[发明专利]一种带电压隔离的低功耗PMOS管衬底切换电路

说明书

本发明公开了一种带电压隔离功能的低功耗PMOS管衬底切换电路，包括衬底切换控制单元、衬底切换单元、第一电压输入端、第二电压输入端、衬底电压输出端，衬底切换控制单元产生合理的判断逻辑信号，用于控制衬底切换单元，将衬底电压输出端始终连接到第一电压输入端、第二电压输入端的最高电位，包括若干PMOS管、第二弱下拉器件，衬底切换单元将PMOS管的衬底始终连接到第一电压输入端、第二电压输入端的最高电位，包括若干PMOS管、弱下拉器件，PMOS管、弱下拉器件为低耐压器件，本发明采取器件耐压隔离方法，使得器件的耐压值控制在安全工作范围以内，达到使用低耐压器件实现高耐压值的自动衬底切换电路，电源电压差分辨率高，功耗消耗低。既降低了芯片生产制造成本，也提高了芯片耐压兼容性，拓宽了芯片应用范围。

技术领域

本发明涉及集成电路设计领域，尤其涉及一种带电压隔离的低功耗PMOS管衬底切换电路。

背景技术

集成电路芯片设计中，一般将PMOS晶体管的衬底接最高电位，NMOS晶体管的衬底接最低电位，以保证源漏极与衬底间的寄生PN节处于反向偏置，防止漏电或闩锁效应(Latch-up)，对于多电源系统而言，通用做法为设计专门的衬底切换电路，以选取多电源系统中的最高电位，从而保证电路模块的正常供电。

传统的衬底切换电路，如图1所示，由两个二极管构成，两个输入端(V_CC，V_SPAD)分别连接到两个二极管的正端，两个二极管的负端连在一起构成输出端V_MAX。该电路非常简单，但缺陷也较为明显，当两个电压较为接近时，即压差低于PN节的V_TH阈值时，V_MAX切换电路无法完成电压切换功能，甚至会引起Lath-up效应。

中国专利号CN 105049029B的发明专利公开了一种PMOS管衬底切换电路，所述PMOS管衬底切换电路至少包括：第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、弱下拉器件、第一电压输入端、第二电压输入端以及衬底电压输出端；所述第一PMOS管的漏端与第二PMOS管的漏端连接至衬底电压输出端；所述第一PMOS管的栅端与第三PMOS管的漏端相连，并通过所述弱下拉器件与地连接；所述第一PMOS管的源端、第二PMOS管的栅端和第三PMOS管的栅端均与所述第一电压输入端相连；所述第二PMOS管的源端和第三PMOS管的源端均与所述第二电压输入端相连。该发明专利解决电压差分辨率低的问题，并且实现了根据多电源输入电压的高低进行自动切换，同时具有电路简洁实用，硅片面积小的特点。但当电源电压超出了器件的正常耐压范围时，该电路存在耐压击穿风险，所述衬底切换功能将全部失效。

现今市面上主流32位通用MCU控制芯片均支持5V-Tolerance IO功能(即3.3V正常工作电压的器件，最高可以承受5V电压而不发生损坏)。因此，提供一种使用低耐压器件实现高耐压值的自动衬底切换电路，成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中，当电源电压超出了器件的正常耐压范围时，可能出现的器件耐压击穿导致衬底切换功能失效的技术问题，并基于此，提出一种带电压隔离的低功耗PMOS管衬底切换电路。

一种带电压隔离的低功耗PMOS管衬底切换电路，包括衬底切换控制单元、衬底切换单元、第一电压输入端、第二电压输入端、衬底电压输出端，所述衬底切换控制单元包括多个PMOS管、弱下拉器件，用于产生电压控制信号，控制衬底切换单元，将衬底电压输出端始终连接到第一电压输入端、第二电压输入端的最高电位，所述衬底切换单元包括多个PMOS管，用于将PMOS管的衬底始终连接到第一电压输入端、第二电压输入端的最高电位，所述PMOS管为低耐压器件。