模擬開關(guān)與用于控制模擬開關(guān)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及模擬開關(guān)以及用于控制模擬開關(guān)的裝置與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]模擬開關(guān)，例如使用晶體管構(gòu)建的傳輸門或轉(zhuǎn)換門，可以用于選擇性地通過或阻止的模擬信號?；谀M開關(guān)的理想二極管像機(jī)械開關(guān)，例如像照明開關(guān)。在“接通”狀態(tài)時(shí)，模擬開關(guān)應(yīng)該像短路一樣在其節(jié)點(diǎn)間傳遞信號。在“斷開”狀態(tài)的開關(guān)應(yīng)作為開路。
[0003]與基于模擬開關(guān)的半導(dǎo)體有關(guān)的問題是，它們可能無法像機(jī)械開關(guān)那樣操作。例如，基于模擬開關(guān)的半導(dǎo)體有時(shí)部分地結(jié)束，甚至當(dāng)它應(yīng)該是“斷開”或者模擬開關(guān)可能會很慢“斷開”和“接通”間切換。為了使基于開關(guān)的半導(dǎo)體更像機(jī)械開關(guān)操作，它們經(jīng)常需要使用指定的參數(shù)進(jìn)行操作。例如，模擬開關(guān)切換的信號可以由施加到組成開關(guān)的晶體管的柵極端子的電壓范圍所限制。柵極端子可以用來切換晶體管的斷開與接通，這樣它像旋塞閥控制晶體管源極與漏極端子間電流的流動。施加到柵極的電壓范圍通常被限定于電路中可獲取的電源電壓，有時(shí)也被稱為電源軌。當(dāng)輸入信號超出了設(shè)備的電源軌，即超過最大正向電源電壓或低于最大負(fù)向電源電壓，許多模擬開關(guān)表現(xiàn)出非理想行為，特別包括斷開狀態(tài)時(shí)的泄露與被降低的切換速度和線性度，這是不希望的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供模擬開關(guān)，調(diào)節(jié)它的開關(guān)晶體管的電壓以滿足所期望的切換狀態(tài)，包括:
[0005]具有源極、漏極和柵極的P型第一晶體管；
[0006]具有源極、漏極和柵極的N型第二晶體管，其中第二晶體管的源極在第一節(jié)點(diǎn)處耦合到第一晶體管的漏極并且第二晶體管的漏極在第二節(jié)點(diǎn)處耦合到第一晶體管的源極；和
[0007]開關(guān)控制電路，當(dāng)?shù)谝还?jié)點(diǎn)與第二節(jié)點(diǎn)的電壓的至少一個(gè)超出開關(guān)控制電路的電源電壓的范圍時(shí)，被配置使用來自在第一節(jié)點(diǎn)與第二節(jié)點(diǎn)的電壓至少一個(gè)驅(qū)動第一與第二晶體管的柵極至少一個(gè)的開關(guān)控制電路。
[0008]第一和第二晶體管用作模擬開關(guān)的開關(guān)晶體管。
[0009]當(dāng)試圖將模擬開關(guān)處于高阻抗?fàn)顟B(tài)時(shí)，開關(guān)控制電路可操作地使用來自在第一節(jié)點(diǎn)與第二節(jié)點(diǎn)電壓的最大正向電壓以驅(qū)動第一晶體管的柵極并且使用來自在第一節(jié)點(diǎn)與第二節(jié)點(diǎn)電壓的最大負(fù)向電壓以驅(qū)動第二晶體管的柵極，當(dāng)?shù)谝慌c第二節(jié)點(diǎn)電壓超出開關(guān)控制電路的電源電壓范圍時(shí)。
[0010]在一個(gè)實(shí)施例中，提供模擬開關(guān)，其包括具有源極、漏極和柵極的P型第一晶體管；具有源極、漏極和柵極的N型第二晶體管，以及可操作地以驅(qū)動第一和第二晶體管的柵極的開關(guān)控制電路，其中第一晶體管的漏極與第二晶體管的源極連接在第一節(jié)點(diǎn)，并且第一晶體管的源極和第二晶體管的漏極連接在第二節(jié)點(diǎn)，并且其中當(dāng)?shù)谝换虻诙?jié)點(diǎn)的電壓超出開關(guān)控制電路的電源電壓范圍時(shí)，響應(yīng)使得開關(guān)高阻狀態(tài)的信號，開關(guān)控制電路使用來自第一節(jié)點(diǎn)與第二節(jié)點(diǎn)電壓的最大正向電壓驅(qū)動第一晶體管的柵極并且使用來自第一節(jié)點(diǎn)與第二節(jié)點(diǎn)電壓的最大負(fù)向電壓驅(qū)動第二晶體管的柵極。
[0011]當(dāng)?shù)谝缓偷诙?jié)點(diǎn)的電壓都在開關(guān)控制電路的電源電壓范圍之內(nèi)時(shí)，則開關(guān)控制電路可以被配置提供它的正向電源軌電壓到第一晶體管。因此，開關(guān)控制電路可以包括配置第一部分，提供在P型晶體管的源極電壓、P型晶體管的漏極電壓與開關(guān)控制電路的電源電壓之一的最大正向到晶體管的柵極以維持晶體管處于非導(dǎo)通狀態(tài)。
[0012]當(dāng)?shù)谝缓偷诙?jié)點(diǎn)處的電壓在電源電壓范圍，開關(guān)控制電路可以被設(shè)置向第二晶體管提供其負(fù)向電源軌電壓。因此，開關(guān)控制電路可以包括第二部分，被設(shè)置提供N型晶體管的源極的電壓、N型晶體管漏極的電壓與開關(guān)控制電路的最大負(fù)向電源軌的最大負(fù)向到N型晶體管的柵極以維持晶體管處于非導(dǎo)通狀態(tài)。
[0013]根據(jù)開關(guān)的第一與第二節(jié)點(diǎn)的電壓，通過動態(tài)地控制第一與第二晶體管的柵極電壓，第一與第二節(jié)點(diǎn)電壓被阻止延伸出柵極電壓范圍(開關(guān)控制電路或者開關(guān)控制器能夠驅(qū)動?xùn)艠O的電壓范圍)并且同樣地第一與第二晶體管的柵極總被偏置足以維持開關(guān)的正確操作。開關(guān)可以雙向操作，即具有從第一節(jié)點(diǎn)傳送到第二節(jié)點(diǎn)，或者從第二節(jié)點(diǎn)到第一節(jié)點(diǎn)的信號，因?yàn)榭刂齐娐肥强刹僮鞯囊源_定第一與第二節(jié)點(diǎn)電壓的最大正向。
[0014]優(yōu)選地，第一晶體管還包括第一背柵。優(yōu)選地，第二晶體管也具有背柵，這將被識別為第二背柵。控制電路可以使用第一節(jié)點(diǎn)電壓與第二節(jié)點(diǎn)電壓的最大正向電壓可操作地驅(qū)動第一背柵并且使用第一節(jié)點(diǎn)電壓與第二節(jié)點(diǎn)電壓的最大負(fù)向電壓驅(qū)動第二背柵。
[0015]有利地，控制電路可以包括開關(guān)偏置電路，可操作地以比較第一節(jié)點(diǎn)電壓與第二節(jié)點(diǎn)電壓并且輸出第一與第二節(jié)點(diǎn)電壓的最大正向到第一正向節(jié)點(diǎn)并且輸出第一與第二電壓的最大負(fù)向到第一負(fù)向節(jié)點(diǎn)。
[0016]優(yōu)選地，開關(guān)控制電路還包括最大正向選擇電路，可操作地以比較第一正向節(jié)點(diǎn)的電壓與到開關(guān)控制器的最大正向電源電壓并且在第一正向節(jié)點(diǎn)輸出最大正向電壓并且輸出最大正向電源電壓到最大正向電路輸出節(jié)點(diǎn)。開關(guān)控制電路還包括最大負(fù)向選擇電路，可操作地以比較第一負(fù)向節(jié)點(diǎn)的電壓與到開關(guān)控制電路的最大負(fù)向電壓并且在第一負(fù)向節(jié)點(diǎn)輸出最大負(fù)向電壓與輸出最大負(fù)向電源電壓到最大負(fù)向電路輸出節(jié)點(diǎn)。
[0017]有利地，控制電路還可以包括電平移位器，用于響應(yīng)打開開關(guān)的信號(即，使開關(guān)不導(dǎo)通)，以使用最大正向電路輸出節(jié)點(diǎn)的電壓驅(qū)動第一柵極并且使用最大負(fù)向電路輸出節(jié)點(diǎn)的電壓驅(qū)動第二柵極。
[0018]開關(guān)與用于開關(guān)的控制電路中的晶體管可以被制造在單個(gè)集成電路或多個(gè)集成電路上，或者可以使用分立元件來實(shí)現(xiàn)。
[0019]如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，當(dāng)場效應(yīng)晶體管(或至少一個(gè)增強(qiáng)型器件)的柵極等于或者接近晶體管源極電壓時(shí)，它是不導(dǎo)通的。隨著柵極和源極之間的電壓的差增加，晶體管變得逐漸導(dǎo)通。在“閾值電壓”時(shí)，導(dǎo)通開始變得顯著。還將會理解，場效應(yīng)晶體管的源極和漏極是可以互換的，因?yàn)檫@種器件是基本對稱的。因此，在本文所述的實(shí)施例中任何晶體管的源極和漏極，在沒有影響所描述的電路的功能情況下，是可以互換。
[0020]當(dāng)需要打開模擬開關(guān)時(shí)，開關(guān)控制器可以被設(shè)置驅(qū)動第一和第二晶體管的控制節(jié)點(diǎn)到超出第一閾值電壓范圍的電壓。
[0021]通過驅(qū)動第一晶體管的柵極到開關(guān)控制電路電源電壓的最大負(fù)向之一，可以使得第一晶體管導(dǎo)通。
[0022]通過驅(qū)動第二晶體管的柵極到開關(guān)控制電路電源電壓的最大正向之一，可以使第二晶體管導(dǎo)通。
[0023]因此，響應(yīng)允許通過開關(guān)的信號傳輸?shù)目刂菩盘?，電路可操作地使用最大?fù)向電源電壓驅(qū)動第一柵極并且使用最大正向電源電壓驅(qū)動第二柵極。
[0024]應(yīng)當(dāng)理解，在一些實(shí)施例中，開關(guān)不必是雙向的。這可能是因?yàn)樵诘谝缓偷诙?jié)點(diǎn)中的電壓總是大于或等于另一節(jié)點(diǎn)的電壓。在這種情況下，不需要確定第一和第二節(jié)點(diǎn)的最大正向。在這種情況下，可以提供開關(guān)，包括:P型晶體管，其包括第一漏極、第一源極和第一柵極辦型晶體管，其包括第二漏極、第二源極和第二柵極；第一漏極與第二源極連接到第一節(jié)點(diǎn)；第一源極與第二漏極連接到第二節(jié)點(diǎn)；與控制電路，其中響應(yīng)抑制信號傳輸?shù)男盘枺_關(guān)控制電路可操作地使用第一節(jié)點(diǎn)的第一節(jié)點(diǎn)電壓的最大正向電壓驅(qū)動第一柵極與開關(guān)的最大正向電源電壓，并且使用第二節(jié)點(diǎn)的第二節(jié)點(diǎn)電壓與開關(guān)的最大負(fù)向電源電壓的最大負(fù)向電壓驅(qū)動第二柵極。
[0025]根據(jù)本發(fā)明更深的方面，提供由第一晶體管與第二晶體管構(gòu)成的傳輸門的方法，其中第一晶體管是P型場效應(yīng)晶體管和第二晶體管是N型場效應(yīng)晶體管，并且其中第一晶體管的漏極與第二晶體管的源極連接到第一節(jié)點(diǎn)，并且第一晶體管的源極與第二晶體管的漏極連接到第二節(jié)點(diǎn)，并且其中響應(yīng)置于開關(guān)處于高阻抗?fàn)顟B(tài)的指令，方法包括使用最大正向電壓供給第一晶體管的柵極，被選自I)用于驅(qū)動器電路驅(qū)動第一晶體管的電源電壓，2)第一節(jié)點(diǎn)的電壓，與3)第二節(jié)點(diǎn)的電壓；并且使用最大負(fù)向(最小正向)電壓供給第二晶體管的柵極，被選自I)用于驅(qū)動器驅(qū)動第二晶體管的電源電壓，2)第一節(jié)點(diǎn)的電壓與3)第二節(jié)點(diǎn)的電壓。
[0026]電源電壓可包括兩個(gè)電壓軌，其中一個(gè)比另一個(gè)更正向，例如如Vdd和V ss，Vdd和接地，接地和Vss等。
【附圖說明】
[0027]現(xiàn)在將參照附圖，描述根據(jù)本發(fā)明的模擬開關(guān)的實(shí)施例，通過非限制性的示例，其中: