專利名稱：防倒灌電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子領(lǐng)域模擬集成電路設(shè)計(jì)，具體地說，是一種用于金屬氧 化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的防倒灌電路。
背景技術(shù)：
場(chǎng)效應(yīng)管(FET)是電壓控制器件，它由輸入電壓來(lái)控制輸出電流的變化， 具有輸入阻抗高噪聲低、動(dòng)態(tài)范圍大、溫度系數(shù)低等優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于各 種電子線路中。場(chǎng)效應(yīng)管有結(jié)型和絕緣柵兩種結(jié)構(gòu)，每種結(jié)構(gòu)又有N溝道和P 溝道兩種導(dǎo)電溝道。其中的絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管是由金屬、氧化物和半導(dǎo)體所組成， 所以又稱為金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)場(chǎng)效應(yīng)管，簡(jiǎn)稱MOSFET。 MOSFET 具有源極、漏極和柵極，其工作方式有兩種當(dāng)柵壓為零時(shí)有較大漏極電流的 稱為耗散型；當(dāng)柵壓為零，漏極電流也為零，必須再加一定的柵壓之后才有漏 極電流的稱為增強(qiáng)型。
眾所周知，金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)的結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，我們將源極定 義為提供載流子的終端，而漏極定義為收集載流子的終端。當(dāng)器件的源極、漏 極和柵極三端的電壓變化時(shí)，源極和漏極的作用可以互換。而襯底的電位對(duì)器 件特性有很大的影響。也就是說，MOSFET是一個(gè)四端器件。由于MOS分為 PMOS和NMOS兩種，下面僅以PMOS進(jìn)行說明。
圖1顯示了 PMOS的結(jié)構(gòu)。如圖所示，PMOS以一塊N型薄硅片N-WELL 作為襯底，在N型薄硅片上面擴(kuò)散兩個(gè)高雜質(zhì)的P型區(qū)P+，作為源極S和漏 極D。在硅片表覆蓋一層絕緣物，然后再用金屬鋁引出一個(gè)柵極G。其中的柵 極與其它電極絕緣。要使p型區(qū)P+與N型薄硅片N-WELL形成兩個(gè)PN結(jié)二 極管反偏，N型薄硅片N-WELL電位一定要不高于其中任何一個(gè)P型區(qū)P+的 電位。
由于在典型的MOS工作中，源極/漏極與襯底形成的PN結(jié)二極管都必須 反偏，所以MOSFET的襯底一般連接到系統(tǒng)的極高或極低電壓上。如圖2所
示，因?yàn)镻MOS器件101做在n阱中，所以n阱必須接一定的電位，以便PMOS 管的源極/漏極結(jié)二極管在任何情況下都保持反偏。而這個(gè)電位必須高于或等 于源極S和漏極D兩級(jí)中的較高電位。然而，有些電路中存在較高電位不明 確的現(xiàn)象，比如低壓降電壓調(diào)整器(LDO)、充電器(charger)等線路中的輸 出管，他們的源連在VCC上，漏連在VOUT上，此時(shí)襯底不能直接連在VCC 上，因?yàn)楫?dāng)VOUT電位大于VCC時(shí)，漏極到襯底的PN結(jié)導(dǎo)通，因而產(chǎn)生漏 電流，對(duì)電路的性能產(chǎn)生極大的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種防倒灌電路，用于金屬氧化物半導(dǎo)體 場(chǎng)效應(yīng)管，以防止電路中較高電位不明確情況下，漏極到襯底的PN結(jié)導(dǎo)通而 產(chǎn)生漏電流的技術(shù)問題。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種防倒灌電路，用于MOS器件應(yīng)用電路；所述MOS器件包括襯底、 柵極、漏極和源極所述防倒灌電路包括第一開關(guān)，連接在所述源極與漏極中 的一個(gè)極和襯底之間；第二開關(guān)，連接在所述源極與漏極中的另一個(gè)極和襯底 之間；第三開關(guān)，將所述柵極連接到MOS器件應(yīng)用電路中；第四開關(guān)，連接 在所述源極與漏極中的另一個(gè)極和柵極之間；以及連接在所述第一開關(guān)、第二 開關(guān)、第三開關(guān)和第四開關(guān)上的開關(guān)控制電路；當(dāng)所述一個(gè)極的電壓大于另一 個(gè)極的電壓時(shí)，所述第一開關(guān)和第三開關(guān)閉合，所述第二開關(guān)和第四開關(guān)斷開； 當(dāng)所述一個(gè)極電壓小于另一個(gè)極電壓時(shí)，所述第一開關(guān)和第三開關(guān)斷開，所述 第二開關(guān)和第四開關(guān)閉合。
采用上述防倒灌電路，通常情況下，PMOS管的襯底連在VCC上，柵極 連在線路中所給的電位上。當(dāng)源極電壓小于漏極電壓時(shí)，所述第一開關(guān)和第三 開關(guān)斷開，所述第二開關(guān)和第四開關(guān)閉合。此時(shí)PMOS管的襯底和柵極均連 在VOUT上，將PMOS管關(guān)斷，從而有效避免了漏電流的產(chǎn)生。
所述開關(guān)控制電路包括串接的比較器和反向器，所述比較器的正輸入端接 所述另一個(gè)極的電壓端，負(fù)輸入端接所述一個(gè)極的電壓端；比較器的輸出端連 接所述第二開關(guān)和第四開關(guān)，反向器的輸出端連接所述第一開關(guān)和第三開關(guān)。
所述一個(gè)極和柵極之間設(shè)有常開開關(guān)以斷開所述一個(gè)極和柵極常開開關(guān)
是避免有懸浮柵，在關(guān)斷時(shí)拉高管子?xùn)拧?br> 所述比較器的電源接在所述另一個(gè)極的電壓端上。這是為了在芯片關(guān)斷 時(shí)，也能正常工作，并且這里不產(chǎn)生漏電。
所述第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)和第四開關(guān)為PMOS管或者傳輸門。 所述MOS器件應(yīng)用電路是低壓降電壓調(diào)整器電路或充電器電路。 所述MOS器件是增強(qiáng)型MOSFET。


圖l是PMOS的結(jié)構(gòu)圖2是PMOS器件的示意圖3是本發(fā)明的用于PMOS器件的防倒灌電路圖4是VCC高于VOUT時(shí)，圖3的防倒灌電路的連接狀態(tài)示意圖5是VCC低于VOUT時(shí)，圖3的防倒灌電路的連接狀態(tài)示意圖6是選用PMOS管作為開關(guān)時(shí)，本發(fā)明的用于PMOS器件的防倒灌電
路圖7是選用傳輸門作為開關(guān)時(shí)，本發(fā)明的用于PMOS器件的防倒灌電路
圖8是本發(fā)明用于判斷VCC和VOUT高低以控制開關(guān)通斷的電路。
具體實(shí)施例方式
下面根據(jù)圖3至圖8，給出本發(fā)明一個(gè)較好實(shí)施例，并予以詳細(xì)描述，使 能更好地理解本發(fā)明的功能、特點(diǎn)。
本發(fā)明的防倒灌電路，用于MOS器件應(yīng)用電路；所述MOS器件包括襯 底B、柵極G、漏極D和源極S。所述防倒灌電路主要分為兩部分，第一部分 是圖3中所示的五個(gè)開關(guān)202、 203、 204、 205、 206，第二部分是圖8中所示 的開關(guān)控制電路，連接在所述四個(gè)開關(guān)202、 203、 204、 205上。如圖3所示， 本發(fā)明采用五個(gè)開關(guān)來(lái)控制PMOS管101的襯底B和柵極G。由于源極S和 漏極D可以互換，因此在此定義源極S與漏極D中的一個(gè)極為極A，源極S 與漏極D中的另一個(gè)極為極C。
開關(guān)202連接在所述極A和襯底B之間。開關(guān)203連接在所述極C和襯 間。開關(guān)204將所述柵極G連接到MOS器件應(yīng)用電路中。開關(guān)205 連接在所述極C和柵極G之間。開關(guān)206，設(shè)在所述極A和柵極G之間，該 開關(guān)206始終處于斷開狀態(tài)以斷開極A和柵極G。本發(fā)明采用五個(gè)開關(guān)來(lái)控 制PMOS管101的襯底B和柵極G。其中開關(guān)202、開關(guān)203用來(lái)控制PMOS 管101的襯底B的連接，而開關(guān)204、開關(guān)205、開關(guān)206用來(lái)控制PMOS管 101的柵極G的連接。當(dāng)極A電壓大于極C電壓時(shí)，所述開關(guān)202和開關(guān)204 閉合，所述開關(guān)203和開關(guān)205斷開。當(dāng)極A電壓小于極C電壓時(shí)，所述開 關(guān)202和開關(guān)204斷開，所述開關(guān)203和開關(guān)205閉合。
這里我們以LDO電路為例。假設(shè)PMOS管101的極A連在VCC上，極 C連在VOUT上。其中開關(guān)206是避免有懸浮柵，在關(guān)斷時(shí)拉高管子?xùn)拧?br> 如圖4所示，當(dāng)通常情況下，VCC高于VOUT時(shí)，開關(guān)202和開關(guān)204 閉合，開關(guān)203和開關(guān)205斷開，此時(shí)PMOS管101的襯底B連在VCC上， 柵極G連在線路中所給的電位上。
如圖5所示，當(dāng)VCC低于VOUT時(shí)，開關(guān)202和開關(guān)204斷開，開關(guān)203 和開關(guān)205閉合。此時(shí)PMOS管101的襯底B和柵極G均連在VOUT上，將 PMOS管101關(guān)斷。
如圖6，用PMOS管來(lái)做開關(guān)，那么當(dāng)PMOS的柵為低時(shí)，管子導(dǎo)通， 即開關(guān)閉合；反之，當(dāng)PMOS的柵為高時(shí)，管子截止，即開關(guān)斷開。
如圖7，用傳輸門來(lái)做開關(guān)，傳輸門的兩個(gè)輸入端一定是輸入相反信號(hào)。
這里作為開關(guān)的PMOS管的襯底應(yīng)與PMOS管101的襯底接在一起，以 保證接在較高點(diǎn)位上。
要控制開關(guān)部分的開閉，主要是由開關(guān)控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖8所示，所 述幵關(guān)控制電路包括串接的比較器COMP和反向器。以采用PMOS管做開關(guān) 管為例，所述比較器COMP的正輸入端接極C的電壓端，即VOUT，負(fù)輸入 端接極A的電壓端，即芯片的電源VIN。比較器COMP的輸出端連接所述開 關(guān)203和開關(guān)205，反向器的輸出端連接所述開關(guān)202和開關(guān)204。則當(dāng)VOUT 〉VIN時(shí)，輸出為高，開關(guān)202和開關(guān)204斷開，開關(guān)203和開關(guān)205閉合； 當(dāng)VOUT<VIN時(shí)，輸出為低，開關(guān)203和開關(guān)205斷開，開關(guān)202和開關(guān) 204閉合。
比較器的電源要接在VOUT上。這是為了在芯片關(guān)斷時(shí)，也能正常工作，
并且這里不產(chǎn)生漏電。
以上所述的，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用以限定本發(fā)明的范圍。雖
然本發(fā)明中僅以PMOS作為最佳實(shí)施例，但本發(fā)明中的MOS器件可以是耗散 型PMOS、增強(qiáng)型PMOS、耗散型NMOS、增強(qiáng)型NMOS中的任何一種。若 是單阱工藝，則NMOS的襯底只能接在P型襯底上(即最低電位上)；若為雙 阱工藝，則NMOS的襯底的接法可以參照PMOS管的襯底的接法。即凡是依 據(jù)本發(fā)明申請(qǐng)的權(quán)利要求書及說明書內(nèi)容所作的簡(jiǎn)單、等效變化與修飾，皆落 入本發(fā)明專利的權(quán)利要求保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種防倒灌電路，用于MOS器件應(yīng)用電路；所述MOS器件包括襯底(B)、柵極(G)、漏極(D)和源極(S)；其特征在于，所述防倒灌電路包括第一開關(guān)，連接在所述源極(S)與漏極(D)中的一個(gè)極(A)和襯底(B)之間；第二開關(guān)，連接在所述源極(S)與漏極(D)中的另一個(gè)極(C)和襯底(B)之間；第三開關(guān)，將所述柵極(G)連接到MOS器件應(yīng)用電路中；第四開關(guān)，連接在所述源極(S)與漏極(D)中的另一個(gè)極(C)和柵極(G)之間；以及連接在所述第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)和第四開關(guān)上的開關(guān)控制電路；當(dāng)所述一個(gè)極(A)的電壓大于另一個(gè)極(C)的電壓時(shí)，所述第一開關(guān)和第三開關(guān)閉合，所述第二開關(guān)和第四開關(guān)斷開；當(dāng)所述一個(gè)極(A)電壓小于另一個(gè)極(C)電壓時(shí)，所述第一開關(guān)和第三開關(guān)斷開，所述第二開關(guān)和第四開關(guān)閉合。
2、 如權(quán)利要求1所述的防倒灌電路，其特征在于，所述開關(guān)控制電路包 括串接的比較器和反向器，所述比較器的正輸入端接所述另一個(gè)極(C)的電 壓端，負(fù)輸入端接所述一個(gè)極(A)的電壓端；比較器的輸出端連接所述第二 開關(guān)和第四開關(guān)，反向器的輸出端連接所述第一開關(guān)和第三開關(guān)。
3、 如權(quán)利要求2所述的防倒灌電路，其特征在于，所述一個(gè)極(A)和 柵極(G)之間設(shè)有常開開關(guān)以斷開所述一個(gè)極(A)和柵極(G)。
4、 如權(quán)利要求2或3所述的防倒灌電路，其特征在于，所述比較器的電 源接在所述另一個(gè)極(C)的電壓端上。
5、 如權(quán)利要求1所述的防倒灌電路，其特征在于，所述一個(gè)極(A)和 柵極(G)之間設(shè)有常開開關(guān)以斷開所述一個(gè)極(A)和柵極(G)。
6、 如權(quán)利要求1或2或3所述的防倒灌電路，其特征在于，所述第一開 關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)和第四開關(guān)為PMOS管或者傳輸門。
7、 如權(quán)利要求1或2或3或5所述的防倒灌電路，其特征在于，所述 MOS器件應(yīng)用電路是低壓降電壓調(diào)整器電路或充電器電路。
8、 如權(quán)利要求1或2或3或5所述的防倒灌電路，其特征在于，所述 MOS器件是增強(qiáng)型MOSFET。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種防倒灌電路，用于MOS器件應(yīng)用電路；所述MOS器件包括襯底、柵極、漏極和源極所述防倒灌電路包括第一開關(guān)，連接在所述源極與漏極中的一個(gè)極和襯底之間；第二開關(guān)，連接在所述源極與漏極中的另一個(gè)極和襯底之間；第三開關(guān)，將所述柵極連接到MOS器件應(yīng)用電路中；第四開關(guān)，連接在所述源極與漏極中的另一個(gè)極和柵極之間；以及連接在所述第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)和第四開關(guān)上的開關(guān)控制電路；當(dāng)所述一個(gè)極的電壓大于另一個(gè)極的電壓時(shí)，所述第一開關(guān)和第三開關(guān)閉合，所述第二開關(guān)和第四開關(guān)斷開；當(dāng)所述一個(gè)極電壓小于另一個(gè)極電壓時(shí)，所述第一開關(guān)和第三開關(guān)斷開，所述第二開關(guān)和第四開關(guān)閉合，從而有效避免了漏電流的產(chǎn)生。
文檔編號(hào)H03K17/687GK101345520SQ20081004191
公開日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2008年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月20日
發(fā)明者于新梅, 珂 吳, 趙俊杰 申請(qǐng)人:啟攀微電子(上海)有限公司