用于音频接地电路的保护电路和方法
【技术领域】
[0001]本发明大体上涉及电子电路，且特定来说，涉及用于音频接地电路的保护电路和方法。
【背景技术】
[0002]音频接地开关可包含耗尽模式MOS晶体管以防止电荷的积累。当将头戴式耳机插入到产生音频信号的装置的音频信号插孔中时，此积累电荷可引起放电和相关联的滴答声/爆音。此积累电荷的放电发生的原因是音频接地开关和其连接电路具有受到静电荷的积累的影响的寄生电容、电感和电阻。此积累电荷可类似于常见的静电放电(ESD)那样放电。例如，在音频接地开关电路中，当将头戴式耳机连接到音频接地开关的连接电路时，此积累电荷可静电放电到接地。通过头戴式耳机扬声器电阻的所得电流可引起此类滴答声/爆
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[0003]参考图1，常规音频接地开关电路I在集成电路芯片中实施，所述集成电路芯片包含耦合在正供应电压Vdd与系统接地之间的常规电荷栗2。电荷栗2在导体3上产生输出电压VCP。电荷栗2包含常规内部电路，所述常规内部电路在Vdd下降到低于欠电压(锁定阈值)电压的情况下将Vep放电到零伏特。电荷栗输出电压Vep通过导体3连接到P沟道MOS (金属氧化物半导体)耗尽模式场效应晶体管MPl和ΜΡ2的栅电极，耗尽模式场效应晶体管MPl和ΜΡ2在Vep处在零伏特时通常处在其导电接通状态中。当Vdd处在正常电平(例如，3.3伏特)时，则电荷栗输出电压Vep处在升高电平(例如，7伏特处)。耗尽模式接地开关晶体管MPl的源极连接到具有音频信息信号电压Vtwi的导体6-1，并且耗尽模式接地开关晶体管ΜΡ2的源极连接到具有音频信息信号电压Vi3ut2的导体6-2。耗尽模式晶体管MPl和ΜΡ2的源电极限于足够低的电压，使得其(结合升高电荷栗电压Vep)产生足够大的栅极到源极反向偏置电压Vss，以将耗尽模式晶体管MPl和MP2的状态从其操作导电区改变到其截止区。
[0004]图2更详细展示针对当Vdd等于零时的情况的与耗尽模式晶体管MPl相关联的连接和信号。耗尽模式晶体管MPl具有形成在耗尽模式晶体管MPl的η型阱区4中的P型源极区和漏极区。P型源极和η型阱区形成相关联的寄生二极管Dl (其具有大量寄生电容)，并且耗尽模式晶体管MPl的P型漏极和η型阱区4形成相关联的寄生二极管D2 (其也具有大量寄生电容)。还参考图5，η型阱区4形成在P型衬底上，并且其一起形成相关联的寄生衬底二极管D3。如果MPl在其高阻抗关断状态中断开，那么导体6-1上的大负电压将正向偏置衬底二极管D3-1，除非MPl是导电的且因此作为接地开关而操作。如果MPl处在其导电接通状态中，那么音频信号不可能存在，这是因为音频信号将不跨MPl的接地电阻器Rl-1和低沟道电阻(例如在0.1 Ω与1.0 Ω之间)的并联组合而产生。
[0005]相对大振幅的音频信号(例如具有±2.63伏特的范围)可由常规编码解码器(编码器-解码器)11中的音频放大器8在导体7上产生。所述音频信号跨电阻性分压器耦合，所述电阻性分压器包含:耦合在音频放大器8的输出7与Vtwi导体6-1之间的(头戴式耳机13)的16 Ω的头戴式耳机电阻R2 ;以及耦合在Vl3un导体6_1与接地之间的7 Ω接地电阻器R1。音频放大器8也以接地作为参考。音频工程师有时将接地电阻器(例如Rl)与系统接地串联连接以减少或消除所谓的接地噪声。由音频放大器8产生的下分频输出信号作为Vtwi出现在导体6-1上，并且将在图2的耗尽模式晶体管MPl关断而非接通的情况下具有±0.8伏特的范围。然而，图2的耗尽模式晶体管MPl处在其接通状态中，所以其非常低的沟道电阻与接地电阻器Rl并联且致使Vtwi实质上等于零。当耗尽模式场效应晶体管MPl处在其导电或接通状态中时，音频信号通常不存在。导体6-1上的信号可用于在音频编码解码器11中提供内部补偿。
[0006]图3展示与图2相同的结构，区别仅在于Vdd不等于零。相反，Vdd具有充分大的值以致使电荷栗输出电压Vff约为+7伏特，所以耗尽模式晶体管MPl的栅极到源极电压(Vtis)的量值充分高以将耗尽模式晶体管MPl完全关断地切换到其高阻抗状态中。在这种情况下，放大器输出导体7上的音频信号通常存在，所以Vtwi的全±0.8伏特输出值由导体7上的音频放大器输出电压的分压(来自头戴式耳机电阻R2和接地电阻Rl)在导体6-1上产生。图2和3的耗尽模式晶体管MPl的电路可用于图1的耗尽模式晶体管MP2。
[0007]当未将电力施加到电荷栗2 (例如，当Vdd= O时)，图1到3的常规接地开关集成电路提供与接地电阻器Rl并联的非常低的电阻，并且每当将足够的Vdd电力施加到电荷栗2时，图1到3的接地开关集成电路也将耗尽模式晶体管MPl关断，使得可在导体6-1上产生音频信息'㈣并将其施加到音频编码解码器11的接地感测输入供处理。
[0008]η型阱4与Vl3un导体6_1的直接连接防止了当V为正时寄生二极管Dl (包含耗尽模式晶体管MPl的P型源极与η型阱区4之间的PN结)的正向偏置。遗憾的是，如果将耗尽模式晶体管MPl切换到其高阻抗关断状态，那么导体6-1上的AC信号Vl3un的-0.8伏特部分可致使寄生二极管D2和D3变成正向偏置，这将大量失真引入到系统音频信号Vquti中。
[0009]如果在耗尽模式晶体管MPl关断时将扬声器或头戴式耳机13插入到个人计算机(或类似装置)的头戴式穿孔中，并且如果在非音频事件期间(例如当未提供所要音频信号时)将音量开大到其最大等级，那么可从由电阻器R2表示的头戴式耳机扬声器电阻听到恼人的音频频率接地噪声信号(例如，音频频率嗡嗡声)。接地路径中的7Ω的降噪电阻器Rl和头戴式耳机电阻R2 —起充当分压器，其减小了 Vl3un的最大负电压摆幅的量值(在此实例中为-0.8伏特)以防止耗尽模式晶体管MPl的衬底二极管D3 (由P型源极形成)和二极管D2(由η型阱区4形成)的正向偏置。7Ω的接地电阻器Rl减少了此非音频事件期间的音频嗡嗡声振幅。Rl接地感测电阻器将接地感测输入信号提供到编码解码器11。此接地感测输入信号用于消除接地信号的噪声。此功能导致+/-0.8伏特的相对大量值的信号出现在Vquti导体6-1上。
[0010]通常，当未将Vdd电力施加到电荷栗2时，在与接地导体和/或音频信号导体6-1相关联的寄生电容上发生一些电荷积聚。当音频信号电压Vl3un存在于导体6-1上且被施加到图1到3的耗尽模式接地开关晶体管MPl的漏极时，则导体6-1上的值为-0.8伏特的Vquti出现在衬底二极管D3的阴极上，由此正向偏置衬底二极管D3且引起V QUT1中的大量失真。为帮助防止通过头戴式耳机电阻R2的突然放电并由此帮助防止恼人的滴答声/爆音(其可由将头戴式耳机13插入到头戴式耳机插孔中以接收音频信号Vi3uti引起)，耗尽模式晶体管MPl (处在其接通状态中)防止静电荷积聚并抑制或减缓当插入头戴式耳机13时所积累的静电荷的放电。
【发明内容】
[0011]在所描述的实例中，电荷栗通过第一参考电压供电且在控制导体上产控制电压信号。接地开关电路包含耗尽模式晶体管，所述耗尽模式晶体管具有阱区、耦合到输出导体的源极、经耦合以接收控制电压信号的栅极和耦合到第二参考电压的漏极。保护电路包含第一和第二耗尽模式保护晶体管，其具有耦合到控制电压信号的相应栅极且具有彼此耦合的相应源极。第一耗尽模式保护晶体管具有耦合到阱区的漏极，并且第二耗尽模式保护晶体管具有耦合到输出导体上的输出信号的漏极。
【附图说明】
[0012]图1是常规首频接地开关电路的不意图。
[0013]图2是针对当晶体管MPl处在其接通状态中时的情况的与图1的耗尽模式场效应晶体管MPl相关联的寄生二极管以及耦合到晶体管MPl的漏极的电阻性分压器的示意图。
[0014]图3是针对当将足够的供应电压施加到电荷栗以致使其关断耗尽模式场效应晶体管MPl时的情况的图2的电路的示意图。
[0015]图4是实例实施例的音频接地开关电路的示意图。
[0016]图5是图4的P型耗尽模式晶体管MPl的集成电路截面图，其展示源极区和漏极区、η型阱区、P型衬底以及相关联寄生二极管。
【具体实施方式】
[0017]参考图4，接地开关电路15包含电路17-1，电路17-1用于:(a)防止电荷积聚，并由此防止电荷积累在所有操作条件下在耗尽模式接地开关晶体管MPl和MP2中的后续放电，而不损害所要音频信号的质量；(b)防止电路15 (其接收音频信号)使音频信号Vtwi失真；以及(c)当将头戴式耳机插入到接收音频信号的插孔中时，防止原本可由在电路15中积累的电荷的放电引起的爆音。此外，电路15使得能够使用较高电阻接地电阻器而不引起由电路15接收的音频信号的失真。
[0018]在一个实施例中，自接地电路10(例如，AC信号电路)包含在输出导体6-1上传导输出信号V(jUT1 (例如，AC输出信号)的信号通道。电荷栗2由第一参考电压Vdd供电且在控制导体3上产生控制电压信号Vep。控制电压信号Vep在第一参考电压V