阅读说明：本技术 一种能够实现零电位位置自动切换的切换开关 (Change-over switch capable of realizing automatic zero potential position change-over ) 是由 刘海涛 徐宏林 张�浩 于 2019-10-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种能够实现零电位位置自动切换的切换开关电路,所述切换开关电路包括一个NMOS管、一个PMOS管,所述切换开关电路用于对至少一个正压模块和至少一个负压模块进行供电控制,所述NMOS管的源极与所述PMOS管的源极相连,并连接至“零电位”处；所述NMOS管的栅极和所述PMOS管的栅极相连,并连接至供电输入支路,所述NMOS管的发射极输出给所述正压模块的接地输入端,所述PMOS管的发射极输出给所述负压模块的正输入端。(The invention discloses a change-over switch circuit capable of realizing automatic change-over of a zero potential position, which comprises an NMOS (N-channel metal oxide semiconductor) tube and a PMOS (P-channel metal oxide semiconductor) tube, wherein the change-over switch circuit is used for carrying out power supply control on at least one positive voltage module and at least one negative voltage module, and a source electrode of the NMOS tube is connected with a source electrode of the PMOS tube and is connected to a zero potential position; the grid electrode of the NMOS tube is connected with the grid electrode of the PMOS tube and is connected to a power supply input branch, the emitting electrode of the NMOS tube is output to the grounding input end of the positive voltage module, and the emitting electrode of the PMOS tube is output to the positive input end of the negative voltage module.)

一种能够实现零电位位置自动切换的切换开关

技术领域

本发明涉及电学领域，具体涉及一种能够实现零电位位置自动切换的控制开关。

背景技术

在集成电路设计中，存在一种芯片能够支持正、负两种类型电压供电的工作情况。在该条件下，芯片需要在加载正压或负压供电时，能够自动切换相应内部电源和地的电位连接，确保正压模块、负压模块能够正常并安全的工作或关断，避免正压或负压模块错误的连接到相反极性的电源而造成相应模块的损毁。

但是，现有的能够实现正压、负压供电的电路往往采用冗余设计或者设计复杂的安全保护机构来避免极性的反接。比如，现有的桥式电路等往往结构复杂，需要器件相对较多、成本高、鲁棒性差。

在集成电路设计中，如何采用最精简的方式实现相应功能，是降低芯片功耗、成本，提升芯片整体性能的关键。所以识别正压、负压供电的传统方法由于其较大规模和复杂性，在实现高集成、低功耗、低成本集成电路设计中就显得不够经济、不够有效。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明希望提供一种简单并且能够实现零电位位置准确、迅速切换的开关电路。

本发明结构巧妙，仅需要两种不同的MOS管巧妙地配合正压模块和负压模块，就可以实现对零电位位置的切换，实现无论是正压供电还是负压供电，正压模块和负压模块中始终是正确接入的模块在工作，从而实现对正压模块和负压模块的有效保护。

具体而言，本发明提供一种能够实现零电位位置自动切换的切换开关电路，其特征在于，所述切换开关电路包括一个NMOS管、一个PMOS管，所述切换开关电路用于对至少一个正压模块和至少一个负压模块进行供电控制，所述NMOS管的源极与所述PMOS管的源极相连，并连接至“零电位”处；所述NMOS管的栅极和所述PMOS管的栅极相连，并连接至供电输入支路，所述NMOS管的发射极输出给所述正压模块的接地输入端，所述PMOS管的发射极输出给所述负压模块的正输入端。

在一种优选实现方式中，所述供电输入支路还分别连接至所述正压模块的正输入端以及所述负压模块的负输入端。

在另一种优选实现方式中，所述供电输入支路输入正电平或负电平。

在另一种优选实现方式中，所述正压模块正常工作时供电电压为正值，和所述负压模块正常工作时供电电压为负值。为根据工作时供电电压的不同而予以区别的模块，正压模块指正常工作时供电电压为正值(例如+5V)，相应参考为大地(0V)；负压模块指正常工作时供电电压为负值(例如-5V)，相应参考为大地(0V)。

在另一种优选实现方式中，所述NMOS管和所述PMOS管的导通电压的绝对值小于供电输入支路输入电压的绝对值。

另一方面，本发明提供一种利用所述切换开关电路进行正、负压不定供电的方法，其特征在于，所述方法包括：为供电输入支路提供不定正负的输入电压，将所述供电输入支路同时连接至正压模块的正输入端和负压模块的负输入端；将所述NMOS管的源极与所述PMOS管的源极相连，并连接至“零电位”处；将所述NMOS管的栅极和所述PMOS管的栅极相连，并连接至供电输入支路；将所述NMOS管的发射极输出给所述正压模块的接地输入端；将所述PMOS管的发射极输出给所述负压模块的正输入端，当所述供电输入支路输入正电压时，所述开关切换电路将零电位切换至所述NMOS管的发射极，以使得所述PMOS管截止；当所述供电输入支路输入负电压时，所述开关切换电路将零电位切换至所述PMOS管的发射极，以使得所述NMOS管截止。

在一种优选实现方式中，所述正压模块和所述负压模块为所述正压模块正常工作时供电电压为正值，所述负压模块正常工作时供电电压为负值根据工作时供电电压的不同而予以区别的模块，正压模块指正常工作时供电电压为正值(例如+5V)，相应参考为大地(0V)；负压模块指正常工作时供电电压为负值(例如-5V)，相应参考为大地(0V)。

在另一种优选实现方式中，所述NMOS管和所述PMOS管的导通电压的绝对值小于供电输入支路输入电压的绝对值。有益效果

本发明的电平控制切换开关电路，在芯片加载电压的同时，能够根据加载电压的正或负，而自动切换零电位电平的供给路径。实现当正压(+V)供电时，零电位(0)作为正压模块“地”，正压(+V)给正压模块作为“电源”使用；而当负压(-V)供电时，零电位(0)作为负压模块“电源”，负压(-V)给负压模块作为“地”使用。

通过本发明在供电电压发生正压、负压间切换时，自动实现“零电位”在正压模块“地”和负压模块“电源”间的自动切换，而无需增加其他复杂的电平判定电路模块，同时能够切断所不需要工作的另一路电路模块，进而保护其免受“不合适”供电的破坏。本发明结构简单、巧妙大大降低电路切换成本提高切换效率。

附图说明

图1为本发明的电平控制切换开关及控制电路图；

图2为图1中所示切换开关正压供电时工作状态；

图3位图1中所示切换开关负压供电时工作状态。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

本实施例中的能够实现零电位位置自动切换的切换开关电路的结构如图1中所示。

为更好的说明本实施例中的技术方案，在图1中附带有正压模块和负压模块两个示意单元，其中不论正压还是负压模块，均要求相应供电电位高于相应地电位，即对于正压模块要求VDDP>VSSP，对于负压模块要求VDDN>VSSN。正压模块和负压模块为根据工作时供电电压的不同而予以区别的模块，正压模块指正常工作时供电电压为正值(例如+5V)，相应参考为大地(0V)；负压模块指正常工作时供电电压为负值(例如-5V)，相应参考为大地(0V)。

本发明主要应用于电路中同时包含正压模块和负压模块并且要求正压模块和负压模块可以根据供电情况自动进行工作，同时不会出现电压反加损伤模块的情况。例如在功率放大驱动器应用领域，存在N型与P型两种功放驱动类型，而其所需的驱动电压正好一正一负，传统应用中需要根据不同类型的功放芯片而选择不同的驱动芯片，若正负极性选取不当，就会造成驱动芯片的损坏而导致功放无法正常工作。

本实施例的电平控制切换开关电路内包含NMOS和PMOS管各1个，共有2个输入端口(端口5、6)、4个输出端口(端口1、2、3、4)。2个输入端口分别是供电电平输入(端口5)和零电位输入(端口6)，4个输出分别是给正压模块供电(端口3，也可以称为正压模块正输入端)、正压模块供地(端口1，也可以称为正压模块负输入端或正压模块零电位输入端)、负压模块供电(端口2，也可以称为负压模块正输入端或负压模块零电位输入端)、负压模块供地(端口4，也可以称为负压模块负输入端)。

采用NMOS管和PMOS管组成控制切换开关电路，将NMOS管和PMOS管的源极(S)相连，并连接至“零电位”输入端(端口6)；将NMOS管和PMOS管的栅极(G)相连，并连接至芯片供电电平端(端口5)。NMOS的栅极(G)即为输出端口3，连接到正压模块的“电源”(VDDP)，PMOS的栅极(G)即为输出端口4，连接到负压模块的“地”(VSSN)。NMOS另一端输出(端口1)连接到正压模块的“地”(VSSP)，PMOS另一端输出(端口2)连接到负压模块的“电源”(VDDN)。

下面详细介绍本实施例中的切换开关电路的切换过程。

下面以在端口5的供电输入支路电平在正压(+V)和负压(-V)间切换的电路为例进行说明。

1、当供电电压为正压(+V)时，如图2所示：

NMOS管的栅极连接供电支路输入端+V，NMOS管的源极连接零电位输入端，因此，NMOS管的栅源压差V_GS＝V_G-V_S＝+V>V_{th_n}，，其中V_{th_n}为NMOS管的阈值开启电压，为正值，所以NMOS管导通；PMOS管的栅极也连接供电支路输入端V+，PMOS管的源极连接零电位输入端，此时PMOS管的栅源压差V_GS＝V_G-V_S>0>V_{th_p}，未满足PMOS的开启条件(V_GS<V_{th_p})，其中V_{th_p}为PMOS管的阈值开启电压，为负值，所以PMOS关断。所以“零电位”自端口6连接至端口1，即，零电位从其原始位置切换至NMOS管发射极，而同时端口2断开。

此时正压模块VDDP连接到开关电路的端口3——供电支路输入端，即+V；VSSP连接到开关电路的端口1，即地电位0，保证了VDDP>VSSP，所以能够正常工作。

而负压模块由于PMOS管断开，即开关电路端口2断开，其VDDN处于开路，无任何连接，所以即便VSSN连接至供电支路输入端，负压模块也无法工作，处于整体关断状态。

2、当供电电压为负压(-V)时，如图3所示：

PMOS管的栅极连接供电支路输入端-V，PMOS管的源极连接零电位输入端，PMOS的栅源压差V_GS＝V_G-V_S＝-V<V_{th_p}，其中V_{th_p}为PMOS管的阈值开启电压，为负值，所以PMOS导通；此时NMOS的栅源压差V_GS＝V_G-V_S<0<V_{th_n}，未满足NMOS的开启条件(V_GS>V_{th_n})，其中V_{th_n}为NMOS管的阈值开启电压，为正值，所以NMOS关断。所以“零电位”自端口6连接至端口2，即，零电位从其原始位置切换至PMOS管发射极，而同时端口1断开。

此时负压模块VDDN连接到开关电路的端口2，即0电位；VSSN连接到开关电路的端口4，即电位-V，保证了VDDN>VSSN，所以能够正常工作。

而正压模块由于开关电路端口1断开，其VSSP处于开路，无任何连接，所以即便VDDP有连接，正压模块也无法工作，处于整体关断状态。

当供电支路输入端的电压从负再次转变为正时，则往复上述过程，这里不再详述。

综上可见，本实施例的电平控制切换开关电路，能够通过供电电压的正负变化，自动实现电源或地的切换，实现对后续正压/负压电路的供电/地的控制，确保正负压电路能够正常工作与关断。

虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。