[发明专利]一种基于MOS管的升压供电和输入输出电路

说明书

本发明公开了一种基于MOS管的升压供电和输入输出电路，在仅有较低压MOS管器件，且其供电和输入输出接口仅支持较低压的情况下，采用带隙基准电路和低压差线性稳压电路，将较高供电压，经数个电阻分压，使MOS管导通或关断，降低供电电压，采用数组反相电路和交叉互锁反相电路级联，将较低输出电平，经多次反相，调整各MOS管的供电电压，升高输出电平，采用二极管组和TTL输入电路，将较高输入电平，经二极管限压，降低输入电平，实现了芯片兼容较高电平输入信号，以及较高电平输出信号，能够使芯片应用于较高电压的场合。

技术领域

本发明属于集成电路设计与制造技术领域，具体涉及一种MOS管电路改造技术。

背景技术

随着通讯系统的迅速发展，射频系统对芯片的要求越来越高，绝缘体上硅工艺SOI在低功耗、速度块、抗干扰、集成度高等方面有着显著的优势，近几年得到了广泛的使用。随着集成电路SOI制造工艺的不断发展，晶体管的尺寸越来越小，其工作电压也随之越来越低。然而，系统应用提供的供电电压和要求的控制信号的高电平并不一定随着工艺的进步而降低。如果外接偏置电路或电平转换电路，会显著增大系统应用的复杂度和面积，提高应用的成本，不利于系统集成化和小型化。

发明内容

本发明为了解决现有技术存在的问题，提出了一种基于MOS管的升压供电和输入输出电路，为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案。

采用MOS管设计升压供电电路、升压输出电路和升压输入电路，各MOS管保持在较低压工作：升压供电电路采用带隙基准电路和低压差线性稳压电路，将较高供电压，经数个电阻分压，使MOS管导通或关断，降低供电电压；升压输出电路采用数组反相电路和交叉互锁反相电路级联，将较低输出电平，经多次反相，调整各MOS管的供电电压，升高输出电平；升压输入电路采用二极管组和TTL输入电路，将较高输入电平，经二极管限压，降低输入电平。

反相电路采用一个PMOS管和一个NMOS管共栅极、共漏极组成，PMOS管的源极作为P端，NMOS管的源极作为N端。

交叉互锁反相电路采用一个反相电路的P端连接一个PMOS管的漏极，作为左端，另一个反相电路连接另一个PMOS管的漏极，作为右端，左端反相电路的共漏极连接右端PMOS管的栅极，右端反相电路的共漏极连接左端PMOS管的栅极，两个反相电路的N端连接，作为N端，两个PMOS管的源极连接，作为P端。

进一步的，采用2.5V MOS管，将电路升压至3.3V和5V工作。

升压供电电路的带隙基准电路和低压差线性稳压电路连接5V供电焊盘，带隙基准电路的输出端连接低压差线性稳压电路的输入端；采用NMOS管的源极和PMOS管的栅极连接低压差线性稳压电路的输出端，NMOS管的漏极和PMOS管的源极连接3.3V供电焊盘，作为电路的输出端；采用电阻R1、R2、R3依次串联，电阻R1的一端连接5V供电，另一端连接R2的一端和NMOS管的栅极，电阻R2的另一端连接R3的一端和NMOS管的漏极；电阻R3的另一端连接电容C的一端，电容C的另一端连接电阻R5的一端，组成滤波电路，电阻R5的另一端连接PMOS管的漏极；采用电阻R4并联在NMOS管的源极和漏极，带隙基准电路的接地端、低压差线性稳压电路的接地端、电阻R3和电容C的连接端共同接地；R5阻值为数欧姆，C为数十pF，R1/R2＝R6/R4＝8/25。

进一步的，带隙基准电路和低压差线性稳压电路采用5V电源供电，带隙基准电路产生参考电压，经低压差线性稳压电路输出3.3V电压，经电阻R6接地，R6阻值为数十K至数十百K欧姆。

采用5V供电，悬空3.3V供电焊盘，低压差线性稳压电路输出3.3V电压至NMOS管的源极和PMOS管的栅极；电阻R1、R2、R3形成分压电路，5V供电经电阻R1降压，输出4.588V电压至NMOS管的栅极，使NMOS管导通；经电阻R2再次降压，输出至PMOS管的源极，使PMOS管关断；PMOS管的漏极经滤波电路接地，消除对低压差线性稳压电路的影响，保持两个MOS管任意两端口的压差低于2.5V。