專利名稱：一種包括金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的安全電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模擬電路設(shè)計(jì)技術(shù)，具體地說，涉及一種MOSFET(Metal-Oxide-Semicoductor Field Effect Transistor，金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管)開關(guān)器件的安全電路。
背景技術(shù)：
在目前的模擬電路設(shè)計(jì)中，對(duì)MOSFET開關(guān)器件而言，根據(jù)不同情況，電源電壓如果超過3.3V或者5V，那就可以稱之為高壓環(huán)境了。在模擬電路的高壓設(shè)計(jì)中，多采用特殊工藝制造高壓MOSFET器件來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)，雖然制造出來的高壓MOSFET器件仍然具有開關(guān)特性好、功耗低等優(yōu)點(diǎn)而應(yīng)用于各種高頻低功耗的工作環(huán)境，但是這種設(shè)計(jì)技術(shù)工藝成本高，設(shè)計(jì)加工出來的高壓MOSFET器件通用性差，導(dǎo)致工業(yè)應(yīng)用中難以批量生產(chǎn)，又因?yàn)樾枰槍?duì)不同的應(yīng)用環(huán)境，進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)和加工，導(dǎo)致效率低下并且成本高昂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種包括金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的安全電路，用以在高壓環(huán)境中，保護(hù)用作開關(guān)器件的MOSFET工作于一定的電壓范圍內(nèi)，而不用擔(dān)心其擊穿問題，延長MOSFET開關(guān)器件的壽命，降低工藝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)成本。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種包括金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的安全電路，包括受保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管及其保護(hù)電路，其中，所述保護(hù)電路包括第一分壓電路，第二分壓電路，第三分壓電路，以及第一開關(guān)電路和第二開關(guān)電路；
第一分壓電路、第二分壓電路與第一開關(guān)電路以串聯(lián)的形式，連接在受保護(hù)金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的輸入端和恒定低電位點(diǎn)之間，第一分壓電路和第二分壓電路的接點(diǎn)A2與所述受保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的柵極相連；第三分壓電路的一端與第二分壓電路與第一開關(guān)電路的接點(diǎn)B2相連，或者與第一分壓電路與第二分壓電路的接點(diǎn)A2相連；另一端通過接點(diǎn)C2與第二開關(guān)電路相連；第一開關(guān)電路包括一個(gè)控制端和兩個(gè)連接端，該控制端與控制被保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管導(dǎo)通的開信號(hào)連接，兩個(gè)連接端的其中一端與接點(diǎn)B2相連，另一端與接點(diǎn)D2相連，該開信號(hào)有效時(shí)，所述兩個(gè)連接端導(dǎo)通；第二開關(guān)電路包括一個(gè)控制端和兩個(gè)連接端，該控制端與控制被保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管截止的關(guān)信號(hào)連接，兩個(gè)連接端的其中一端與接點(diǎn)C2相連，另一端與接點(diǎn)D2相連，該關(guān)信號(hào)有效時(shí)，所述兩個(gè)連接端導(dǎo)通；第一開關(guān)電路導(dǎo)通時(shí)，第二開關(guān)電路斷開，分壓后，接點(diǎn)A2的電壓為受保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的安全導(dǎo)通電壓；第二開關(guān)電路導(dǎo)通時(shí)，第一開關(guān)電路斷開，分壓后，接點(diǎn)A2的電壓為受保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的安全截止電壓。
進(jìn)一步地，所述受保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管為P型，所述接點(diǎn)D2與所述恒定低電位點(diǎn)相連；或者，所述受保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管為N型，所述接點(diǎn)D2與所述受保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的輸入端相連。
進(jìn)一步地，所述第一分壓電路、第二分壓電路和第三分壓電路的分壓元件為一個(gè)或多個(gè)電阻；或者，所述第一分壓電路、第二分壓電路和第三分壓電路的分壓元件為一個(gè)或多個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管。
更進(jìn)一步地，所述第一分壓電路中的多個(gè)電阻以串聯(lián)形式連接；所述第二分壓電路中的多個(gè)電阻以串聯(lián)形式連接；所述第三分壓電路中的多個(gè)電阻以串聯(lián)形式連接。
進(jìn)一步地，所述第一分壓電路含有一個(gè)P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管；所述受保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管為P型所述第一分壓電路中的P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，其源極和襯底接所述受保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的輸入端，其柵極和漏極接所述接點(diǎn)A2；或者，所述受保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管為N型所述第一分壓電路中的P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，其源極和襯底接在所述接點(diǎn)A2上，其漏極和襯底接在所述恒定低電位點(diǎn)上。
進(jìn)一步地，所述第二分壓電路含有一個(gè)P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管；所述受保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管為P型所述第二分壓電路中的P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，其源極和襯底接所述接點(diǎn)A2，其柵極和漏極接所述接點(diǎn)B2；或者，所述受保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管為N型所述第二分壓電路中的P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，其源極和襯底接所述接點(diǎn)B2，其柵極和漏極接所述接點(diǎn)A2。
進(jìn)一步地，所述第二分壓電路含有一個(gè)以二極管連接方式連接的由一個(gè)以上的P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管構(gòu)成的P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管串；所述受保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管為P型所述第二分壓電路中的所述P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管串一端的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的源極和襯底接在所述接點(diǎn)A2上，另一端的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的柵極和漏極接在所述接點(diǎn)B2上；或者，所述受保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管為N型所述第二分壓電路中的所述P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管串一端的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的柵極和漏極接在所述接點(diǎn)A2上，另一端的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的源極和襯底接在所述接點(diǎn)B2上。
進(jìn)一步地，所述第三分壓電路含有一個(gè)N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管；所述受保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管為P型所述第三分壓電路中的N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的柵極和漏極接在所述接點(diǎn)B2上，或者接在所述接點(diǎn)A2上；源極和襯底接在所述接點(diǎn)C2上；或者，所述受保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管為N型所述第三分壓電路中的N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的柵極和漏極接在所述接點(diǎn)C2上；源極和襯底接在所述接點(diǎn)B2上，或者接在所述接點(diǎn)A2上。
進(jìn)一步地，所述第三分壓電路含有一個(gè)以二極管連接方式連接的由一個(gè)以上的N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管構(gòu)成的N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管串；所述受保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管為P型所述第三分壓電路中的N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管串一端的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的柵極和漏極接在所述接點(diǎn)B2上，或者接在所述接點(diǎn)A2上；另一端的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的源極和襯底接在所述接點(diǎn)C2上；或者，所述受保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管為N型第三分壓電路中的所述N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管串一端的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的柵極和漏極接在所述接點(diǎn)C2上，另一端的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的源極和襯底接在所述接點(diǎn)B2上，或者接在所述接點(diǎn)A2上。
進(jìn)一步地，所述第一開關(guān)電路為一個(gè)N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，其柵極接所述開信號(hào)，其源極和襯底接在所述接點(diǎn)D2上，其漏極接在所述接點(diǎn)B2上；
所述第二開關(guān)電路為一個(gè)N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，其柵極接所述關(guān)信號(hào)，其源極和襯底接在所述接點(diǎn)D2上，其漏極接在所述接點(diǎn)C2上。
本發(fā)明在MOSFET開關(guān)器件上增加保護(hù)電路運(yùn)用于高壓環(huán)境中，直接代替目前技術(shù)中的高壓MOSFET開關(guān)器件，簡化了電路的設(shè)計(jì)工藝及生產(chǎn)工藝，針對(duì)不同的應(yīng)用環(huán)境只需稍加變化即可，效率高而且成本低廉，同時(shí)保證了MOSFET工作在正常的工作狀態(tài)下，避免MOSFET被擊穿，從而延長了MOSFET開關(guān)器件的壽命。


圖1是高壓環(huán)境下采用高壓MOSFET開關(guān)器件的電路示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的實(shí)施例示意圖；圖4是受保護(hù)MOSFET開關(guān)器件為P型的本發(fā)明實(shí)施例示意圖；圖5是受保護(hù)MOSFET開關(guān)器件為N型的本發(fā)明實(shí)施例示意圖；圖6是本發(fā)明另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
在目前的模擬電路高壓設(shè)計(jì)中，多采用特殊工藝制造高壓MOSFET器件來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)，圖1示出了高壓MOSFET開關(guān)器件的應(yīng)用環(huán)境。其中開/關(guān)信號(hào)接高壓MOSFET開關(guān)器件9的柵極，輸入端AVDD接高壓MOSFET開關(guān)器件9的源極，輸出端OUT接高壓MOSFET開關(guān)器件9的漏極。雖然高壓MOSFET器件能夠滿足工業(yè)需要，但是它的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)成本高，通用性差，導(dǎo)致工業(yè)應(yīng)用中難以批量生產(chǎn)，效率低下。本文中除了此處的高壓MOSFET開關(guān)器件外，其他的MOSFET器件均指的是標(biāo)準(zhǔn)CMOS生產(chǎn)工藝實(shí)現(xiàn)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，以下內(nèi)容參考此說明。
受保護(hù)的MOSFET開關(guān)器件即可以是P型，也可以是N型。參見圖2，受保護(hù)的MOSFET開關(guān)器件即以P型為例，整個(gè)安全電路包括受保護(hù)的工作電路21和保護(hù)電路22。其中保護(hù)電路22包括第一分壓電路221(本文中的“分壓電路”指具有一定阻抗的用于分壓的電路)、第二分壓電路222、第三分壓電路223，和受開信號(hào)控制的第一開關(guān)電路224、受關(guān)信號(hào)控制的第二開關(guān)電路225。第一分壓電路221、第二分壓電路222和第一開關(guān)電路224串聯(lián)在輸入端AVDD和接點(diǎn)D2之間，其中第一分壓電路221和第二分壓電路222通過接點(diǎn)A2相連，第二分壓電路222和第一開關(guān)電路224通過接點(diǎn)B2相連，接點(diǎn)D2與恒定低電位點(diǎn)相連。第三分壓電路223和第二開關(guān)電路225串聯(lián)在接點(diǎn)B2與接點(diǎn)D2之間，二者通過接點(diǎn)C2相連。工作電路21中的P型MOSFET開關(guān)器件的柵極接在接點(diǎn)A2上，源極和襯底接輸入端AVDD，漏極接輸出端OUT。
第一開關(guān)電路224受開信號(hào)控制，包含有一個(gè)開信號(hào)輸入端，和兩個(gè)與保護(hù)電路22中其它部分連接的接入端，其中一個(gè)接入端與接點(diǎn)B2連接，另一個(gè)接入端與接點(diǎn)D2連接。第二開關(guān)電路受關(guān)信號(hào)控制，包含有一個(gè)關(guān)信號(hào)輸入端，和兩個(gè)與保護(hù)電路22中其它部分連接的接入端，其中一個(gè)接入端與接點(diǎn)C2連接，另一個(gè)接入端與接點(diǎn)D2連接。
圖2中的開信號(hào)和關(guān)信號(hào)，當(dāng)開信號(hào)有效時(shí)，關(guān)信號(hào)無效；當(dāng)關(guān)信號(hào)有效時(shí)，開信號(hào)無效。也即開信號(hào)和關(guān)信號(hào)互為反信號(hào)，控制工作電路21中的P型MOSFET開關(guān)器件的導(dǎo)通或截止?？梢岳斫鉃?，在同一時(shí)刻第一開關(guān)電路224和第二開關(guān)電路225最多只會(huì)有一個(gè)處于有效狀態(tài)，控制受保護(hù)的P型MOSFET開關(guān)器件的導(dǎo)通或截止。上述恒定低電位點(diǎn)在實(shí)際中一般將其選擇接地。當(dāng)開信號(hào)或關(guān)信號(hào)工作時(shí)，保護(hù)電路22的工作部分都處于正常的狀態(tài)下，不會(huì)因?yàn)殡妷哼^高，或者電流過大以及其它原因而出現(xiàn)電路短路、斷路等情況。
當(dāng)開信號(hào)有效時(shí)，輸入端AVDD與恒定低電位點(diǎn)之間通過第一分壓電路221、第二分壓電路222和第一開關(guān)電路224而接通，經(jīng)過第一分壓電路221、第二分壓電路222和第一開關(guān)電路224的分壓，接點(diǎn)A2與輸入端AVDD的電壓差超過工作電路21中的P型MOSFET開關(guān)器件的門限電壓VGSTH，從而該P(yáng)型MOSFET開關(guān)器件處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出端OUT的輸出電壓為輸入端AVDD的電壓。
當(dāng)關(guān)信號(hào)有效時(shí)，輸入端AVDD與恒定低電位點(diǎn)之間通過第一分壓電路221、第二分壓電路222、第三分壓電路223和第二開關(guān)電路225而接通，經(jīng)過第一分壓電路221、第二分壓電路222、第三分壓電路223以及第二開關(guān)電路225的分壓，接點(diǎn)A2與輸入端AVDD的電壓差低于工作電路21中的P型MOSFET開關(guān)器件的門限電壓VGSTH，從而該P(yáng)型MOSFET開關(guān)器件截止。
圖3示出了本發(fā)明的一個(gè)應(yīng)用實(shí)施例，其中的各分壓電路中的各部分主要由電阻構(gòu)成，兩個(gè)開關(guān)電路主要由N型MOSFET器件構(gòu)成，并通過接地端來提供恒定低電壓，工作電路31中的MOSFET開關(guān)器件以P型MOSFET開關(guān)器件MP39為例；保護(hù)電路32中的第一分壓電路321含有一個(gè)電阻R31，第二分壓電路322含有一個(gè)電阻R32，第三分壓電路323含有一個(gè)電阻R33，第一開關(guān)電路324包括一個(gè)N型MOSFET器件MN34；第二開關(guān)電路325包括一個(gè)N型MOSFET器件MN35。
第一分壓電路中電阻R31的一端接在輸入端AVDD上，另一端通過接點(diǎn)A2與第二分壓電路中的電阻R32串聯(lián)，電阻R32的另一端接在接點(diǎn)B3上。第一開關(guān)電路324中的N型MOSFET器件MN34的柵極接開信號(hào)，漏極接在接點(diǎn)B3上，源極和襯底通過接點(diǎn)D3接地。第三分壓電路323中電阻R33一端接在接點(diǎn)B3上，另一端接在接點(diǎn)C3上。第二開關(guān)電路325中，N型MOSFET器件MN35的漏極接在接點(diǎn)C3上，柵極接關(guān)信號(hào)，源極和襯底也通過接點(diǎn)D3接地。工作電路31中的P型MOSFET開關(guān)器件MP39的柵極接在接點(diǎn)A3上，源極接在AVDD上，漏極接在輸出端OUT上。
在開信號(hào)或關(guān)信號(hào)的控制下，接點(diǎn)A3和輸入端AVDD之間的電壓，能滿足MOSFET開關(guān)器件正常導(dǎo)通或截止，而不會(huì)被擊穿或出現(xiàn)其它情況。電路中各電阻的阻值大小，根據(jù)輸入端AVDD的輸入電壓VDD的不同而不同。
開信號(hào)與關(guān)信號(hào)互為反信號(hào)，當(dāng)開信號(hào)有效時(shí)，N型MOSFET器件MN34導(dǎo)通，同時(shí)N型MOSFET器件MN35截止，輸入端AVDD與恒定低電位點(diǎn)之間通過第一分壓電路321、第二分壓電路322和第一開關(guān)電路324而接通，接點(diǎn)A3的電壓為受保護(hù)的P型MOSFET開關(guān)器件MP39的導(dǎo)通電壓，使受保護(hù)的P型MOSFET開關(guān)器件MP39導(dǎo)通，輸出端OUT的輸出電壓為輸入端AVDD的電壓值VDD。
當(dāng)關(guān)信號(hào)有效時(shí)，N型MOSFET器件MN35導(dǎo)通，同時(shí)N型MOSFET器件MN34截止。輸入端AVDD與恒定低電位點(diǎn)之間通過第一分壓電路321、第二分壓電路322、第三分壓電路323和第二開關(guān)電路325而接通，接點(diǎn)A3的電壓為受保護(hù)的P型MOSFET開關(guān)器件MP39的截止電壓，使受保護(hù)的P型MOSFET開關(guān)器件MP39截止。
在本實(shí)施例中，假設(shè)輸入端AVDD的輸入電壓VDD為10V，工作電路31中的P型MOSFET開關(guān)器件MP39在其柵極與源極之間的電壓差約為1V時(shí)導(dǎo)通，在電壓差約為0.4V時(shí)截止。因此電阻R31和電阻R32的比例關(guān)系只要保證開信號(hào)有效時(shí)，A3點(diǎn)的電壓值為9V即可。也即電阻R32的阻值是電阻R31阻值的9倍，即可實(shí)現(xiàn)工作電路31中的P型MOSFET開關(guān)器件MP39導(dǎo)通，輸出端OUT輸出10V電壓。同樣，關(guān)信號(hào)有效時(shí)，只要電阻R32和電阻R33的阻值之和是電阻R31的24倍，即可實(shí)現(xiàn)工作電路31中的P型MOSFET開關(guān)器件MP39在其柵極與源極之間的電壓差為0.4V，從而P型MOSFET開關(guān)器件MP39截止。在這種情況下，電阻R31、電阻R32和電阻R33的阻值可以分別為1KΩ、9KΩ和15KΩ，當(dāng)然，這些電阻的阻值還可以是滿足上述兩個(gè)比例關(guān)系的其它數(shù)值，但這些電阻也還要根據(jù)具體的實(shí)際情況，通過選擇合適的電阻個(gè)數(shù)以及阻值，來保證受開/關(guān)信號(hào)控制的N型MOSFET器件工作在其各自的安全工作電壓范圍之內(nèi)，而不會(huì)出現(xiàn)被擊穿等其它情況。
上述電阻R31、電阻R32和電阻R33中的每個(gè)電阻的阻值均代表相應(yīng)的該段電路上阻值，比如電阻R31的阻值，代表圖3中AVDD端與接點(diǎn)A3之間的阻值，電阻R32代表接點(diǎn)A3與接點(diǎn)B3之間的阻值，其它依此類推。也即意味著電阻R31，也可以用其他多個(gè)電阻，以多種連接方式進(jìn)行代替，比如電阻R31由幾個(gè)電阻以串聯(lián)的形式進(jìn)行等效代替，只要AVDD端與接點(diǎn)A3之間這段電路上的等效電阻的阻值與電阻R31的阻值相等即可。電阻R32和電阻R33也一樣。
對(duì)應(yīng)于不同的高壓應(yīng)用環(huán)境，如果電路的電源電壓不同，本實(shí)施例各分壓電路中的分壓元件，也即電阻的阻值的比例可能不同，但總體原則是這些電阻的阻值，均能在開/關(guān)信號(hào)的作用下，實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓電源劃分電源域，從而保證受保護(hù)的MOSFET開關(guān)器件能在安全電壓范圍內(nèi)工作。
圖4和圖5分別示出了受保護(hù)MOSFET開關(guān)器件為P型和N型的本發(fā)明應(yīng)用實(shí)施例示意圖，以P型為例進(jìn)行說明。參見圖4，給出輸入端AVDD的輸入電壓VDD的電壓值，比如為8V，恒定低電位點(diǎn)也選擇接地，同時(shí)選擇工作電路41中的MOSFET開關(guān)器件為P型MOSFET開關(guān)器件MP49，其柵極與源極之間的電壓差約為1V時(shí)導(dǎo)通，電壓差約為0.4V時(shí)截止。其中保護(hù)電路42中的第一分壓電路421包括一個(gè)P型MOSFET器件MP48，第二分壓電路422包括七個(gè)P型MOSFET器件MP47～MP41；第三分壓電路423包括三個(gè)N型MOSFET器件MN41～MN43；第一開關(guān)電路424包括一個(gè)N型MOSFET器件MN44；第二開關(guān)電路425也包括一個(gè)N型MOSFET器件MN45。
第一分壓電路和第二分壓電路中，P型MOSFET器件MP41～MP48采用二極管連接方式連接，構(gòu)成一個(gè)P型MOSFET串，即P型MOSFET器件MP48的柵極和漏極接在P型MOSFET器件MP47的源極上，P型MOSFET器件MP47的柵極和漏極接在P型MOSFET器件MP46的源極上，依此方法連接，直至P型MOSFET器件MP42的柵極和漏極接在P型MOSFET器件MP41的源極上。另外，P型MOSFET器件MP48的源極接在輸入端AVDD上，P型MOSFET器件MP41的柵極和漏極接在接點(diǎn)B4上。接點(diǎn)A4位于P型MOSFET器件MP48的漏極與P型MOSFET器件MP47的源極之間。P型MOSFET器件MP41～MP48的各個(gè)襯底，均接在各自的源極上。
第三分壓電路中，N型MOSFET器件MN41～MN43也采用二極管連接方式連接，構(gòu)成一個(gè)N型MOSFET串，即N型MOSFET器件MN42的柵極和漏極接在N型MOSFET器件MN41的源極上，N型MOSFET器件MN43的柵極和漏極接在N型MOSFET器件MN42的源極上。另外，N型MOSFET器件MN41的柵極和漏極接在接點(diǎn)B4上，N型MOSFET器件MN43的源極接在接點(diǎn)C4上。N型MOSFET器件MN41～MN43的各個(gè)襯底，也均接在各自的源極上。
第一開關(guān)電路424中，N型MOSFET器件MN44的柵極接開信號(hào)Pwd，漏極接在接點(diǎn)B4上，源極和襯底通過接點(diǎn)D4接地。第二開關(guān)電路425中，N型MOSFET器件MN45的柵極接關(guān)信號(hào)Pwdb，漏極接在節(jié)點(diǎn)C4上，源極和襯底也通過接點(diǎn)D4接地。工作電路41中，P型MOSFET開關(guān)器件的柵極接在接點(diǎn)A4上，源極和襯底接輸入端AVDD，漏極接輸出端OUT。
開信號(hào)Pwd與關(guān)信號(hào)Pwdb互為反信號(hào)，當(dāng)開信號(hào)Pwd有效時(shí)，N型MOSFET器件MN44導(dǎo)通，同時(shí)N型MOSFET器件MN45截止。輸入端AVDD與恒定低電位點(diǎn)之間通過第一分壓電路421、第二分壓電路422和第一開關(guān)電路424而接通，接點(diǎn)A4與輸入端AVDD的電壓差超過工作電路41中的P型MOSFET開關(guān)器件的門限電壓VGSTH，達(dá)到1V左右，從而該P(yáng)型MOSFET開關(guān)器件處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出端OUT的輸出電壓為輸入端AVDD的電壓值VDD。
當(dāng)關(guān)信號(hào)Pwdb有效時(shí)，N型MOSFET器件MN45導(dǎo)通，同時(shí)N型MOSFET器件MN44截止。輸入端AVDD與恒定低電位點(diǎn)之間通過第一分壓電路421、第二分壓電路422、第三分壓電路423和第二開關(guān)電路425而接通，接點(diǎn)A4與輸入端AVDD的電壓差低于工作電路41中的P型MOSFET開關(guān)器件的門限電壓VGSTH，僅為0.4V左右，從而該P(yáng)型MOSFET開關(guān)器件截止。
在主要用MOSFET器件組成的本實(shí)施例中，除了工作電路41中受保護(hù)的MOSFET開關(guān)器件處于安全電壓范圍內(nèi)之外，同時(shí)還保證保護(hù)電路42中的各個(gè)P型或N型MOSFET器件也工作在各自的安全電壓范圍之內(nèi)，不會(huì)發(fā)生擊穿等情況；同時(shí)，保護(hù)電路42中的MOSFET器件的數(shù)量要保證開信號(hào)或關(guān)信號(hào)有效時(shí)，工作電路41中的MOSFET開關(guān)器件能夠有效導(dǎo)通或截止并處在安全工作電壓范圍內(nèi)，因此不能無限制地多或無限制地少，需要根據(jù)實(shí)際情況選用合適的型號(hào)以及數(shù)量，來保證保護(hù)電路中的分壓器件安全工作。
在受保護(hù)MOSFET開關(guān)器件為P型的本應(yīng)用實(shí)施例當(dāng)中，第二分壓電路中的P型MOSFET器件的個(gè)數(shù)，和第三分壓電路中的N型MOSFET器件的個(gè)數(shù)，在不同的高壓環(huán)境中會(huì)有所不同。如果電路的電源電壓較低，那么第二分壓電路和第三分壓電路中的MOSFET器件的個(gè)數(shù)相應(yīng)的減少，在某些情況下，甚至可以為一個(gè)；如果電路的電源電壓較高，那么第二分壓電路和第三分壓電路中的MOSFET器件的個(gè)數(shù)也會(huì)相應(yīng)的增多。但是即使在不同的高壓環(huán)境中，核心思想還是對(duì)高電源電壓采用劃分電源域的方法，使受保護(hù)的MOSFET開關(guān)器件工作在自己的電壓域內(nèi)，只承受較小的電壓，從而受到保護(hù)免被擊穿。
圖5是受保護(hù)MOSFET開關(guān)器件為N型的本發(fā)明實(shí)施例示意圖，相對(duì)于圖4所示的受保護(hù)MOSFET開關(guān)器件為P型的情況，主要是將保護(hù)電路的連接方式根據(jù)N型MOSFET的特點(diǎn)進(jìn)行了變化，具體連接為第一開關(guān)電路中的N型MOSFET開關(guān)器件的源極和柵極，以及第二開關(guān)電路中的N型MOSFET開關(guān)器件的源極和襯底，均通過接點(diǎn)D5與輸入端AVDD相連；開信號(hào)接在第一開關(guān)電路的柵極上，關(guān)信號(hào)接在第二開關(guān)電路的柵極上；第一開關(guān)電路的漏極接在接點(diǎn)B5上，第二開關(guān)電路的漏極與接點(diǎn)C5相連；構(gòu)成第三分壓電路的三個(gè)N型MOSFET開關(guān)器件以二極管連接方式連接構(gòu)成一個(gè)N型MOSFET串，柵極和漏極未連接到這個(gè)N型MOSFET串內(nèi)部的那一端與接點(diǎn)C5相連，另一端的源極和襯底與接點(diǎn)B5相連；構(gòu)成第一分壓電路和第二分壓電路的八個(gè)P型MOSFET開關(guān)器件也以二極管連接方式連接構(gòu)成一個(gè)P型MOSFET串；受保護(hù)的N型MOSFET開關(guān)器件的柵極與接點(diǎn)A5相連，源極和襯底接輸出端OUT，漏極接地。當(dāng)開信號(hào)或關(guān)信號(hào)有效時(shí)，具體的工作過程可根據(jù)受保護(hù)的開關(guān)器件為P型MOSFET情況的說明理解。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過對(duì)高輸入電壓采用劃分電源域的方法，對(duì)不同的高電源電壓情況，通過選用不同個(gè)數(shù)的分壓元件，使MOSFET開關(guān)器件工作在自己的安全電壓范圍內(nèi)，只承受小部分電壓，降低高輸入電壓擊穿MOSFET開關(guān)器件的可能性，同時(shí)避免采用特殊工藝設(shè)計(jì)和加工高壓MOSFET開關(guān)器件，提高了效率，降低了成本。
本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員應(yīng)該明白，本發(fā)明的關(guān)鍵在于采用劃分電源域的方法來實(shí)現(xiàn)分壓，從而保證MOSFET開關(guān)器件工作在安全電壓狀態(tài)下，避免被擊穿，而非電路元器件或相互連接關(guān)系的具體選擇。同時(shí)在此基礎(chǔ)上的變形或變換，也應(yīng)落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
作為舉例，圖6示出了圖2所示安全電路的一個(gè)變形，同圖2一樣，以受保護(hù)的MOSFET開關(guān)器件為P型進(jìn)行說明。其中的變化為保護(hù)電路62中的第三保護(hù)電路623的連接方式，其中第三保護(hù)電路623原來接在接點(diǎn)B2的那一端，在圖6中改接到接點(diǎn)A6上。電路中其他部分的連接方法并沒有變化，第一分壓電路621、第二分壓電路622和第一開關(guān)電路624，仍然以串聯(lián)形式連接在輸入端AVDD和很定低電位點(diǎn)之間；第二開關(guān)電路連接到保護(hù)電路62中的連接端，也仍然是一端通過接點(diǎn)D6連接在恒定低電位點(diǎn)上，另一端接在的接點(diǎn)C6上；受保護(hù)的MOSFET開關(guān)器件仍然是柵極接在接點(diǎn)A6上，源極和襯底接輸入端AVDD，漏極接輸出端OUT。這種連接方式的變化，還帶來了電路各組成部分內(nèi)部的元器件的變化，比如元器件的型號(hào)、數(shù)量變化等。
權(quán)利要求
1.一種包括金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的安全電路，包括受保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管及其保護(hù)電路，其特征在于，所述保護(hù)電路包括第一分壓電路，第二分壓電路，第三分壓電路，以及第一開關(guān)電路和第二開關(guān)電路；第一分壓電路、第二分壓電路與第一開關(guān)電路以串聯(lián)的形式，連接在受保護(hù)金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的輸入端和恒定低電位點(diǎn)之間，第一分壓電路和第二分壓電路的接點(diǎn)A2與所述受保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的柵極相連；第三分壓電路的一端與第二分壓電路與第一開關(guān)電路的接點(diǎn)B2相連，或者與第一分壓電路與第二分壓電路的接點(diǎn)A2相連；另一端通過接點(diǎn)C2與第二開關(guān)電路相連；第一開關(guān)電路包括一個(gè)控制端和兩個(gè)連接端，該控制端與控制被保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管導(dǎo)通的開信號(hào)連接，兩個(gè)連接端的其中一端與接點(diǎn)B2相連，另一端與接點(diǎn)D2相連，該開信號(hào)有效時(shí)，所述兩個(gè)連接端導(dǎo)通；第二開關(guān)電路包括一個(gè)控制端和兩個(gè)連接端，該控制端與控制被保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管截止的關(guān)信號(hào)連接，兩個(gè)連接端的其中一端與接點(diǎn)C2相連，另一端與接點(diǎn)D2相連，該關(guān)信號(hào)有效時(shí)，所述兩個(gè)連接端導(dǎo)通；第一開關(guān)電路導(dǎo)通時(shí)，第二開關(guān)電路斷開，分壓后，接點(diǎn)A2的電壓為受保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的安全導(dǎo)通電壓；第二開關(guān)電路導(dǎo)通時(shí)，第一開關(guān)電路斷開，分壓后，接點(diǎn)A2的電壓為受保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的安全截止電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述受保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管為P型，所述接點(diǎn)D2與所述恒定低電位點(diǎn)相連；或者，所述受保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管為N型，所述接點(diǎn)D2與所述受保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的輸入端相連。
3.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述第一分壓電路、第二分壓電路和第三分壓電路的分壓元件為一個(gè)或多個(gè)電阻；或者，所述第一分壓電路、第二分壓電路和第三分壓電路的分壓元件為一個(gè)或多個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管。
4.如權(quán)利要求3所述的電路，其特征在于，所述第一分壓電路中的多個(gè)電阻以串聯(lián)形式連接；所述第二分壓電路中的多個(gè)電阻以串聯(lián)形式連接；所述第三分壓電路中的多個(gè)電阻以串聯(lián)形式連接。
5.如權(quán)利要求3所述的電路，其特征在于，所述第一分壓電路含有一個(gè)P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管；所述受保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管為P型所述第一分壓電路中的P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，其源極和襯底接所述受保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的輸入端，其柵極和漏極接所述接點(diǎn)A2；或者，所述受保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管為N型所述第一分壓電路中的P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，其源極和襯底接在所述接點(diǎn)A2上，其漏極和襯底接在所述恒定低電位點(diǎn)上。
6.如權(quán)利要求3所述的電路，其特征在于，所述第二分壓電路含有一個(gè)P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管；所述受保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管為P型所述第二分壓電路中的P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，其源極和襯底接所述接點(diǎn)A2，其柵極和漏極接所述接點(diǎn)B2；或者，所述受保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管為N型所述第二分壓電路中的P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，其源極和襯底接所述接點(diǎn)B2，其柵極和漏極接所述接點(diǎn)A2。
7.如權(quán)利要求3所述的電路，其特征在于，所述第二分壓電路含有一個(gè)以二極管連接方式連接的由一個(gè)以上的P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管構(gòu)成的P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管串；所述受保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管為P型所述第二分壓電路中的所述P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管串一端的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的源極和襯底接在所述接點(diǎn)A2上，另一端的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的柵極和漏極接在所述接點(diǎn)B2上；或者，所述受保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管為N型所述第二分壓電路中的所述P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管串一端的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的柵極和漏極接在所述接點(diǎn)A2上，另一端的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的源極和襯底接在所述接點(diǎn)B2上。
8.如權(quán)利要求3所述的電路，其特征在于，所述第三分壓電路含有一個(gè)N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管；所述受保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管為P型所述第三分壓電路中的N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的柵極和漏極接在所述接點(diǎn)B2上，或者接在所述接點(diǎn)A2上；源極和襯底接在所述接點(diǎn)C2上；或者，所述受保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管為N型所述第三分壓電路中的N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的柵極和漏極接在所述接點(diǎn)C2上；源極和襯底接在所述接點(diǎn)B2上，或者接在所述接點(diǎn)A2上。
9.如權(quán)利要求3所述的電路，其特征在于，所述第三分壓電路含有一個(gè)以二極管連接方式連接的由一個(gè)以上的N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管構(gòu)成的N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管串；所述受保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管為P型所述第三分壓電路中的N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管串一端的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的柵極和漏極接在所述接點(diǎn)B2上，或者接在所述接點(diǎn)A2上；另一端的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的源極和襯底接在所述接點(diǎn)C2上；或者，所述受保護(hù)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管為N型第三分壓電路中的所述N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管串一端的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的柵極和漏極接在所述接點(diǎn)C2上，另一端的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的源極和襯底接在所述接點(diǎn)B2上，或者接在所述接點(diǎn)A2上。
10.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述第一開關(guān)電路為一個(gè)N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，其柵極接所述開信號(hào)，其源極和襯底接在所述接點(diǎn)D2上，其漏極接在所述接點(diǎn)B2上；所述第二開關(guān)電路為一個(gè)N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，其柵極接所述關(guān)信號(hào)，其源極和襯底接在所述接點(diǎn)D2上，其漏極接在所述接點(diǎn)C2上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種包括金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的安全電路，涉及模擬電路設(shè)計(jì)技術(shù)，用以在高壓環(huán)境中保護(hù)用作開關(guān)器件的MOSFET工作于一定的電壓范圍內(nèi)，而不用擔(dān)心其擊穿問題。本發(fā)明所述安全電路包括受保護(hù)的MOSFET及其保護(hù)電路，其中所述保護(hù)電路采用劃分電源域的方法來實(shí)現(xiàn)分壓。所述保護(hù)電路包括串聯(lián)在受保護(hù)MOSFET的輸入端和恒定低電位點(diǎn)之間的第一、第二分壓電路和第一開關(guān)電路，及串聯(lián)在第一、第二分壓電路的接點(diǎn)或第二分壓電路和第一開關(guān)電路接點(diǎn)，與恒定低電位點(diǎn)之間的第三分壓電路和第二開關(guān)電路。采用本發(fā)明所述的安全電路，直接代替目前技術(shù)中的高壓MOSFET開關(guān)器件，簡化了電路的設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝。
文檔編號(hào)H03K17/687GK101030773SQ200710063428
公開日2007年9月5日 申請(qǐng)日期2007年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月31日
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