一种调整电路和模拟开关的制作方法

本发明涉及模拟电子电路技术领域，具体涉及一种调整电路和模拟开关。

背景技术：

随着科学技术的进步，人们对电子设备的各方面都有了更高的要求，在满足使用条件的同时会追求更舒适更真实的使用体验感，比如在手机等电子设备的使用过程中，对其扬声器的音质有较高的要求，要求所播放的音频能达到高保真的状态。

在手机和其他具有播放音频的电子设备中，均具有将音频信号进行隔离和导通的模拟开关。模拟开关的导通电阻是一个重要的指标，在音频中传输声音信号时模拟开关的导通电阻发生变化，会对输出信号的质量产生一定的影响，影响主要体现在总谐波失真方面。由于模拟开关的导通电阻的变化最终在输出信号的频谱中会出现多次谐波，并且一般情况下模拟开关电阻变化越大，谐波成分越大，这样所造成的直接后果就是导致整个信号质量无法满足高保真音质的需求。

现有的模拟开关的导通电阻会随着负载电流的不同而发生变化，由此影响了所输出的音频质量，达不到对音质高保真的要求。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种调整电路以及模拟开关，解决了模拟开关导通电阻随着负载电流不同而发生变化的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：

本发明第一方面公开了一种调整电路，该调整电路包括：转换模块与电流相减模块；所述转换模块与所述电流相减模块相连；所述转换模块用于采集模拟开关的输入电压、中间电压以及输出电压，并将所述输入电压和所述输出电压转换成第一输出电流，将所述输出电压和所述中间电压转换成第二输出电流；所述电流相减模块将所述第一输出电流和所述第二输出电流作差得到差值电流，并将所述差值电流输入到模拟开关的控制端。

其中，所述转换模块，包括：第一电压电流转换器和第二电压电流转换器。所述第一电压电流转换器的正输入端与所述模拟开关的第一输出端口相连；所述模拟开关的第一输出端口输出模拟开关的输入电压；负输入端与所述模拟开关的第三输出端口相连；所述模拟开关的第三输出端口输出模拟开关的输出电压；输出端输出所述第一输出电流；所述第二电压电流转换器的正输入端与所述模拟开关的第二输出端口相连；所述模拟开关的第二输出端口输出模拟开关的中间电压；负输入端与所述模拟开关的第三输出端口相连，输出端输出所述第二输出电流。

所述电流相减模块，包括：第四nmos管、第五nmos管、第六nmos管、第七nmos管、第五pmos管、第六pmos管、第七pmos管以及第八pmos管；所述第四nmos管的控制端分别与其第一端和所述第五nmos管的控制端相连，第一端与所述第一输出电流相连，第二端接地；所述第五nmos管的第一端与所述第六pmos管的第一端相连，第二端接地；所述第六pmos管的控制端分别与其第一端和所述第五pmos管的控制端相连，第二端与数字电源相连；所述第五pmos管的第二端与所述数字电源相连，第一端输出所述第一输出电流与所述第二输出电流的差值到所述模拟开关的控制端；所述第七nmos管的控制端分别与其第一端和所述第六nmos管的控制端相连，第一端与所述第二输出电流相连，第二端接地；所述第六nmos管的第一端与所述第八pmos管的第一端相连，第二端接地；所述第八pmos管的控制端分别与其第一端和所述第七pmos管的控制端相连，第二端与所述数字电源相连；所述第七pmos管的第一端与所述第五nmos管的第一端相连，第二端与所述数字电源相连。

本发明第二方面公开了一种模拟开关，包括：开关模块、转换模块以及电流相减模块；其中，所述开关模块分别与所述转换模块和所述电流相减模块相连，所述转换模块与所述电流相减模块相连；所述转换模块采集所述开关模块的输入电压、中间电压以及输出电压，并将所述输入电压与所述输出电压转化成第一输出电流，将所述中间电压与所述输出电压转化成第二输出电流；所述电流相减模块将所述第一输出电流和所述第二输出电流作差得到差值电流，并将所述差值电流输入到所述开关模块。

其中,所述开关模块，包括：第一nmos管、第二nmos管、第三nmos管、第一pmos管、第二pmos管、第三pmos管、第四pmos管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一运算放大器以及第二运算放大器；所述第一nmos管的控制端分别与所述第三电阻和差值电流输出端口相连，所述第三电阻的另一端接地，第一端与所述输入电压相连，第二端与第一电阻相连；所述第一nmos管的第一端作为所述开关模块的输入电压的输出端口，所述第一nmos管的第二端作为所述开关模块的中间电压的输出端口，所述第一电阻远离第一nmos管的一端为所述开关模块的输出电压的输出端口；所述第二nmos管的控制端与所述第一运算放大器的输出端相连，第一端与所述第一pmos管的第一端相连，第二端分别与所述第二电阻和所述第一运算放大器的反相输入端相连，所述第二电阻的另一端接地，所述第一运算放大器的同相输入端接入输入电压；所述第一pmos管的控制端分别与其第一端和所述第二pmos管的控制端相连，第二端与数字电源相连；所述第二pmos管的第一端与所述第三电阻相连，所述第三电阻的另一端接地，第二端与所述数字电源相连；所述第三nmos管的控制端与所述第二运算放大器的输出端相连，第一端与所述第四pmos管的第一端相连，第二端分别与所述第四电阻和所述第二运算放大器的反相输入端相连，所述第四电阻的另一端接地，所述第二运算放大器的同相输入端接入参考电压；所述第四pmos管的控制端分别与其第一端和所述第三pmos管的控制端相连，第二端与所述数字电源相连；所述第三pmos管的第二端与所述数字电源相连，第一端与所述第三电阻相连，所述第三电阻的另一端接地。

所述转换模块，包括：第一电压电流转换器和第二电压电流转换器；所述第一电压电流转换器的正输入端与所述开关模块的输入电压的输出端口相连，负输入端与所述开关模块的输出电压的输出端口相连，输出端输出第一输出电流；所述第二电压电流转换器的正输入端与所述开关模块的中间电压的输出端口相连，负输入端与所述开关模块的输出电压的输出端口相连，输出端输出第二输出电流。

所述电流相减模块，包括：第四nmos管、第五nmos管、第六nmos管、第七nmos管、第五pmos管、第六pmos管、第七pmos管以及第八pmos管；所述第四nmos管的控制端分别与其第一端和所述第五nmos管的控制端相连，第一端与所述第一输出电流相连，第二端接地；所述第五nmos管的第一端与所述第六pmos管的第一端相连，第二端接地；所述第六pmos管的控制端分别与其第一端和所述第五pmos管的控制端相连，第二端与数字电源相连；所述第五pmos管的第二端与所述数字电源相连，第一端作为差值电流的输出端口，输出所述第一输出电流与所述第二输出电流的差值；所述第七nmos管的控制端分别与其第一端和所述第六nmos管的控制端相连，第一端与所述第二输出电流相连，第二端接地；所述第六nmos管的第一端与所述第八pmos管的第一端相连，第二端接地；所述第八pmos管的控制端分别与其第一端和所述第七pmos管的控制端相连，第二端与所述数字电源相连；所述第七pmos管的第一端与所述第五nmos管的第一端相连，第二端与所述数字电源相连。

可选地，所述模拟开关中电流相减模块的第四nmos管和第五nmos管的栅长、栅宽大小相同。

可选地，所述模拟开关中电流相减模块的第五pmos管和第六pmos管的栅长、栅宽大小可以调节。

基于上述本发明实施例提供的技术方案，本发明可以实现以下有益效果：在本发明公开的调整电路以及模拟开关中，可以根据转换模块所转换的第一输出电流和第二输出电流的大小，判断模拟开关中电流的大小，并通过电流相减模块，得到需要对模拟开关进行调整的差值电流，此时就可以根据所需要进行调整的差值电流，对模拟开关的导通阻抗进行调整，使模拟开关在不同的负载电流下维持一个恒定值。减小了在音频传输声音信号时所产生的多次谐波干扰，保证了音频信号的高保真音质的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种调整电路的结构框图；

图2为本发明实施例公开的一种调整电路的结构示意图；

图3为本发明实施例公开的一种模拟开关的电路结构框图；

图4为本发明实施例公开的一种模拟开关的电路结构示意图；

图5为本发明实施例公开的一种模拟开关的开关管电路的简化结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明为一种调整电路以及模拟开关，该调整电路以及模拟开关，可以根据模拟开关中电流的大小，调整模拟开关的导通阻抗，使模拟开关在不同负载电流下维持一个恒定值。

下面针对调整电路的电路结构示意图来描述本发明的具体实现。

参见图1，本发明实施例公开的调整电路，包括：转换模块101与电流相减模块102；其中：所述转换模块101用于采集模拟开关的输入电压、中间电压以及输出电压，并将所述输入电压和所述输出电压转换成第一输出电流，将所述输出电压和所述中间电压转换成第二输出电流；所述电流相减模块102将所述第一输出电流和所述第二输出电流作差得到差值电流，并将所述差值电流输入到模拟开关的控制端。

需要说明的是，在下面各个实施例的各晶体管中，其有箭头的一端为源极，没有箭头的一端为漏极，实施例中的第一端为漏极，第二端为源极。

可选地，另一实施例公开的调整电路中，如图2所示，所述转换模块101包括：第一电压电流转换器v-ia和第二电压电流转换器v-ib；第一电压电流转换器v-ia的正输入端与模拟开关的第一输出端口相连，模拟开关的第一输出端口输出模拟开关的输入电压vin，负输入端与模拟开关的第三输出端口相连，模拟开关的第三输出端口输出模拟开关的输出电压vout，输出端输出所述第一输出电流ic；第二电压电流转换器v-ib的正输入端与模拟开关的第二输出端口相连，模拟开关的第二输出端口输出模拟开关的中间电压vmid，负输入端与模拟开关的第三输出端口相连，输出端输出所述第二输出电流id。

在转换模块101中，通过第一电流转换器v-ia可以把其正输入端采集到的模拟开关的输入电压与其负输入端采集到的模拟开关的输出电压，转换成第一输出电流ic。通过第二电流转换器v-ib可以把其正输入端采集到的模拟开关的中间电压与其负输入端采集到的模拟开关的输出电压，转换成第二输出电流id。其中，第一输出电流ic表示通过模拟开关和第一负载电阻的电流，第二输出电流id表示通过模拟开关的电流。

可选地，本发明的另一实施例中，同样参见图2，所述电流相减模块102包括：第四nmos管n4、第五nmos管n5、第六nmos管n6、第七nmos管n7、第五pmos管p5、第六pmos管p6、第七pmos管p7以及第八pmos管p8。

其中，第四nmos管n4的控制端分别与其第一端和第五nmos管n5的控制端相连，第一端与第一输出电流ic相连，第二端接地。第五nmos管n5的第一端与第六pmos管p6的第一端相连，第二端接地；第六pmos管p6的控制端分别与其第一端和第五pmos管p5的控制端相连，第二端与数字电源vdd相连。第五pmos管p5的第二端与数字电源vdd相连，第一端输出第一输出电流ic与第二输出电流id的差值ic-id到模拟开关的控制端。第七nmos管n7的控制端分别与其第一端和第六nmos管n6的控制端相连，第一端与第二输出电流id相连，第二端接地。第六nmos管n6的第一端与第八pmos管p8的第一端相连，第二端接地。第八pmos管p8的控制端分别与其第一端和第七pmos管p7的控制端相连，第二端与数字电源vdd相连。第七pmos管p7的第一端与第五nmos管n5的第一端相连，第二端与数字电源vdd相连。

在电流相减模块102中，预先设置第四nmos管n4与第五nmos管n5的栅长、栅宽大小相等。此时，由于第四nmos管n4的控制端与第五nmos管n5的控制端相连，当第一输出电流ic流经第四nmos管n4时，第五nmos管n5会从其漏极吸收大小相等的第一电流ic；假设第六nmos管n6与第七nmos管n7的栅长、栅宽大小相等，第七pmos管p7与第八pmos管p8的栅长、栅宽大小相等，则第二输出电流id在流经第七nmos管n7后在第六nmos管n6的漏极输出大小相等的第二电流id，当第二电流id流经第七pmos管p7、第八pmos管p8后，最终第五nmos管n5会从第六pmos管n6的漏极下拉出第一输出电流ic与第二输出电流id的差值ic-id电流。此时，若是第五pmos管p5与第六pmos管p6的栅长、栅宽大小相等，则第五pmos管p5漏极所输出的上拉电流就为第一输出电流ic与第二输出电流id的差值ic-id。

本实施例公开的调整电路，可以根据转换模块所转换的第一输出电流和第二电流的大小，判断模拟开关中电流的大小，并通过电流相减模块，得到需要对模拟开关进行调整的差值电流，此时就可以根据所需要进行调整的差值电流，对模拟开关的导通阻抗进行调整，使模拟开关在不同的负载电流下维持一个恒定值。减小了在音频传输声音信号时所产生的多次谐波干扰，保证了音频信号的高保真音质的要求。

下面针对模拟开关电路的结构示意图来描述本发明的具体实现。

参见图3，本发明另一实施例公开的模拟开关，包括：开关模块103、转换模块101以及电流相减模块102；其中，所述开关模块103分别与所述转换模块101和电流相减模块102相连，所述转换模块101与所述电流相减模块102相连；所述转换模块101采集所述开关模块103的输入电压、中间电压以及输出电压，并将所述输入电压与所述输出电压转化成第一输出电流，将所述中间电压与所述输出电压转化成第二输出电流；所述电流相减模块102将所述第一输出电流和所述第二输出电流作差得到差值电流，并将所述差值电流输入到所述开关模块103。

需要说明的是，在下面各个实施例的各晶体管中，其有箭头的一端为源极，没有箭头的一端为漏极，实施例中的第一端为漏极，第二端为源极。

如图4所示，本发明另一实施例公开的模拟开关电路中，所述开关模块103包括：第一nmos管n1、第二nmos管n2、第三nmos管n3、第一pmos管p1、第二pmos管p2、第三pmos管p3、第四pmos管p4、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第一运算放大器op1以及第二运算放大器op2。

其中，第一nmos管n1的控制端分别与第三电阻r3和差值电流输出端口相连，第三电阻r3的另一端接地，第一端与输入电压vin相连，第二端与第一电阻r1相连；第一nmos管n1的第一端作为开关模块的输入电压vin的输出端口，第一nmos管n1的第二端作为开关模块的中间电压vmid的输出端口，第一电阻r1远离第一nmos管n1的一端为开关模块的输出电压vout的输出端口；第二nmos管n2的控制端与第一运算放大器op1的输出端相连，第一端与第一pmos管p1的第一端相连，第二端分别与第二电阻r2和第一运算放大器op1的反相输入端相连，第二电阻r2的另一端接地，第一运算放大器op1的同相输入端接入输入电压vin；第一pmos管p1的控制端分别与其第一端和第二pmos管p2的控制端相连，第二端与数字电源vdd相连；第二pmos管p2的第一端与第三电阻r3相连，第三电阻r3的另一端接地，第二端与数字电源vdd相连；第三nmos管n3的控制端与第二运算放大器op2的输出端相连，第一端与第四pmos管n4的第一端相连，第二端分别与第四电阻r4和第二运算放大器op2的反相输入端相连，第四电阻r4的另一端接地，第二运算放大器op2的同相输入端接入参考电压vref；第四pmos管p4的控制端分别与其第一端和第三pmos管p3的控制端相连，第二端与数字电源vdd相连；第三pmos管p3的第二端与数字电源vdd相连，第一端与第三电阻r3相连，第三电阻r3的另一端接地。

在开关模块103中，由第一nmos管n1和第一电阻r1串联组成开关管，第一nmos管n1所设计目标导通电阻为ron，故开关管的设计目标导通电阻为ron+r1。第一运算放大器op1、第二nmos管n2、第一pmos管p1以及第二pmos管p2生成与输入电压vin成正比的第三电流ia，第二运算放大器op2、第三nmos管n3、第三pmos管p3以及第四pmos管p4生成与参考电压vref成正比的第四电流ib，第三电流ia与第四电流ib最终汇合到第三电阻r3上产生第一nmos管n1所需的栅极gate电压。

可选地，本发明的另一实施例中，同样参见图4，所述转换模块101包括：第一电压电流转换器v-ia和第二电压电流转换器v-ib；第一电压电流转换器v-ia的正输入端与开关模块的输入电压vin的输出端口相连，负输入端与开关模块的输出电压vout的输出端口相连，输出端输出第一输出电流ic；第二电压电流转换器v-ib的正输入端与开关模块的中间电压vmid的输出端口相连，负输入端与开关模块的输出电压的输出端口相连，输出端输出第二输出电流id。

在转换模块101中，通过第一电压电流转换器v-ia可以把其正输入端所采集到的模拟开关的输入电压vin与其负输入端所采集到的模拟开关的输出电压vout，转换成第一输出电流ic。通过第二电压电流转换器v-ib可以把其正输入端所采集到的模拟开关的中间电压vmid与其负输入端所采集到的模拟开关的输出电压vout，转换成第二输出电流id。其中，第一输出电流ic表示通过模拟开关n1和第一负载电阻r1的电流，第二输出电流id表示通过模拟开关n1的电流。

可选地，本发明的另一实施例中，参见图4，所述电流相减模块102包括：第四nmos管n4、第五nmos管n5、第六nmos管n6、第七nmos管n7、第五pmos管p5、第六pmos管p6、第七pmos管p7以及第八pmos管p8；其中，第四nmos管n4的控制端分别与其第一端和第五nmos管n5的控制端相连，第一端与第一输出电流ic相连，第二端接地；第五nmos管n5的第一端与第六pmos管p6的第一端相连，第二端接地；第六pmos管p6的控制端分别与其第一端和第五pmos管p5的控制端相连，第二端与数字电源vdd相连；第五pmos管p5的第二端与数字电源vdd相连，第一端作为差值电流的输出端口，输出所述第一输出电流ic与所述第二输出电流id的差值ic-id；第七nmos管n7的控制端分别与其第一端和第六nmos管n6的控制端相连，第一端与第二输出电流id相连，第二端接地；第六nmos管n6的第一端与第八pmos管p8的第一端相连，第二端接地；第八pmos管p8的控制端分别与其第一端和第七pmos管p7的控制端相连，第二端与数字电源vdd相连；第七pmos管p7的第一端与第五nmos管n5的第一端相连，第二端与数字电源vdd相连。

在电流相减模块102中，预先设置第四nmos管n4与第五nmos管n5的栅长、栅宽大小相等，此时，由于第四nmos管n4的控制端与第五nmos管n5的控制端相连，当第一输出电流ic流经第四nmos管n4时，第五nmos管n5会从其漏极吸收大小相等的第一电流ic；假设第六nmos管n6与第七nmos管n7的栅长、栅宽大小相等，第七pmos管p7与第八pmos管p8的栅长、栅宽大小相等，则第二输出电流id在流经第七nmos管n7后在第六nmos管n6的漏极输出大小相等的第二电流id，当第二电流id流经第七pmos管p7、第八pmos管p8后，最终第五nmos管n5会从第六pmos管n6的漏极下拉出第一输出电流ic与第二输出电流id的差值ic-id电流。此时，若是第五pmos管p5与第六pmos管p6的栅长、栅宽大小相等，则第五pmos管p5漏极所输出的上拉电流就为第一输出电流ic与第二输出电流id的差值ic-id。

可选地，上述实施例的电流相减模块中的第四nmos管n4和第五nmos管n5的栅长、栅宽大小相同。

可选地，上述实施例的电流相减模块中的第五pmos管p5和第六pmos管p6的栅长、栅宽大小可以调节。

下面对模拟开关工作原理进行一定的描述，第一nmos管n1作为模拟开关中的开关管，其设计目标导通电阻为ron，假设信号vin经过开关管接到负载电阻rl上，则等效电路图如图5所示。

结合图5可知，通过负载电阻rl和模拟开关的电流为il，假设经过第一电阻r1的压降为第一电压，则v1＝r1*il，也就是模拟开关的中间电压减去模拟开关的输出电压等于第一电压v1，即vmid-vout＝v1。

此时经过模拟开关的电阻和第一电阻r1的总压降为第二电压v2，也就是vin-vout＝v2。

转换模块分别将第一电压v1转换成第二电流id，将第二电压v2转换成第一电流ic，并得到以下等式:

id＝k*v1，此处k表示电压电流转换器的转换系数。

ic＝k*r1/(r1+ron)

经过电流相减模块后，记录it＝ic-id，如果开关管电阻等于设计目标电阻值ron，则it＝0。

若开关管的电阻大于设计目标电阻值ron，则相减后的电流it大于0，将相减后的电流it施加到电阻r3上。

此时开关管的栅极gate电压就会增加it*r2，由于栅极gate电压的增加，会降低开关管的导通电阻，这时，通过设计第五pmos管p5和第四pmos管p4的比例可以使得开关管的实际导通电阻和目标电阻值ron的差维持在所需要的范围内。

上述的模拟开关可以根据模拟开关中电流的大小，调整模拟开关的导通阻抗，使模拟开关在不同的负载电流下维持一个恒定值。减小了在音频传输声音信号时所产生的多次谐波干扰，保证了音频信号的高保真音质的要求。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。