高压模拟集成开关电路的制作方法

1.本发明涉及模拟集成电路技术领域，特别涉及一种高压模拟集成开关电路。


背景技术：

2.模拟开关是一种在集成电路设计中常见的单元，常见的低压模拟开关通常使用cmos（互补金属氧化物半导体）传输门，但在电动汽车电池监测等高压应用领域，低压cmos传输门并不适用。
3.随着bcd（bipolar-cmos-dmos）（双极型-互补金属氧化半导体-双扩散金属氧化半导体工艺）工艺的出现，高压模拟开关的设计逐渐丰富起来，bcd工艺能够根据高压需要制造高压器件，并使高压器件和cmos有非常好的兼容性。
4.目前，使用比较广泛的高压模拟开关结构由两个子开关并联构成，一个由一对n型ldmos（横向扩散金属氧化物半导体）管背靠背连接构成，另一个则由一对p型ldmos管背靠背连接构成，通过驱动电路控制开关管栅源端间的电阻电压，从而控制开关管的通断。但该结构存在以下缺陷：一方面是栅极驱动电路的电压控制有从输出引入的反馈，开关管关断后会对后续的电压采样造成波动并引入误差，另一方面是采用n型和p型两个子开关能实现轨到轨的输出幅度，但会降低线性度。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中现有的高压模拟开关结构存在对后续的电压采样造成波动并引入误差以及降低了线性度的缺陷，提供一种高压模拟集成开关电路。
6.本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：本发明提供了一种高压模拟集成开关电路，包括开关管和驱动电路，所述开关管包括第一ldmos管和第二ldmos管；所述第一ldmos管的漏极与所述第二ldmos管的漏极电连接，所述第一ldmos管的源极与高压模拟集成开关电路的输入端电连接，所述第二ldmos管的源极与高压模拟集成开关电路的输出端电连接，所述第一ldmos管的栅极分别与所述第二ldmos管的栅极以及所述驱动电路电连接；所述驱动电路用于根据接收到的控制信号控制所述开关管导通或断开；当所述开关管导通时，所述输入端用于将电压传输至所述输出端。
7.较佳地，所述驱动电路用于根据接收到的高电平控制信号控制所述开关管导通，或根据接收到的低电平控制信号控制所述开关管断开。
8.较佳地，所述驱动电路包括电容、第一控制电路、第二控制电路以及第三控制电路，所述第一控制电路包括第一pmos管，所述第二控制电路包括第一nmos管，所述第三控制电路包括第二pmos管；所述第一pmos管的源极与所述输入端电连接，所述第一pmos管的漏极分别与所述
电容的上级板以及所述第一nmos管的源极电连接，所述第一nmos管的漏极与所述第二pmos管的漏极电连接，所述第二pmos管的源极与高压域电源电连接，所述电容的下级板分别与低压域电源和地电连接，所述第一pmos管的栅极、所述第一nmos管的栅极以及所述第二pmos管的栅极均接地；所述电容用于控制所述开关管的栅极电压；所述第一pmos管用于给所述电容的上级板充电；所述第一nmos管用于将所述电容的上级板电压传输给所述开关管的栅极，使得所述开关管导通；所述第二pmos管用于将所述高压域电源的电压传输给所述开关管的栅极，使得所述开关管断开。
9.较佳地，所述第一控制电路还包括第一分压电阻、第一齐纳二极管以及第二nmos管；所述第一分压电阻的一端分别与所述输入端、所述第一齐纳二极管的负极端以及所述第一pmos管的源极电连接，所述第一分压电阻的另一端分别与所述第一齐纳二极管的正极端以及所述第一pmos管的栅极电连接，所述第一pmos管的栅极与所述第二nmos管的漏极电连接，所述第二nmos管的栅极与反向控制信号输入端电连接，所述第二nmos管的源极接地。
10.较佳地，所述第二控制电路还包括第二分压电阻、第二齐纳二极管以及第三nmos管；所述第二分压电阻的一端分别与所述输入端以及所述第二齐纳二极管的负极端电连接，所述第二分压电阻的另一端分别与所述第一nmos管的栅极、所述第二齐纳二极管的正极端以及所述第三nmos管的漏极电连接，所述第三nmos管的栅极与反向控制信号输入端电连接，所述第三nmos管的源极接地。
11.较佳地，所述第三控制电路还包括第三分压电阻、第三齐纳二极管以及第四nmos管；所述第三分压电阻的一端分别与所述高压域电源、所述第三齐纳二极管的负极端以及所述第二pmos管的源极电连接，所述第四nmos管的漏极分别与所述第二pmos管的栅极、所述第三齐纳二极管的正极端以及所述第三分压电阻的另一端电连接，所述第四nmos管的栅极与反向控制信号输入端电连接，所述第四nmos管的源极接地。
12.较佳地，所述驱动电路还包括第五nmos管和第三pmos管；所述第五nmos管的漏极分别与所述电容的下级板以及所述第三pmos管的漏极电连接，所述第五nmos管的源极接地，所述第五nmos管的栅极以及所述第三pmos管的栅极均与正向控制信号输入端电连接，所述第三pmos管的源极与所述低压域电源电连接。
13.较佳地，所述输入端的电压以及所述输出端的电压的取值均大于等于0v且小于等于40v；和/或，所述第一ldmos管和所述第二ldmos管均为p型ldmos管。
14.较佳地，所述电容的电容值大于等于4.5pf；和/或，
所述低压域电源的电压值大于0v且小于等于5v。
15.较佳地，所述高压域电源的电压大于等于所述输入端的电压。
16.本发明的积极进步效果在于：本发明无需将驱动电路与高压模拟集成开关电路的输出端连通，仅采用一对p型ldmos管作为高压模拟集成开关电路的开关管，通过驱动电路根据接收到的控制信号控制开关管导通或断开，能够稳定、高精度地输出高压信号，避免了驱动电路对后续电压采样带来的不稳定影响，提高了输出电压的线性度。
附图说明
17.图1为本发明一示例性实施例提供的一种高压模拟集成开关电路的电路图。
具体实施方式
18.下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
19.如图1所示，本实施例提供的一种高压模拟集成开关电路，包括开关管1和驱动电路2，开关管1包括第一ldmos管dp1和第二ldmos管dp2；第一ldmos管dp1的漏极与第二ldmos管dp2的漏极电连接，第一ldmos管dp1的源极与高压模拟集成开关电路的输入端vin电连接，第二ldmos管dp2的源极与高压模拟集成开关电路的输出端vout电连接，第一ldmos管dp1的栅极分别与第二ldmos管dp2的栅极以及驱动电路2电连接；驱动电路2用于根据接收到的控制信号控制开关管1导通或断开；当开关管1导通时，输入端vin用于将电压传输至输出端vout。
20.本实施例中，第一ldmos管dp1和第二ldmos管dp2均为p型ldmos管。
21.本实施例中，输入端的电压以及输出端的电压的取值均大于等于0v且小于等于40v。
22.本实施例采用两个p型ldmos管背靠背串联构成的开关管，提高了输出电压的线性度，并采用电荷泵结构作为驱动电路（即采用电荷泵结构作为开关管栅极驱动电路）控制开关管的通断，无需将驱动电路与高压模拟集成开关电路的输出端连通，避免了驱动电路对后续电压采样带来的不稳定影响。
23.在一可实施的方案中，驱动电路2用于根据接收到的高电平控制信号控制开关管1导通，或根据接收到的低电平控制信号控制开关管1断开。
24.在一可实施的方案中，如图1所示，驱动电路2包括电容c、第一控制电路21、第二控制电路22以及第三控制电路23，第一控制电路21包括第一pmos管dp3，第二控制电路22包括第一nmos管dn1，第三控制电路23包括第二pmos管dp4；第一pmos管dp3的源极与输入端vin 电连接，第一pmos管dp3的漏极分别与电容c的上级板以及第一nmos管dn1的源极电连接，第一nmos管dn1的漏极与第二pmos管dp4的漏极电连接，第二pmos管dp4的源极与高压域电源v 电连接，电容c的下级板分别与低压域电源vdd 和地电连接，第一pmos管dp3的栅极、第一nmos管dn1的栅极以及第二pmos管dp4的栅极均接地；
电容c用于控制开关管1的栅极电压；本实施例中，电容c的电容值大于等于4.5pf；电容c可以为自举电容，在具体实施过程中，通过调节自举电容的电压对开关管的栅极电压进行控制。
25.第一pmos管dp3用于给电容c的上级板充电；第一nmos管dn1用于将电容c的上级板电压传输给开关管1的栅极，使得开关管1导通；第二pmos管dp4用于将高压域电源v 的电压传输给开关管1的栅极，使得开关管1断开。
26.本实施例中，第一pmos管dp3、第二pmos管dp4以及第一nmos管dn1均为高压mos管，其中，第一pmos管dp3和第二pmos管dp4均为p型ldmos管，第一nmos管dn1为n型ldmos管。
27.本实施例中，低压域电源的电压值大于0v且小于等于5v，需要说明的是，低压域电源的电压值通常设置为5v。
28.本实施例中，高压域电源的电压大于等于输入端的电压（即v_ ≥v_in）。需要说明的是，高压域电源的电压可以为输入端电压的最大值。
29.在一可实施的方案中，如图1所示，第一控制电路21还包括第一分压电阻r1、第一齐纳二极管d1以及第二nmos管dn2；第一分压电阻r1的一端分别与输入端vin、第一齐纳二极管d1的负极端以及第一pmos管dp3的源极电连接，第一分压电阻r1的另一端分别与第一齐纳二极管d1的正极端以及第一pmos管dp3的栅极电连接，第一pmos管dp3的栅极与第二nmos管dn2的漏极电连接，第二nmos管dn2的栅极与反向控制信号输入端`s电连接，第二nmos管dn2的源极接地。需要说明的是，第二nmos管dn2的源极通过第一偏置电流源i1接地。
30.本实施例中，第一分压电阻r1的电阻值优选100kω，也可以根据实际需求进行设置。此处不做具体限定。
31.本实施例中，第二nmos管dn2为高压mos管且为n型ldmos管，第一齐纳二极管d1用于防止过压导致第一pmos管dp3被击穿。
32.在一可实施的方案中，如图1所示，第二控制电路22还包括第二分压电阻r2、第二齐纳二极管d2以及第三nmos管dn3；第二分压电阻r2的一端分别与输入端vin以及第二齐纳二极管d2的负极端电连接，第二分压电阻r2的另一端分别与第一nmos管dn1的栅极、第二齐纳二极管d2的正极端以及第三nmos管dn3的漏极电连接，第三nmos管dn3的栅极与反向控制信号输入端`s电连接，第三nmos管dn3的源极接地。需要说明的是，第三nmos管dn3的源极通过第二偏置电流源i2接地。
33.本实施例中，第二分压电阻r2的电阻值优选100kω，也可以根据实际需求进行设置。此处不做具体限定。
34.本实施例中，第三nmos管dn3为高压mos管且为n型ldmos管，第二齐纳二极管d2用于防止过压导致第一nmos管dn1被击穿。
35.在一可实施的方案中，如图1所示，第三控制电路23还包括第三分压电阻r3、第三齐纳二极管d3以及第四nmos管dn4；第三分压电阻r3的一端分别与高压域电源v 、第三齐纳二极管d3的负极端以及第
二pmos管dp4的源极电连接，第四nmos管dn4的漏极分别与第二pmos管dp4的栅极、第三齐纳二极管d3的正极端以及第三分压电阻r3的另一端电连接，第四nmos管dn4的栅极与反向控制信号输入端`s电连接，第四nmos管dn4的源极接地。需要说明的是，第四nmos管dn4的源极通过第三偏置电流源i3接地。
36.本实施例中，第三分压电阻r3的电阻值优选100kω，也可以根据实际需求进行设置。此处不做具体限定。
37.本实施例中，第四nmos管dn4为高压mos管且为n型ldmos管，第三齐纳二极管d3用于防止过压导致第二pmos管dp4被击穿。
38.在一可实施的方案中，如图1所示，驱动电路2还包括第五nmos管mn1和第三pmos管mp1；第五nmos管mn1的漏极分别与电容c的下级板以及第三pmos管mp1的漏极电连接，第五nmos管mn1的源极接地，第五nmos管mn1的栅极以及第三pmos管mp1的栅极均与正向控制信号输入端s电连接，第三pmos管mp1的源极与低压域电源vdd电连接。
39.本实施例中，第五nmos管mn1和第三pmos管mp1均为低压mos管。
40.本实施例中，第一pmos管dp3、第二pmos管dp4以及第一nmos管dn1三个高压mos管的通断分别由三个控制电路（即第一控制电路21、第二控制电路22以及第三控制电路23）控制，第二nmos管dn2、第三nmos管dn3以及第四nmos管dn4三个高压mos管均作为电流控制开关以控制电流的通断，dn2、dn3以及dn4的源极分别连接偏置电流源i1、i2、i3，通过电流的泄放控制dp3、dp4以及dn1的栅源间的第一分压电阻r1、第二分压电阻r2以及第三分压电阻r3进行分压，偏置电流源i1、i2、i3的另一端均接地。
41.在具体实施过程中，驱动电路通常选用5v的逻辑信号进行驱动，三个控制电流的高压mos管dn2、dn3以及dn4以及两个低压mos管mn1和mp1的栅极均由逻辑控制信号s控制，当控制信号s为低电平（即逻辑“0”）时，开关管断开；当控制信号s为高电平（即逻辑“1”）时，开关管导通。
42.本实施例中，驱动电路没有采用从输出端引入的反馈结构对开关管进行控制，而是采用电荷泵结构利用自举电容的电压直接控制开关管的栅极电压，消除了驱动电路对后续电压采样带来的不稳定影响，避免了开关管断开时驱动电路对输出电压的干扰。
43.在具体实施过程中，控制信号输入端的控制信号s通常选用5v的逻辑信号进行驱动，低压域电源的电压通常也选用5v，高圧域电源的电压需要满足v_ ≥v_in，可以为输入端电压的最大值。
44.由于mp1和mn1的栅极均与正向控制信号输入端电连接，电流控制开关dn2、dn3以及dn4的栅极均与反向控制信号输入端电连接，因此，当控制信号s为低电平（即逻辑“0”）时，mp1和mn1的栅极均为低电平，mp1导通、mn1截止，电容c的下级板连接vdd，而电流控制开关dn2、dn3以及dn4的栅极均为高电平，电流控制开关dn2、dn3以及dn4均导通，第一分压电阻r1、第二分压电阻r2以及第三分压电阻r3产生足够的栅源电压，因此dp3、dp4均导通，dn1截止，电容c的上级板连接高压模拟集成开关电路的输入端vin ，并给电容c的上级板充电至vin（充电后的电容c的上级板电压与输入端vin的电压相同），开关管栅极通过dp4连接至v 。由于高圧域电源v 满足v_ ≥v_in，因此控制信号s为低电平时开关管不导通。
45.当控制信号s为高电平（即逻辑“1”）时，mp1和mn1的栅极为均高电平，mp1截止、mn1
导通，电容c的下级板接地、上级板的电压降为vin-vdd，而电流控制开关dn2、dn3以及dn4的栅极均为低电平，电流控制开关dn2、dn3以及dn4均截止，因此dp3、dp4均截止，而dn1的栅极连接高压模拟集成开关电路的输入端vin、dn1的源极连接电容c的上级板，dn1两端的电压差使dn1导通，从而使开关管栅极与电容c的上级板相连，开关管的栅极电压为vin-vdd，由于开关管dp1和dp2上产生足够的栅极电压，因此开关管导通，实现了电压的传输。
46.本实施例无需将驱动电路与高压模拟集成开关电路的输出端连通，仅采用一对p型ldmos管作为高压模拟集成开关电路的开关管，通过驱动电路根据接收到的控制信号控制开关管导通或断开，能够稳定、高精度地输出高压信号，避免了驱动电路对后续电压采样带来的不稳定影响，提高了输出电压的线性度。
47.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。