高电压开关电路.pdf

1、(10)申请公布号 CN 102437843 A (43)申请公布日 2012.05.02 C N 1 0 2 4 3 7 8 4 3 A *CN102437843A* (21)申请号 201110390716.3 (22)申请日 2011.11.30 H03K 17/687(2006.01) G05F 3/08(2006.01) (71)申请人中国科学院微电子研究所 地址 100029 北京市朝阳区北土城西路3号 (72)发明人龙爽 陈岚 陈巍巍 杨诗洋 刘金辰 (74)专利代理机构北京汉昊知识产权代理事务 所(普通合伙) 11370 代理人朱海波 (54) 发明名称 高电压开关电路 (57

2、) 摘要 本发明的实施例提供了一种高电压开关电 路，实现了输出电压可调节和开关两种功能，并且 电路的输出电压可以线性调节。该电路总体上包 括传输支路；开关管控制支路；以及电压设置支 路。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 CN 102437851 A 1/1页 2 1.一种高电压开关电路，其特征在于，包括： 传输支路，包含第一开关类型的第一开关管和第二开关类型的第二开关管，其中第一 开关管的输入端为所述高电压开关电路的输入，第一开关管的输出端连接到第二开关管的 输入端，第二开关管的输出为所述高电

3、压开关电路的输出； 开关管控制支路，包含第一电阻器、第二电阻器以及压控电流源，其中第一电阻器的一 端连接到第一开关管的输入端，其另一端连接到第二电阻器的一端，第二电阻器的另一端 连接到压控电流源的电流流入端，并且第一电阻器和第二电阻器的连接节点连接第一开关 管的控制端，第二电阻器和压控电流源的连接节点连接第二开关管的控制端；以及 电压设置支路，包含二极管特性元件，其功能上的正极连接到电源电压，其功能上的负 极连接到第一开关管的输出端。 2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：其中所述第一类型的第一开关管是PMOS 或者PNP型三极管，所述第二类型的第二开关管是NMOS或者NPN型三极管。 3

4、.根据权利要求1或2所述的电路，其特征在于：其中所述压控电流源的电流方向为 从电流流入端流向所述压控电流源的内部，并且当所述压控电流源的所述电流的幅度在零 到第一电流阈值之间时，所述第一开关管关闭，当电流幅度超过第一电流阈值时，所述第一 开关管开启，当电流幅度超过第二电流阈值时，所述高电压开关电路的输出电压随电流幅 度增加而线性下降。 4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：其中所述二极管特性元件为栅极与漏极 连接的NMOS管，二极管，或者基极与集电极连接的NPN三极管。 5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：其中所述压控电流源由两个串联连接的 NMOS构成，其中第一NMOS的源极连接到

5、第二NMOS的漏极，第一NMOS的栅极接偏置电压，第 二NMOS的源极接地，第二NMOS的栅极为压控电流源的控制电压输入端，第一NMOS的漏极 为压控电流源的电流流入端。 权 利 要 求 书CN 102437843 A CN 102437851 A 1/3页 3 高电压开关电路 技术领域 0001 本发明涉及集成电路领域，具体地说涉及一种带调节功能的高电压开关电路。 背景技术 0002 传统高压开关电路实现了高电压开关，其输出电压为一固定值，无法直接对其进 行调节。这导致在实际电路中需要加入额外的电平控制电路来调节开关电路的输出电平。 发明内容 0003 本发明主要目的是提供一种带调节功能的高

6、电压开关电路。 0004 在一个方面，本发明提供了一种高电压开关电路，包括： 0005 传输支路，包含第一开关类型的第一开关管和第二开关类型的第二开关管，其中 第一开关管的输入端为所述高电压开关电路的输入，第一开关管的输出端连接到第二开关 管的输入端，第二开关管的输出为所述高电压开关电路的输出； 0006 开关管控制支路，包含第一电阻器、第二电阻器以及压控电流源，其中第一电阻器 的一端连接到第一开关管的输入端，其另一端连接到第二电阻器的一端，第二电阻器的另 一端连接到压控电流源的电流流入端，并且第一电阻器和第二电阻器的连接节点连接第一 开关管的控制端，第二电阻器和压控电流源的连接节点连接第二开

7、关管的控制端；以及 0007 电压设置支路，包含二极管特性元件，其功能上的正极连接到电源电压，其功能上 的负极连接到第一开关管的输出端。 0008 本发明的实施例提供的高电压开关电路，实现了输出电压可调节和开关两种功 能，并且电路的输出电压可以线性调节。 附图说明 0009 通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它 特征、目的和优点将会变得更明显，其中： 0010 图1示例说明了根据本发明一个实施例的高电压开关电路。 0011 图2示例说明了当通过控制电压控制压控电流源的电流变化时，输出电压以及电 路中不同节点的电压变化。 0012 图3示例说明了根据本发明的一个

8、实施例的压控电流源的构成。 0013 附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。 具体实施方式 0014 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施 例作详细描述。 0015 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 说 明 书CN 102437843 A CN 102437851 A 2/3页 4 图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。 0016 下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简

9、 化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且 目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重 复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此 外，本发明提供了的各种特定的器件和电路连接的例子，但是本领域普通技术人员可以意 识到其他器件和电路连接的可应用于性。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例 绘制。本发明省略了对公知组件和电路的描述以避免不必要地限制本发明。 0017 参照图1和图3，本发明的实施例提供了一种高电压开关电路，包括： 0018 传输支路，包含第一开关类型的第一开关管PM

10、0和第二开关类型的第二开关管 NM1，其中第一开关管PM0的输入端为所述高电压开关电路的输入HVin，第一开关管PM0的 输出端A连接到第二开关管NM1的输入端，第二开关管NM1的输出端为所述高电压开关电 路的输出HVout； 0019 开关管控制支路，包含串联连接的第一电阻器R1、第二电阻器R2以及压控电流源 VCCS，其中第一电阻器R1的一端连接到第一开关管PM0的输入端，其另一端连接到第二电 阻器R2的一端，第二电阻器R2的另一端连接到压控电流源的电流流入端，并且第一电阻器 R1和第二电阻器R2的连接节点C连接第一开关管PM0的控制端，第二电阻器R2和压控电 流源VCCS的连接节点B连接

11、第二开关管NM1的控制端；以及 0020 电压设置支路，包含二极管特性元件NM0，其功能上的正极连接到电源电压VDD， 其功能上的负极连接到第一开关管PM0的输出端。 0021 在一个实施方式中，所述第一类型的第一开关管PM0是PMOS或者PNP型三极管， 所述第二类型的第二开关管NM1是NMOS或者NPN型三极管。 0022 在一个实施方式中，所述压控电流源VCCS的电流方向为从电流流入端流向压控 电流源VCCS的内部，并且当所述电流的幅度在零到第一电流阈值之间时，所述第一开关管 PM0关闭，当电流幅度超过第一电流阈值I1时，所述第一开关管PM0开启，当电流幅度超过 第二电流阈值I2时，所述

12、高电压开关电路的输出电压随电流幅度增加而线性下降。 0023 在一个实施方式中，所述二极管特性元件NM0为栅极与漏极连接的NMOS管，二极 管，或者基极与集电极连接的NPN三极管。 0024 在一个实施方式中，所述压控电流源VCCS由两个串联连接的NMOS(NM3和NM2)构 成，其中第一NMOS(NM3)的源极连接到第二NMOS(NM2)的漏极，第一NMOS(NM3)的栅极接偏 置电压Vbias，第二NMOS(NM2)的源极接地，第二NMOS(NM2)的栅极为压控电流源VCCS的控 制电压输入端Vctrl，第一NMOS(NM3)的漏极为压控电流源VCCS的电流流入端。 0025 下面具体描述

13、根据本发明实施例的带调节功能的高电压开关电路。本实施例的 高电压开关电路包括PMOS管PM0(文中也称为第一开关管，可由PNP型三极管替代)、钳位 NMOS管NM0(文中也称为二极管特性元件，可由NPN型三极管或者二极管替代)、电阻器R1 和R2、低阈值NMOS管NM1(文中也称为第二开关管，可由NPN型三极管替代)和压控电流源 VCCS。元件之间的连接关系详见发明图1。 0026 如图1所示，本电路由六个部分组成： 0027 PM0(可由PNP型三极管替代)的源端与输入HV in 相连接。当该管导通时，输入的 说 明 书CN 102437843 A CN 102437851 A 3/3页 5

14、 高电平信号可以无损耗传输到A点。 0028 NM0(可由NPN型三极管或者二极管替代)的栅端与漏端相连接，这种二极管连接 方式下的NM0(可由NPN型三极管或者二极管替代)对A点的电平进行置位(文中可能也将 NM0称为二极管特性元件，其相连接的栅端和漏端功能上相当于二极管的正极，文中称为功 能上的正极，其源极则相当于二极管的负极，文中称为功能上的负极)。 0029 NM1是一个低阈值器件，它将A点的高电平信号传输到输出端，而其栅端(即B点) 与VCCS的输出端相连接。 0030 压控电流源VCCS受V ctrl 信号控制。 0031 电阻器R1和R2是两个用来调节输出电压的电阻器。 0032

15、 电路的总体功能如图2所示。由V ctrl 控制VCCS产生的受控电流I；当电流I的值 为零或者很小时，PM0栅端的电压值和NM1的栅压值与输入端的电压近似相等，导致PM0不 导通、NM1导通，而A点的电位由NM0(可由NPN型三极管或者二极管替代)设置到V0，然后 再通过NM1传到输出端。当电流增大到I1时，它刚好使得PM0和NM1均导通，HV in 先通过 PM0(可由PNP型三极管替代)传输到A点，然后再通过NM1传输到输出端HV out 。当电流增 大从I1至I2时，输出端的电平从V0升高到最大值Vmax，电路完成了开启过程。此后，随 着电流I的继续增大，由于V thNM1 为NM1的

16、阈值电压，此值近乎为零，所以输出端电压值(即 HV out HV in -I(R1+R2)-V thNM1 )线性减小直至为零，进而实现了输出端电压的线性调节和 电路的关闭过程。 0033 如图3所示，在上述实施例中，图2中的压控电流源VCCS可由两个高压NMOS管 NM3(文中也称为第一NMOS)和NM2(文中也称为第二NMOS)组成。Vbias接一固定电平，如 电源电压VDD等；Vctrl为电流源的控制信号。 0034 对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在 不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论 从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权 利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有 变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此 外，显然“包括”一词不排除其他模块或步骤，单数不排除复数。 说 明 书CN 102437843 A CN 102437851 A 1/1页 6 图1 图2 图3 说 明 书 附 图CN 102437843 A