电压切换电路及切换方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种电压切换电路及切换方法。

背景技术：

如图1所示，为现有的电压切换电路结构，包含：并联的两条支路；其中一条支路包含：第一输入端in1，第一pmos管pm1、第二pmos管pm2、第一nmos管nm1、第二nmos管nm2，其中第一pmos管pm1源极连接第一输入端in1，栅极接地，第二pmos管pm2源极连接第一pmos管pm1的漏极，栅极连接栅极驱动电压bspb，漏极连接输出端out，第一nmos管nm1源极连接第一输入端in1，栅极连接栅极驱动电压bxn，第二nmos管nm2源极连接第一nmos管nm1漏极，栅极连接栅极驱动电压bsn，漏极连接输出端out。另一条支路包含：第二输入端in2、第三nmos管nm3、第四nmos管nm4，其中第三nmos管nm3源极连接第二输入端in2，栅极连接栅极驱动电压bdn，第四nmos管nm4源极连接第三nmos管nm3漏极，栅极连接栅极驱动电压bxn，漏极连接输出端out。

表1现有电路的工作模式

如表1所示，为现有电压切换电路两种工作模式的一种实例。

模式1：pm1栅极加0v，pm2栅极加0v，nm1栅极加1.2v，nm2栅极加1.2v，此时pm1、nm2、nm1、nm2处于导通状态，输入in1到输出out的通路打开。nm3栅极加-3v，nm4栅极加1.2v，nm3处于关断状态，输入in2到输出out的通路关断。此时in2外加电压为0v，in1外加电压范围为-3v～4v，in1外加电压传输到out，因此输出out电压为-3v～4v。

模式2：pm1栅极加0v，pm2栅极加4v，nm1栅极加1.2v，nm2栅极加0v，此时pm2和nm2处于关断状态，输入in1到输出out的通路关断。nm3和nm4栅极加1.2v，处于导通状态，输入in2到输出out的通路打开。此时in2外加电压为0v，in1外加电压范围为0v～4v，in2外加电压传输到out，因此输出out电压为0v。

现有电路的主要问题是模式2下输入in1和in2不支持负压输入。模式2时，in2加入负压(例如-3v)，out也为-3v，此时pm2栅极为4v，漏极为-3v，这个电压差较大，如果超过pmos器件的击穿电压，会引起器件损坏。此外nm1栅极加1.2v，nm2栅极加0v，out为-3v时，nm1和nm2导通，in1到out会通过nm1和nm3连通，引起in1到out的漏电。

对于模式2下in1到out的漏电，可以将nm2的栅极电压改为-3v解决，但是仍然不能解决pm2栅极和漏极电压差较大的问题。

技术实现要素：

本发明提供一种电压切换电路及切换方法，对现有的电压切换电路做了优化，输入端可输入负压。

为实现上述目的，本发明提供一种电压切换电路，其特点是，该电路包含：并联的第一电路和第二电路；

第一电路包含：

第一输入端；

第一pmos管，其源极连接第一输入端，栅极接地；

第二pmos管，其源极连接第一pmos管的漏极，栅极连接控制第二pmos管导通或关断的第一栅极驱动电压；

第三pmos管，其源极连接第二pmos管的漏极，栅极接地，漏极连接输出端；

第一nmos管，其源极连接第一输入端，栅极连接控制第一nmos管导通或关断的第二栅极驱动电压；

第二nmos管，其源极连接第一nmos管漏极，栅极连接控制第二nmos管导通或关断的第三栅极驱动电压，漏极连接输出端；

第二电路包含：

第二输入端；

第三nmos管，其源极连接第二输入端，栅极连接控制第三nmos管导通或关断的第四栅极驱动电压；

第四nmos管，其源极连接第三nmos管漏极，栅极连接控第四nmos管导通或关断的第五栅极驱动电压，漏极连接输出端。

上述第一输入端输入电压范围为-3v至4v。

上述第二输入端输入电压范围为-3v至0v。

上述第一栅极驱动电压驱动第二pmos管导通的电压取值为比第一输入端输入电压低一个pmos管的阈值电压；驱动第二pmos管关断的电压取值为大于等于第一输入电压。

上述第二栅极驱动电压驱动第一nmos管导通的电压取值为比第一输入电压高一个nmos的阈值电压；驱动第一nmos管关断的电压取值为小于等于第一输入电压。

上述第三栅极驱动电压驱动第二nmos管导通的电压取值为比第一输入电压高一个nmos阈值；驱动第二nmos管关断的电压取值为小于等于第一输入电压，且小于或等于输出电压。

上述第四栅极驱动电压驱动第三nmos管导通的电压取值为比第二输入电压高一个nmos阈值；驱动第三nmos管关断的电压取值为小于等于第二输入电压。

上述第五栅极驱动电压驱动第四nmos管导通的电压取值为比第二输入电压高一个nmos阈值；驱动第四nmos管关断的电压取值为小于等于第二输入电压，且小于等于输出电压。

一种上述电压切换电路的切换方法，其特点是，包含：

当第一pmos管、第二pmos管、第三pmos管、第一nmos管、，第二nmos管处于导通状态，第一输入端到输出端的通路打开；第三nmos管关断、第四nmos管导通，第二输入端到输出端的通路关断；输出端输出第一输入端的电压；

当第一pmos管导通，第二pmos管关断，第三pmos管导通、第一nmos管关断，第二nmos管关断，第一输入端到输出端的通路关断；第三nmos管、第四nmos管处于导通状态，第二输入端到输出端的通路打开；输出端输出第二输入端的电压。

上述第二pmos管的栅极接电压取值为比第一输入端输入电压低一个pmos管阈值电压的第一栅极驱动电压时导通；

上述第一nmos管的栅极接电压取值为比第一输入电压高一个nmos阈值电压的第二栅极驱动电压时导通；

上述第二nmos管的栅极接电压取值为比第一输入电压高一个nmos阈值电压的第三栅极驱动电压时导通；

上述第三nmos管的栅极接电压取值为比第二输入电压高一个nmos阈值的第四栅极驱动电压时导通；

上述第四nmos管的栅极接电压取值为比第二输入电压高一个nmos阈值的第五栅极驱动电压时导通。

上述第二pmos管接电压取值为大于等于第一输入电压的第一栅极驱动电压时关断；

上述第一nmos管接电压取值为小于等于第一输入电压的第二栅极驱动电压时关断；

上述第二nmos管接电压取值为小于等于第一输入电压、且小于或等于输出电压的第三栅极驱动电压时关断；

上述第三nmos管接电压取值为小于等于第二输入电压的第四栅极驱动电压时关断；

上述第四nmos管接电压取值为小于等于第二输入电压、且小于等于输出电压的第五栅极驱动电压时关断。

本发明电压切换电路及切换方法和现有技术相比，其优点在于，对现有的电压切换电路做了优化，增加了第三pmos管，使输入端可输入负压，且使得输出端能保持正常输出输入端的电压，且无器件击穿问题。

附图说明

图1为现有技术电压切换电路原理图；

图2为本发明电压切换电路的原理图。

具体实施方式

以下结合附图，进一步说明本发明的具体实施例。

如图2所示，为本发明电压切换电路的一种实施例。该电路包含：并联的第一电路和第二电路。

第一电路包含：第一输入端in1，第一pmos管pm1、第二pmos管pm2、第三pmos管pm3、第一nmos管nm1、第二nmos管nm2。

其中，第一pmos管pm1源极连接第一输入端in1，栅极接地gnd，第二pmos管pm2源极连接第一pmos管pm1的漏极，栅极连接第一栅极驱动电压bspb，第三pmos管pm3源极连接第二pmos管pm2的漏极，栅极接地gnd，漏极连接输出端out。

第一nmos管nm1源极连接第一输入端in1，栅极连接第二栅极驱动电压bxn，第二nmos管nm2源极连接第一nmos管nm1漏极，栅极连接第三栅极驱动电压bsn，漏极连接输出端out。

第二电路包含：第二输入端in2、第三nmos管nm3、第四nmos管nm4。

其中，第三nmos管nm3源极连接第二输入端in2，栅极连接第四栅极驱动电压bdn，第四nmos管nm4源极连接第三nmos管nm3漏极，栅极连接第五栅极驱动电压hven，漏极连接输出端out。

其中，第一输入端in1输入电压范围为-3v至4v。

上述第二输入端in2输入电压范围为-3v至0v。

上述第一栅极驱动电压bspb驱动第二pmos管pm2导通的电压取值为比第一输入端in1输入电压低一个pmos管的阈值电压，本实施例中一个pmos管的阈值电压为是0.7v左右。

驱动第二pmos管pm2关断的电压取值为大于等于第一输入电压。本实施例中第一栅极驱动电压bspb取0v使第二pmos管pm2导通，取4v使第二pmos管pm2关断。

第二栅极驱动电压bxn驱动第一nmos管nm1导通的电压取值为比第一输入电压高一个nmos的阈值电压，本实施例中一个nmos的阈值电压一般是0.7v左右。所以第二栅极驱动电压bxn取值可如下实施例：第一输入电压为-4v，第一nmos管nm1导通电压取值最低是-3.3v；若第一输入电压0v，则第一nmos管nm1导通电压取值最低是0.7v。本实施例中，第二栅极驱动电压bxn驱动第一nmos管nm1导通的电压取1.2v。

而第二栅极驱动电压bxn驱动第一nmos管nm1关断的电压取值为小于等于第一输入电压。

第三栅极驱动电压bsn驱动第二nmos管nm2导通的电压取值为比第一输入电压高一个nmos阈值，本实施例中一个nmos的阈值电压一般是0.7v左右。本实施例中，第三栅极驱动电压bsn取1.2v使第二nmos管nm2导通。

第三栅极驱动电压bsn驱动第二nmos管nm2关断的电压取值为小于等于第一输入电压，且小于或等于输出电压。本实施例中，第三栅极驱动电压bsn取-3v使第二nmos管nm2关断。

第四栅极驱动电压bdn驱动第三nmos管nm3导通的电压取值为比第二输入电压高一个nmos阈值，本实施例中一个nmos的阈值电压一般是0.7v左右。本实施例中，第四栅极驱动电压bdn取1.2v驱动第三nmos管nm3导通。

第四栅极驱动电压bdn驱动第三nmos管nm3关断的电压取值为小于等于第二输入电压。本实施例中，第四栅极驱动电压bdn取-3v使第三nmos管nm3关断。

第五栅极驱动电压hven驱动第四nmos管nm4导通的电压取值为比第二输入电压高一个nmos阈值；本实施例中一个nmos的阈值电压一般是0.7v左右。本实施例中，第五栅极驱动电压hven取1.2v使第四nmos管nm4导通。

第五栅极驱动电压hven驱动第四nmos管nm4关断的电压取值为小于等于第二输入电压，且小于等于输出电压。

表2本发明电压切换电路的工作模式

如表2所示，为本发明电压切换电路的切换方法，其包含两种工作模式具体包含：

模式1：

第一pmos管pm1栅极加0v、第二pmos管pm2栅极加0v、第三pmos管pm3的栅极加0v、第一nmos管nm1栅极加1.2v、第二nmos管nm2栅极加1.2v，此时第一pmos管pm1、第二pmos管pm2、第三pmos管pm3、第一nmos管nm1、第二nmos管nm2处于导通状态，第一输入端in1到输出端out的通路打开。

第三nmos管nm3栅极加-3v，第四nmos管nm4栅极加1.2v，第三nmos管nm3处于关断状态，第二输入端in2到输出端out的通路关断。

此时第二输入端in2外加电压为-3v～0v，第一输入端in1外加电压范围为-3v～4v，第一输入端in1外加电压传输到输出端out，因此输出输出端out电压为-3v～4v。

模式2：

第一pmos管pm1栅极加0v，第二pmos管pm2栅极加4v，第三pmos管pm3栅极加0v，第一nmos管nm1栅极加0v，第二nmos管nm2栅极加-3v，此时第二pmos管pm2和第二nmos管nm2处于关断状态，第一输入端in1到输出端out的通路关断。

第三nmos管nm3的栅极加1.2v，第四nmos管nm4的栅极加1.2v，处于导通状态，第二输入端in2到输出端out的通路打开。

此时第二输入端in2外加电压范围为-3v～0v，第一输入端in1外加电压范围为-3v～4v，第二输入端in2外加电压传输到out，因此输出端out电压为-3v～0v。

因为第三pmos管pm3栅极为0v，漏极为-3v～0v，因此第三pmos管pm3处于关断状态，输出端out的-3v电压不能传输到第二pmos管pm2的漏极，第二pmos管pm2栅极和漏极之间的压差不会过大，避免了第二pmos管pm2电压击穿问题，并且第一输入端in1和第二输入端in2都可以输入负压。

具体的，上述第二pmos管的栅极接电压取值为比第一输入端输入电压低一个pmos管阈值电压的第一栅极驱动电压时导通。

上述第一nmos管的栅极接电压取值为比第一输入电压高一个nmos阈值电压的第二栅极驱动电压时导通。

上述第二nmos管的栅极接电压取值为比第一输入电压高一个nmos阈值电压的第三栅极驱动电压时导通。

上述第三nmos管的栅极接电压取值为比第二输入电压高一个nmos阈值的第四栅极驱动电压时导通。

上述第四nmos管的栅极接电压取值为比第二输入电压高一个nmos阈值的第五栅极驱动电压时导通。

上述第二pmos管接电压取值为大于等于第一输入电压的第一栅极驱动电压时关断。

上述第一nmos管接电压取值为小于等于第一输入电压的第二栅极驱动电压时关断。

上述第二nmos管接电压取值为小于等于第一输入电压、且小于或等于输出电压的第三栅极驱动电压时关断。

上述第三nmos管接电压取值为小于等于第二输入电压的第四栅极驱动电压时关断。

上述第四nmos管接电压取值为小于等于第二输入电压、且小于等于输出电压的第五栅极驱动电压时关断。

本发明修改了第一输入端in1到输出端out的支路，加入了第三pmos管pm3，并且修改了模式2中nm1和nm2的栅极电压，可以支持输入in1和in2施加负压，且无器件击穿问题。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。