[发明专利]具有受控差分均衡电压斜率限制的通用模拟开关

说明书

提供了一种差分斜率限制开关和方法。通常，开关包括：第一晶体管，所述第一晶体管具有耦接至开关的第一端口的第一源极漏极(SD)和阱、栅极和第二SD；以及第二晶体管，所述第二晶体管具有耦接至第二端口的第一SD和阱、栅极和耦接至第一晶体管的第二SD的第二SD。当接收到信号用于闭合开关时，选择器电路将第一晶体管的栅极耦接至第一电流源，并且当没有接收到信号时，将第一晶体管的栅极耦接至第一端口。当接收到信号时，第二选择器电路将第二晶体管的栅极耦接至第二电流源或者耦接至第二端口。第一反馈电容器和第二反馈电容器将每个栅极耦接至开关的相对侧上的端口，并且通过电流源来限制闭合的开关两端的电压转变的斜率。

相关申请的交叉引用

本申请是于2020年3月19日提交的美国非临时申请第16/823,528号的国际申请，其要求于2019年3月21日提交的美国临时专利申请第 62/821,880号的优先权和权益，这两个申请出于所有目的通过引用其整体并入本文中。

技术领域

本公开内容总体上涉及模拟开关，并且更具体地涉及用于多消耗者电压调节器中的差分斜率限制模拟开关以及操作差分斜率限制模拟开关的方法。

背景技术

模拟开关被设计成用于宽范围的应用中以用于连接或断开连接开关的不同侧上的信号，以及/或者在信号处于不同电压域时(通常情况下) 均衡各侧之间的电压。参照图1，常规的模拟开关100通常包括一个或更多个压控半导体器件例如金属氧化物半导体场效应晶体管(FET 102)，以及控制电路104，该控制电路104被配置成接收输入信号并且生成一个或更多个开关使能信号(switch_en)和互补(switch_en_B)来导通或关断 (一个或多个)FET 102以连接或断开连接开关100的不同侧上的信号 (V_左和V_右)。

参照图2，注意到常规的模拟开关在连接具有显著电压差的两个负载时通常引起高电压斜率转变，这取决于其中包括开关的电路的设计和要求。这转而可能致使非常高的、不受控制的峰值电流，这可能引起对其中包括开关的其他电路的不期望的噪声和/或干扰，以及对开关的任一侧或两侧上的电路或元件的电路故障或损坏，并且因此是不期望的。通常，电压斜率被描述或被定义为电压的变化除以时间的变化(转变)。在转变斜率不恒定的情况下，例如在通常情况下，电压的变化在转变的开始时较快，并且在朝着转变结束时变得较慢，所谓电压斜率意指在电压转变期间实现的每单位时间的电压的变化的最大幅度。在图2中图形化地示出的实施方式中，可以看出对于常规的模拟开关，在施加开/关输入信号之后，将开关 100的第一V_左侧上的10伏(v)信号连接至开关的第二V_右侧上的4v信号，致使开关的左侧和右侧两者上的高电压斜率。特别地要注意，闭合模拟开关致使在小于约100纳秒(nsec)内，高电压斜率从10v的V_左下降至7v的均衡电压(V_均衡)，以及从4v的V_右上升至均衡电压。

在许多应用中，闭合的模拟开关两端的电压变化不能产生这样的高电压斜率转变。在高电压应用中尤其是这种情况，例如针对在电压调节器中使用的模拟开关，用于将功率或参考电压耦接至消耗者例如电容传感器、半导体存储器、微控制器、接口和其他电气电路或元件。使用常规的模拟开关以通过电压调节器将消耗者连接至电压源或者使消耗者与电压源断开连接，通常导致电压随时间的快速且不受控制的变化(dv/dt)，从而致使开关两端的高电压斜率转变，以及不期望的高峰值电流和/或欠电压状况。此外，如果不受限制，该电压斜率可能引起电压源输出和/或电压源供应不期望的临时电压降。

在应用中出现了关于常规的模拟开关的另一问题，其中使用多个常规的模拟开关尝试从单个调节电压源向系统或设备中的多个消耗者供应。当多个消耗者之一的容性负载基本上大于其他消耗者的容性负载和/或电压源的输出电容时，通过常规的模拟开关将具有较大容性负载的消耗者耦接至电压源，将致使电压源上和供应至其他消耗者的电压上不受控制的高电压斜率转变。