能够对超过电源电压的输入进行采样的自举电路制造技术

一种能够对超过电源电压的输入进行采样的自举电路，包括：耦联在输入节点和输出节点之间的自举开关（ＭＮ２０）；第一晶体管（ＭＰ１３），其具有耦联到所述自举开关的控制节点的第一端；时钟自举电容器（Ｃ１３），其具有耦联到所述第一晶体管第二端的第一端；第二晶体管（ＭＮ２７），其耦联在所述第一晶体管的所述第一端与电源节点之间，并且具有耦联到第一时钟信号节点ＰＨＩ的控制节点；第三晶体管（ＭＮ２６），其耦联在所述第一晶体管的所述第二端和所述电源节点之间；电荷泵，其具有耦联到所述第三晶体管的控制节点的第一输出；电平移位器，其具有与所述时钟自举电容器的第二端相耦联的第一输出；第四晶体管（ＭＮ２５），其耦联在所述电源节点和所述第一晶体管的控制节点之间，并且具有耦联到所述电荷泵的第二输出的控制节点；电容器，其耦联在所述电平移位器的第二输出和所述第一晶体管的控制节点之间；以及第五晶体管（ＭＮ２８），其耦联在所述自举开关的所述控制节点和公用节点之间。

Bootstrap circuit capable of sampling input exceeding power supply voltage

A to exceed the supply voltage input to the bootstrap circuit, including sampling: the coupling between the input and output nodes of the bootstrap switch (MN20); the first transistor (MP13), which has a first end control node coupled to the bootstrap switch; the bootstrap capacitor (clock C13), which has coupled to the first end of the first transistor second end; a second transistor (MN27), which is coupled between the first end and a power supply node of the first transistor, and is coupled to the control node of the first clock signal node PHI; third transistor (MN26), the coupling coupled between the first transistor and the second end of the power supply node; charge pump, which is coupled to the first output node of the third transistor; A level shifter is coupled with the second clock and the bootstrap capacitor coupled to the first output; the fourth transistor (MN25), the coupling between the control node of the source node and the first transistor, and is coupled to the control node of the charge pump second output capacitor; is the coupling between the control nodes in the level shifter second and the output of the first transistor and the fifth transistor; (MN28), which is coupled between the bootstrap switch of the control node and common node.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
0001本专利技术涉及电子电路，并且具体涉及一种能够对超过电源电压的输入进行采样的自举电路。
技术介绍
0002高集成化的电源管理应用通常要求具备测量幅值超过电源电压 的电压量的能力。这根本上是由于在仍然保持对超过电池电压的环境进 行采样和数量测量的同时，通过在尽可能最低的电源电压运行电源管理 集成电路来达到最大化效率的基本需求。0003在现今的高度集成的电源管理应用中，低功耗逐次逼近寄存器 (SAR)模数转换器(ADC)通常用于监控片上(on-chip)和片外(off-chip) 电压量。这种需求经常要扩展片上ADC的范围以采样大于电源值的电 压输入。ADC必须在尽可能最低的电池电压下运行而同时仍然保持能够 对超过电源范围的输入进行采样的能力。0004ADC应用中最广泛使用的现有技术的自举电路在图1中示出。 图1的电路包括晶体管MN1-MN10， MP1禾BMP2;倒相器INV;电容 Cl， C2， C3;输入节电IN;输出节电OUT;时钟信号节点PHI和PHIZ; 以及电源电压Vdd。连接到端子OUT上的NMOS晶体管MN1是自举开 关。采样电容器(未示出)连接在端子OUT和地之间。这个电路被广泛 应用在流水线ADC转换器中以增大轨道(track)的带宽并将电路保持 在转换器的前端。大多数流水线ADC转换器典型地具有相对小的全差 分范围，该范围正好落在芯片的电源范围内。于是，图1中的现有技术 的开关正好能完成工作。0005图1中的电路的运行如下。首先考虑由晶体管MN8， MN9，电 容器C1和C2和倒相器INV形成的电荷泵(charge pump)。电荷泵运行如下，假设开始时电容器Cl和C2两端的电压为0，当时钟信号PHIZ 变成高时，电容器C1的上极板达到电源电压VDD，并且由于电容器C2 和C3的下极板在这种状态下接地，所以这些电容器被充电直到它们的 上极板达到电压VDD—VTN(其中VTN是NMOS晶体管MN9和MN10 的阈值电压)。当时钟信号PHIZ变成低时，电容器C2的上极板被提高 至刚好大于电压VDD (或者准确说为2VDD—VTN)从而通过开关MN8 对电容器C1充电到VDD。在PHIZ再次变成高的下一个相位，由于电 容器Cl被充电到VDD，电容器Cl的上极板被提高至2VDD (两倍于 电压VDD)并且电容器C2和C3被充分充电到VDD。在稳定状态下， 电容器C1， C2， C3将被充电到VDD并且电容器C1和C2上极板的电 压将在VDD与2VDD之间变化。传统的自举开关至少要一个时钟周期 才能到达其稳定状态。0006假设所有的电容器都充电到VDD，自举开关按以下运行当 PHIZ变成高时，电容器C1的下极板接地并且开关MN10接通，于是电 容器C3被充电到VDD;开关MP2也接通，驱动晶体管MP1的栅极到 VDD，于是晶体管MP1关断并且最终晶体管MN6接通并且将主开关 MN1的栅极端接地。由于它们的栅极端接地，晶体管MN3， MN2和 MN1关断。在这个相位，开关MN1将输入节点IN与输出节点OUT断 开并且将电容器C3充电到VDD。当PHIZ变成低时，由于晶体管MN6 关断，所以MN1的栅极端变为高阻抗。起初，电容器C3的下极板悬浮(floating)，但是由于开关MN4使电容器C3连接在晶体管MP1的栅 极和漏极端之间，该晶体管迅速导通，并且存储在电容器C3上的电荷 开始流向主开关MN1的栅极端。当开关MN1的栅极电压升高时，晶体 管MN2导通并且使得电容器C3的下极板朝着输入电压VIN变化，这使 电容器C3的上极板提高到电压VDD+VIN。最终，这个电压到达在晶 体管MN1的栅极，于是晶体管MN1完全导通以连接输入端IN到输出 端OUT。晶体管MN2完全导通以连接输入端IN到电容器C3的下部端 子并且晶体管MN3完全导通以驱动晶体管MP1的栅极到输入电压电平。 所有四个开关MN1、 MN2、 MN3禾BMP1的栅-源电压都等于VDD。关 于器件可靠性的重要描述如下尽管通过将MP1的栅极接地，自举开关可被导通，如果输入信号等于VDD，那么晶体管MP1的栅极和源极之 间的电压差将是2VDD。由于这个原因，在这个相位中自举开关MN1 被导通，晶体管MP1的栅极电压通过开关MN3被强制成输入信号从而 使晶体管MP1的栅-源电压被限制在VDD内，于是可靠性增强。设计开 关的主要挑战是通过限制MP1各端子的最大电压来保护MP1的电路设 计。0007尽管图1中的现有技术的开关在电源范围内的输入信号电平上 表现良好，但当输入信号超过电源范围时它就不起作用了。原因如下 当开关被导通时，输入电压到达晶体管MP1的栅极。如前面所述，为了 将这个器件的栅-源电压限制在VDD，这是必需的。由于开关MP2是 PMOS晶体管，如果其漏极电压超过电源电压(因为输入信号大于 VDD)，那么这个器件的漏极与衬底间的寄生二极管将正向偏置，这将 产生巨大电流通过由晶体管MN2和MN3以及晶体管MP2的寄生体二 极管形成的通路。这个电流通路致使现有技术的自举开关在输入信号电 平超过电源电压时的应用上没有用处。此时能被激活的体二极管(body diode)是在晶体管MP2的漏极D和晶体管MP2的基极(bulk) B之间 的二极管，如图2所示。晶体管MP2的截面图，如图2所示，包括p型 区域p; n型区域n;漏极D;栅极G;源极S;以及基极B。
技术实现思路
0008一种能够对超过电源电压的输入进行采样的自举电路，包括耦联在输入节点和输出节点之间的自举开关；第一晶体管，其具有耦联到所 述自举开关的控制节点的第一端；时钟自举电容器，其第一端耦联到所述 第一晶体管的第二端；第二晶体管，其耦联在所述第一晶体管的所述第一 端与电源节点之间，并且具有耦联到第一时钟信号节点的控制节点；第三 晶体管，其耦联在所述第一晶体管的所述第二端和所述电源节点之间；电 荷泵，其具有耦联到所述第三晶体管的控制节点的第一输出；电平移位器， 其具有与所述时钟自举电容器的第二端相耦联的第一输出；第四晶体管， 其耦联在所述电源节点和所述第一晶体管的控制节点之间，并且具有耦联到所述电荷泵的第二输出的控制节点；电容器，其耦联在所述电平移位器 的第二输出和所述第一晶体管的控制节点之间；以及第五晶体管，其耦联 在所述自举开关的控制节点和公用节点之间。附图说明0009图1是现有技术的自举电路的电路图；0010图2是图1中所示的晶体管的截面图；0011图3是根据本专利技术的自举电路的优选实施方式的电路图。具体实施例方式0012根据本专利技术的自举电路能够用最小的功率消耗开销对超过芯片 电源电压的输入信号进行精确采样。自举开关能够将低功率SAR ADC的 范围扩展到超过电源电压，使得具有更大的动态范围，同时最小化功率 消耗。这在高度集成化的电源管理应用中十分有用，其中利用多通道SAR ADC来测量可能超过电源电压的片外电压量。现有技术的自举电路不能 用来对大于电源电压的电压输入进行采样而不承受由于寄生体二极管在 输入大于电源电压时正向偏置造成的巨大功率损耗。这种方法对制造是 成本有效的，并且不会给器件引入比标准自举开关更多的应力。0013由于开关没有消耗静态功率并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能够对超过电源电压的输入进行采样的自举电路，包括：自举开关，其耦联在输入节点和输出节点之间；第一晶体管，其具有耦联到所述自举开关的控制节点的第一端；第一电容器，其具有耦联到所述第一晶体管的第二端的第一端； 第二晶体管，其耦联在所述第一晶体管的所述第一端与电源节点之间，并且具有耦联到第一时钟信号节点的控制节点；第三晶体管，其耦联在所述第一晶体管的所述第二端和所述电源节点之间；电荷泵，其具有耦联到所述第三晶体管的控制节点的第一输出 ；以及电平移位器，其具有与所述第一电容器的第二端相耦联的第一输出。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：DY阿克辛，MA阿尔夏奥克，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]