CN110320957B - 一种电压选择电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电压选择电路,属于电学领域。该电压选择电路包括电阻分压电路模块、模拟交叉选择器、比较器、反相器、缓冲器。本电压选择电路可精确比较电路中两个电压的高低,并方便用户自由选择输出电压的高低。
Description
技术领域
本发明涉电学领域,特别是一种电压选择电路。
背景技术
电压选择电路广泛应用于模拟电路中,特别是有EEPROM、OTP、SOC等电路场合中,其用途是在不同的工作模式下切换到对应的电压下工作,例如OTP在写入数据和读取数据时的工作电压是不同的,读取数据时需要正常的芯片供电电压,写入数据时需要在比正常供电电压更高的工作电压下完成,这样就需要电压选择电路完成高低电压的切换。
传统的电压选择电路大多选择单个晶体管作为开关管,同时电路的功能大多只能选择大的电压输出,而且需要两个电压的电压差较大才可以工作。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种电压选择电路,可以由用户自主选择高电压输出电路或低电压输出电路,由于电压检测灵敏度高,即使两个电压差微小也能分开,从而方便用户做出选择。
为了实现上述目的,本发明采用的一个技术方案是:提供一种电压选择电路,包括模拟交叉选择器、比较器、反相器,其特征在于还包括电阻分压电路模块,所述电阻分压电路模块连接所述模拟交叉选择器的信号输入端,所述模拟交叉选择器信号输出端连接所述比较器输入端,所述比较器输出端连接所述电阻分压电路模块和所述反相器的输入端,所述反相器的输出端连接所述电阻分压电路模块。
优选的,所述电阻分压电路模块由两个结构组成相同的单元构成,每个所述单元包括电阻分压电路公共输出端、第一PMOS管、第二PMOS管、第一分压电阻、第二分压电阻,所述电阻分压电路公共输出端、所述第一PMOS管、所述第二PMOS管、所述第一分压电阻、所述第二分压电阻依次串联连接,所述第二分压电阻一端连接地线,所述第二PMOS管与所述第一分压电阻间引出端口连接外部电源,所述第一分压电阻和所述第二分压电阻中间引出一端口连接所述模拟交叉选择器的信号输入端,所述两个单元接入的外部电源电压不同。
优选的,所述第一PMOS管的衬底与漏极相连,所述的第二PMOS管的衬底与源极相连。
优选的,所述模拟交叉选择器、所述比较器的工作电压与所述电阻分压电路模块中一个单元的电压相同,所述反相器的工作电压与所述电阻分压电路模块中另一个单元的电压相同。
优选的,所述模拟交叉选择器信号输入端为两个,分别连接所述电阻分压电路模块中的不同单元,所述模拟交叉选择器上含有一个外部电平信号输入端。
优选的,所述反相器为两个,第一反相器的输入端连接所述电阻分压电路模块第一单元的第一PMOS管的栅极和所述比较器的输出端,所述第一反相器的输出端连接所述电阻分压电路模块第二单元的第一PMOS管的栅极;所述第二反相器的输入端连接所述电阻分压电路模块第二单元的第二PMOS管的栅极和所述比较器的输出端,所述第二反相器的输出端连接所述电阻分压电路模块第一单元的第二PMOS管的栅极。
优选的,所述第二分压电阻和地线之间连接一NMOS管,所述第二分压电阻连接NMOS管的漏极,所述NMOS管的栅极连接外部使能端,所述NMOS管的源极连接地线。
优选的,还包括缓冲器,所述缓冲器的信号输入端与所述电压选择电路外部连通,所述缓冲器的信号输出端连接所述电阻分压电路模块外部使能端,所述缓冲器的工作电压与所述反相器的工作电压相同。
本发明的有益效果是:
一、采用双电源开关PMOS管设计,结合PMOS管B端的连接方式,使得此电路无论是选择低电压输出还是高电压输出,都能实现VDD_IN和VDDH或者VDDL的彻底打开和关闭,不会出现漏电的情况;
二、采用模拟交叉选择器的设计,可以自由选择是高电压还是低电压输出;
三、采用电压检测电阻来简化比较器的设计,若没有电阻分压采样而直接比较两个电压VDDH和VDDL,比较器很难实现,且通过调整阻值的大小可精确实现比较电压的调整;
四、电压比较时,电阻开关NMOS管可通过内部逻辑控制打开,比较完成后可以保持关闭状态,可以降低电路功耗。
附图说明
图1是本发明一种电压选择电路的结构示意图;
附图中各部件的标记如下:101-第一电阻分压电路单元第二PMOS管、102-第一电阻分压电路单元第一PMOS管、103-第二电阻分压电路单元第二PMOS管、104-第二电阻分压电路单元第一PMOS管、105-第一电阻分压电路单元第一分压电阻、106-第一电阻分压电路单元第二分压电阻、107-第二电阻分压电路单元第一分压电阻、108-第二电阻分压电路单元第二分压电阻、109-第一电阻分压电路单元NMOS管、110-第二分压电阻电路单元NMOS管、111-模拟交叉选择器、112-比较器、113-第一反相器、114-第二反相器、115-缓冲器;
VA-第一电阻分压电路单元的模拟交叉选择器连接端、VB-第二电阻分压电路单元的模拟交叉选择器连接端、V1-第一电阻分压电路单元第二PMOS管101栅极对外接口、V2-第一电阻分压电路单元第一PMOS管102栅极对外接口、V3-第二电阻分压电路单元第二PMOS管103栅极对外接口、V4-第二电阻分压电路单元第一PMOS管104栅极对外接口、EN-外接使能端接口。
图2是本发明中电源开关PMOS管的B端连接等效示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述,以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解,从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
图1所示的是一种电压选择电路的结构示意图。该电压选择电路包括第一电阻分压电路单元第二PMOS管101、第一电阻分压电路单元第一PMOS管102、第二电阻分压电路单元第二PMOS管103、第二电阻分压电路单元第一PMOS管104、第一电阻分压电路单元第一分压电阻105、第一电阻分压电路单元第二分压电阻106、第二电阻分压电路单元第一分压电阻107、第二电阻分压电路单元第二分压电阻108、第一电阻分压电路单元NMOS管109、第二分压电阻电路单元NMOS管110、模拟交叉选择器111、比较器112、第一反相器113、第二反相器114、缓冲器115。
电阻分压电路模块由两个结构相同的单元组成,第一单元中的公共输出端VDD_IN连接第一电阻分压电路单元第一PMOS管102的漏极,第一电阻分压电路单元第一PMOS管102的漏极与衬底连接,第一电阻分压电路单元第一PMOS管102的源极连接第一电阻分压电路单元第二PMOS管101的漏极,第一电阻分压电路单元第二PMOS管101的源极与衬底连接,第一电阻分压电路单元第二PMOS管101的源极连接第一电阻分压电路单元第一分压电阻105,两者间引出端口连接外部电源,外部电源电压为VDDH,第一电阻分压电路单元第一分压电阻105的另一端连接第一电阻分压电路单元第二分压电阻106,两者间引出一端口VA,用于连接模拟交叉选择器。第一电阻分压电路单元第二分压电阻106的另一端连接第一电阻分压电路单元NMOS管109的漏极,第一电阻分压电路单元NMOS管109的源极接地,第一电阻分压电路单元NMOS管109的栅极连接外部使能端EN。
电阻分压电路模块第二单元中的公共输出端VDD_IN连接第二电阻分压电路单元第一PMOS管104的漏极,第二电阻分压电路单元第一PMOS管104的漏极与衬底连接,第二电阻分压电路单元第一PMOS管104的源极连接第二电阻分压电路单元第二PMOS管103的漏极,第二电阻分压电路单元第二PMOS管103的源极与衬底连接,第二电阻分压电路单元第二PMOS管103的源极连接第二电阻分压电路单元第一分压电阻107,两者间引出端口连接外部电源,外部电源电压为VDDL,第二电阻分压电路单元第一分压电阻107的另一端连接第二电阻分压电路单元第二分压电阻108,两者间引出一端口VB,用于连接模拟交叉选择器。第二电阻分压电路单元第二分压电阻108的另一端连接第二电阻分压电路单元NMOS管110的漏极,第二电阻分压电路单元NMOS管110的源极接地,第二电阻分压电路单元NMOS管110的栅极连接外部使能端EN。
模拟交叉选择器111、比较器112、第一反相器113、第二反相器114构成了电阻分压电路模块中VDDH和VDDL的比较和选择输出的控制模块。模拟交叉选择器111的两个信号输入端分别连接电阻分压电路模块中的VA和VB,模拟交叉选择器111上带有一个外部电平信号输入端SEC,用来接收用户自由选择的电平信号。模拟交叉选择器111上还带有工作电压输入端,用于外部电路提供模拟交叉选择器111的工作电压,模拟交叉选择器111的两个信号输出端连接比较器112的INP端和INN端,比较器112上带有工作电压输入端,用于外部电路提供比较器112的工作电压,比较器112的两个信号输出端分别连接第一反相器113信号输入端和第二反相器114信号输入端,比较器112信号输出端和第一反相器113信号输入端之间引出一个端口连接第一电阻分压电路单元第一PMOS管102的栅极,比较器112信号输出端和第二反相器114信号输入端之间引出一个端口连接第二电阻分压电路单元第二PMOS管103的栅极。第一反向器113上带有工作电压输入端,用于外部电路提供第一反向器113的工作电压,第一反相器113的信号输出端连接第二电阻分压电路单元第一PMOS管104的栅极。第二反向器114上带有工作电压输入端,用于外部电路提供第二反向器114的工作电压,第二反相器114的信号输出端连接第一电阻分压电路单元第二PMOS管101的栅极。
本发明的电路中还包括缓冲器115,其信号输入端ENA与电压选择电路外部连通,用于接收外部信号,缓冲器115上带有工作电压输入端,用于外部电路提供缓冲器115的工作电压,缓冲器115的信号输出端连接电阻分压电路模块的两个外接使能端EN。
本发明对两个输入电压值(VDDH和VDDL)的检测通过电阻分压检测来完成,同时如果对功耗敏感,可通过带使能的开关(第一电阻分压电路单元NMOS管109和第二电阻分压电路单元NMOS管110)关闭分压电阻到地通路,降低功耗。当需要电压检测时通过内部逻辑控制打开即可。
下面以电压选择电路输出电压VDD_IN是高电压为例详细说明电压选择电路的工作原理。
假设电压VDDH高于VDDL,此时,将模拟交叉选择器111、比较器112的工作电压接入VDDL,而第一反相器113、第二反相器114、缓冲器115的工作电压接入VDDH,然后配置模拟交叉选择器111的SEL端口电平,将第一电阻分压电路单元的VA端口连接模拟交叉选择器111并接通比较器112的INP端,将第二电阻分压电路单元的VB端口连接模拟交叉选择器111并接通比较器112的INN端,接通电阻分压电路模块中的不同电压单元,对VDDH和VDDL进行电压采样,并通过VA和VB送给比较器112进行电压判断后控制四个电源开关PMOS管101-104的导通状态来实现高电压选择功能,对应的表达式如下(忽略两个电阻开关NMOS管109、110的接入电阻,101-104的阻值分别为R105-R108)
如果电压选择电路输出电压VDD_IN是低电压,则在高电压输出的基础上,改变模拟交叉选择器111的SEL端口电平,使VA和比较器112的INN端口相连,VB和比较器112的INP端口相连,这样就实现低电压输出的功能,同理对应的表达式如下(忽略两个电阻开关NMOS管109、110的接入电阻,101-104的阻值分别为R105-R108)
用户可以自主设定SEL端口的电平及对应的VA、VB、INP、INN的交叉关系,例如:当SEL=1时INP=VA,INN=VB;当SEL=0时INP=VB,INN=VA。
当SEL=1时,第一电阻分压电路单元第二PMOS管101和第一电阻分压电路单元第一PMOS管102处于导通状态,第一电阻分压电路单元第一PMOS管102栅极对外接口V2的电压为0V,第二电阻分压电路单元第二PMOS管103栅极对外接口V3电压为VDDL,第一电阻分压电路单元第二PMOS管101栅极对外接口V1电压为0V,第二电阻分压电路单元第一PMOS管104栅极对外接口V4电压为VDDH,电阻分压电路输出电压VDD_IN等于VDDH。
当SEL=0时,第二电阻分压电路单元第二PMOS管103和第二电阻分压电路单元第一PMOS管104处于导通状态,第二电阻分压电路单元第一PMOS管104栅极对外接口V4电压为0V,第一电阻分压电路单元第二PMOS管101栅极对外接口V1电压为VDDH,第二电阻分压电路单元第二PMOS管103栅极对外接口V3电压为0V,第一电阻分压电路单元第一PMOS管102栅极对外接口V2电压为VDDL,电阻分压电路输出电压VDD_IN等于VDDL。
为了提高电压检测精度,减少MOS管导通电阻的影响,第一电阻分压电路单元第二PMOS管101、第一电阻分压电路单元第一PMOS管102、第二电阻分压电路单元第二PMOS管103、第二电阻分压电路单元第一PMOS管104、第一电阻分压电路单元NMOS管109、第二电阻分压电路单元NMOS管110的尺寸选择尽量大,而第一电阻分压电路单元第一分压电阻105、第一电阻分压电路单元第二分压电阻106、第二电阻分压电路单元第一分压电阻107、第二电阻分压电路单元第二分压电阻108的阻值选择尽量大。
本发明的应用,可以方便用户自主通过SEL端电平的设置选择电路输出电压的高低;双电源开关PMOS管设计及PMOS管衬底的连接方式,实现了VDD_IN和VDDH或者VDDL的彻底打开和关闭,避免漏电情况;电压检测电阻的设计使得电压检测精度提高,且通过调整分压电阻阻值的大小可精确实现比较电压的调整;电阻开关NMOS管可通过内部逻辑控制,仅在电压比较时打开,比较完成后可以保持关闭状态,有效降低了电路功耗。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (4)
1.一种电压选择电路,包括模拟交叉选择器、比较器、反相器,其特征在于,还包括电阻分压电路模块,所述电阻分压电路模块连接所述模拟交叉选择器的信号输入端,所述模拟交叉选择器信号输出端连接所述比较器输入端,所述比较器输出端连接所述电阻分压电路模块和所述反相器的输入端,所述反相器的输出端连接所述电阻分压电路模块,
其中,所述电阻分压电路模块由两个结构组成相同的第一电阻分压电路单元和第二电阻分压电路单元构成,每个所述单元包括电阻分压电路公共输出端、第一PMOS管、第二PMOS管、第一分压电阻、第二分压电阻,所述电阻分压电路公共输出端、所述第一PMOS管、所述第二PMOS管、所述第一分压电阻、所述第二分压电阻依次串联连接,所述第二分压电阻一端连接地线,所述电阻分压电路公共输出端连接所述第一PMOS管的漏极,所述第一PMOS管的漏极与衬底连接,所述第一PMOS管的源极连接所述第二PMOS管的漏极,所述第二PMOS管的源极与衬底连接,所述第二PMOS管与所述第一分压电阻间引出端口连接外部电源,所述第一分压电阻和所述第二分压电阻中间引出一端口连接所述模拟交叉选择器的信号输入端,所述两个单元接入的外部电源电压不同,
其中,所述第一电阻分压电路单元的第一分压电阻的一端与所述第一电阻分压电路单元的第二PMOS管的源级连接,所述第一电阻分压电路单元的第一分压电阻的另一端与所述第一电阻分压电路单元的第二分压电阻连接,且两者之间引出第一端口,所述第二电阻分压电路单元的第一分压电阻的一端与所述第二电阻分压电路单元的第二PMOS管的源级连接,所述第二电阻分压电路单元的第一分压电阻的另一端与所述第二电阻分压电路单元的第二分压电阻连接,且两者之间引出第二端口;
所述模拟交叉选择器包括两个信号输入端,分别连接所述第一端口和所述第二端口,所述模拟交叉选择器上含有一个外部电平信号输入端,用以接收电平信号,所述模拟交叉选择器的两个信号输出端连分别连接所述比较器的两个输入端;
所述反相器为两个,包括第一反相器和第二反相器,其中,所述比较器的两个信号输出端分别连接所述第一反相器和所述第二反相器的信号输入端,所述第一反相器的输入端连接所述第一电阻分压电路单元的第一PMOS管的栅极和所述比较器的一个输出端,所述第一反相器的输出端连接所述第二电阻分压电路单元的第一PMOS管的栅极;所述第二反相器的输入端连接所述第二电阻分压电路单元的第二PMOS管的栅极和所述比较器的另一输出端,所述第二反相器的输出端连接所述第一电阻分压电路单元的第二PMOS管的栅极;
所述第一电阻分压电路单元的电阻分压电路公共输出端与所述第二电阻分压电路单元的电阻分压电路公共输出端连接,所述第一PMOS管和所述第二PMOS管分别对应较大的尺寸,所述第一分压电阻和所述第二分压电阻分别对应的较大的电阻值。
2.如权利要求1所述的电压选择电路,其特征在于,所述模拟交叉选择器、所述比较器的工作电压与所述电阻分压电路模块中一个单元的电压相同,所述反相器的工作电压与所述电阻分压电路模块中另一个单元的电压相同。
3.如权利要求1所述的电压选择电路,其特征在于所述第二分压电阻和地线之间连接一NMOS管,所述第二分压电阻连接NMOS管的漏极,所述NMOS管的栅极连接外部使能端,所述NMOS管的源极连接地线。
4.如权利要求1至3任一项所述的电压选择电路,其特征在于,还包括缓冲器,所述缓冲器的信号输入端与所述电压选择电路外部连通,所述缓冲器的信号输出端连接所述电阻分压电路模块外部使能端,所述缓冲器的工作电压与所述反相器的工作电压相同。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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