CN103348556A

CN103348556A - 电路保护

Info

Publication number: CN103348556A
Application number: CN2011800666680A
Authority: CN
Inventors: 马可·赞普罗尼奥; 阿尔贝特·密尼特; 杰尔马诺·尼科利尼
Original assignee: ST Ericsson SA
Current assignee: ST Ericsson SA
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2031-12-02
Also published as: CN103348556B; EP2461457A1; US9627879B2; EP2461457B1; WO2012072797A1; US20130314830A1

Abstract

一种保护电路（200）免受输入电压影响的装置（100），包括可开关元件（10），其设置成响应于具有第一值的第一控制信号（DRV1）将输入电压（V_IN）联接至电路（200）且响应于具有第二值的第一控制信号（DRV1）使输入电压（V_IN）与电路（200）断开。监控器级（20）比较监控电压（V_MON）与阈值（V_TH）。控制器（30）将第一控制信号（DRV1）提供给可开关元件（10），当监控电压（V_MON）在阈值（V_TH）的一侧时第一控制信号（DRV1）具有第一值，当监控电压（V_MON）在阈值（V_TH）的另一侧时第一控制信号具有第二值，其中第一值与输入电压（V_IN）无关且第二值等于输入电压（V_IN）。

Description

电路保护

技术领域

本发明涉及保护电路免受输入电压影响。尤其，但不完全地，本发明涉及保护电路免受超过电源电压（例如在电池的寿命期间可变化的电池电压）的输入电压的影响。

背景技术

使用至少两个电压轨对电子电路供电，一个电压轨通常可以接地。电压轨限定电路可提供所需操作的输入信号电平范围。如果输入信号的电压落在该范围外，则电路的操作可受到损害且甚至电路可受到损坏。因此，需要保护电路。

在移动电话中，可能需要处理多个单端低频模拟信号，这可通过将模拟信号转换成用于处理的数字域来完成。模拟信号可为多路复用的，使得单个模数转换器能够用于转换所有的模拟信号。模数转换器可被集成在根据通过电池建立的电压轨操作的混合信号集成电路中。然而，一些待处理的信号可源自混合信号集成电路的外部，且具有在混合信号集成电路的操作范围外的电压电平。例如，当待处理的信号监控电池充电或备用电压时，可发生这种情况。这样的信号可被按比例缩小至混合信号集成电路的正常操作范围内的电平，但是当电池大量放电时仍可超过电池电压。在这样的情况下，需要提供电路保护。此外，当不同电压源联接至多路复用器的不同输入端时，需要提供电路保护，以防止不同电压源之间的短路。

本发明涉及电路保护中的改进。

发明内容

根据第一方面，提供了一种用于保护电路免受输入电压影响的装置，包括：

可开关元件，该可开关元件设置成响应于具有第一值的第一控制信号将输入电压联接至电路以及响应于具有第二值的第一控制信号使输入电压与电路断开联接；

监控器级，该监控器级设置成将监控电压与阈值进行比较；和

控制器，该控制器设置成将第一控制信号提供给可开关元件，当监控电压在阈值的一侧时所述第一控制信号具有第一值，且当监控电压在阈值的另一侧时所述第一控制信号具有第二值；和

其中所述第一值与输入电压无关而第二值等于输入电压。

根据第二方面，提供了一种保护电路免受输入电压影响的方法，包括：

响应于具有第一值的第一控制信号将输入电压联接至电路以及响应于具有第二值的第一控制信号使输入电压与电路断开联接：

将监控电压与阈值进行比较；和

提供第一控制信号，当监控电压在阈值的一侧时所述第一控制信号具有第一值，且当监控电压在阈值的另一侧时所述第一控制信号具有第二值；

其中，所述第一值与输入电压无关而第二值等于输入电压。

因此，可开关元件可根据监控电压位于阈值的两侧而接通或断开。可在用于接通可开关元件（即将输入电压联接至待保护的电路）的第一值和用于断开可开关元件（即使输入电压与待保护的电路断开联接）的第二值之间切换第一控制信号。

在本发明的第一方面和第二方面中，第一值与输入电压无关。换句话说，尽管输入电压存在变化但第一值可以是恒定的。这可确保尽管输入电压存在波动但可开关元件仍保持接通，且可确保可开关元件以线性方式将输入信号传递到电路。相反，如果当输入电压变化时第一值变化，则当传递输入信号时可开关元件的电阻可根据输入电压而变化，这导致非线性操作，且输入电压的波动甚至可导致可开关元件不合需要地断开。通过将第一值设置成与输入电压无关，可避免这些问题。

在本发明的第一方面和第二方面中，第二值等于输入电压。这可确保尽管电源电压存在波动或者尽管输入电压存在波动，可开关元件仍可保持断开，如下文所述。

监控电压可为输入电压。这使得当输入电压超出电路的可接受的电压操作范围时，电路能够得到保护。

所述装置可包括用于对输入电压进行滤波的滤波器，监控电压可为滤波后的输入电压。这可使随时间变化的输入电压能够变得平稳，且可防止可开关元件的频繁的断开和接通。

监控电压可为电源电压。这使得当电源电压变化时电路能够得到保护，这可导致电路的可接受的电压操作范围变化且因此导致输入电压超出电路的可接受的电压操作范围。例如，当断开电源以保存能量但是输入电压（例如基准电压或输入信号）仍存在时，可发生这种情况。

因此，根据第三方面，提供了一种用于保护电路免受输入电压影响的装置，包括：

可开关元件，该可开关元件设置成响应于第一控制信号将输入电压联接至电路或使输入电压与电路断开联接；

控制器，该控制器设置成根据监控电压位于阈值的两侧提供第一控制信号以开关可开关元件；

其中，监控电压为电源电压。

根据第四方面，提供了一种用于保护电路免受输入电压影响的方法，包括：

将监控电压与阈值进行比较；和

根据监控电压位于阈值的两侧将输入电压联接至电路或使输入电压与电路断开联接。

根据第三方面的用于保护电路免受输入电压影响的装置以及根据第四方面的保护电路免受输入电压影响的方法，可包括第一控制信号，该第一控制信号具有用于将输入电压联接至电路的第一值以及用于使输入电压与电路断开联接的第二值。

电源电压可为电池电压。这使得当电池电压随着电池放电下降时，电路能够得以保护。

监控器级可被设置成产生监控电压是高于还是低于阈值的指示，控制器可被设置成响应于该指示在第一值和第二值之间切换第一控制信号。同样，该方法可包括产生监控电压是高于还是低于阈值的指示，且响应于该指示在第一值和第二值之间切换第一控制信号。指示的使用可促进输入开关的可靠切换，尽管监控电压存在波动，例如由在电源轨电压之间切换指示引起的波动。

控制器可包括第一控制器晶体管和第二控制器晶体管，第一控制器晶体管的源极和衬底联接至用于接收输入电压的辅助输入端，第二控制器晶体管的源极和衬底联接至电压轨，第一控制器晶体管的栅极和第二控制器晶体管的栅极联接至用于接收指示的指示输入端，第一控制器晶体管的漏极和第二控制器晶体管的漏极联接至用于提供第一控制信号的控制输出端，其中，根据指示的值，第一控制器晶体管和第二控制器晶体管中的一个晶体管接通，而第一控制器晶体管和第二控制器晶体管中的另一个晶体管断开。

可开关元件可包括第一晶体管。这使得可开关元件的实现复杂度低。

第一晶体管可具有：第一源极，该第一源极用于接收输入电压；第一漏极，该第一漏极用于联接至待保护电路；和第一栅极，该第一栅极联接至用于接收第一控制信号的控制器。这样的配置提供了可开关元件的低的实现复杂度。

第一源极可联接至第一晶体管的衬底（通常也称作主体）。这可防止第一晶体管的第一源极和衬底形成的p-n结的正向偏置，因此防止当施加至第一晶体管的电压变化时第一晶体管的衬底中电流流动。

该装置可包括第二晶体管，其中，第一晶体管是N沟道金属氧化物硅（NMOS）晶体管和P沟道金属氧化物硅（PMOS）晶体管中的一个晶体管，第二晶体管是NMOS晶体管和PMOS晶体管中的另一个晶体管，其中，第二晶体管具有：第二源极，该第二源极联接至第一源极；第二漏极，该第二漏极联接至第一漏极；和第二栅极，该第二栅极联接至控制器用于从控制器接收第二控制信号，其中，控制器被设置成控制第一控制信号和第二控制信号，使得第一晶体管和第二晶体管可选地将输入电压联接至电路、或者使输入电压与电路断开联接。在该实施方式中，第一晶体管和第二晶体管并联联接，且被控制以同时接通或同时断开。第一晶体管和第二晶体管的组合使用使得可开关元件能够传送宽范围的电流。

该装置可包括多路复用器，其中可开关元件为多路复用器的一部分，并且其中控制器包括第一控制级，如果选择信号指示从多个电压源选择输入电压来由多路复用器输出，则该第一控制级用于产生具有第一值的第一控制信号，否则该第一控制级用于产生具有第二值的第一控制信号。这使得开关操作取决于监控电压和选择信号的组合。

控制器可包括用于产生第二开关控制的第二控制级，使得通过第二晶体管将输入电压联接至待保护电路的条件是，选择信号指示从多个电压源选择输入电压来由多路复用器输出。这使得具有第一晶体管和第二晶体管的开关的操作取决于监控电压和选择信号的组合。

根据另一方面，还提供了一种包括根据第一方面或第三方面装置以及待保护电路的电子设备。该电子设备可适于移动无线通信。

当监控电压为输入电压时，阈值可小于电路可发生故障时的输入电压电平。这可使输入电压在达到电路可发生故障的电平之前该输入电压与电路断开联接。

当监控电压为电源电压时，阈值可大于输入电压可导致电路发生故障时的电源电压的电平。这可使电源电压在下降到输入电压可导致电路发生故障的电平之前，输入电压与电路断开联接。

附图说明

现将参照附图，仅通过示例的方式，描述优选的实施方式，其中：

图1为待保护的电路联接至用于保护该电路的装置的方框图；

图2为待保护的电路联接至用于保护该电路的装置的方框图；

图3为PMOS晶体管的示意图；

图4为NMOS晶体管的示意图；

图5为待保护的电路联接至用于保护该电路的装置的方框图；

图6为待保护的电路联接至用于保护该电路的装置的方框图；

图7为控制器的方框图；

图8为第一控制平台的方框图；

图9为用于保护电路的装置的方框图；

图10为包括待保护的电路的电子设备的方框图，该待保护的电路联接至用于保护该电路的装置；和

图11为示出保护电路的方法的流程图。

具体实施方式

参照图1，用于保护电路200的装置100联接至待保护的电路200。装置100具有用于输入电压V_IN的装置输入端102、和联接至电路200的输入端202以将输入电压V_IN传送至电路200的装置输出端106。装置100包括可开关元件10、监控器级20和控制器30。

可开关元件10具有联接至装置输入端102的开关输入端12、以及联接至装置输出端106的开关输出端16。可开关元件10还具有用于接收第一控制信号DRV1的第一开关控制端口14。

监控器级20具有用于接收待监控的电压V_MON的监控器输入端22、以及用于接收阈值电压V_TH的阈值输入端24。可替选地，可在监控器级20内提供阈值电压V_TH。监控器级20具有用于指示信号V_IND的监控器输出端26，该指示信号V_IND指示监控电压V_MON高于还是低于阈值电压V_TH。监控器输出端26联接至控制器30的指示输出端32，且控制器30具有第一控制输出端36，该第一控制输出端36联接至可开关元件10的第一开关控制端口14以用于将第一控制信号DRV1传送至可开关元件10。

控制器30将第一控制信号DRV1提供给可开关元件10，响应于指示信号V_IND在第一值和第二值之间切换第一控制信号DRV1。控制器30具有联接至装置输入端102以用于接收输入电压V_IN的辅助输入端34，且第一控制信号DRV1的第二值等于输入电压V_IN，而第一控制信号DRV1的第一值与输入电压V_IN无关。

响应于指示监控电压V_MON在阈值电压V_TH的一侧的指示信号V_IND，控制器30将具有第一值的第一控制信号DRV1传送至可开关元件10。响应于具有第一值的第一控制信号DRV1，可开关元件10闭合，即，将开关输入端12处的输入电压V_IN联接至开关输出端16，从而将输入电压V_IN联接至待保护的电路200。响应于指示监控电压V_MON在阈值电压V_TH的另一侧的指示信号V_IND，控制器30将具有第二值的第一控制信号DRV1传送至可开关元件10，以及响应于具有第二值的第一控制信号DRV1，可开关元件10断开，即，使开关输入端12处的输入电压V_IN与开关输出端16断开联接，从而使输入电压V_IN与待保护电路200断开联接。

在图1的实施方式的第一示例中，待保护电路200通过具有第一电源电压V_DD和低于第一电源电压V_DD的第二电源电压V_SS的电压轨操作，且监控电压V_MON为输入电压V_IN。此外，阈值电压V_TH约为V_SS-0.7伏，例如，如果第二电源电压V_SS为0V，则阈值电压V_TH为-0.7V，这对于电路200的可接受操作而言是输入电压V_IN的下限值。在该示例中，如果输入电压V_IN高于阈值电压V_TH，则输入电压V_IN联接至电路200；如果输入电压V_IN低于阈值电压V_TH，则输入电压V_IN与电路200断开联接。

在该第一示例的变型中，阈值电压V_TH约为V_DD+0.7伏，这对于电路200的可接受操作而言是输入电压V_IN的上限值。在该示例中，如果输入电压V_IN高于阈值电压V_TH，则输入电压V_IN与电路200断开联接；如果输入电压V_IN低于阈值电压V_TH，则输入电压V_IN联接至电路200。

在该第一示例的另一变型中，第一电源电压V_DD低于第二电源电压V_SS。例如，第二电源电压V_SS可为0V且第一电源电压V_DD可为负的。此外，阈值电压V_TH可为大约V_DD-0.7伏，例如，如果第一电源电压V_DD为-4.8V，则阈值电压V_TH为-5.5V，这对于电路200的可接受操作而言是输入电压V_IN的下限值。在该示例中，如果输入电压V_IN高于阈值电压V_TH，则输入电压V_IN联接至电路200；如果输入电压V_IN低于阈值电压V_TH，则输入电压V_IN与电路200断开联接。

在该第一示例的另一变型中，其中第一电源电压V_DD低于第二电源电压V_SS。例如，第二电源电压V_SS可为0V且第一电源电压V_DD可为负的。阈值电压V_TH大约为V_SS+0.7伏，例如，如果第二电源电压V_SS为0V，则阈值电压V_TH为0.7V，这对于电路200的可接受操作而言是输入电压V_IN的上限值。在该示例中，如果输入电压V_IN低于阈值电压V_TH，则输入电压V_IN联接至电路200；如果输入电压V_IN高于阈值电压V_TH，则输入电压V_IN与电路200断开联接。

如果输入电压V_IN为时变信号，则装置100可包括用于对输入电压V_IN进行滤波的滤波器25，且监控电压V_MON可为滤波后的输入电压V_IN。在图1中使用虚线、通过联接在装置输入端102和监控器输入端22之间的滤波器25示出该变型。

在图1的实施方式的第二示例中，待保护电路200通过具有第一电源电压V_DD和第二电源电压V_SS的电压轨操作，其中V_DD为电池电压V_BAT而V_SS为0V，监控电压V_MON可为电池电压V_BAT。阈值电压V_TH可为例如大约2.3V，该阈值对于电路200的可接受操作而言是电池电压V_BAT的下限值。在该示例中，如果电池电压V_BAT高于阈值电压V_TH，则输入电压V_IN联接至电路200；如果电池电压V_BAT低于阈值电压V_TH，则输入电压V_IN与电路200断开联接。

在该第二示例中，假定电池电压V_BAT相对于第二电源电压V_SS为正。可替选地，如果电池电压V_BAT相对于第二电源电压V_SS为负，则阈值电压V_TH可为例如大约-2.3V，该阈值对于电路200的可接受操作而言是负电池电压V_BAT的上限值。在该示例中，如果电池电压V_BAT低于阈值电压V_TH（即比阈值电压V_TH具有较大负值），则输入电压V_IN联接至电路200；如果电池电压V_BAT上升至高于阈值电压V_TH（即比阈值电压V_TH具有较小负值），则输入电压V_IN与电路200断开联接。

图2的实施方式与图1的实施方式相同，但额外地示出了可开关元件10、监控器级20和控制器30的实现方式。

在图2中，可开关元件10包括第一开关晶体管T1_S，在该示例中，该第一开关晶体管T1_S为P沟道金属氧化物半导体（PMOS）晶体管，该PMOS晶体管包括：第一源极s₁，该第一源极s₁联接至第一开关晶体管T1_S的第一衬底b₁且联接至用于接收输入电压V_IN的开关输入端12；第一漏极d₁，该第一漏极d₁联接至开关输出端16；以及第一栅极g₁，该第一栅极g₁联接至第一开关控制端口14。监控器级20包括比较器28，该比较器28具有联接至监控器输入端22的第一比较器输入端25；联接至阈值输入端24的第二比较器输入端27；以及联接至监控器输出端26的比较器输出端29。比较器28可通过具有第一电源电压V_DD和第二电源电压V_SS的电压轨操作，因此指示信号V_IND可在第一电源电压V_DD和第二电源电压V_SS之间切换。尤其，如果第一电源电压V_DD为电池电压V_BAT且第二电源电压V_SS为0V，则指示信号V_IND可在电池电压V_BAT和0V之间切换。

在图2中，控制器30包括第一控制器晶体管T1_C和第二控制器晶体管T2_C，在该示例中，第一控制器晶体管T1_C为PMOS晶体管且第二控制器晶体管T2_C为N沟道金属氧化物半导体（NMOS）晶体管。第一控制器晶体管T1_C的源极联接至第一控制器晶体管T1_C的衬底且联接至用于接收输入电压V_IN（对于该实现方式，该输入电压V_IN被假设为具有正值）的辅助输入端34；漏极联接至第二控制器晶体管T2_C的漏极；以及栅极联接至指示输入端32。第二控制器晶体管T2_C的源极联接至第二控制器晶体管T2_C的衬底且联接至0V的电压轨V_SS（即接地）；栅极联接至指示输入端32。第一控制器晶体管T1_C的漏极和第二控制器晶体管T2_C的漏极联接至第一控制输出端36。在操作中，当指示信号V_IND具有相对高的值时，例如相对于0V可为正的第一电源电压V_DD，第一控制器晶体管T1_C断开，即在其源极和漏极之间不能导电；而第二控制器晶体管T2_C接通，即在其源极和漏极之间能够导电。因此，第一控制信号DRV1（即在第一控制输出端36处的电压）为0V，第一开关晶体管T1_S接通，从而将输入电压V_IN联接至电路200。当指示信号V_IND具有相对低的值时，例如V_SS，第一控制器晶体管T1_C接通，即在其源极和漏极之间能够导电；而第二控制器晶体管T2_C断开，即在其源极和漏极之间不能导电。因此，在第一控制输出端36处的电压等于输入电压V_IN且第一开关晶体管T1_S断开，从而输入电压V_IN与电路200断开联接。通过使在第一开关晶体管T1_S的第一栅极g₁处的电压等于输入电压V_IN，可确保第一源极s₁和第一栅极g₁之间的电压差为0，因此第一开关晶体管T1_S断开，从而输入电压V_IN与电路200断开联接，而不顾及第一电源电压V_DD和第二电源电压V_SS。

图3（a）示出了PMOS晶体管T_P的电路示意图符号，其中在其源极处提供输入电压V_IN，在其衬底处提供电池电压V_BAT。图3（b）示出PMOS晶体管T_P的结构的相应图示，其中其源极以p-型区301表示，漏极以p-型区302表示，这两个p-型区嵌入n阱区303中，其衬底由嵌入n阱区303的n-型区304表示。n阱区303由p-型衬底305支撑。源极的p-型区301和衬底的n-型区304形成p-n结，如在图3（a）和图3（b）中使用虚线、通过二极管D符号表示。利用充满电的电池，电池电压V_BAT超过输入电压V_IN，因此p-n结反向偏置且从而是不导电的。然而，如果电池电压V_BAT下降到低于输入电压V_IN约0.7V，则p-n结将变为正向偏置且将导电，使得电流从传送输入电压V_IN的输入设备流入PMOS晶体管T_P的衬底区304中。这样的电流可潜在损害或恶化PMOS晶体管T_P和联接至PMOS晶体管T_P的衬底的任何其它设备的操作。此外，在一些应用中，传送输入电压V_IN的输入设备的操作可受到损害。例如，如果输入设备为存储备用电源电压的电容器，这样的电流的流动可使电容器放电。

在图2的可开关元件10的实现方式中，通过联接第一开关PMOS晶体管T1_S的第一源极s₁和第一衬底b₁，避免这样的问题，从而确保第一源极s₁和第一衬底b₁形成的p-n结不能变得正向偏置，因而电流不能从输入设备流入第一衬底b₁中。类似地，在图2中将第一控制器PMOS晶体管T1_C的源极和衬底联接在一起。

相应的情形可发生在NMOS晶体管中。图4（a）示出NMOS晶体管T_N的电路示意图符号，其中在其源极处提供输入电压V_IN，其衬底接地。图4（b）示出NMOS晶体管T_N的结构的相应图示，其中其源极以n-型区401表示，漏极以n-型区402表示，这两个n-型区嵌入p-型衬底403中，p-型区404接地。源极的n-型区401和接地的p-型区404形成p-n结，如在图4（a）和图4（b）中使用虚线、通过二极管D符号表示。如果输入电压V_IN高于地电位，则p-n结反向偏置且从而是不导电的。如果输入电压V_IN下降至约-0.7V以下，则p-n结将变为正向偏置且将导电，使得电流从p-型衬底403流经接地的p-型区404，流入传送输入电压V_IN的输入设备中。这样的电流可潜在地损害输入设备和其他的电流流过的电路。此外，在装置100的实施方式中，通过联接NMOS晶体管的源极和衬底，可避免这样的问题，如对于在图2中的第二控制器晶体管T2_C而言所示，从而确保NMOS晶体管的源极和衬底形成的p-n结不能变得正向偏置，从而电流不能流入输入设备中。

图5的实施方式与图2的实施方式相同，除了示出可开关元件10的可替选的实现方式外。在图5中，可开关元件10包括第一开关晶体管T1_S，该第一开关晶体管T1_S具有：第一源极s₁，该第一源极s₁联接至第一开关晶体管T1_S的第一衬底b₁且联接至用于接收输入电压V_IN的开关输入端12；第一漏极d₁，该第一漏极d₁联接至开关输出端16；以及第一栅极g₁，该第一栅极g₁联接至第一开关控制端口14。此外，第二开关晶体管T2_S（在该示例中为NMOS晶体管）并联联接至第一开关晶体管T1_S，该第二开关晶体管T2_S具有：第二源极s₂，该第二源极s₂联接至第一开关晶体管T1_S的第一源极s₁；第二漏极d₂，该第二漏极d₂联接至第一开关晶体管T1_S的第一漏极d₁；以及第二衬底b₂，该第二衬底b₂接地。第二开关晶体管T2_S的第二栅极g₂联接至用于接收指示信号V_IND的监控器输出端26。

在操作中，当指示信号V_IND具有相对高的值时，例如相对于0V可为正的第一电源电压V_DD，第一开关晶体管T1_S接通，从而将假定为正的输入电压V_IN联接至电路200，如关于图2的实施方式所说明的。此外，当指示信号V_IND具有相对高的值时，第二开关晶体管T2_S接通，从而也将输入电压V_IN联接至电路200。相反，当指示信号V_IND具有相对低的值时，例如第二电源电压V_SS，第一开关晶体管T1_S和第二开关晶体管T2_S都断开，从而输入电压V_IN与电路200断开联接。

例如，在图6中的元件的配置适合于移动电话。参照图6，用于保护电路200的装置100以虚线表示，且包括以SW表示的可开关元件10、监控器级20和控制器30。电路200包括模数转换器（ADC）210（其可为通用的ADC）以及子电路220。其它未示出的元件也可出现在电路200中，例如联接至ADC210以用于处理ADC210发送的数字信号的处理器。可开关元件10为用于多路传输由多个电压源供给的电压的多路复用器500的一部分。多路复用器500、模数转换器210、子电路220和监控器级20定位在集成电路600中，且由未示出的传送电池电压V_BAT的电池进行供电。例如，当电池充满电时电池电压V_BAT可为4.8V。

第一电压源410通过第一电压源电源电压V₁操作，且联接至装置输入端102，以用于通过装置输入端102和开关输入端12将输入电压V_IN传送至可开关元件10。当电池充满电时，第一电压源电源电压V₁低于电池电压V_BAT，由此输入电压V_IN低于电池电压V_BAT。开关输出端16联接至装置输出端106。装置输出端106联接至多路复用器500的多路复用器输出端506。多路复用器输出端506联接至ADC210的ADC输入端212。

第二电压源420通过第二电压源电源电压V₂操作，且监控用于使电池充电的充电电压V_CHAR。第二电压源电源电压V₂和充电电压V_CHAR可超过电池电压V_BAT，甚至当电池充满电时。因此，第二电压源420包括用于使充电电压V_CHAR按比例缩小的第一缩放级423。第一缩放级423的输出端联接至多路复用器500的第二开关520的输入端，且将第二输入电压V_IN2传送至第二开关520的输入端。第二开关520的输出端通过多路复用器输出端506联接至ADC输入端212。

第三电压源430监控电容器431上的备用电压V_BACK。备用电压V_BACK可超过电池电压V_BAT，尤其当电池放电时。因此，第三电压源430包括用于使备用电压V_BACK按比例缩小的第二缩放级433。第二缩放级433的输出端联接至多路复用器500的第三开关530的输入端，且将第三输入电压V_IN3传送至第三开关530的输入端。第三开关530的输出端通过多路复用器输出端506联接至ADC输入端212。

子电路220具有与多路复用器500的第四开关540的输入端联接的输出端，且将第四输入电压V_IN4传送至第四开关540的输入端，通过电池电压V_BAT对该子电路220进行供电。第四开关540的输出端通过多路复用器输出端506联接至ADC输入端212。

在图6的实施方式中，响应于控制器30和监控器级20而操作可开关元件10，以当电池电压V_BAT低于阈值电压V_TH时，保护电路200免受输入电压V_IN的影响，如上文关于图1、图2、图3和图5所述。第二开关520、第三开关530和第四开关540中的任一个或全部可与可开关元件10具有相同的结构且以相应的方式进行控制，从而如果第二输入电压V_IN2、第三输入电压V_IN3和第四输入电压V_IN4中的任一个可超过电池电压V_BAT可潜在地引起电路200损害或发生故障的量，则对电路200提供保护。然而，为了最小化复杂性，不需要为响应于监控电压控制第二开关520、第三开关530和第四开关540而做准备，对于这些开关而言，第二输入电压V_IN2、第三输入电压V_IN3和第四输入电压V_IN4不能超出电路200的可接受的电压操作范围。

除了保护电路200外，图6的实施方式也可提供对第二电压源420、第三电压源430和子电路220的保护。如上文所述，通过确保当电池电压V_BAT低于阈值电压V_TH时可开关元件10保持断开，当第二开关520、第三开关530和第四开关540中的任一个接通时，防止电流从可开关元件10通过第二开关520、第三开关530和第四开关540中的每一个流入第二电压源420、第三电压源430或子电路220。事实上，通过确保当电池电压V_BAT低于阈值电压V_TH时可开关元件10保持断开，防止第一电压源410与第二电压源420、第三电压源430和子电路220之一之间发生短路。

多路复用器500包括用于选择待传送至ADC输入端212的输入电压V_IN、或第二输入电压V_IN2、第三输入电压V_IN3和第四输入电压V_IN4之一的选择机构，如下文所述。图7示出了控制器30的实施方式，该控制器30适于与包括选择机构的多路复用器500一起使用且适于与图5中示出的可开关元件10的实施方式一起使用。

参照图7，控制器30产生指示输入电压V_IN是否要联接至多路复用器输出端506的选择信号V_SEL，对此选择信号V_SEL可在第一电源电压V_DD和第二电源电压V_SS之间切换。第一控制级31具有：第一控制级的第一输入端312，其联接至控制器30的用于接收指示信号V_IND的指示输入端32；第一控制级的第二输入端313，其布置成接收选择信号V_SEL；第一控制级的第三输入端314，其联接至控制器30的用于接收输入电压V_IN的辅助输入端34；以及第一控制级输出端316，其联接至控制器30的用于传送第一控制信号DRV1的第一控制输出端36。如果选择信号V_SEL指示输入电压V_IN将联接至多路复用器输出端506以及指示信号V_IND指示监控电压V_MON位于阈值V_TH的一侧，则第一控制级31被设置成传送具有第一值的第一控制信号DRV1，否则第一控制级31被设置成传送具有第二值的第一控制信号DRV1。在图7中，第一控制级31的功能由与非门符号表示。例如，如果监控电压V_MON为电池电压V_BAT且具有正值，则用于传送第一控制信号DRV1的该条件可要求指示信号V_IND指示监控电压V_MON高于阈值V_TH，其中阈值为2.5V。在该示例中，第一控制级31可利用在第一控制级的第三输入端314处提供的输入电压V_IN来设定开关控制信号DRV1的第一值等于输入电压V_IN，并且可设定第二值等于电源电压，电源电压可以为地电位。这可通过采用输入电压V_IN作为用于第一控制级31的电源电压来设置。

第二控制级33具有第二控制级的第一输入端332，其联接至控制器30的用于接收指示信号V_IND的指示输入端32；第二控制级的第二输入端333，其设置成接收选择信号V_SEL；和第二控制级输出端336，其联接至控制器30的用于传送第二控制信号DRV2的第二控制输出端38。第二控制级33设置成控制第二控制信号DRV2，使得当第一开关晶体管T1_S断开时第二开关晶体管T2_S断开，且当第一开关晶体管T1_S接通时第二开关晶体管T2_S接通。此外，第二控制信号DRV2可采取与输入电压V_IN无关的值，例如，等于或取决于电源电压值的值。在图7中，第二控制级33的功能由与门符号表示，在该示例中，当指示信号V_IND指示监控信号V_MON高于阈值V_TH且选择信号V_SEL指示输入电压V_IN将联接至多路复用器输出端506时，第二控制信号DRV2被设置成使得第二开关晶体管T2_S断开，反之第二控制信号DRV2被设置成使得第二开关晶体管T2_S闭合。

图8示出第一控制级31的实现方式，与图2和图5中的控制器30类似，该第一控制级31包括第一控制器晶体管T1_C和第二控制器晶体管T2_C，但还具有用于并入选择信号V_SEL的第一控制器多路复用晶体管T1_X和第二控制器多路复用晶体管T2_X。在该示例中，第一控制器多路复用晶体管T1_X为PMOS晶体管，第二控制器多路复用晶体管T2_X为NMOS晶体管。第一控制器晶体管T1_C的源极联接至其衬底且联接至用于接收输入电压V_IN的第一控制级的第三输入端314，对于该示例该输入电压V_IN被认为具有正值。第一控制器晶体管T1_C的漏极联接至第一控制级输出端316，且第一控制器晶体管T1_C的栅极联接至用于接收指示信号V_IND的第一控制级的第一输入端312。第一控制器多路复用晶体管T1_X的源极和衬底联接在一起且联接至第一控制器晶体管T1_C的源极，以及漏极联接至第一控制级输出端316。第一控制器多路复用晶体管T1_X的栅极联接至用于接收选择信号V_SEL的第一控制级的第二输入端313。第二控制器晶体管T2_C的漏极联接至第一控制器晶体管T1_C的漏极，栅极联接至用于接收指示信号V_IND的第一控制级的第一输入端312，衬底联接至第二电压供给轨Vss（在该示例中接地），源极联接至第二控制器多路复用晶体管T2_X的漏极。第二控制器多路复用晶体管T2_X的栅极联接至用于接收选择信号V_SEL的第一控制级的第二输入端313，且衬底和源极联接在一起且联接至第二电压供给轨Vss。

在操作中，当指示信号V_IND具有相对高的值时，第一控制器晶体管T1_C断开，即在其源极和漏极之间不能导电；第二控制器晶体管T2_C接通，即在其源极和漏极之间能够导电。类似地，当选择信号V_SEL具有相对高的值时，第一控制器多路复用晶体管T1_X断开，第二控制器多路复用晶体管T2_X接通。相反，当指示信号V_IND具有相对低的值时，第一控制器晶体管T1_C接通，第二控制器晶体管T2_C断开。类似地，当选择信号V_SEL具有相对低的值时，第一控制器多路复用晶体管T1_X接通而第二控制器多路复用晶体管T2_X断开。因此，仅当第二控制器晶体管T2_C和第二控制器多路复用晶体管T2_X都接通时（在该情况下，第一控制器晶体管T1_C和第一控制器多路复用晶体管T1_X都断开），第一控制信号V_DRV1才具有接近于V_SS的相对低的值。如果第二控制器晶体管T2_C或第二控制器多路复用晶体管T2_X断开，则第一控制器晶体管T1_C和/或第一控制器多路复用晶体管T1_X接通，在该情况下，第一控制信号V_DRV1具有等于输入电压V_IN的相对高的值。

图9示出适用于输入电压V_IN相对于地电位可为负的应用中的装置100的实施方式。图9的元件具有已经在上文关于图1、图2和图5至图8描述的附图标记，与这些图中的相对应的元件相同且以相同的方式进行联接，除了下文描述的情况外。例如，对于图9的实施方式的下列描述，监控电压V_MON为输入电压V_IN，阈值V_TH为相对于地电位为负的值，且第一电源电压V_DD相对于地电位为正。例如，第一电源电压V_DD可为电池电压V_BAT。

在图9的实施方式的可开关元件10中，第一开关晶体管T1_S为NMOS晶体管，且第二开关晶体管T2_S为PMOS晶体管。第二开关晶体管T2_S的衬底联接至第一电源电压V_DD，且第一开关晶体管T1_S的衬底和源极联接在一起。

在图9的实施方式的第一控制级31中，第一控制器晶体管T1_C的源极联接至其衬底且联接至第一电源电压V_DD。第一控制器晶体管T1_C的漏极联接至第一控制器多路复用晶体管T1_X的源极，且第一控制器晶体管T1_C的栅极联接至用于接收指示信号V_IND的第一控制级的第一输入端312。第一控制器多路复用晶体管T1_X的衬底联接至第一电源电压V_DD、且漏极联接至用于传送第一控制信号V_DRV1的第一控制级输出端316。第一控制器多路复用晶体管T1_X的栅极联接至用于接收选择信号V_SEL的第一控制级的第二输入端313。第二控制器多路复用晶体管T2_X的漏极联接至用于传送第一控制信号V_DRV1的第一控制级输出端316；第二控制器多路复用晶体管T2_X的栅极联接至用于接收选择信号V_SEL的第一控制级的第二输入端313。第二控制器多路复用晶体管T2_X的源极和衬底联接在一起且联接至用于接收输入电压V_IN的第一控制级的第三输入端314。第二控制器晶体管T2_C的漏极联接至第二控制器多路复用晶体管T2_X的漏极；第二控制器晶体管T2_C的源极和衬底联接在一起且联接至用于接收输入电压V_IN的第一控制级的第三输入端314。第二控制器晶体管T2_C的栅极联接至用于接收指示信号V_IND的第一控制级的第一输入端312。

在操作中，当指示信号V_IND具有相对高的值时，第一控制器晶体管T1_C断开且第二控制器晶体管T2_C接通。类似地，当选择信号V_SEL具有相对高的值时，第一控制器多路复用晶体管T1_X断开且第二控制器多路复用晶体管T2_X接通。相反，当指示信号V_IND具有相对低的值时，第一控制器晶体管T1_C接通且第二控制器晶体管T2_C断开。类似地，当选择信号V_SEL具有相对低的值时，第一控制器多路复用晶体管T1_X接通且第二控制器多路复用晶体管T2_X断开。因此，仅当第一控制器晶体管T1_C和第一控制器多路复用晶体管T1_X都接通时(在该情况下，第二控制器晶体管T2_C和第二控制器多路复用晶体管T2_X都断开)，第一控制信号V_DRV1才具有接近于V_DD的相对高的值。如果第一控制器晶体管T1_C或第一控制器多路复用晶体管T1_X断开，则第二控制器晶体管T2_C和/或第二控制器多路复用晶体管T2_X接通，在该情况下，第一控制信号V_DRV1具有等于输入电压V_IN的相对低的值。

在图9的实施方式中，与图7的实施方式一样，第二控制级33设置成控制第二控制信号DRV2，使得当第一开关晶体管T1_S断开时第二开关晶体管T2_S断开；当第一开关晶体管T1_S接通时第二开关晶体管T2_S接通。另外，第二控制信号DRV2可采取与输入电压V_IN无关的值，例如等于或取决于电源电压值的值。在图9中,第二控制级33的功能由或门符号表示。

参照图10，电子设备700包括待保护电路200，该电路200联接至用于保护电路200的装置100。电子设备700可由电池供电。例如，电子设备700可为集成电路、无线通信设备、无线导航设备、或娱乐设备，尤其用于移动用途的设备。

参照图11，一种保护电路200的方法包括：在步骤810，比较监控电压V_MON和阈值电压V_TH。在步骤820，确定监控电压V_MON位于阈值电压V_TH的哪一侧。如果监控电压V_MON位于阈值电压V_TH的一侧，则流程进行到步骤830，在该步骤830，第一控制信号DRV1被设置成具有与输入电压V_IN无关的第一值。可替选地，如果监控电压V_MON位于阈值电压V_TH的另一侧，则流程进行到步骤840，在该步骤840，第一控制信号DRV1被设置成具有等于输入电压V_IN的第二值。流程从步骤830和步骤840进行到步骤850，在该步骤850，进行第一控制信号DRV1的值的评估。响应于具有第一值的第一控制信号DRV1，流程进行到步骤860，在该步骤860，输入电压V_IN联接至电路200。可替选地，响应于具有第二值的第一控制信号DRV1，流程进行到步骤870，在该步骤870，输入电压V_IN与电路200断开联接。在步骤860和步骤870之后，流程返回至步骤810。

在图11示出的保护电路200的方法的变型中，可省略步骤850，在该情况下流程可直接从步骤830进行到步骤860，以及从步骤840进行到步骤870。

尽管已经描述了使用PMOS晶体管和/或NMOS晶体管的实施方式，但本领域技术人员将理解PMOS晶体管和NMOS晶体管可根据第一电源电压V_DD、第二电源电压V_SS和输入电压V_IN的相对值被互换。

例如，可通过带隙基准电路产生阈值电压V_TH。这样的带隙电路可包括多个串联联接的p-n结，该p-n结用于产生超过使用单个p-n结可提供的电压的基准电压V_TH。此外，阈值电压V_TH可利用滞后效应产生以防止或减少当监控电压V_MON接近于阈值电压V_TH时可开关元件10的频繁开关。因此，响应于阈值电压V_TH从低于阈值电压V_TH增大到高于阈值电压V_TH，可减少阈值电压V_TH的值；响应于阈值电压V_TH从高于阈值电压V_TH降低到低于阈值电压V_TH，可增加阈值电压V_TH的值。以这种方式，阈值电压V_TH不必为恒定值，但是可根据监控电压V_MON而变化。

其它变型和变更对于本领域技术人员来讲是显而易见的。这样的变型和变更可包括已知的等效特征和其它特征，该特征可被替代本文描述的特征使用或者与本文描述的特征同时使用。在独立的实施方式的上下文中描述的特征可组合提供在单个实施方式中。相反，在单个实施方式的上下文中描述的特征也可单独地或以任何适合的子组合的形式提供。

应当注意，术语“包括”不排除其它的元件或步骤，术语“一”或“一个”不排除复数，单个特征可实现在权利要求中所述的多个特征的功能，且在权利要求中的附图标记不应理解为限制权利要求的范围。还应该注意，图不一定按比例绘制，而是重点通常放在示出本发明的原理上。

Claims

1.一种用于保护电路（200）免受输入电压影响的装置（100），所述装置包括：

可开关元件（10），所述可开关元件设置成响应于具有第一值的第一控制信号（DRV1）将输入电压（V_IN）联接至所述电路（200）以及响应于具有第二值的第一控制信号（DRV1）使所述输入电压（V_IN）与所述电路（200）断开联接；

监控器级（20），所述监控器级设置成比较监控电压（V_MON）与阈值（V_TH）；以及

控制器（30），所述控制器设置成将第一控制信号（DRV1）提供给所述可开关元件（10），当所述监控电压（V_MON）在所述阈值（V_TH）的一侧时，所述第一控制信号（DRV1）具有所述第一值，且当所述监控电压（V_MON）在所述阈值（V_TH）的另一侧时，所述第一控制信号（DRV1）具有所述第二值，和

其中，所述第一值与所述输入电压（V_IN）无关，而所述第二值等于所述输入电压（V_IN）。

2.根据权利要求1所述的装置（100），其中，所述监控电压（V_MON）为所述输入电压（V_IN）。

3.根据权利要求2所述的装置（100），包括滤波器（25），所述滤波器（25）用于对所述输入电压（V_IN）进行滤波，其中，所述监控电压（V_MON）为滤波后的输入电压（V_IN）。

4.根据权利要求1所述的装置（100），其中，所述监控电压（V_MON）为电源电压（V_DD）。

5.根据权利要求1所述的装置（100），其中，所述监控电压（V_MON）为电池电压（V_BAT）。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的装置（100），其中，所述监控器级（20）设置成产生所述监控电压（V_MON）高于还是低于所述阈值（V_TH）的指示（V_IND），且所述控制器（30）设置成响应于所述指示（V_IND）在所述第一值和所述第二值之间切换所述第一控制信号（DRV1）。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述控制器（30）包括第一控制器晶体管（T1_C）和第二控制器晶体管（T2_C），所述第一控制器晶体管（T1_C）的源极和衬底联接至用于接收所述输入电压（V_IN）的辅助输入端（34），所述第二控制器晶体管（T2_C）的源极和衬底联接至电压轨（V_SS），所述第一控制器晶体管（T1_C）的栅极和所述第二控制器晶体管（T2_C）的栅极联接至用于接收所述指示（V_IND）的指示输入端（32），所述第一控制器晶体管（T1_C）的漏极和所述第二控制器晶体管（T2_C）的漏极联接至用于提供所述第一控制信号（DRV1）的控制输出端（36），其中，根据所述指示（V_IND）的值，所述第一控制器晶体管（T1_C）和所述第二控制器晶体管（T2_C）中的一个晶体管接通，而所述第一控制器晶体管（T1_C）和所述第二控制器晶体管（T2_C）中的另一个晶体管断开。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的装置（100），其中，所述可开关元件（10）包括第一晶体管（T1_S）。

9.根据权利要求8所述的装置（100），其中，所述第一晶体管（T1_S）具有：第一源极（s₁），所述第一源极用于接收所述输入电压（V_IN）；第一漏极（d₁），所述第一漏极用于联接至所述电路（200）；和第一栅极（g₁），所述第一栅极联接至所述控制器（30），以用于接收所述第一控制信号（DRV1）。

10.根据权利要求9所述的装置（100），其中，所述第一源极（s₁）联接至所述第一晶体管（T1_S）的衬底（b₁）。

11.根据权利要求9或10所述的装置（100），包括第二晶体管（T2_S），其中，所述第一晶体管（T1_S）是N沟道金属氧化物硅NMOS晶体管和P沟道金属氧化物硅PMOS晶体管中的一个晶体管，第二晶体管（T2_S）是NMOS晶体管和PMOS晶体管中的另一个晶体管，其中，第二晶体管（T2_S）具有：第二源极（s₂），所述第二源极联接至所述第一源极（s₁）；第二漏极（d₂），所述第二漏极联接至所述第一漏极（d₁）；和第二栅极（g₂），所述第二栅极联接至所述控制器（30），用于从所述控制器（30）接收第二控制信号（DRV2），其中，所述控制器（30）被设置成控制所述第一控制信号（DRV1）和所述第二控制信号（DRV2），使得所述第一晶体管（T1_S）和所述第二晶体管（T2_S）选择性地同时将所述输入电压（V_IN）联接至所述电路（200）或者同时使所述输入电压（V_IN）与所述电路（200）断开联接。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的装置（100），包括多路复用器（500），其中，所述可开关元件（10）为所述多路复用器（500）的一部分，并且所述控制器（30）包括第一控制级（31），如果选择信号（V_SEL）指示从多个电压（V_IN、V_IN2、V_IN3、V_IN4）选择所述输入电压（V_IN）来由所述多路复用器（500）输出，则所述第一控制级（31）用于产生具有所述第一值的所述第一控制信号（DRV1），否则所述第一控制级（31）用于产生具有所述第二值的所述第一控制信号（DRV1）。

13.根据权利要求12所述的装置（100），其中，所述控制器（30）包括用于产生第二控制信号（DRV2）的第二控制级（33），使得通过所述第二晶体管（T2_S）将所述输入电压（V_IN）联接至待保护的所述电路（200）的条件是，所述选择信号（V_SEL）指示从所述多个电压（V_IN、V_IN2、V_IN3、V_IN4）选择所述输入电压（V_IN）来由所述多路复用器（500）输出。

14.一种电子设备（700），所述电子设备包括根据前述权利要求中的任一项所述的装置（100）和待保护的所述电路（200）。

15.一种电子设备（700），所述电子设备包括根据权利要求2或权利要求3所述的装置（100）和待保护的所述电路（200），其中，所述阈值（V_TH）小于所述电路（200）能够发生故障时的所述输入电压（V_IN）的电平。

16.一种电子设备（700），所述电子设备包括根据权利要求4所述的装置（100）和待保护的所述电路（200），其中，所述阈值（V_TH）大于所述输入电压（V_IN）能够导致所述电路（200）发生故障时的所述电源电压（V_DD）的电平。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的电子设备（700），其中，所述电子设备（700）适合于移动无线通信。

18.一种保护电路（200）免受输入电压（V_IN）影响的方法，包括：

响应于具有第一值的第一控制信号（DRV1）将所述输入电压（V_IN）联接至所述电路（200）以及响应于具有第二值的所述第一控制信号（DRV1）将所述输入电压（V_IN）与所述电路（200）断开联接；

将监控电压（V_MON）与阈值（V_TH）进行比较；和

提供所述第一控制信号（DRV1），当所述监控电压（V_MON）在所述阈值（V_TH）的一侧时，所述第一控制信号（DRV1）具有第一值，且当所述监控电压（V_MON）在所述阈值（V_TH）的另一侧时，所述第一控制信号（DRV1）具有第二值；

其中，所述第一值与所述输入电压（V_IN）无关且所述第二值等于所述输入电压（V_IN）。