[發(fā)明專利]阻擋MOS管的寄生二極管導(dǎo)通的方法、電路及電荷泵

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• 申請日: 2020-09-24
• 公開（公告）號: CN111934665A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李征
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇應(yīng)能微電子有限公司
• 主分類號: H03K17/687
• 分類號: H03K17/687
• 代理公司: 北京澤方譽(yù)航專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11884
• 代理人: 陳照輝

本發(fā)明實(shí)施例公開了一種阻擋MOS管的寄生二極管導(dǎo)通的方法、電路及電荷泵，該方法包括：將主MOS管的柵極與輔助MOS管的柵極相連；將所述主MOS管的基極與所述輔助MOS管的源極、所述輔助MOS管的基極相連；將所述主MOS管的源極與所述輔助MOS管的漏極相連。本發(fā)明的技術(shù)方案不僅可以徹底阻擋MOS管的寄生二極管導(dǎo)通，而且成本低，適宜推廣應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明實(shí)施例涉及電子電路領(lǐng)域，尤其涉及一種阻擋MOS管的寄生二極管導(dǎo)通的方法、電路及電荷泵。

背景技術(shù)

在當(dāng)代的電子系統(tǒng)中，大部分集成電路的芯片都是基于場效應(yīng)晶體管(MOSFET)的設(shè)計(jì)，其中，MOSFET(金屬氧化物-半導(dǎo)體-場效晶體管)是Metal Oxide SemiconductorField Effect Transistor的簡稱，以下簡稱MOS管。MOS管按導(dǎo)電溝道可分為P型溝道和N型溝道，無論哪個(gè)類型，都有柵極，源極，漏極和基極這4個(gè)電極，如圖1a和圖1b所示。在基極與源極，以及基極與漏極之間存在寄生的二極管。對于P型MOS管(即P型溝道MOS管)，基極是二極管的陰極，源極和漏極是二極管的陽極。對于N型MOS管(即N型溝道MOS管)，基極是二極管的陽極，源極和漏極是二極管的陰極。在實(shí)際應(yīng)用中，4個(gè)電極都會(huì)連接到相應(yīng)的電位。基極的電位選擇通常需要防止寄生二極管導(dǎo)通。對于N型MOS管，襯底可以連接到最低電位，通常是地。對于P型MOS管，基極可以連接到最高電位，通常是電源。但是，在某些情況下，這樣的連接并不可行。例如：電源不是最高電位，P型MOS管的源極或漏極的電壓超過電源電壓時(shí)。或者，N型MOS管的柵極，源極，或者漏極的電位太高時(shí)，基極連接到地的話，會(huì)超過允許的最大電壓，造成MOS管損壞。這種情況下，另一個(gè)選擇是將基極連接到源極，如圖2a至圖2d所示，此種連接的效果是短接了源極與基極之間的二極管。需要防止導(dǎo)通的只剩下漏極與基極之間的二極管。對于P型MOS管，需要保持漏極電壓始終低于源極和基極電壓。對于N型MOS管，需要保持漏極電壓始終高于源極和基極電壓。然而，在一些特殊電路里，無法滿足這個(gè)要求，例如：電荷泵電路。

電荷泵常用于產(chǎn)生一個(gè)高于電源的電位。例如：當(dāng)N型的功率MOS管連接到電源電位附近時(shí)，就需要基于電荷泵的驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行開啟和關(guān)斷。普通的電荷泵都是在電源電壓的基礎(chǔ)上翻倍，也就是說輸出電壓是輸入電壓的固定倍數(shù)，例如：2倍。但是在高壓應(yīng)用里，這個(gè)固定倍數(shù)的電壓有可能過高，從而導(dǎo)致功率MOS管的柵極與源極之間的電壓超出安全工作范圍而受損。所以電荷泵的輸出需要在源極電壓的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)固定電壓，以保證功率MOS管既可以正常開啟又不會(huì)損壞。在過壓保護(hù)的應(yīng)用中，如圖3所示，N型MOS管M1的源極連接到低壓的內(nèi)部電路，漏極連接到需要承受高壓的外部電路。電荷泵包含如下部分：

I.電容充電電路：工作在輸入端和地之間。其負(fù)責(zé)從輸入取得電量并為飛跨電容C1充電。電容C1充好后的電壓不高于MOS管M1的柵極和源極之間允許的最大電壓。

II.電平轉(zhuǎn)換電路：工作在輸出端和地之間。其負(fù)責(zé)調(diào)整電容C1的負(fù)端的電位。在充電時(shí)，負(fù)端接近地(0V)。充好電后，負(fù)端接近輸出端電位，放電給MOS管M1的柵極。

III.輸出控制電路：工作在MOS管M1的柵極和源極之間。其負(fù)責(zé)開啟和關(guān)斷為電荷泵提供輸出的P型MOS管M2。當(dāng)電容C1充電時(shí)，MOS管M2關(guān)斷，使得MOS管M1的柵極保持電量。當(dāng)電容C1放電時(shí)，MOS管M2導(dǎo)通，使得電量能夠從電容C1轉(zhuǎn)移給MOS管M1的柵極，并不斷提高M(jìn)OS管M1的柵極電壓，直至其接近電容C1的充滿電壓。