电源门控电路的制作方法

1.本实用新型涉及集成电路领域，更具体地涉及一种电源门控电路。


背景技术：

2.随着大规模集成电路的发展，片上系统已经被广泛的应用到各个领域，ic规模也越来也大，其低功耗低成本设计已经成为电路设计中必不可少的组成部分。
3.在电路设计时，考虑到工艺方面的成本控制，设计一般会用常规器件，如cmos器件采用3.3vio器件等，但系统的供电电压可能会是比较常见的5v供电电路。用3.3vio器件设计5v电源供电的电路，需要特别注意耐压不良的问题，即要求电路中所有的3.3vcmos器件不论在电路正常工作还是在电路关闭状态，均要保证coms器件的的栅源电压值|vgs|、栅漏电压值|vgd|、源漏电压值|vsd|均在工艺要求的电压范围内，例如3.3v的io器件，一般工艺要求上述栅源电压值|vgs|、栅漏电压值|vgd|、源漏电压值|vsd|均在3.3v
±
10％范围内，否则会引起寿命降低、漏电或者工作不正常的情况。
4.在电路正常工作时，电路支路上通过增加diode(二极管)等方式可以很好的解决耐压不良等问题，但当电路在低功耗处理时，比如为保证低功耗，电路不使用时需要做关断处理，此时由于所有开关器件均为常规3.3v的io器件，而5v电压作为控制开关的高电平时，常规开关电路设计无法保证控制开关的栅源电压值|vgs|、栅漏电压值|vgd|、源漏电压值|vsd|均在工艺要求的电压范围(即3.3v
±
10％)内，会出现耐压不良问题，进而影响整个电路的鲁棒性。
5.因此，有必要提供一种能克服各器件可能出现耐压不良的电源门近电路来克服上述缺陷。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是提供一种电源门控电路，本实用新型的电源门控电路可以很好的保证在高压电路关断时，内部耐压为3.3v的常规器件不会存在耐压不良的问题，提高了电路的稳定性，延长了整个电路的使用寿命。
7.为实现上述目的，本实用新型公开了一种电源门控电路，其包括，两个反相器及分别与外部5v供电电路连接的分压子电路、锁存比较器、门控开关子电路，所述分压子电路对外部5v供电电路输出的5v电压进行分压，且所述分压子电路输出第一电压与第二电压至所述锁存比较器与门控开关子电路，第一电压与第二电压的电压值均小于场效应管的耐压值，且第一电压的电压值大于第二电压的电压值；第一电压为两所述反相器提供工作电压且两个所述反相器串联连接，外部控制信号依次输入两个所述反相器；所述锁存比较器对两个所述反相器输出的信号进行比较，并锁存比较结果；所述门控开关子电路还与所述锁存比较器连接，根据外部控制信号的电压值而关断/闭合整个电源门控电路以控制输出的电压。
8.较佳地，所述分压子电路由n个分压场效应管构成，且n个分压场效应管依次串联
连接，每个所述分压场效应管均连接成二极管结构，第1个所述分压场效应管的源极与外部5v供电电路连接，第n个所述分压场效应管的漏极接地，其中，n为大于3的自然数。
9.较佳地，每个所述分压场效应管各自的栅极均与漏极连接，各自的衬底均与各自的源极连接，且每个所述分压场效应管的宽长比均相同。
10.较佳地，每个所述分压场效应管均为p型场效应管，第一电压从第i个所述分压场效应管的源极引出，相应地第二电压从第i 1个所述分压场效应管的源极引出，且3<i<n，i为自然数。
11.较佳地，所述锁存比较器包括第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、第五场效应管、第六场效应管、第七场效应管及第八场效应管；所述第一场效应管、第二场效应管的源极均与外部5v供电电路连接，且所述第一场效应管、第二场效应管以正反馈的方式连接；所述第二电压输入所述第三场效应管的栅极，所述第三场效应管的源极与第一场效应管的漏极连接，其漏极与第五场效应管的漏极连接；所述第一电压输入所述第五场效应管的栅极，所述第五场效应管的源极与第七场效应管的漏极连接；第2个所述反相器的输出端与所述第七场效应管的栅极连接，所述第七场效应管的源极接地；所述第二电压输入所述第四场效应管的栅极，所述第四场效应管的源极与第二场效应管的漏极连接，其漏极与第六场效应管的漏极连接；所述第一电压输入所述第六场效应管的栅极，所述第六场效应管的源极与第八场效应管的漏极连接；第1个所述反相器的输出端与所述第八场效应管的栅极连接，所述第八场效应管的源极接地。
12.较佳地，所述门控开关子电路包括第九场效应管、第十场效应管、第十一场效应管及第十二场效应管；所述第九场效应管的漏极与外部5v供电电路连接，其栅极与第三场效应管的漏极连接，漏极与第十场效应管的源极连接，所述第二电压输入所述第十场效应管与第十一场效应管的栅极，所述第十场效应管的漏极与第十一场效应管的漏极共同形成输出端，所述第十一场效应管的源极与第十二场效应管的漏极连接，所述第十二场效应管的栅极与第七场效应管的漏极连接，其源极接地。
13.较佳地，所述第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、第九场效应管及第十场效应管均为p型场效应管，且其衬底均连接外部5v供电电路。
14.较佳地，所述第五场效应管、第六场效应管、第七场效应管、第八场效应管、第十一场效应管及第十二场效应管均为n型场效应管，且其衬底均连接低电平。
15.较佳地，所述第一场效应管、第二场效应管以正反馈的方式连接具体为，所述第一场效应管的栅极与所述第二场效应管的漏极连接，且所述第二场效应管的栅极与所述第一场效应管的漏极连接。
16.较佳地，所述第三场效应管、第四场效应管、第五场效应管、第六场效应管、第十场效应管及第十一场效应管为防耐压开关管。
17.与现有技术相比，本实用新型的电源门近电路，由于通过所述分压子电路输出的第一电压与第二电压的电压值均小于场效应管的耐压值，从而使得整个电路中其它通过所述第一电压或第二电压获得电压的场效应管上的电压将均小于其耐压值，也即使得各场效应管在电路运行过程中均不会存在耐压的问题；相应地，合理配置所述分压子电路的分压模式，所述分压子电路内部也不会存在耐压的问题；因此，本实用新型的电源门控电路克服了耐压问题对电路的影响，提高了电路的稳定性，延长了整个电路的使用寿命。
18.通过以下的描述并结合附图，本实用新型将变得更加清晰，这些附图用于解释本实用新型的实施例。
附图说明
19.图1为本实用新型电源门控电路的电路结构图。
20.图2为本实用新型电源门控电路一个实施例的电路结构图。
具体实施方式
21.现在参考附图描述本实用新型的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，本实用新型提供了一种电源门控电路，本实用新型的电源门控电路可以很好的保证在高压电路关断时，内部耐压为3.3v的常规器件不会存在耐压不良的问题，提高了电路的稳定性，延长了整个电路的使用寿命。
22.请参考图1，图1为本实用新型电源门控电路的电路结构图。如图所示，本实用新型的电源门控电路包括，两个反相器(inv1、inv2)及分别与外部5v供电电路连接的分压子电路、锁存比较器、门控开关子电路；所述分压子电路对外部5v供电电路输出的5v电压vbat进行分压，且所述分压子电路输出经分压后的第一电压va与第二电压vb至所述锁存比较器与门控开关子电路；第一电压va与第二电压vb的电压值均小于场效应管的耐压值，在本实用新型中，所有场效应管均为3.3v的cmos器件，也即所述场效应管的耐压值为3.3v；其中，第一电压va的电压值大于第二电压vb的电压值；第一电压va为两个所述反相器提供工作电压，且两个所述反相器串联连接，外部控制信号en依次输入两个所述反相器,即外部控制信号en输入第1个所述反相器inv1，第1个所述反相器inv1的输出信号enn输入第2个所述反相器inv2与所述锁存比较器，第2个所述反相器inv2输出信号enp至所述锁存比较器；所述锁存比较器对两个所述反相器输出的信号进行比较，也即对输入信号enn与enp进行比较，并锁存比较结果；所述门控开关子电路还与所述锁存比较器连接，并根据外部控制信号en的电压值而关断/闭合整个电源门控电路以控制输出的电压。在本实用新型中，通过所述分压子电路输出的第一电压va与第二电压vb的电压值均小于场效应管的耐压值，从而使得整个电路中其它通过所述第一电压va或第二电压vb获得电压的场效应管上的电压将均小于其耐压值，也即使得各场效应管在电路运行过程中均不会再存在耐压的问题；相应地，合理配置所述分压子电路的分压模式，所述分压子电路内部也不会存在耐压的问题；因此，本实用新型的电源门控电路克服了耐压问题对电路的影响，提高了电路的稳定性，延长了整个电路的使用寿命。
23.具体地，在本实用新型中，所述分压子电路由n个分压场效应管(fm1、fm2
……
fmi
……
fmn)构成，且n个分压场效应管依次串联连接，每个所述分压场效应管均连接成二极管结构，第1个所述分压场效应管fm1的源极与外部5v供电电路连接，使得外部5v电压vbat输入第1个所述分压场效应管fm1的源极，第n个所述分压场效应管fmn的漏极接地，其中，n为大于3的自然数；通过n个分压场效应管(fm1、fm2
……
fmi
……
fmn)的连接方式，可对外部5v电压vbat进行n等分，从而通过从合适的分压场效应管上输出第一电压va与第二电压vb，即可实现第一电压va与第二电压vb均小于场效应管的耐压电压值，从而使得整个电路中其它通过所述第一电压va或第二电压vb获得电压的场效应管上的电压将均小于其耐
压值，也即使得各场效应管均不会存在耐压不良的问题。其中，n的取值可根据电路中各器件的工艺而具体选择。
24.进一步地，每个所述分压场效应管各自的栅极均与漏极连接，各自的衬底均与各自的源极连接，且每个所述分压场效应管的宽长比均相同；每个所述分压场效应管均为p型场效应管，从而可以保证n个分压场效应管(fm1、fm2
……
fmi
……
fmn)的源漏电压完全一样，且对电压vbat进行了n等分；另外，通过调节n个分压场效应管(fm1、fm2
……
fmi
……
fmn)的宽长比，可以保证每个分压场效应管均工作在亚阈值区，且其串联支路的电流ip可以控制在na(纳安)量级。另外，第一电压va从第i个所述分压场效应管fmi的源极引出，相应地第二电压vb从第i 1个所述分压场效应管fm(i 1)的源极引出，且3<i<n，i为自然数；在本实用新型的应用过程中，i的取值最好靠近n/2的数，这样能更好地保证电路稳定地进行工作；从而所述第一电压va与第二电压vb的电压值分别如下所示：
25.va＝i/n
×
vbat；
26.vb＝(i 1)/n
×
vbat；
27.如上述可知，要保证各场效应管不会存在耐压的问题，此时的分压点的第一电压va需要满足：
28.va＝i/n
×
vbat<3.3v
29.从而在应用中，可合理选择i与n的取值，从而使第一电压va满足上式；当然在实际应用中，所述第一电压va略小于3.3v即可，这样既保证了电路中各场效应管不会有耐压问题的存在，同时也保证了各场效应管可正常工作，相应地，所述第二电压vb也只略小于第一电压va，从上式也可得出。
30.请再参考图1，所述锁存比较器包括第一场效应管m1、第二场效应管m2、第三场效应管m3、第四场效应管m4、第五场效应管m5、第六场效应管m6、第七场效应管m7及第八场效应管m8。所述第一场效应管m1、第二场效应管m2的源极均与外部5v供电电路连接，且所述第一场效应管m1、第二场效应管m2以正反馈的方式连接；其中，所述正反馈的连接方式，具体为，所述第一场效应管m1的栅极与所述第二场效应管m2的漏极连接，且所述第二场效应管m2的栅极与所述第一场效应管m1的漏极连接。所述第二电压vb输入所述第三场效应管m3的栅极，所述第三场效应管m3的源极与第一场效应管m1的漏极连接，其漏极与第五场效应管m5的漏极连接；所述第一电压va输入所述第五场效应管m5的栅极，所述第五场效应管m5的源极与第七场效应管m7的漏极连接；第2个所述反相器inv2的输出端与所述第七场效应管m7的栅极连接，所述第七场效应管m7的源极接地；所述第二电压vb输入所述第四场效应管m4的栅极，所述第四场效应管m4的源极与第二场效应管m2的漏极连接，其漏极与第六场效应管m6的漏极连接；所述第一电压va输入所述第六场效应管m6的栅极，所述第六场效应管m6的源极与第八场效应管m8的漏极连接；第1个所述反相器inv1的输出端与所述第八场效应管m8的栅极连接，所述第八场效应管m8的源极接地。在本实用新型中，第1个所述反相器inv1输出信号enn至所述第八场效应管m8，而第2个所述反相器inv2输出信号enp至所述第七场效应管m7，从而所述锁存比较器对输入的信号enn与enp进行比较并锁存比较结果。
31.再有，所述门控开关子电路包括第九场效应管m9、第十场效应管m10、第十一场效应管m11及第十二场效应管m12；所述第九场效应管m9的漏极与外部5v供电电路连接，其栅极与第三场效应管m3的漏极连接，漏极与第十场效应管m10的源极连接，所述第二电压vb输
入所述第十场效应管m10与第十一场效应管m11的栅极，所述第十场效应管m10的漏极与第十一场效应管m11的漏极共同形成输出端(图未示)，且所述输出端输出电压vbato，所述第十一场效应管m11的源极与第十二场效应管m12的漏极连接，所述第十二场效应管m12的栅极与第七场效应管m7的漏极连接，其源极接地。在所述门控开关子电路图中，当控制信号en为高电平3.3v时，电源门控电路闭合，此时，vbat＝vbato；当控制信号en为低电平0v时，电源门控电路关断，此时vbato下拉至地。
32.在本实用新型的优选实施方式中，所述第一场效应管m1、第二场效应管m2、第三场效应管m3、第四场效应管m4、第九场效应管m9及第十场效应管m10均为p型场效应管，且其衬底均连接外部5v供电电路；所述第五场效应管m5、第六场效应管m6、第七场效应管m7、第八场效应管m8、第十一场效应管m11及第十二场效应管m12均为n型场效应管，且其衬底均连接低电平；其中，上述各场效应管的衬底的连接在方式，在图中并未示出。
33.再有，在本实用新型中，所述第三场效应管m3、第四场效应管m4、第五场效应管m5、第六场效应管m6、第十场效应管m10及第十一场效应管m11为防耐压开关管，其在电路运行过程中，可以钳位电压，防止器件本身出现耐压不良的问题，保证了电路的正常运行。
34.由上述可知，本实用新型的电源门近电路，由于通过所述分压子电路输出的第一电压与第二电压的电压值均小于场效应管的耐压值，从而使得整个电路中其它通过所述第一电压或第二电压获得电压的场效应管上的电压将均小于其耐压值，也即使得各场效应管在电路运行过程中均不会存在耐压的问题；相应地，由于在所述分压子电路中，n>3，从而使得每个所述分压场效应管上的电压也肯定小于3.3v，使得所述分压子电路内部也不会存在耐压的问题；因此，本实用新型的电源门控电路克服了耐压问题对电路的影响，提高了电路的稳定性，延长了整个电路的使用寿命。
35.请再结合参考图2，图2为本实用新型电源门控电路一个实施例的电路结构图。如图所示，在本实施例中，n的取值为9，i的取值为5，也即：
36.va＝5/9
×
vbat；
37.vb＝4/9
×
vbat；
38.且：
39.va＝5/9
×
vbat<3.3v。
40.其它均与图1相同，在此不再赘述。
41.下面以图2为例，描述本实用新型电源门控电路的工作原理：
42.在本实用新型的电源门控电路中，两个反相器inv1与inv2的供电电压为经过分压子电路分压后的第一电压va，众所周知地，反相器在工作状态锁定后，漏电电流为pa(皮安)级，远小于电流ip，因为电流ip为na(纳安)级，所以反相器inv1、inv2状态锁定后，va电压并不会产生影响。
43.当控制信号en为高电平3.3v时：
44.则第1个所述反相器inv1的输出信号enn为低电平，第2个所述反相器inv2的输出信号enp为高电平va，所述锁存比较器通过导通的防耐压开关管第三场效应管m3、第四场效应管m4、第五场效应管m5、第六场效应管m6及正反馈电路第一场效应管m1、第二场效应管m2使得电压如下所示：
45.v
d
＝0；
46.v
c
＝v
b
|v
gsm3
|
47.其中，v
gsm3
为第三场效应管m3的栅源电压。
48.锁存比较器进入稳定态后，流经第一场效应管m1、第三场效应管m3、第五场效应管m5、第七场效应管m7支路的电流及流经第二场效应管m2、第四场效应管m4、第六场效应管m6、第八场效应管m8的电流为pa级，因此式子中第三场效应管m3的v
gsm3
很小，作为开关管的第九场效应管m9的栅源电压v
gs
为
49.|v
gsm9
|＝vbat
‑
v
c
＝v
a
‑
|v
gsm3
|＜3.3v
50.其中，v
gsm9
为第九场效应管m9的栅源电压。
51.由于电压va略小于3.3v，电压v
gsm9
很小,因此可以保证第九场效应管m9顺利导通，作为开关管，导通时，其漏极电压与源极相同，因此第九场效应管m9的栅漏电压及漏源电压均不会出现耐压不良问题。
52.对于第十场效应管m10：
53.|v
gsm10
|＝vbat
‑
v
b
＝v
a
＜3.3v
54.其中，v
gsm10
为第十场效应管m10的栅源电压。
55.有上式可知，第十场效应管m10的栅源电压同样略小于3.3v，此时第十场效应管m10同样作为开关管，可以保证其栅漏电压及漏源电压均不会出现耐压不良问题。
56.由于电压vd＝0，作为开关管的第十二场效应管m12关断，其漏极电压为vb
‑
v
gsm11
<3.3v，保证了第十二场效应管m12没有耐压问题。
57.对于第十一场效应管m11：
58.|v
dsm11
|＝vbat
‑
v
b
‑
v
gsm11
＝v
a
‑
v
gsm11
＜3.3v，
59.其中，v
gsm11
为第十一场效应管m11的栅源电压，v
dsm11
为第十一场效应管m11的漏源电压。
60.因此第十一场效应管m11同样没有耐压问题。
61.采用上述同样分析方法，可以计算场效应管m1
‑
m8均不会出现耐压问题，及整个电路中所有的cmos器件均不会出现耐压不良问题，同时保证了作为开关管的第九场效应管m9、第十场效应管m10的顺利导通。
62.当控制信号en为低电平0时：
63.则第1个所述反相器inv1的输出信号enn为高电平va，第2个所述反相器inv2的输出信号enp为低电平0，锁存比较器通过导通的耐压开关管第三场效应管m3、第四场效应管m4、第五场效应管m5、第六场效应管m6及正反馈电路第一场效应管m1、第二场效应管m2使得电压如下所示：
64.v
c
＝vbat
65.v
d
＝v
a
‑
|v
gsm5
|
66.其中，v
gsm5
为第五场效应管m5的栅源电压
67.同样由于锁存比较器进入稳定态后，流经第一场效应管m1、第三场效应管m3、第五场效应管m5、第七场效应管m7支路的电流及流经第二场效应管m2、第四场效应管m4、第六场效应管m6、第八场效应管m8支路的电流为pa级，因此式子中的v
gsm5
很小，因此电压vd为接近于3.3v的电压值，可以保证作为开关管的第十二场效应管m12顺利导通，此时作为开关管第十一场效应管m11的栅源电压为vb，同样可以保证其顺利导通，且不存在耐压问题，此时
vbato被下拉到地，即与vbato相连的电路被拉倒地电平，从而可靠地关断由vbato供电的相关电路。
68.因为电压vc为最高电压vbat，可以保证第九场效应管m9可靠关闭，第十场效应管m10同样被关断，此时2个被关断的开关管串联在了电压vbat到vbato(此时为地电平)的通路上，其为高阻分压且阻抗相当，可以保证两者均不会出现耐压问题。
69.采用上述同样分析方法，可以计算场效应管m1
‑
m8均不会出现耐压问题，及整个电路中所有的cmos器件均不会出现耐压不良问题。
70.通过上述分析，当控制信号en为低电平时，作为开关管的第九场效应管m9、第十场效应管m10可靠关断，电压vbato通过第九场效应管m9、第十场效应管m10下拉至地电平，实现vbato输出0电平，可靠关断与vbato连接的电路，且所有器件均不会出现耐压不良问题。
71.以上结合最佳实施例对本实用新型进行了描述，但本实用新型并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本实用新型的本质进行的修改、等效组合。