[发明专利]低速开关应用的MOSFET开关电路

说明书

本发明涉及的一种开关电路包括导电类型相同的第一MOS晶体管和第二MOS晶体管，并联在第一端和第二端之间。第一和第二MOS晶体管的栅极端分别耦合到控制端，接收控制信号，接通或断开开关电路，其控制信号以缓慢的切换速率，从第一电压电平切换至第二电压电平。第一MOS晶体管具有第一阈值电压，第二MOS晶体管具有第二阈值电压，第一阈值电压小于第二阈值电压。

技术领域

本发明涉及半导体器件，更确切地说，是提供包括一对并联的MOSFET器件的开关电路，一对MOSFET器件具有不同的阈值电压特性和不同的晶体管尺寸。

背景技术

便携电子设备引入负载开关，以实现电源管理功能。确切地说，便携电子设备须延长电池寿命，同时保持性能水平。便携电子设备中所用的负载开关可以使系统根据当前使用的外部设备或子电路做出电源管理决策。当电子设备引入负载开关时，电子设备控制负载开关将电压轨连接或不连接至单位负载。负载开关能够在需要时提供一种为负载供电的方式，以便最大程度地发挥电子设备的性能。

通常使用由开—关来切换这样的控制信号控制的开关器件配置负载开关电路。典型的开关器件譬如为MOSFET(金属-氧化物-半导体场效应晶体管)器件，当控制信号接通晶体管时，将电源电压传导至单位负载。负载开关电路可以配置成高端开关和/或低端开关。例如图1(a)至图1(c)表示传统的负载开关电路的实施例。更确切地说，图1(a)表示配置成高端开关的负载开关电路。负载开关电路包括一个负载开关LS1，将负载10连接到电压源12，在本示例中，电压源12为电池电压V_BAT。对于高端开关来说，负载开关LS1通常配置成PMOS晶体管。

图1(b)表示为低端开关配置的负载开关电路。其中该负载开关电路包括一个负载开关LS2，将负载10连接到电压源12，在这个实施例中，电压源12为电池电压V_BAT。对于低端开关来说，负载开关LS2通常配置成NMOS晶体管，如图1(c)所示的器件符号。参见图1(c)所示，利用NMOS晶体管M10配置低端负载开关，将电压源12耦合至负载10，该实施例中负载10表示为一个电阻器RLoad。晶体管M10由控制电压Vin在节点14处进行控制，控制电压Vin通常是慢斜坡电压信号。慢斜坡控制电压用于缓慢接通负载开关，避免负载10经历电流浪涌。

然而，当负载开关晶体管M10的栅极电压倾斜上升时，晶体管可能会长时间偏置在饱和区或线性模式下。当在饱和区偏置时，晶体管M10在很高的漏极电流和很高的栅源电压下工作。当晶体管M10静止在饱和区时，并且在高电流和高电压下工作很长时间之后，负载开关晶体管会产生热量。负载开关上多余的热量在控制电压倾斜上升时间内，产生热耗散效应，会导致永久性的器件故障。

发明内容

在一个可选的实施例中，本发明提供了一种具有一个第一端、一个第二端和一个控制端的开关电路，主要包括：导电类型相同的第一MOS晶体管和第二MOS晶体管，并联在第一端和第二端之间，第一和第二MOS晶体管的栅极端分别耦合到控制端，以接收控制信号，使开关电路接通或断开，第一和第二MOS管的栅极端电连接在一起并分别耦合到控制端，且第一和第二MOS管的栅极端均由控制端提供的控制信号驱动，控制信号在第一电压电平和第二电压电平间切换，控制信号为慢斜坡信号，第一电压电平用于断开第一和第二MOS晶体管，第二电压电平用于接通第一和第二MOS晶体管，其中第一MOS晶体管具有第一阈值电压，第二MOS晶体管具有第二阈值电压，第一阈值电压小于第二阈值电压，第一MOS晶体管具有第一晶体管面积，第二MOS晶体管具有第二晶体管面积，第一晶体管面积小于第二晶体管面积；以及

其中响应控制信号以驱动第一和第二MOS管被耦合在一起的栅极端，控制信号切换到第二电平电压时第一MOS管先于第二MOS管接通，控制信号切换到第一电平电压时第二MOS管先于第一MOS管断开。

第一MOS晶体管和第二MOS晶体管都由独立的晶体管构成。第一MOS晶体管和第二MOS晶体管形成在半导体芯片上。