一种具有冷备份功能的低导通电阻高平坦度CMOS开关电路的制作方法

本发明涉及一种具有冷备份功能的低导通电阻高平坦度cmos开关电路，属于集成电子。

背景技术：

1、cmos开关作为信号传输系统的重要组成部分，其输入输出端口通常通过总线连接到其他器件或芯片。在电路或者系统出现异常导致电源关闭或断开时，一般cmos开关会将输入信号电压传输到电源，也会将输入信号通过总线传输到系统的其他部分，从而导致系统功能异常。

2、随着电路系统复杂度的提高，对系统可靠性提出了更高的要求。cmos开关作为信号传递的关键芯片，在出现电源关闭和或者断开等异常情况时，应阻断信号的传输，阻断输入信号到电源和地的通路，从而提升系统的可靠性。

技术实现思路

1、本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种具有冷备份功能的低导通电阻高平坦度cmos开关电路，在出现电源关闭和或者断开等异常情况时，应阻断信号的传输，阻断输入信号到电源和地的通路，从而提升系统的可靠性。

2、本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

3、一种具有冷备份功能的低导通电阻高平坦度cmos开关电路，包括：

4、cmos开关模块，包括nmos晶体管mn1和pmos晶体管mp1，在电源接通时，在控制信号的作用下实现通道的导通和关断，用于信号的传输；

5、衬底电位控制模块，在电源接通时，实现对cmos开关模块中开关管衬底电位的控制；当cmos开关模块导通时，所述nmos晶体管mn1和pmos晶体管mp1衬底电位跟随输入，降低导通电阻，提高导通电阻平坦度；当cmos开关模块关断时，nmos晶体管mn1衬底电位为gnd，pmos晶体管mp1衬底电位为vdd，减小cmos开关模块的通道关断漏电流；

6、开关控制模块，在电源接通时，实现cmos开关模块在控制信号激励下正常工作，在电源断开后，用于为cmos开关模块的nmos晶体管mn1和pmos晶体管mp1栅极和衬底提供偏置电压，实现cmos开关模块的关断，输出为高阻。

7、在上述具有冷备份功能的低导通电阻高平坦度cmos开关电路中，所述nmos晶体管mn1为深n阱隔离管，栅极接控制信号v1，漏极和源极分别为cmos开关电路的输入端a和输出端b，衬底接v4；

8、所述pmos晶体管mp1的栅极接控制信号v3，源极和漏极分别接cmos开关的输入端a和输出端b，衬底接v5。

9、在上述具有冷备份功能的低导通电阻高平坦度cmos开关电路中，所述栅极接控制信号v3，在电路正常工作时满足：

10、在上述具有冷备份功能的低导通电阻高平坦度cmos开关电路中，所述衬底电位控制模块包括nmos晶体管mn2、mn3、mn4，pmos晶体管mp2；其中：

11、nmos晶体管mn2、mn3的栅极接控制信号v1，nmos晶体管mn4的漏极、mn2的源极、mn3的漏极接v4，mn4的源极接地gnd，mn2、mn3、mn4的衬底接地，mn2的漏极和mn3的源极分别为cmos开关模块的输入端a和输出端b，mn4的栅极接v2；

12、pmos晶体管mp2的源极接控制信号v3，mp2的漏极接v5，mp2的栅极接v1，mp2的衬底接v6，d3正极接电源vdd。

13、在上述具有冷备份功能的低导通电阻高平坦度cmos开关电路中，所述源极接控制信号v3，在电路正常工作时满足：

14、在上述具有冷备份功能的低导通电阻高平坦度cmos开关电路中，所述开关控制模块包括nmos晶体管mn5、mn6、mn7，pmos晶体管mp3、mp4、mp5、mp6、mp7，二极管d1、d2、d3，反相器inv，缓冲器buf；其中：

15、二极管d3的正极、pmos晶体管mp6和mp7的栅极、nmos晶体管mn7的栅极接电源vdd，二极管d3的负极、mp6的源极、mp6的衬底接v6，mp6的漏极、mp7的源极、mp7的衬底接v3，mp7的漏极、mn7的漏极接v7，mn7的源极接地gnd；

16、缓冲器buf1的输入直接接控制信号或经多级反相器后接控制信号ctrl，buf1的输出接反相器inv1的输入v1，inv1的输出为v2；

17、nmos晶体管mn5的栅极接v7，mn5的漏极接v4，mn5的源极与衬底接地gnd；

18、nmos晶体管mn6的漏极、pmos晶体管mp3的源极、inv1的输出接v2，mn6的源极、mp3的漏极接v3，mp3的栅极接v7，mp3的衬底接v6，mn6的栅极接电源vdd，mn6的衬底接地gnd；

19、pmos晶体管mp4、mp5的栅极接电源vdd，mp4、mp5的衬底接v6，mp4、mp5的源极分别接输入端a和输出端b，mp4的漏极接二极管d1的正极，mp5的漏极接二极管d2的正极，d1、d2的负极接v3。

20、在上述具有冷备份功能的低导通电阻高平坦度cmos开关电路中，所述开关控制模块中pmos晶体管mp4和mp5可替换为nmos晶体管mn8和mn9；其中：

21、mn8的栅极接v7，漏极接输入端a，源极接二极管d1的正极，衬底接地；mn9的栅极接v7，漏极接输出端b，源极接二极管d2的正极，衬底接地。

22、在上述具有冷备份功能的低导通电阻高平坦度cmos开关电路中，在电路工作的电压范围内，二极管d1和d2的正向导通压降vdio小于pmos晶体管mp1的阈值电压|vth|。

23、在上述具有冷备份功能的低导通电阻高平坦度cmos开关电路中，所述cmos开关模块为对称结构，输入端与输出端可以互换。

24、本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：

25、(1)、本发明cmos开关电路包括cmos开关模块、衬底电位控制模块和开关控制模块，该开关电路通过对各模块的电路设计，具有在电源断开后输出为高阻，不存在输入端口对电源、地或后级电路的漏电通路。

26、(2)、本发明cmos开关电路的开关管采用衬底电压跟随输入电压的结构，减小了开关管|vbs|的电压，使开关管阈值电压降低，cmos开关导通时，通道导通电阻小且导通电阻平坦度高；本发明在cmos开关的基础上增加断电防护功能，在电源电压断开时，输入电压无到电源、地和输出的通路，不会对系统的其他电路和器件造成损伤，提高了系统的可靠性。

技术特征：

1.一种具有冷备份功能的低导通电阻高平坦度cmos开关电路，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的具有冷备份功能的低导通电阻高平坦度cmos开关电路，其特征在于，所述nmos晶体管mn1为深n阱隔离管，栅极接控制信号v1，漏极和源极分别为cmos开关电路的输入端a和输出端b，衬底接v4；

3.根据权利要求2所述的具有冷备份功能的低导通电阻高平坦度cmos开关电路，其特征在于，所述栅极接控制信号v3，在电路正常工作时满足：

4.根据权利要求1所述的具有冷备份功能的低导通电阻高平坦度cmos开关电路，其特征在于，所述衬底电位控制模块包括nmos晶体管mn2、mn3、mn4，pmos晶体管mp2；其中：

5.根据权利要求4所述的具有冷备份功能的低导通电阻高平坦度cmos开关电路，其特征在于，所述源极接控制信号v3，在电路正常工作时满足：

6.根据权利要求1所述的具有冷备份功能的低导通电阻高平坦度cmos开关电路，其特征在于，所述开关控制模块包括nmos晶体管mn5、mn6、mn7，pmos晶体管mp3、mp4、mp5、mp6、mp7，二极管d1、d2、d3，反相器inv，缓冲器buf；其中：

7.根据权利要求1所述的具有冷备份功能的低导通电阻高平坦度cmos开关电路，其特征在于，所述开关控制模块中pmos晶体管mp4和mp5可替换为nmos晶体管mn8和mn9；其中：

8.根据权利要求1所述的具有冷备份功能的低导通电阻高平坦度cmos开关电路，其特征在于，在电路工作的电压范围内，二极管d1和d2的正向导通压降vdio小于pmos晶体管mp1的阈值电压|vth|。

9.根据权利要求1所述的具有冷备份功能的低导通电阻高平坦度cmos开关电路，其特征在于，所述cmos开关模块为对称结构，输入端与输出端可以互换。

技术总结
本发明一种具有冷备份功能的低导通电阻高平坦度CMOS开关电路，该CMOS开关电路包括CMOS开关模块、衬底电位控制模块和开关控制模块，该开关电路通过对各模块的电路设计，具有在电源断开后输出为高阻，不存在输入端口对电源、地或后级电路的漏电通路；本发明CMOS开关电路的开关管采用衬底电压跟随输入电压的结构，减小了开关管|VBS|的电压，使开关管阈值电压降低，CMOS开关导通时，通道导通电阻小且导通电阻平坦度高；本发明在CMOS开关的基础上增加断电防护功能，在电源电压断开时，输入电压无到电源、地和输出的通路，不会对系统的其他电路和器件造成损伤，提高了系统的可靠性。

技术研发人员：贾兰超,初飞,王瑛,彭领,孔瀛,宁静怡,陈俞岐,张雪梓,曲绍贤
受保护的技术使用者：北京时代民芯科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16