CMOS功率开关反向电压保护电路-KIA MOS管
CMOS 电路具有成本低、功耗低、速度快等优点。各种接口电路，如 USB ， IEEE 1394 ， RS422/485等，均可采用CMOS工艺实现 。接口电路通常采用 CMOS功率开关作输出缓冲电路。
在实际应用环境中，接口电路经常受到反向电压的冲击，因此，必须设计相应的反向电压保护电路。
当接口电路遭受反向电压冲击时，接口电路端口电压高于电源电压，此时，保护电路将 CMOS功率开关与端口冲击电压隔离，从而保证接口电路的安全。
该电路可自动选择 CMOS 功率开关的衬底和栅极偏置电压，从而抑制反向电流，保障器件安全。这种保护电路没有与CMOS功率开关串联，因此电路的输出驱动能力和功耗效率不受影响。
该电路应用于一款接口电路芯片，采用0.6 μ m 标准CMOS数字工艺设计，制作的电路实现了+12V 反向电压保护，获得了良好的效果。
典型过压保护电路
普通CMOS接口电路输出级如图1所示。图1中，D1和D2为 CMOS开关管漏极 － 衬底之间的寄生二极管。
正常工作时， D1和 D2均处于反向截止状态。但在实际电子系统中，经常存在部分元器件掉电、其他元器件正常供电的情况。此时，Vdd为 0，而Vout通过电子系统其他器件可以获得一个正电压。
在此情况下，器件输出端遭受反向电压，即输出端电压高于电源端电压， 将正向导通，并会流过较大电流，影响器件安全。
为了解决反向电压问题，通常采用二极管进行保护 ，如图2所示。
但是，二极管的存在导致器件输出摆幅下降，影响了器件输出驱动能力。同时，二极管的引入也增大了输出导通电阻，影响输出级的瞬态特性。
采用 MOS管替代二极管，但为了降低 MOS管导通电阻，采用较大宽长比的MOS管，因此占用了较大的版图面积，影响了芯片的性价比。
为了解决输出摆幅问题，提出一种 N阱浮置结构，其原理如图3所示。该结构采用 N 阱浮置电路为输出级PMOS管的衬底提供合理偏置，抑制寄生二极管的导通。
当Vdd为0，输出端Vout通过外界获得某正电压偏置时， M3导通，外界电压通过 M3到达 M2的栅极。由于栅极、漏极电位相等，M2关断。
此时， M1的栅极为0 ，所以 M1关断，隔离了外界电压对器件内部的影响。但是，当电路正常工作、V in 输入高电平时， M1 的栅极、源极电位均为电源电压， M1处于关断状态，此时 M1导通电阻极大，严重影响电路的时间特性。
反向电压保护电路工作原理
反向电压保护电路由衬底电压保护电路和栅极电压保护电路组成，其基本原理如图4所示。
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