專(zhuān)利名稱(chēng)：低功耗的高壓電平移位電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種高低壓轉(zhuǎn)換的電平移位電路，主要用于功率芯片低 壓電平轉(zhuǎn)換為高壓電平驅(qū)動(dòng)高壓輸出級(jí)為負(fù)載提供高壓和大電流。工
作時(shí)，低壓一般工作在5V以下(包括5V)，而高壓可以從5V到IOOV， 甚至更高，輸出級(jí)晶體管面積很小，轉(zhuǎn)換速度很快，但是靜態(tài)功耗很 低。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體行業(yè)的飛速發(fā)展，各類(lèi)功率集成芯片的應(yīng)用領(lǐng)域不斷 擴(kuò)大，例如交流電機(jī)的控制，平板顯示器的驅(qū)動(dòng)電路等，這些驅(qū)動(dòng)芯 片都需要電平移位電路。
CMOS高壓輸出級(jí)由一個(gè)高壓PMOS和NMOS晶體管組成。PMOS 管源級(jí)接電源，NMOS管源級(jí)接地，PMOS和NMOS管的漏極接在一 起作為輸出級(jí)驅(qū)動(dòng)負(fù)載，PMOS管開(kāi)啟時(shí)，NMOS管關(guān)斷，為輸出提 供高電壓。相反，NMOS管開(kāi)啟時(shí)，PMOS管關(guān)斷，為輸出提供低電 壓。PMOS和NMOS的開(kāi)啟和關(guān)閉由它們柵上的高壓驅(qū)動(dòng)電壓控制， 通用的結(jié)構(gòu)如圖1， NMOS管的柵上直接加低壓控制信號(hào)，PMOS管 的柵上加的是由電平移位電路產(chǎn)生的范圍從0到VPP (高電壓)的控 制信號(hào)。
而上述這種結(jié)構(gòu)存在很多問(wèn)題首先，由于輸出級(jí)NMOS管的柵 上直接加低壓控制信號(hào)，使得NMOS管的柵源電壓很低，并且高壓晶 體管的閾值一般高于普通的低壓管，所以當(dāng)NMOS管開(kāi)啟時(shí)，需要很 大的寬長(zhǎng)比才能產(chǎn)生大的輸出電流。其次，由于PMOS管柵上控制信 號(hào)的電壓是從0到VPP變化，這就需要PMOS管能承受全部的高電壓， 而在高低壓兼容工藝中，隨著工藝尺寸的不斷變小，柵氧厚度不斷變 薄，使得PMOS管很難滿(mǎn)足可靠性的要求。
4本發(fā)明提供一種電平移位電路結(jié)構(gòu)，這種電路結(jié)構(gòu)可以很好的滿(mǎn) 足可靠性的要求，同時(shí)可以大大降低輸出級(jí)晶體管的寬長(zhǎng)比，而且轉(zhuǎn) 換速度很快，靜態(tài)功耗很低，特別適合于需要高電壓和較大驅(qū)動(dòng)電流 的場(chǎng)合。
發(fā)明內(nèi)容
(一) 要解決的技術(shù)問(wèn)題
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種電平移位電路，以滿(mǎn) 足可靠性的要求，在保證同樣輸出級(jí)驅(qū)動(dòng)電流的情況下降低輸出級(jí)晶 體管的寬長(zhǎng)比，提高轉(zhuǎn)換速度，降低靜態(tài)功耗。
(二) 技術(shù)方案
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種電平移位電路，該電路由第
一電壓轉(zhuǎn)換級(jí)l、第二電壓轉(zhuǎn)換級(jí)2和高壓輸出級(jí)3構(gòu)成。
優(yōu)選地，所述第一電壓轉(zhuǎn)換級(jí)1由四個(gè)高壓晶體管HVPll、 HVP12、 HVNll、 HVN12和兩個(gè)二級(jí)管D11、 D12構(gòu)成；HVP11的源 極接電源，漏極接HVP12的柵極并且與Dl 1的N極接在一起作為HV11 節(jié)點(diǎn)；HVP12的源極接電源，漏極接HVP11的柵極并且與D12的N 極接在一起作為HV12節(jié)點(diǎn)；HVNU和HVN12的源極接地，漏極分 別接Dll和D12的P極，柵極分別接低壓控制信號(hào)LV1、 LV2。
優(yōu)選地，所述HV12節(jié)點(diǎn)的輸出信號(hào)用于高壓輸出級(jí)3的PMOS 管的柵控制信號(hào)，所述低壓控制信號(hào)LV1通過(guò)一個(gè)反向器產(chǎn)生低壓控 制信號(hào)LV2，該反向器由兩個(gè)低壓管M1-1和Ml-2構(gòu)成。
優(yōu)選地，所述第一電壓轉(zhuǎn)換級(jí)1進(jìn)一步包括6個(gè)高壓管HVP13、 HVP14、 HVP15、 HVP16、 HVN13和HVN14，其中，HVP13禾Q HVP14 柵漏短接，HVP13的源極接VPP，漏極接HVP14的源極并與節(jié)點(diǎn)HV11 相連，HVP14的漏極接HVN13的漏極，HVN13的源極接地，柵極接 HVN11的柵極；HVP15和HVP16柵漏短接，HVP15的源極接VPP， 漏極接HVP16的源極并與節(jié)點(diǎn)HV12相連，HVP16的漏極接HVN14 的漏極，HVN14的源極接地，柵極接HVN12的柵極。
5優(yōu)選地，所述第二電壓轉(zhuǎn)換級(jí)2由四個(gè)高壓晶體管HVP21、 HVP22、 HVN21、 HVN22和兩個(gè)二級(jí)管D21和D22構(gòu)成；將二極管 D21和D22的N極接VPP， P極分別接高壓管HVP21 、HVP22的源極， 將HVP21和HVP22的漏極分別與HVN21和HVN22的漏極相連，作 為電壓節(jié)點(diǎn)HV21和HV22, HVP21和HVP22柵極分別與HVP22和 HVP21的漏極相連，HVN21和HVN22的源極接地，漏極分別接HVP21 和HVP22的漏極，柵極分別接低壓控制信號(hào)LV3， LV4。
優(yōu)選地，所述HV22節(jié)點(diǎn)的輸出信號(hào)用于高壓輸出級(jí)3的NMOS 管的柵控制信號(hào)，所述低壓控制信號(hào)LV3通過(guò)一個(gè)反向器產(chǎn)生低壓控 制信號(hào)LV4，該反向器由兩個(gè)低壓管M2-l和M2-2構(gòu)成。
優(yōu)選地，所述第二電壓轉(zhuǎn)換級(jí)2進(jìn)一步包括6個(gè)高壓管HVP23、 HVP24、 HVP25、 HVP26、 HVN23禾口 HVN24，其中，HVP23禾口 HVP24 柵漏短接，HVP23的源極接VPP，漏極接HVP24的源極并與節(jié)點(diǎn)HV21 相連，HVP24的漏極接HVN23的漏極，HVN23的源極接地，柵極接 HVN22的柵極，HVP25和HVP26柵漏短接，HVP25的源極接VPP， 漏極接HVP26的源極并與節(jié)點(diǎn)HV22相連，HVP26的漏極接HVN24 的漏極，HVN24的源極接地，柵極接HVN21的柵極。
(三)有益效果
1、 本發(fā)明提供的這種電平移位電路，具有可靠性好，面積小，轉(zhuǎn) 換速度快，靜態(tài)功耗低的特點(diǎn)，適用于高壓功率芯片。
2、 本發(fā)明提供的這種電平移位電路，全部采用CMOS技術(shù)，可 以方便的兼容標(biāo)準(zhǔn)低壓CMOS工藝，而且具有開(kāi)關(guān)速度快，功耗低的 優(yōu)勢(shì)。
3、 本發(fā)明提供的這種電平移位電路，輸出級(jí)NMOS管的柵控制 信號(hào)由第二電壓轉(zhuǎn)換級(jí)2產(chǎn)生，可以產(chǎn)生電壓從0到VHV22的控制信 號(hào)，VHV22可以為從0到VPP的任意電壓，因此可以為輸出級(jí)NMOS 管提供高于低壓電源電壓的驅(qū)動(dòng)電壓，用較小的面積產(chǎn)生和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu) 相同的驅(qū)動(dòng)電流。
4、 本發(fā)明提供的這種電平移位電路，輸出級(jí)PMOS管的柵控制信
6號(hào)由第一電壓轉(zhuǎn)換級(jí)1產(chǎn)生，可以產(chǎn)生電壓從VHV12到VPP的控制 信號(hào)，VHV12可以為從0到VPP的任意電壓，因此能很好解決高低壓 兼容工藝中隨著尺寸減小所帶來(lái)的可靠性問(wèn)題。
5、 本發(fā)明提供的這種電平移位電路，通過(guò)調(diào)節(jié)二級(jí)管的個(gè)數(shù)和高 壓管的尺寸，可以很好的適合各種工藝和驅(qū)動(dòng)電壓的要求。
6、 本發(fā)明提供的這種電平移位電路，可以為輸出級(jí)的晶體管在狀 態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)提供很大的瞬態(tài)電流，實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)換。
7、 本發(fā)明提供的這種電平移位電路，整個(gè)電路的靜態(tài)功耗很低。
8、 本發(fā)明提供的這種電平移位電路，可以適用于工作電壓從十幾 伏到幾百伏的工藝，以及小尺寸的高低壓兼容工藝中。
圖1是目前通用的電平移位電路圖2是本發(fā)明提供的第一種電平移位電路的電路圖3是本發(fā)明提供的第二種電平移位電路的電路圖4是依照本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例提供的電平移位電路的電路圖5是依照本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例提供的電平移位電路的電路圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具 體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
如圖2所示，圖2是本發(fā)明提供的第一種電平移位電路的電路圖， 該電路由第一電壓轉(zhuǎn)換級(jí)1、第二電壓轉(zhuǎn)換級(jí)2和高壓輸出級(jí)3構(gòu)成。
其中，第一電壓轉(zhuǎn)換級(jí)1由四個(gè)高壓晶體管HVPll、 HVP12、 HVN11、HVN12和兩個(gè)二級(jí)管D11、D12構(gòu)成；HVP11的源極接電源， 漏極接HVP12的柵極并且與Dll的N極接在一起作為HV11節(jié)點(diǎn)； HVP12的源極接電源，漏極接HVP11的柵極并且與D12的N極接在 一起作為HV12節(jié)點(diǎn)，HV12節(jié)點(diǎn)的輸出信號(hào)用于高壓輸出級(jí)3的 PMOS管的柵控制信號(hào)；HVN11和HVN12的源極接地，漏極分別接 D11和D12的P極，柵極分別接低壓控制信號(hào)LV1、 LV2。低壓控制信號(hào)LV1通過(guò)一個(gè)反向器產(chǎn)生低壓控制信號(hào).LV2，該反向器由兩個(gè)低 壓管M1-1和Ml-2構(gòu)成。
此電路的功能為當(dāng)LV1由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，HVNll管開(kāi)啟， HVN12管關(guān)閉，由于HVll到地的電壓為VPP，大于二極管D11的反 向擊穿電壓，二極管反向擊穿，HV11點(diǎn)電壓開(kāi)始降低，使得HVP12 開(kāi)啟，HV12點(diǎn)電壓升高，將HVP11關(guān)閉，所以HVP12將HV12點(diǎn)電 壓拉升到VPP;當(dāng)LV1由高電平變?yōu)榈蛪浩綍r(shí)，HVN12管開(kāi)啟，HVNll 管關(guān)閉，HV12點(diǎn)到地的電壓為VPP，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于二極管D12的反向擊 穿電壓，二極管D12反向擊穿，HV12點(diǎn)電壓開(kāi)始降低，當(dāng)此點(diǎn)電壓 降到能使HVP11開(kāi)啟時(shí)，使得HV11點(diǎn)電壓升高，從而將HVP12關(guān) 閉，此時(shí)由于二極管的反向擊穿電流很大，可以迅速的將HV12拉低， 當(dāng)HV12點(diǎn)電壓降到接近D12的反向擊穿電壓時(shí)，二極管的電流迅速 變小，所以HV12點(diǎn)電壓逐漸穩(wěn)定在VHV12 (VHV12為所設(shè)計(jì)的高壓 管HVP3的驅(qū)動(dòng)電壓)。
此電路可以為高壓輸出級(jí)3中HVP3的柵極提供可控的VHV12到 VPP的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，因此HVP3最大柵極耐壓VPMAX只要大于VPP與 VHV12的差，即能滿(mǎn)足可靠性要求，同時(shí)由于二極管反向擊穿電流很 大，而當(dāng)節(jié)點(diǎn)HV12的電壓上升到接近二極管反向擊穿電壓時(shí)，電流 迅速減小，因此可以實(shí)現(xiàn)很快的轉(zhuǎn)換速度，同時(shí)靜態(tài)功耗很小。
第二電壓轉(zhuǎn)換級(jí)2由四個(gè)高壓晶體管HVP21、 HVP22、 HVN21、 HVN22和兩個(gè)二級(jí)管D21和D22構(gòu)成；將二極管D21和D22的N極 接VPP， P極分別接高壓管HVP21 、HVP22的源極，將HVP21和HVP22 的漏極分別與HVN21和HVN22的漏極相連，作為電壓節(jié)點(diǎn)HV21和 HV22, HVP21和HVP22柵極分別與HVP22和HVP21的漏極相連， HVN21和HVN22的源極接地，漏極分別接HVP21和HVP22的漏極， 柵極分別接低壓控制信號(hào)LV3， LV4， HV22節(jié)點(diǎn)的輸出信號(hào)用于高壓 輸出級(jí)3的NMOS管的柵控制信號(hào)。低壓控制信號(hào)LV3通過(guò)一個(gè)反向 器產(chǎn)生低壓控制信號(hào)LV4，該反向器由兩個(gè)低壓管M2-1和M2-2構(gòu)成。
此電路的功能為當(dāng)LV3由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，HVN22管開(kāi)啟， HVN21管關(guān)閉，HV22點(diǎn)電壓開(kāi)始降低，使得HVP21開(kāi)啟，HV21點(diǎn)電壓升高，將HVP22關(guān)閉，所以HVN22將HV22點(diǎn)電壓拉低到0; 當(dāng)LV3由低電平變?yōu)楦邏浩綍r(shí)，HVN21管開(kāi)啟，HVN22管關(guān)閉，HV21 點(diǎn)電壓開(kāi)始降低，當(dāng)HV21點(diǎn)電壓降到能使HVP22開(kāi)啟時(shí)，HV22點(diǎn) 電壓升高，使得HVP21關(guān)閉，從而HVN21可以快速的將HV21點(diǎn)電 壓拉低，HVP22完全開(kāi)啟，此時(shí)由于二極管:D22反向擊穿電流很大， HV22點(diǎn)電壓開(kāi)始迅速的升高，當(dāng)HV22點(diǎn)電壓升高到接近D22的反 向擊穿電壓時(shí)，二極管的電流迅速變小，所以HV22點(diǎn)電壓逐漸穩(wěn)定 在VHV22 (VHV22為所設(shè)計(jì)的高壓管HVP3的驅(qū)動(dòng)電壓)。
第二電壓轉(zhuǎn)換級(jí)2可以為高壓輸出級(jí)3中HVN3柵級(jí)提供范圍從 0到VHV22控制信號(hào)，所以HVN3的最大柵極耐壓VNMAX只要大 于VHV22與0之差，就可以滿(mǎn)足可靠性要求。
本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)，可以用于各種不同的高壓工藝中，用于各種 VPP的工作電壓，在不同的工藝中，根據(jù)VPP工作電壓，高壓NMOS 管和高壓PMOS管的最大柵極耐壓，以及二極管的反向擊穿電壓的不 同，可以通過(guò)串聯(lián)二極管的方式，為輸出級(jí)NMOS管產(chǎn)生O到VHV22 的控制電壓，為PMOS管產(chǎn)生VHV12到VPP的控制電壓，這里電壓 差(VHV22-0)和(VPP-VHV12)可以是二極管反向擊穿電壓的一倍 (用一個(gè)二極管的情況)，或者兩倍(用兩個(gè)二極管正反相串聯(lián)使用的 情況)，或者是幾倍(用幾個(gè)二極管正反相串聯(lián)使用的情況)。
同時(shí)在上述電路結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，可以通過(guò)如下的方法使電壓差 (VHV22-0)禾P (VPP-VHV12)在0到VPP的范圍內(nèi)任意可調(diào)，可滿(mǎn) 足各種工藝和電路要求。
如圖3所示，圖3是本發(fā)明提供的第二種電平移位電路的電路圖。 在第一電壓轉(zhuǎn)'換級(jí)1的結(jié)構(gòu)中，進(jìn)一步增加了 6個(gè)高壓管HVP13、 HVP14、 HVP15、 HVP16、 HVN13和HVN14。其中，HVP13禾B HVP14 柵漏短接，HVP13的源極接VPP，漏極接HVP14的源極并與節(jié)點(diǎn)HVll 相連，HVP14的漏極接HVN13的漏極，HVN13的源極接地，柵極接 HVN11的柵極；HVP15和HVP16柵漏短接，HVP15的源極接VPP， 漏極接HVP16的源極并與節(jié)點(diǎn)HV12相連，HVP16的漏極接HVN14
9接HVN12的柵極。
此電路的功能為當(dāng)LV1從低點(diǎn)平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，HVN11和 HVN13管開(kāi)啟，HVN12管和HVN14管關(guān)閉，由于HV11到地的電壓 為VPP，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于二極管Dll的反向擊穿電壓，二極管反向擊穿，HVll 點(diǎn)電壓開(kāi)始降低，使得HVP12開(kāi)啟，HV12點(diǎn)電壓升高，將HVP11關(guān) 閉，HVP12將HV12點(diǎn)電壓拉升到VPP。當(dāng)LV1變?yōu)榈蛪浩綍r(shí)，HVN12 管和HVN14管開(kāi)啟，HVN11管和HVN13管關(guān)閉，HV12點(diǎn)到地的電 壓為VPP，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于二極管D12的反向擊穿電壓，二極管D12反向擊 穿，HV12點(diǎn)電壓開(kāi)始降低，當(dāng)此點(diǎn)電壓降到能使HVPll開(kāi)啟時(shí)，使 得HV11點(diǎn)電壓升高，從而將HVP12關(guān)閉，此時(shí)由于二極管的反向擊 穿電流很大，可以迅速的將HV12拉低，當(dāng)HV12點(diǎn)電壓降到接近D12 的反向擊穿電壓時(shí)，二極管的電流迅速變小，此時(shí)HVP15和HVP16 組成的支路可以繼續(xù)將HV12點(diǎn)電壓拉低，調(diào)整到穩(wěn)定電壓VHV12， 因此第一電壓轉(zhuǎn)換級(jí)1可以為輸出級(jí)HVP3的柵極提供范圍從VHV12 到VPP的控制信號(hào)，而VHV12可以通過(guò)調(diào)整二極管的串聯(lián)數(shù)量，以 及HVP15 (HVP13)和HVP16 (HVP14)的寬度比(選用相同溝道長(zhǎng) 度的情況)，來(lái)調(diào)整出需要的電壓，雖然在穩(wěn)定態(tài)時(shí)存在HVP15和 HVP16以及HVP13和HVP14的通路電流，但是由于快速的狀態(tài)轉(zhuǎn)換 主要由二極管支路來(lái)實(shí)現(xiàn)，HVP15和HVP16以及HVP13和HVP14 的支路主要實(shí)現(xiàn)電壓的小范圍調(diào)整，因而通路電流很小，從而電路工 作時(shí)靜態(tài)功耗依然很低。
第二電壓轉(zhuǎn)換級(jí)2的也通過(guò)上面的方法，進(jìn)一步增加6個(gè)高壓管 HVP23、 HVP24、 HVP25、 HVP26、 HVN23禾口 HVN24。其中，HVP23 和HVP24柵漏短接，HVP23的源極接VPP，漏極接HVP24的源極并 與節(jié)點(diǎn)HV21相連，HVP24的漏極接HVN23的漏極，HVN23的源極 接地，柵極接HVN22的柵極，HVP25和HVP26柵漏短接，HVP25的 源極接VPP，漏極接HVP26的源極并與節(jié)點(diǎn)HV22相連，HVP26的漏 極接HVN24的漏極，HVN24的源極接地，柵極接HVN21的柵極。
此電路的功能為當(dāng)LV3從高點(diǎn)平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，HVN22和 HVN24管開(kāi)啟，HVN21和HVN23管關(guān)閉，HV22點(diǎn)電壓開(kāi)始降低，
10使得HVP21開(kāi)啟，HV21點(diǎn)電壓升高，將HVP22關(guān)閉，所以HVN22 將HV22點(diǎn)電壓拉低到0;當(dāng)LV3由低電平變?yōu)楦邏浩綍r(shí)，HVN21管 和HVN23管開(kāi)啟，HVN22管和HVN24管關(guān)閉，HV21點(diǎn)電壓開(kāi)始降 低，當(dāng)HV21點(diǎn)電壓降到能使HVP22開(kāi)啟時(shí)，HV22點(diǎn)電壓升高，使 得HVP21關(guān)閉，從而HVN21可以快速的將HV21點(diǎn)電壓拉低，HVP22 完全幵啟，此時(shí)由于二極管D22反向擊穿電流很大，HV22點(diǎn)電壓開(kāi) 始迅速的升高，當(dāng)HV22點(diǎn)電壓升高到接近D22的反向擊穿電壓時(shí)， 二極管的電流迅速變小，此時(shí)HVP25和HVP26組成的支路可以繼續(xù) 將HV22點(diǎn)電壓拉高，調(diào)整到穩(wěn)定電壓VHV22,可以為輸出級(jí)的HVN3 產(chǎn)生范圍從0到VHV22的電壓，VHV22同樣可以通過(guò)調(diào)整二極管的 串聯(lián)數(shù)量，以及HVP25 (HVP23)和HVP26 (HVP24)的寬度比(選 用相同溝道長(zhǎng)度的情況)，來(lái)調(diào)整出需要的電壓。雖然在穩(wěn)定態(tài)時(shí)存在 HVP25和HVP26以及HVP23和HVP24的通路電流，但是由于快速的 狀態(tài)轉(zhuǎn)換主要由二極管支路來(lái)實(shí)現(xiàn)，HVP25和HVP26以及HVP23和 HVP24的支路主要實(shí)現(xiàn)電壓的小范圍調(diào)整，因而通路電流很小，從而 電路工作時(shí)靜態(tài)功耗依然很低。
如圖4所示，圖4是依照本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例提供的電平移位電 路的電路圖。在該具體的實(shí)施例中，假設(shè)高壓電源VPP等于60V，低 壓電源VDD為5V，高壓P管HVP3和N管HVN3柵極的最大承受電 壓為25V， 二極管的反向擊穿電壓為12V，可以用三個(gè)二極管串聯(lián)。
第一電壓轉(zhuǎn)換級(jí)l由四個(gè)高壓晶體管HVPll、 HVP12、 HVNll、 HVN12和六個(gè)二級(jí)管Dll、 D12、 D13、 D14、 D15、 D16構(gòu)成。HVP11 的源極接電源，漏極接HVP12的柵極并且與Dll的N極接在一起作 為HV11節(jié)點(diǎn)，HVP12的源極接電源，漏極接HVP11的柵極并且與 D14的N極接在一起作為HV12節(jié)點(diǎn)，此節(jié)點(diǎn)輸出信號(hào)用于輸出級(jí)3 的PMOS管的柵控制信號(hào)，Dll的P極接D12的N極，D12的P極接 D13的N極，D14的P極接D15的N極，D15的P極接D16的N極， HVN11和HVN12的源極接地，漏極分別接D13和D16的P極，柵極 分別接低壓控制信號(hào)LV1， LV2， LV1通過(guò)一個(gè)反向器產(chǎn)生LV2，這個(gè) 反向器由兩個(gè)低壓管Ml-l和Ml-2組成。HV12的輸出電壓范圍為36V至lj60V，所以高壓管HVP3柵上的最大電壓差為24V，小于25V，因 而不用擔(dān)心HVP3管柵極會(huì)被擊穿。
第二電壓轉(zhuǎn)換級(jí)2的大體結(jié)構(gòu)與第一電壓轉(zhuǎn)換級(jí)1相似，主要不 同的是，也用六個(gè)二極管，D21、 D22、 D23、 D24、 D25和D26。將二 極管D21和D24的N極接VPP， P極分別接D22和D25的N極，D22 和D25的P極分別接D23和D26的N極，D23和D26的P極分別接 高壓管HVP21， HVP22的源極，將HVP21禾H HVP22的漏極分別與 HVN21和HVN22的漏極相連，作為電壓節(jié)點(diǎn)HV21和HV22， HVP21 和HVP22柵極分別與HVP22和HVP21的漏極相連，HVN21和HVN22 的源極接地，柵極分別接低壓控制信號(hào)LV3和LV4， LV3通過(guò)一個(gè)反 向器產(chǎn)生LV4，這個(gè)反向器由兩個(gè)低壓管M2-l和M2-2組成。HV22 節(jié)點(diǎn)的輸出信號(hào)用于高壓輸出級(jí)3的NMOS管的柵控制信號(hào)。第二電 壓轉(zhuǎn)換級(jí)2可以為HVN3柵級(jí)提供范圍從0到24V的控制信號(hào)，所以 高壓管HVP3柵上的最大電壓差為24V，小于25V，因而不用擔(dān)心HVN3 管柵極被擊穿。
如圖5所示，圖5是依照本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例提供的電平移位電 路的電路圖。在該具體的實(shí)施例中，假設(shè)高壓電源VPP等于40V，低 壓電源VDD為5V，高壓P管HVP3和N管HVN3的柵最大承受電壓 為25V， 二極管的反向擊穿電壓為12V，可以用兩個(gè)二極管串聯(lián)。第 一電壓轉(zhuǎn)換級(jí)1由十個(gè)高壓晶體管HVPll、 HVP12、 HVP13、 HVP14、 HVP15、 HVP16、 HVNll、 HVN12 、 HVN13、 HVN14和四個(gè)二級(jí)管 Dll、 D12、 D13、 D14構(gòu)成。HVP11的源極接電源，漏極接HVP12 的柵極，并且與Dll的N極接在一起作為HV11節(jié)點(diǎn)。HVP12的源極 接電源，漏極接HVPll的柵極并且與DD的N極接在一起作為HV12 節(jié)點(diǎn)。此HV12節(jié)點(diǎn)輸出信號(hào)用于高壓輸出級(jí)3的PMOS管的柵控制 信號(hào)。D11的P極接D12的N極，D13的P極接D14的N極，HVN11 和HVN12的源極接地，漏極分別接D12和D14的P極，柵極分別接 低壓控制信號(hào)LV1， LV2。 LV1通過(guò)一個(gè)反向器產(chǎn)生LV2，這個(gè)反向器 由兩個(gè)低壓管Ml-l和Ml-2組成。HVP13禾G HVP14柵漏短接，HVP13 的源極接VPP，漏極接HVP14的源極并與節(jié)點(diǎn)HV11相連，HVP14的漏極接HVN13的漏極，HVN13的源極接地，柵極接HVN11的柵極， HVP15和HVP16柵漏短接，HVP15的源極接VPP，漏極接HVP16的 源極并與節(jié)點(diǎn)HV12相連，HVP16的漏極接HVN14的漏極，HVN14 的源極接地，柵極接HVN12的柵極。調(diào)整HVP15 (HVP13)和HVP16 (HVP14)的寬度比(選用相同溝道長(zhǎng)度)，使其穩(wěn)定電壓在20V。當(dāng) LV1由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，二極管支路快速的將HV12節(jié)點(diǎn)的電壓 拉低到24V，然后HVP15和HVP16繼續(xù)將HV12節(jié)點(diǎn)的電壓拉低到 穩(wěn)定電壓20V，所以HV12的輸出電壓范圍為20V到40V，高壓管HVP3 柵上的最大電壓差為20V，小于25V，因而不用擔(dān)心HVP3管柵極被 擊穿。
第二電壓轉(zhuǎn)換級(jí)2用四個(gè)二極管，D21、 D22、 D23和D24，將二 極管D21和D23的N極接VPP， P極分別接D22和D24的N極，D22 和D24的P極分別接高壓管HVP21、 HVP22的源極，將HVP21和 HVP22的漏極分別與HVN21和HVN22的漏極直接相連，作為電壓節(jié) 點(diǎn)HV21禾卩HV22， HV22與輸出級(jí)HVN3的柵極相連，6個(gè)高壓管 HVP23、 HVP24、 HVP25、 HVP26、 HVN23和HVN24的連接方法與 第一電壓轉(zhuǎn)換級(jí)1相似，主要不同是HVN23的柵接與HVN22的柵極 相連，HVN24的柵接與HVN21的柵極相連。調(diào)整HVP25 (HVP23) 和HVP26 (HVP24)的寬度比(選用相同溝道長(zhǎng)度)，使其穩(wěn)定電壓在 20V。當(dāng)LV3由低電平變?yōu)楦邏浩綍r(shí)，二極管支路快速的將HV22節(jié) 點(diǎn)的電壓拉高到16V，然后HVP25和HVP26繼續(xù)將HV22節(jié)點(diǎn)的電 壓拉高到穩(wěn)定電壓20V，所以HV22的輸出電壓范圍為0到20V，第 二電壓轉(zhuǎn)換級(jí)2可以為HVN3柵級(jí)提供范圍從0到20V的控制信號(hào)， 所以高壓管HVP3柵上的最大電壓差為20V，小于25V，因而不用擔(dān) 心HVN3管柵極被擊穿。
盡管本發(fā)明是結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)表述的，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在以 上說(shuō)明的基礎(chǔ)上顯然還能看出許多選擇，修改和變更。因此，所有這 些選擇，修改和變更都應(yīng)該被納入附帶的權(quán)利要求書(shū)的含義和范圍之 內(nèi)。
1權(quán)利要求
1、一種電平移位電路，其特征在于，該電路由第一電壓轉(zhuǎn)換級(jí)(1)、第二電壓轉(zhuǎn)換級(jí)(2)和高壓輸出級(jí)(3)構(gòu)成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電平移位電路，其特征在于，所述第一 電壓轉(zhuǎn)換級(jí)(1)由四個(gè)高壓晶體管HVPll、 HVP12、 HVNll、 HVN12 和兩個(gè)二級(jí)管Dll、 D12構(gòu)成；HVP11的源極接電源，漏極接HVP12 的柵極并且與Dll的N極接在一起作為HV11節(jié)點(diǎn)；HVP12的源極接 電源，漏極接HVP11的柵極并且與D12的N極接在一起作為HV12 節(jié)點(diǎn)；HVN11和HVN12的源極接地，漏極分別接Dll和D12的P極， 柵極分別接低壓控制信號(hào)LV1、 LV2。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電平移位電路，其特征在于，所述HV12 節(jié)點(diǎn)的輸出信號(hào)用于高壓輸出級(jí)(3)的PMOS管的柵控制信號(hào)，所述 低壓控制信號(hào)LV1通過(guò)一個(gè)反向器產(chǎn)生低壓控制信號(hào)LV2，該反向器 由兩個(gè)低壓管Ml-l和Ml-2構(gòu)成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電平移位電路，其特征在于，所述第一 電壓轉(zhuǎn)換級(jí)(1)進(jìn)一步包括6個(gè)高壓管HVP13、 HVP14、 HVP15、 HVP16、 HVN13和HVN14，其中，HVP13和HVP14柵漏短接，HVP13 的源極接VPP，漏極接HVP14的源極并與節(jié)點(diǎn)HV11相連，HVP14 的漏極接HVN13的漏極，HVN13的源極接地，柵極接HVN11的柵極； HVP15和HVP16柵漏短接，HVP15的源極接VPP，漏極接HVP16的 源極并與節(jié)點(diǎn)HV12相連，HVP16的漏極接HVN14的漏極，HVN14 的源極接地，柵極接HVN12的柵極。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電平移位電路，其特征在于，所述第二 電壓轉(zhuǎn)換級(jí)(2)由四個(gè)高壓晶體管HVP21、 HVP22、 HVN21、 HVN22 和兩個(gè)二級(jí)管D21和D22構(gòu)成；將二極管D21和D22的N極接VPP， P極分別接高壓管HVP21、 HVP22的源極，將HVP21和HVP22的漏 極分別與HVN21和HVN22的漏極相連，作為電壓節(jié)點(diǎn)HV21和HV22， HVP21和HVP22柵極分別與HVP22和HVP21的漏極相連，HVN21 和HVN22的源極接地，漏極分別接HVP21和HVP22的漏極，柵極分別接低壓控制信號(hào)LV3， LV4。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電平移位電路，其特征在于，所述HV22 節(jié)點(diǎn)的輸出信號(hào)用于高壓輸出級(jí)(3)的NMOS管的柵控制信號(hào)，所 述低壓控制信號(hào)LV3通過(guò)一個(gè)反向器產(chǎn)生低壓控制信號(hào)LV4，該反向 器由兩個(gè)低壓管M2-l和M2-2構(gòu)成。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電平移位電路，其特征在于，所述第二 電壓轉(zhuǎn)換級(jí)(2)進(jìn)一步包括6個(gè)高壓管HVP23、 HVP24、 HVP25、 HVP26、 HVN23和HVN24，其中，HVP23和HVP24柵漏短接，HVP23 的源極接VPP，漏極接HVP24的源極并與節(jié)點(diǎn)HV21相連，HVP24 的漏極接HVN23的漏極，HVN23的源極接地，柵極接HVN22的柵極， HVP25和HVP26柵漏短接，HVP25的源極接VPP，漏極接HVP26的 源極并與節(jié)點(diǎn)HV22相連，HVP26的漏極接HVN24的漏極，HVN24 的源極接地，柵極接HVN21的柵極。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種電平移位電路，該電路由第一電壓轉(zhuǎn)換級(jí)(1)、第二電壓轉(zhuǎn)換級(jí)(2)和高壓輸出級(jí)(3)構(gòu)成。第一電壓轉(zhuǎn)換級(jí)(1)和第二電壓轉(zhuǎn)換級(jí)(2)分別為輸出級(jí)PMOS和NMOS晶體管提供可以根據(jù)應(yīng)用任意調(diào)節(jié)的柵級(jí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而使高壓輸出級(jí)(3)可以為負(fù)載提供很高的電壓和很大的電流。電平移位電路的轉(zhuǎn)換速度很快，靜態(tài)功耗很低，而且面積較小。這種電平移位電路可以應(yīng)用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)，平版顯示，打印機(jī)驅(qū)動(dòng)等高壓驅(qū)動(dòng)芯片中，特別適合于特征尺寸不斷縮小的高低壓兼容工藝和高壓，大電流的應(yīng)用中。
文檔編號(hào)H02M3/155GK101515755SQ20081005788
公開(kāi)日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2008年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月20日
發(fā)明者波 杜, 濤 范 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所