[发明专利]具有改进的时间响应特性的通路开关电路及其控制方法

说明书

本发明涉及用于将输入节点的电压传输到输出节点的通路开关电路，更具体地，涉及因提升的时间响应特性而能够快速切换的通路开关电路。根据本公开一实施方式的通路开关电路包括通路开关、第一电容器和第一开关，其中，通路开关用于将电压电平从输入节点传输到输出节点，第一电容器的一侧的节点在通路开关的控制节点的电压处于第一状态时具有第一电压电平，并且第一开关用于将第一电容器的所述一侧的节点连接到通路开关的控制节点。

技术领域

本发明涉及将输入节点的电压传输到输出节点的通路开关电路，更具体地，涉及具有改进的时间响应特性从而实现快速切换的通路开关电路。

背景技术

在支持高电压开关操作的电子电路应用中，采用被称作电平移位器的电路在具有不同电压电平的电路网络之间传输信号。在与反相器组合时，电平移位器用于将在0至V1的电压范围内工作的逻辑信号转换为在0至V2的电压范围内工作的输出信号。

此外，电平移位器还指代用于仅传输电压电平而不传输逻辑信号的电路。在这种情况下，如果满足特定逻辑条件，则电平移位器经由通路开关将电压电平从输入侧传输到输出侧，然后可使用诸如自举电路或电荷泵等的电路执行升压或降压操作。

发明名称为“具有低动态阻抗的单驱动电平移位器”的第5,160,854号美国专利以及发明名称为“具有优化的响应时间的高压电平移位电路”的第6,727,742号美国专利中公开了这种高电压电平移位器的典型电路的示例。

第6,727,742号美国专利公开了高压电平移位器的典型常规电路的示例，其在图1中示出。

参照图1，其示出了电平移位器电路，其中输出电压OUT响应于输入控制信号φ在VBOOT和VPHASE之间摆动。

VBOOT(即输出电压VOUT的上限)通常为等于或高于40-50V的高压功率，并且VPHASE(即输出电压VOUT的下限)为具有低于VBOOT特定差值的电压电平的功率。通常，高压电平移位器广泛地用于处理高电流的功率器件中。当使用半导体实现功率器件时，双扩散MOS(DMOS)晶体管被广泛地应用。

DMOS晶体管分为垂直扩散型的垂直DMOS(VDMOS)晶体管和横向扩散型的横向DMOS(LDMOS)晶体管。众所周知，对于VDMOS和LDMOS晶体管，漏-源击穿电压是40至50V的高电压，且栅-源电压由相应晶体管的沟道氧化物的厚度而决定，因此很难将栅-源电压增加到几十伏的电平。

因此，为了确保DMOS晶体管的安全运行，高压电平移位器被设计成不超过栅-源电压的极限。例如，如图1所示，当DMOS晶体管的栅-源电压的极限为10V时，VBOOT和VPHASE之间的差值被确定在10V以内。

如图1所示，为了获得与VBOOT具有特定差值的电位VPHASE，电阻R1和电流源Idd以及钳位电路M3的组合被广泛使用。

当输入控制信号φ导通时，电流源Idd操作，开关MHV导通，因此电流Idd流过开关MHV。在这种情况下，电流Idd的全部或部分流经电阻器R1，因此通过电阻器R1的两个端子之间的压降而产生VBOOT与节点X 110之间的电压差。由于节点X 110的电压是M1和M2的栅极节点的电压Vg，M1(即PMOS晶体管)导通并且输出电压OUT的电压电平为VBOOT。同时，当晶体管M3导通时，晶体管M3的栅极节点的电压VPHASE与节点X 110(即M3的源节点)的电压Vx之间存在相当于晶体管M3的阈值电压VT,M3的差值。也就是说，满足如式1的条件：

Vx＝VPHASE-VT,M3 (1)

当VPHASE与Vx之间的电位差达到VT,M3时，晶体管M3截止，由此电流Idd只流经电阻R1。在这种情况下，节点X 110的电压Vx满足下式2的条件：

Vx＝VBOOT-Idd·R1 (2)

其结果，VPHASE(即输出电压OUT的下限)满足下式3：