅极,第十五NMOS晶体管N15的源极连接第十四NMOS晶体管N14的栅极,第十四NMOS晶体管N14和第十五NMOS晶体管N15的漏极连接在一起后接外部直流供电电压Vcc,在第十六NMOS晶体管N16的栅极产生第一高压脉冲信号HPl连接到第十三PMOS晶体管P13的漏极,在第十七NMOS晶体管N17的栅极产生第二高压脉冲信号HP2连接到第十四PMOS晶体管P14的漏极,第十三PMOS晶体管P13和第十四PMOS晶体管P14为一对交叉耦合的PMOS晶体管,即第十三PMOS晶体管P13的栅极连接第十四PMOS晶体管P14的漏极,第十四PMOS晶体管P14的栅极连接第十三PMOS晶体管P13的漏极,第十三PMOS晶体管P13和第十四PMOS晶体管P14的源极连接在一起后连接第十八NMOS晶体管N18的栅极并输出直流高压信号HV,第十八NMOS晶体管N18的源极和漏极连接在一起后接外部直流供电电压Vcc。该实施例中高压脉冲电压产生电路和脉冲转直流电路的工作原理与图5类似,在此不再赘述。图7所示实施例线路相对于图5所示实施例线路的优点在于:只采用MOS晶体管,没有采用其它元件;结合图3和图4,可以发现在本实施例电路中只采用了 MOS晶体管,这样线型模拟开关不仅可以由混合信号CMOS工艺制造,也可以由标准CMOS工艺制造,工艺选择更灵活。
[0070]当然,本发明提供的低压低功耗线型模拟开关中,所述主开关晶体管Tl也可以采用PMOS晶体管,相应地,源极跟随器电路F、功率晶体管T2、第一偏置电路B1、第二偏置电路B2、第一控制电路L1、第二控制电路L2、直流高压产生电路H和内部开关信号产生电路K都相应地做一定地修改,而对于这样的修改,本领域技术人员可以在前述实施例的基础上不做出任何创造性劳动就可以实现。
[0071]以上仅为本发明的实施方式,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构,直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理在本发明的专利保护范围之内。
【主权项】
1.一种低压低功耗线型模拟开关,其特征在于,包括主开关晶体管、源极跟随器电路、功率晶体管、第一偏置电路、第二偏置电路、第一控制电路、第二控制电路、直流高压产生电路和内部开关信号产生电路;其中, 所述主开关晶体管为一 NMOS管,其源极同时连接输入信号和源极跟随器电路的输入端,漏极连接输出信号,栅极同时连接源极跟随器电路的输出端和第一控制电路的输出端,且在线型模拟开关的断开态,第一控制电路将主开关晶体管的栅极拉到地电位; 所述直流高压产生电路的输入端连接外部直流供电电压Vcc,输出端将产生的直流高压作为电源分别供给第二偏置电路、第二控制电路和功率晶体管,且在线型模拟开关的导通态,第二控制电路发送一个信号开启功率晶体管,直流高压产生电路产生的直流高压被功率晶体管驱动后作为电源分别供给第一偏置电路、源极跟随器电路和第一控制电路; 所述第一偏
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