[發明專利]用于高速模擬開關的低漏動態雙向本體-捆綁方式

有效

• 申請號: 201110213085.8
• 申請日: 2011-07-20
• 公開（公告）號: CN102447457A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 穆罕默德·蘇海卜·侯賽因;雪克·瑪力卡勒強斯瓦密
• 申請（專利權）人: 萬國半導體(開曼)股份有限公司
• 主分類號: H03K17/687
• 分類號: H03K17/687
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 張靜潔;張妍

技術領域

本發明的實施例主要關于高速雙向模擬開關，更確切地說，是關于雙向本體捆綁開關。

背景技術

模擬開關可用于傳遞或阻止隨時間變化的電壓信號。開關元件可以是一個晶體管，例如類似于金屬-氧化物-半導體場效應管(MOSFET)的場效應管(FET)。開關上的控制輸入端通常是一個標準的互補型金屬-氧化物-半導體(CMOS)或晶體管-晶體管邏輯(TTL)輸入端，這種輸入端可以在一定的電壓下，通過內部電路，將開關狀態從非傳導狀態切換到傳導狀態，反之亦然。對于一個典型的開關而言，控制輸入端上的邏輯電壓為0的話，會使開關具有很高的電阻，因此開關斷開(非傳導)；控制輸入端的邏輯電壓為1的話，會使開關具有很低的電阻，因此開關接通(傳導)。

一種類型的雙向模擬開關要將兩個分立的電源開關(例如MOSFET)背對背串聯在一起，帶有一個共源極或共漏極。那么，這種開關的總導通電阻為一個單獨的功率MOSFET的兩倍。該結構的一個示例如圖1所示，其中MOSFET?10和11連接在一個共源極結構上。傳統的雙向模擬開關具有很高的漏源電阻(R_ds)，并且在導通狀態下具有很高的電容(C_on)。參見圖1，信號可以來自于任意一邊。當沒有信號時，可以通過背對背體二極管以及開關斷開，阻止電流。但是，由于這兩個開關是串聯的，具有很高的電容，因此會產生很高的電阻。

CMOS開關的特點是，使一個PMOS(p-通道MOS)和一個NMOS(n-通道MOS)并聯穿過一個開關輸入端(SWIN)和開關輸出端(SWOUT)。在一個典型的MOSFET中，本體短接到源極上。由于這種開關是雙向的，輸入端和輸出端的極性可以互換，因此每個MOSFET的源極和漏極同樣也可以互換，或者說具有反轉電壓(由于有效的柵極電壓取決于源極，因此并聯使用PMOS和NMOS，可以確保至少有一個MOSFET是接通的)。典型的模擬開關在開關接通時，CMOS體二極管是連接到它們的源極上的。

在一些原有技術的雙向開關中，當MOSFET的本體區連接(捆綁)到當前的源極、無論是SWIN還是SWOUT的任意一邊上時，通常采用本體捆綁的方式。

美國專利號為6,590,440的專利提出了一種雙向電池斷路開關，包含一個四端子的n-通道MOSFET，不具有源極/本體短路，以及用于確保本體短接到MOSFET的源極/漏極端(T3或T4)的任意一端上的電路，在較低的電壓下偏置。如圖2A所示，電池斷路開關S6包含開關n-通道MOSFET?M1以及本體偏壓發生器50。如圖2B所示，T3端子連接到電池的負極端，T4端子連接到負載或電池充電器上。本體偏壓發生器50包含第一對MOSFET?M2和M3以及第二對MOSFET?M4和M5。MOSFET?M2連接在MOSFET?M1的漏極和本體之間，MOSFET?M3連接在MOSFET?M1的源極和本體之間，并且MOSFET?M2和M3的源極端連接到MOSFET?M1的本體上。MOSFETM2和M3含有一個傳統的源極-本體短路。MOSFET?M2的柵極連接到MOSFET?M1的源極上，MOSFET?M3的柵極連接到MOSFET?M1的漏極上。MOSFET?M4和M5分別與MOSFET?M2和M3并聯。但是，MOSFET?M4和M5的柵極端共同連接到MOSFET?M1的本體上。按照傳統的方式，MOSFET?M4和M5的源極和本體端短路，并短接到MOSFET?M1的本體上。MOSFET?M2和M3的作用是，在較低的電壓下，將MOSFET?M1的本體短接到MOSFET?M1的源極和漏極端的任意一端。MOSFET?M4和M5的作用是，當MOSFET?M2和M3都斷開時，防止MOSFET?M1的本體過度地向上“浮動”。MOSFET?M2的作用是，當MOSFET?M1的漏極處的電壓低于其源極電壓時，將MOSFET?M1的漏極和本體短接，MOSFET?M3的作用是，當MOSFET?M1的源極處的電壓低于其漏極電壓時，將MOSFET?M1的本體和源極短接。因此，MOSFET?M1的本體夾到MOSFET?M1的漏極和源極端的任意一端上，MOSFET?M1的漏極和源極端的任意一端達到最大程度地反向偏置，從而使MOSFET?M1的源極和漏極也相應地反轉。在這種情況下，本體動態地捆綁到NMOS源極。