[发明专利]N阱电位切换电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于N阱电位切换技术、可以连接大阻值上拉电阻且彻底消除N阱电位切换时PMOS阈值电压限制的3/5V兼容输入输出的电路，属于微电子技术。

背景技术

在集成电路的应用领域里，一个工作在一定低电压下的芯片经常需要和一个工作在相对高电压的芯片相连接，例如一个工作在3.3V电压下的CPU需要和一个工作在5.0V电压下的外围电路相连，3.3V的CPU产生的高电平信号为3.3V，而5.0V外围设备产生的高电平信号为5.0V，为了实现线与(线或)信号，会把它们的输出信号连接在一起，若不加任何保护措施的话，很明显，5.0V电源的电流会倒灌入3.3V电源；而且若连接的外围电路上拉电阻为大阻值电阻的时候，譬如100kΩ，发现芯片的输出端可能产生振荡，如图2所示。虽然现在已经产生了一些N阱电位切换技术能解决此问题，但这些技术的原理归根结底都是建立在如图1所示的传统解决方案下的，这种电路存在以下的缺点：

(1)PAD上的电压必须要满足：

V_PAD≥(V_DD+|V_THP|)

N阱电位才能实现正常的切换到电压较高的外部上拉电源。若PAD电压处于：

V_DD≤B_PAD≤(V_DD+|V_THP|)

因为从PAD端到制造PMOS的N阱之间有一个PN结，所以从PAD到N阱之间会持续有一个漏电流。

(2)在PAD上外接100kΩ如此大的上拉电阻的情况下，PAD电位会产生振荡。在N阱电位切换前，等待PAD上的电量积蓄到满足N阱电位切换条件后，N阱电位开始切换。在切换的瞬间，由于M8的低电阻率，使PAD电位立即下降并且趋于接近V_DD。此时的PAD电位已经不能满足N阱电位切换条件，M8恢复关闭。等M8关闭后，PAD上的电量重新开始积蓄，然后PAD电位又会满足切换条件，于是再次开始切换。如此反复，PAD上的电压很容易引起振荡，导致不能正常产生高电平。

发明内容

本发明的目的是提供一种当输出端口电压高出芯片工作电压几十毫伏时，仍然能够实现N阱电位的正常切换，而且消除了N阱电位切换过程中产生的振荡现象，使输出端口电平很容易地上升到外接上拉电源电压的切换电路。

为实现上述目的，本发明N阱电位切换电路包含N阱电位切换模块、N阱电位切换控制模块、微电流源上拉模块和低电平驱动模块，其原理如图3所示，其中：

a)所述N阱电位切换模块由N阱电位切换主体、防抖电阻2和两个选通开关4和5组成；构成N阱电位切换主体的两个PMOS管P1和P2中，P1的源端连接电源V_DD，P2的源端通过防抖电阻2连接本切换电路的输出端，P1的漏端、衬底和P2的漏端、衬底互相连接在一起输出N阱电位，P1的栅极分别与选通开关4的一端和选通开关5的一端相连，P2的栅极连接到所述N阱电位切换控制模块的输出端；选通开关4的另一端连接到所述N阱电位，选通端连接到所述N阱电位切换控制模块的输出端；选通开关5的另一端连接到地(GND)，选通端连接到所述N阱电位切换控制模块的输出端；

b)所述N阱电位切换控制模块由比较器和逻辑控制单元组成；比较器的一个输入端连接到芯片电源V_DD，另一个输入端连接到本切换电路的输出端，比较器的输出连接到逻辑控制单元的输入端；逻辑控制单元的另一个输入端连接到本切换电路的输入端，逻辑控制单元的输出端与N阱电位切换模块中P2的栅极相连；

c)所述微电流源上拉模块由镜像电流源、电流阱I1、防抖电阻1和三个选通开关1、2和3组成；镜像电流源的衬底连接到所述N阱电位；选通开关1的一端连接到镜像电流源的偏置电平上，另一端连接到所述N阱电位，选通端连接到所述N阱电位切换控制模块中比较器的输出端；选通开关2的一端连接到所述镜像电流源的输入端，另一端通过电流阱I1接地，选通端连接到所述N阱电位切换控制模块中比较器的输出端；选通开关3的一端连接到所述镜像电流源的输出端，另一端通过防抖电阻1连接本切换电路的输出端，选通端连接到本切换电路的输入端；

d)所述低电平驱动模块是能提供低电平输出驱动能力的器件，其输入端和输出端分别与本切换电路的输入端和输出端相连。