專利名稱：一種用于高壓應(yīng)用的電平移位電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型大體上涉及電子電路，更具體地，涉及一種用于高壓應(yīng)用的電平移位電路。
背景技術(shù)：
目前，在電子工業(yè)對具有較寬的可調(diào)的閾值范圍的高壓比較器或運算放大器的需求日漸增長。這是因為在各種應(yīng)用中，諸如車輛應(yīng)用中，電池的電壓總是較高，例如為40V。此外，非常需要如下的芯片，該芯片可以經(jīng)由各種類型的外部的高壓MOS晶體管的漏源電壓來監(jiān)控這些高壓MOS晶體管的電流。高壓MOS晶體管的漏源電壓通常高于3. 3V。因此，在具有較高的輸入和參考電壓的情況下，比較器或者運算放大器如何能夠正常并準確地運行是非常重要的。 在現(xiàn)有技術(shù)的一種可能的解決方案中，應(yīng)用了分壓器，以將輸入和參考電壓設(shè)置在典型CMOS的可運行范圍內(nèi)。然而，例如，分壓器可能放大比較器或運算放大器的隨機偏移噪聲，當輸入電壓鄰近OV時，這種現(xiàn)象很嚴重。并且，電平移位在上述方案中是不可行的。

實用新型內(nèi)容因此，需要一種較高精度的電平移位電路，以使得諸如比較器或運算放大器的電子器件能夠運行在高壓應(yīng)用中。在一個實施例中，一種電路包括電流鏡，用于產(chǎn)生第一偏置電流和與所述第一偏置電流成第一比例的第二偏置電流；第一電平移位器，其具有第一輸入端，用于接收第一輸入信號，以及具有第一輸出端，其中所述第一電平移位器被配置為響應(yīng)于所述第一偏置電流來向所述第一輸入信號施加第一電壓變化，以便在所述第一輸出端處輸出第一輸出信號；以及第二電平移位器，其具有第二輸入端，用于接收第二輸入信號，以及具有第二輸出端，其中所述第二電平移位器被配置為響應(yīng)于所述第二偏置電流來向所述第二輸入信號施加與所述第一電壓變化相關(guān)聯(lián)的第二電壓變化，以便在所述第二輸出端處輸出第二輸出信號。根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述第一電平移位器包括第一電阻，其耦接在所述第一輸入端與所述第一輸出端之間，并且所述第二電平移位器包括第二電阻，其耦接在所述第二輸入端與所述第二輸出端之間。根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述第二電阻的阻值與所述第一電阻的阻值的比例為所述第一比例的倒數(shù)。根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述電路包括可變電流供應(yīng)器，用于向所述電流鏡提供可變電流，以相對于所述第一電壓變化來改變所述第二電壓變化。根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述可變電流供應(yīng)器包括電流源，用于產(chǎn)生參考電流；以及電流倍增器，用于響應(yīng)于控制信號來倍增所述參考電流，以提供所述可變電流。[0010]根據(jù)本實用新型的一個實施例，該電路還包括第一過壓保護器，其耦接在所述第二電平移位器與所述電流鏡之間，并且被配置為為所述電流鏡提供過壓保護。根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述電流鏡包括第一 MOS晶體管和第二 MOS晶體管，所述第一 MOS晶體管具有第一柵極、第一漏極以及第一源極，所述第二 MOS晶體管具有第二柵極、第二漏極以及第二源極，其中所述第一柵極耦接至所述第二柵極和所述第一漏極，所述第一源極和所述第二源極耦接至參考電壓線，并且所述第一漏極耦接至所述第一電平移位器，以至少部分地提供所述第一偏置電流，并且所述第二漏極耦接至所述第二電平移位器，以提供所述第二偏置電流。根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述電路還包括比較器，用于比較所述第一輸出
信號以及所述第二輸出信號。根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述電路還包括第二過壓保護器，其耦接在所述第二電平移位器與所述比較器之間，并且被配置為為所述比較器提供過壓保護。根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述電路還包括運算放大器，用于放大所述第一輸出信號與所述第二輸出信號之間的電壓差。通過上述優(yōu)選的解決方案，實現(xiàn)了一種使得高壓比較器或運算放大器具有較寬的可調(diào)的閾值范圍的和高精確性的電平移位電路，其主要依賴于參考電流或其他參考標準的精確性以及電流鏡和電阻的匹配度。因此，在集成電路中實現(xiàn)了高精確性。此外，在本實用新型中，僅需要較少的高壓部件來實現(xiàn)高于3. 3V的閾值電壓。替代地，主要使用了 3. 3V的CMOS晶體管。因此，顯著地節(jié)省了集成電路耗費的芯片面積。此外，本實用新型的應(yīng)用范圍十分廣泛。例如，其可以用于監(jiān)控外部的高壓功率MOS晶體管的漏源電壓，可以用于比較其電壓受比較器的電流影響的任何兩個端點等。并且，在整個典型的CMOS可運作電壓范圍內(nèi)，比較器或運算放大器的輸入處的噪聲可以被有效抑制。上文已經(jīng)概括而非寬泛地給出了本實用新型內(nèi)容的特征。本實用新型內(nèi)容的附加特征將在此后描述，其形成了本實用新型權(quán)利要求的主題。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以容易地使用所公開的構(gòu)思和具體實施方式
，作為修改或設(shè)計其他結(jié)構(gòu)或者過程的基礎(chǔ)，以便執(zhí)行與本實用新型相同的目的。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)當理解，這些等同結(jié)構(gòu)沒有脫離所附權(quán)利要求書中記載的本實用新型的主旨和范圍。

為了更完整地理解本公開以及其優(yōu)點，現(xiàn)在結(jié)合附圖參考以下描述，其中圖I示出了根據(jù)本實用新型的第一實施例的電路100的框圖；圖2示出了根據(jù)本實用新型的第二實施例的電路200的框圖；圖3示出了根據(jù)本實用新型的第三實施例的電路300的框圖；以及圖4示出了根據(jù)本實用新型的第四實施例的電路400的框圖；除非指明，否則不同附圖中的相應(yīng)標記和符號一般表示相應(yīng)的部分。繪制附圖是為了清晰地示出本公開內(nèi)容的實施方式的有關(guān)方面，而未必是按照比例繪制的。為了更為清晰地示出某些實施方式，在附圖標記之后可能跟隨有字母，其指示相同結(jié)構(gòu)、材料或者過程步驟的變形。
具體實施方式
下面詳細討論實施例的實施和使用。然而，應(yīng)當理解，所討論的具體實施例僅僅示范性地說明實施和使用本實用新型的特定方式，而非限制本實用新型的范圍。圖I示出了根據(jù)本實用新型的第一實施例的電路100的框圖。電路100包括電流鏡101、具有第一輸入端104和第一輸出端106的第一電平移位器102、以及具有第二輸入端105和第二輸出端107的第二電平移位器103。電路100用于分別地改變在第一輸入端104處接收的第一輸入信號和在第二輸入端105處接收的第二輸入信號的電平，以便在第一輸出端106處輸出與第一輸入信號相關(guān)聯(lián)的第一輸出信號，以及在第二輸出端107處輸出與第二輸入信號相關(guān)聯(lián)的第二輸出信號。通過該電路，在第一和第二輸入端104、105處接收的高電壓可以分別被適當?shù)夭⑶覝蚀_地移位至在第一和第二輸出端106、107處的可調(diào)節(jié)的以及適合的電壓。如圖I所不，電流鏡101被配置為產(chǎn)生第一偏置電流和與該第一偏置電流成第一比例的第二偏置電流。例如，第二偏置電流是第一偏置電流的α倍，其中α可以是預(yù)先確·定的值，諸如I。由電流鏡101產(chǎn)生的第一偏置電流和第二偏置電流被分別提供至第一電平移位器102和第二電平移位器103。第一電平移位器102的第一輸入端104被配置為接收第一輸入信號，例如參考信號。第二電平移位器103的第二輸入端105被配置為接收第二輸入信號，例如感測信號，其能夠自一些其他的設(shè)備上獲取，例如一些待監(jiān)控的外部的高壓功率MOS晶體管。具體地，輸入信號可以是具有不同的電平的信號。仍參考圖I，第一電平移位器102被配置為響應(yīng)于由電流鏡101提供的第一偏置電流來向在第一輸入端104處接收的第一輸入信號施加第一電壓變化，例如，一個壓降，以便在第一輸出端處106輸出第一輸出信號。第二電平移位器103被配置為響應(yīng)于由電流鏡101提供的第二偏置電流來向在第二輸入端105處接收的第二輸入信號施加第二電壓變化，例如，一個壓降，以便在第二輸出端107處輸出第二輸出信號。該第二電壓變化與第一電壓變化相關(guān)聯(lián)。例如，第二電壓變化等于第一電壓變化，以便在第一輸出端106處的第一輸出信號等于在第二輸出端107處的第二輸出信號。第一電平移位器102和/或第二電平移位器103可以分別由一個或多個電阻組成。第二電平移位器103的一個或多個電阻的總阻值與第一電平移位器102的一個或多個電阻的總阻值的比例為第一比例的倒數(shù)，即l/α。優(yōu)選地，第一電平移位器102包括一個電阻，其稱接在第一輸入端104與第一輸出端106之間，并且第二電平移位器103包括另一個電阻，其耦接在第二輸入端105與第二輸出端107之間，該另一個電阻的阻值與前一個電阻的阻值的比例是第一比例的倒數(shù)。該電路100能夠用于比較器或運算放大器，該些比較器或運算放大器的供電電壓例如等于或低于3. 3V。具體地，第一輸出端106和第二輸出端107能夠分別耦接至比較器或運算放大器的輸入。因此，即使當輸入電壓高于比較器或放大器的供電電壓時，電路100能夠?qū)⑤斎腚妷阂莆恢恋陀谄涔╇婋妷海瑥亩沟帽容^器或運算放大器可以正常并且精確地運行。圖2示出了根據(jù)本實用新型的第二實施例的電路200的框圖。該電路200包括第一電平移位器、第二電平移位器、第一 MOS晶體管M1以及第二 MOS晶體管M2。在該實施例中，第一 MOS晶體管M1以及第二 MOS晶體管M2形成了電流鏡201 (如虛線框所示)。并且第一電平移位器包括第一電阻202,其稱接在第一輸入端204與第一輸出端206之間，并且第二電平移位器包括第二電阻203，其耦接在第二輸入端205與第二輸出端207之間。根據(jù)該實施例，電路200還包括比較器210，其用于比較第一輸出信號以及第二輸出信號。第一輸入端204被配置為接收參考信號Vref，而第二輸入端205被配置為接收感測信號Vsense。第一輸出端206被配置為輸出第一輸出信號Vp,而第二輸出端207被配置為輸出第二輸出信號\。優(yōu)選地，電路200還包括第一過壓保護器208，其耦接在第二電阻203與電流鏡201之間，并且被配置為為電流鏡201提供過壓保護。例如，當?shù)诙斎攵?05處的感測信號Vsense很高時，第一過壓保護器208可以分擔感測信號的大部分，并且保護電流鏡201以 免其發(fā)生故障。此外，電路200還可以包括第二過壓保護器209，其耦接在電阻203與比較器210之間，并且被配置為為比較器210提供過壓保護。類似于第一過壓保護器208，第二過壓保護器209可以分擔感測信號的大部分，并且保護比較器210以免其發(fā)生故障。例如，第一過壓保護器208和第二過壓保護器209可以分別是MOS晶體管。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當理解，也能夠考慮第一過壓保護器208和第二過壓保護器209的任何其他適合的形式。具體地，電流鏡201包括第一 MOS晶體管M1和第二 MOS晶體管M2,該第一 MOS晶體管M1具有第一柵極、第一漏極以及第一源極，該第二 MOS晶體管M2具有第二柵極、第二漏極以及第二源極。第一柵極耦接至第二柵極和第一漏極。第一源極和第二源極耦接至參考電壓線，諸如接地。第一漏極耦接至第一電阻202 (R1),以提供第一偏置電流I1，并且第二漏極經(jīng)由第一過壓保護器208耦接至第二電阻203 (R2)，以提供第二偏置電流12。在該實施例中，由電流鏡201提供的第一偏置電流I1與第二偏置電流I2之間的關(guān)系如下式表示I2 = a I1 (式 I)其中，α是第二偏置電流I2對第一偏置電流I1的比例,優(yōu)選地α = I。在運行中，當參考信號Vref高于第一 MOS晶體管M1的柵源電壓Ves時,第一 MOS晶體管M1導(dǎo)通。隨后，第一偏置電流I1以及第二偏置電流I2，即CiI1，由電流鏡201分別提供至第一電阻202和第二電阻203。另一方面，在該實施例中，由下式給出了第一電阻202的阻值(R1)和第二電阻203的阻值(R2)之間的關(guān)系R2 = R1/ α (式 2)這意味著，第二電阻203的阻值與第一電阻202的阻值的比例是第二偏置電流I2與第一偏置電流I1之間的比例的倒數(shù)。根據(jù)上述兩個等式，能夠歸納出下述第一偏置電流I1、第二偏置電流I2、第一電阻202的阻值和第二電阻203的阻值之間的關(guān)系I1R1 = I2R2 (式 3)因此，在該實施例中，第一電阻202上的第一電壓變化等于第二電阻203上的第二電壓變化。[0046]參考圖2，通過在第一輸入端204處接收參考信號VMf和在第二輸入端205處接收感測信號Vsense,提供至比較器210的輸入的第一和第二輸出電SV1^PVn，能夠被得出為Vp = Vref-I1R1 (式 4)Vn = Vsense-I2R2 (式 5)根據(jù)等式3至5，分別對參考信號VMf和感測信號Vsense施加一個相同的電平移位，這可以使得參考信號和感測信號Vs·降低至比較器210的可運行的范圍之內(nèi)。通過等式3，可以如下獲取在式4和5中給出的第一和第二輸出電壓Vp和Vn之間的差Vp-Vn = Vref-I1R1-(Vsense-I2R2) = Vref-Vsense (式 6) 比較器210將根據(jù)第一和第二輸出電壓Vp和Vn而運作。例如，當Vn高于Vp時，比較器210的輸出將翻轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)式6，應(yīng)當理解，通過電路200，比較器210可以用于監(jiān)控感測信號Vsense，其可以例如來自不同類型的外部的高壓MOS晶體管并且可以遠高于3. 3V。例如，當滿足條件Vs· > Vref時，將輸出用于受監(jiān)控的外部的高壓MOS晶體管的警報信號，因為在此時能夠觀察到比較器210的輸出的翻轉(zhuǎn)。換而言之，通過該電路200的特定的配置，當Vsense > Vref時，比較器210的輸出將翻轉(zhuǎn)，即使Vsmse遠高于3. 3V，即比較器的最大運作電壓。因此，通過上述配置，實現(xiàn)了一種高壓比較器。此外，通過選擇第一電阻202和第二電阻203的適合的阻值，以及相應(yīng)地設(shè)置兩個偏置電流，即經(jīng)由改變電壓變化，比較器可以具有較寬的閾值范圍，這對于不同的應(yīng)用場合是有利的。此外，可以基于真實的應(yīng)用場景，例如需要受監(jiān)控的高壓MOS部件來進行參考信號的選擇，并且技術(shù)人員可以根據(jù)不同的應(yīng)用場景來簡單地調(diào)節(jié)該參考信號VMf。當參考信號Vraf低于第一 MOS晶體管M1的柵源電壓Ves時，電路200仍能運作。在該情況下，第一 MOS晶體管M1關(guān)閉，沒有電流通過第一 MOS晶體管M1和第二 MOS晶體管M2,并且第一 MOS晶體管M1和第二 MOS晶體管M2將不提供偏置電流，因此Vp = Vref, Vn = Vsense0比較器210將基于Vp和Vn (即，Vref和VsmJ而運作。因此，該電路200也能夠使得比較器比較低電壓的輸入信號。圖3示出了根據(jù)本實用新型的第三實施例的電路300的框圖。該電路300包括第一電平移位器、第二電平移位器、第一 MOS晶體管M3以及第二 MOS晶體管M4。在該實施例中，第一 MOS晶體管M3以及第二 MOS晶體管M4形成了電流鏡301 (如虛線框所示)。并且第一電平移位器包括第一電阻302,其稱接在第一輸入端304與第一輸出端306之間，并且第二電平移位器包括第二電阻303，其耦接在第二輸入端305與第二輸出端307之間。根據(jù)該實施例，電路300還包括比較器310，其用于比較第一輸出信號以及第二輸出信號。第一輸入端304被配置為接收參考信號Vref，而第二輸入端305被配置為接收感測信號Vsense。第一輸出端306被配置為輸出第一輸出信號Vp,而第二輸出端307被配置為輸出第二輸出信號\。優(yōu)選地，電路300還包括第一過壓保護器308，其耦接在第二電阻303與電流鏡301之間，并且被配置為為電流鏡301提供過壓保護。例如，當?shù)诙斎攵?05處的感測信號Vsense很高時，第一過壓保護器308可以分擔感測信號的大部分，并且保護電流鏡301以免其發(fā)生故障。[0060]此外，電路300還可以包括第二過壓保護器309，其耦接在電阻303與比較器310之間，并且被配置為為比較器310提供過壓保護。類似于第一過壓保護器308，第二過壓保護器309可以分擔感測信號的大部分，并且保護比較器310以免其發(fā)生故障。例如，第一過壓保護器308和第二過壓保護器309可以分別是MOS晶體管。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當理解，也能夠考慮第一過壓保護器308和第二過壓保護器309的任何其他適合的形式。[0061 ] 如圖3所示，電路300還包括可變電流供應(yīng)器311，用于將可變電流I5提供至電流鏡301，以相對于第一電阻302上的第一電壓變化來改變第二電阻303上的第二電壓變化。因此，即使在參考信號VMf和感測信號Vsense相互不同的情形下，第一輸出信號Vp也可以等于第二輸出信號\。根據(jù)該實施例，可變電流供應(yīng)器311可以例如包括電流源312和電流倍增器313。電流源312被配置為產(chǎn)生參考電流IMf。例如，能夠由帶隙電壓偏置的電阻產(chǎn)生參考電流Id。因此，參考電流Iref等于VBe/R，其中R表示電阻，而VBe表示帶隙電壓。 隨后，參考電流IMf被提供至電流倍增器313，其將響應(yīng)于控制信號以因子K來倍增參考電流，從而提供可變電流15。因此，可以獲得如下關(guān)系I5 = KX Iref = KX Vbg/R (式 7)然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以產(chǎn)生可變電流的其他適合的機制也適于該電路。具體地，電流鏡301包括第一 MOS晶體管M3和第二 MOS晶體管M4,該第一 MOS晶體管M3具有第一柵極、第一漏極以及第一源極，該第二 MOS晶體管M4具有第二柵極、第二漏極以及第二源極。第一柵極耦接至第二柵極和第一漏極。第一源極和第二源極耦接至參考電壓線，諸如接地。第一漏極耦接至第一電阻302 (R3)，以至少部分地提供第一偏置電流13，并且第二漏極經(jīng)由第一過壓保護器308耦接至第二電阻303 (R4)，以提供第二偏置電流14。在該實施例中，由電流鏡301提供的第一偏置電流I3與第二偏置電流I4之間的關(guān)系如下式表示I4 = a I3 (式 8)其中，α是第二偏置電流I4對第一偏置電流I3的比例,優(yōu)選地α = I。在運行中，當參考信號Vref與I5R3的和(S卩，Vref+I5XR3)高于第一 MOS晶體管M3的柵源電壓Ves時，第一 MOS晶體管M1導(dǎo)通。隨后，由電流鏡301分別產(chǎn)生第一偏置電流I3以及第二偏置電流I4，即αΙ3。在此，第二偏置電流I4是流過第二電阻303的電流。如圖3所示，由電流鏡301產(chǎn)生的第一偏置電流I3包括可變電流I5和流過第一電阻 302 的電流(即 I6)。BP, I3 = 15+16。因此，基于式8，可以獲得I4 = α (Ι5+Ι6)因此，I6= I4/a-I5 (式 9)在另一方面，在該實施例中，由下式給出了第一電阻302的阻值(R3)和第二電阻303的阻值(R4)之間的關(guān)系R4 = R3/ α (式 10)這意味著，第二電阻303的阻值與第一電阻302的阻值的比例是第二偏置電流I4與第一偏置電流I3之間的比例的倒數(shù)。[0079]根據(jù)等式9和10，第一電阻302上的第一電壓變化V1是V1 = I6R3 = (I4/ α _工5) α R4 =α R4 (式 11)而在第二電阻303上的第二電壓變化V2是V2 = I4R4 (式 12)仍參考圖3，基于等式11和12，通過在第一輸入端304處接收參考信號V,ef和在第二輸入端305處接收感測信號Vsmse,提供至比較器310的輸入的第一和第二輸出電壓Vp
和Vn，能夠被得出為Vp = Vref-V1 = Vref-I4R4+I5 a R4 (式 13)Vn = Vsense-V2 = Vsense-I4R4 (式 14)根據(jù)等式13至14，分別對參考信號VMf和感測信號Vs■施加電平移位，這可以引起參考信號和感測信號Vsmse降低至比較器310的可運行的范圍之內(nèi)?？梢匀缦芦@取在式13和14中給出的第一和第二輸出電壓間的差Vp-Vn = Vref-I4R4+15 a R4-Vsense+I4R4 = Vref-Vsense+15 a R4 (式 15)由于I5 = KX Iref = KXVbg/R,等式15可以進一步表示為Vp-Vn = Vref-Vsense+KVBG/RX a R4 = Vref-Vsense+KVBG/R X R3 (式 16)比較器310將根據(jù)第一和第二輸出電壓Vp和Vn而運作。例如，當Vn高于Vp時，比較器310的輸出將翻轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)式16，應(yīng)當理解，當Vp高于Vn時，Vsense-Vref > KXVbg/R X R3。這意味著在比較器310的比較點，Vsense-Vref = KX Vbg/R X R3。因此，獲得了閾值K X Vbg/RX R3O基于該閾值，比較器310可以用于監(jiān)控感測信號Vsense,其可以例如來自不同類型的外部的高壓MOS晶體管并且可以遠高于3. 3V。例如，當滿足條件Vsmse-Vref >KXVbg/RXR3時，將輸出用于受監(jiān)控的外部的高壓MOS晶體管的警報信號，因為在此時能夠觀察到比較器310的輸出的翻轉(zhuǎn)。換而言之，通過該電路300的特定的配置，當Vsense > Vref+KXVBG/RXR3時，比較器310的輸出將翻轉(zhuǎn)，即使Vsmse遠高于3. 3V，即比較器的最大運作電壓。此外，根據(jù)不同的應(yīng)用場景，可以例如通過經(jīng)由設(shè)置不同的因子K來改變電流I5或通過選擇第一電阻302和第二電阻302的適合的阻值來簡單地調(diào)節(jié)該閾值。當參考信號Vref與I5R3的和(即，Vref+I5X R3)低于第一 MOS晶體管M3的柵源電壓Vgs時，電路300仍能運作。在該情況下，第一 MOS晶體管M3關(guān)閉，沒有電流通過第一 MOS晶體管M3和第二 MOS晶體管M4,并且第一 MOS晶體管M3和第二 MOS晶體管M4將不提供偏置電流，因此 Vp = Vref+I5XR3, Vn = Vsenseo 比較器 310 將基于 Vp 和 Vn( SP，Vref+I5XR3 和 Vsense)而運作。因此，該電路300也能夠使得比較器比較低電壓的輸入信號。并且，在該情況下，閾值仍是 Vref-Vsense+KVBG/RXR30圖4示出了根據(jù)本實用新型的第四實施例的電路400的框圖。該電路400包括第一電平移位器、第二電平移位器、第一 MOS晶體管M5以及第二 MOS晶體管M6。在該實施例中，第一 MOS晶體管M5以及第二 MOS晶體管M6形成了電流鏡401 (如虛線框所示)。并且第一電平移位器包括第一電阻402,其稱接在第一輸入端404與第一輸出端406之間，并且第二電平移位器包括第二電阻403，其耦接在第二輸入端405與第二輸出端407之間。并且，電流源410耦接至第二輸入端405，以提供偏置電流并且用于拉伸第二輸入端405處的電壓，由此來形成環(huán)路。根據(jù)該實施例，電路400還包括運算放大器409,其用于放大第一輸出信號與第二輸出信號之間的電壓差。第一輸入端404被配置為接收第一輸入信號,例如參考信號Vraf,而第二輸入端405被配置為接收第二輸入信號，例如感測信號Vsense。第一輸出端406被配置為輸出第一輸出信號Vn,而第二輸出端407被配置為輸出第二輸出信號Vp。優(yōu)選地，電路400還包括第一過壓保護器408，其耦接在第二電阻403與電流鏡401之間，并且被配置為為電流鏡401和運算放大器409提供過壓保護。例如，當?shù)诙斎攵?05處的感測信號Vsense很高時，第一過壓保護器408可以分擔感測信號的大部分，并且保護電流鏡401和運算放大器409以免其發(fā)生故障。例如，第一過壓保護器408可以是MOS晶體管。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當理解，也能夠考慮第一過壓保護器408的可以實現(xiàn)類似效果的任何其他適合的形式。具體地，電流鏡401包括第一 MOS晶體管M5和第二 MOS晶體管M6,該第一 MOS晶體管M5具有第一柵極、第一漏極以及第一源極，該第二 MOS晶體管M6具有第二柵極、第二漏極以及第二源極。第一柵極耦接至第二柵極和第一漏極。第一源極和第二源極耦接至參考電壓線，諸如接地。第一漏極耦接至第一電阻402 (R5),以提供第一偏置電流I7，并且第二漏極經(jīng)由第一過壓保護器408耦接至第二電阻403 (R6)，以提供第二偏置電流18。與參照圖2中所述的類似，由電流鏡401提供的第一偏置電流I7與第二偏置電流I8之間的關(guān)系如下式表示I8 = a I7 (式 17)其中，α是第二偏置電流I8對第一偏置電流I7的比例,優(yōu)選地α = I。在運行中，當參考信號Vref高于第一 MOS晶體管M5的柵源電壓Ves時,第一 MOS晶體管M5導(dǎo)通。隨后，第一偏置電流I7以及第二偏置電流I8，即a I7，由電流鏡401分別提供至第一電阻402和第二電阻403。并且，也與參照圖2中所述的類似，由下式給出了第一電阻402的阻值(R5)和第二電阻403的阻值(R6)之間的關(guān)系R6 = R5/ α (式 18)因此，與參照圖2所述的類似，在該實施例中，第一電阻402上的第一電壓變化等于第二電阻403上的第二電壓變化。因此，分別對參考信號VMf和感測信號Vsmse施加一個相同的電平移位，這可以使得參考信號Vref和感測信號Vsmse降低至運算放大器409的可運行的范圍之內(nèi)。通過上述配置，與參照圖2所述的實施例類似，第一和第二輸出電壓Vn與Vp之間的差為Vn-Vp = Vref-I7R5- (Vsense-I8R6) = Vref-Vsense (式 19)這就意味著，第一和第二輸出電壓Vn與Vp之間的差等于參考信號Vref和感測信號Vsense之間的差。比較器409將根據(jù)第一和第二輸出電壓Vn與Vp而運作，并且放大第一和第二輸出電壓Vn與Vp之間的差，即放大參考信號Vref和感測信號Vsmse之間的差。因此，即使參考信號Vref和/或感測信號Vsense遠高于3. 3V，即運算放大器409的最大運作電壓，運算放大器409仍可依據(jù)參考信號Vref和感測信號Vsmse而運作。由此，實現(xiàn)了一種能夠放大高壓的輸入信號的運算放大器。此外，根據(jù)該實施例，在運算放大器409的輸入和輸出之間耦接了米勒電容411?；诿桌招?yīng)(Miller Effect)，該米勒電容411可以具有較小的電容，這能夠顯著地減小芯片面積。此外，通過選擇第一電阻402和第二電阻403的適合的阻值，以及相應(yīng)地設(shè)置兩個偏置電流，運算放大器可以通過改變電壓變化來具有較寬的閾值范圍，這對于不同的應(yīng)用場景是有利的。此外，可以基于真實的應(yīng)用場景，例如需要受監(jiān)控的高壓MOS部件來進行參考信號的選擇，并且技術(shù)人員可以根據(jù)不同的應(yīng)用場景來簡單地調(diào)節(jié)該參考信號VMf。當參考信號Vraf低于第一 MOS晶體管M5的柵源電壓Ves時，電路400仍能運作。在該情況下，第一 MOS晶體管M5關(guān)閉，沒有電流通過第一 MOS晶體管M5和第二 MOS晶體管M6,并且第一 MOS晶體管M5和第二 MOS晶體管M6將不提供偏置電流，因此Vn = Vref, Vp = Vsense0運算放大器409將基于Vn和Vp ( S卩，Vref和VsmJ而運作。因此，該電路400也能夠使得運 算放大器放大低電壓的輸入信號。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將容易地理解的是，材料和方法可以變化，同時仍然處于本實用新型的范圍之內(nèi)。還應(yīng)理解的是，除了用來示出實施方式的具體上下文之外，本實用新型提供了多種可應(yīng)用的創(chuàng)造性構(gòu)思。因此，所附權(quán)利要求意在將這些過程、機器、制品、組合物、裝置、方法或者步驟包括在其范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種電路,包括 電流鏡，用于產(chǎn)生第一偏置電流和與所述第一偏置電流成第一比例的第二偏置電流； 第一電平移位器，其具有第一輸入端，用于接收第一輸入信號，以及具有第一輸出端，其中所述第一電平移位器被配置為響應(yīng)于所述第一偏置電流來向所述第一輸入信號施加第一電壓變化，以便在所述第一輸出端處輸出第一輸出信號；以及 第二電平移位器，其具有第二輸入端，用于接收第二輸入信號，以及具有第二輸出端，其中所述第二電平移位器被配置為響應(yīng)于所述第二偏置電流來向所述第二輸入信號施加與所述第一電壓變化相關(guān)聯(lián)的第二電壓變化，以便在所述第二輸出端處輸出第二輸出信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，其中，所述第一電平移位器包括第一電阻，其耦接在所述第一輸入端與所述第一輸出端之間，并且所述第二電平移位器包括第二電阻，其耦接在所述第二輸入端與所述第二輸出端之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其中，所述第二電阻的阻值與所述第一電阻的阻值的比例為所述第一比例的倒數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，其中，所述電路包括可變電流供應(yīng)器，用于向所述電流鏡提供可變電流，以相對于所述第一電壓變化來改變所述第二電壓變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路，其中所述可變電流供應(yīng)器包括 電流源，用于產(chǎn)生參考電流；以及 電流倍增器，用于響應(yīng)于控制信號來倍增所述參考電流，以提供所述可變電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，還包括 第一過壓保護器，其耦接在所述第二電平移位器與所述電流鏡之間，并且被配置為為所述電流鏡提供過壓保護。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的電路，其中，所述電流鏡包括第一MOS晶體管和第二 MOS晶體管，所述第一 MOS晶體管具有第一柵極、第一漏極以及第一源極，所述第二 MOS晶體管具有第二柵極、第二漏極以及第二源極，其中所述第一柵極耦接至所述第二柵極和所述第一漏極，所述第一源極和所述第二源極耦接至參考電壓線，并且所述第一漏極耦接至所述第一電平移位器，以至少部分地提供所述第一偏置電流，并且所述第二漏極耦接至所述第二電平移位器，以提供所述第二偏置電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，還包括比較器，用于比較所述第一輸出信號以及所述第二輸出信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，還包括第二過壓保護器，其耦接在所述第二電平移位器與所述比較器之間，并且被配置為為所述比較器提供過壓保護。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，還包括運算放大器，用于放大所述第一輸出信號與所述第二輸出信號之間的電壓差。
專利摘要在此描述了一種用于高壓應(yīng)用的電平移位電路。該電路包括電流鏡，用于產(chǎn)生第一偏置電流和與所述第一偏置電流成第一比例的第二偏置電流；第一電平移位器，其具有第一輸入端，用于接收第一輸入信號，以及具有第一輸出端，其中所述第一電平移位器被配置為響應(yīng)于所述第一偏置電流來向所述第一輸入信號施加第一電壓變化，以便在所述第一輸出端處輸出第一輸出信號；以及第二電平移位器，其具有第二輸入端，用于接收第二輸入信號，以及具有第二輸出端，其中所述第二電平移位器被配置為響應(yīng)于所述第二偏置電流來向所述第二輸入信號施加與所述第一電壓變化相關(guān)聯(lián)的第二電壓變化，以便在所述第二輸出端處輸出第二輸出信號。
文檔編號H03K19/0185GK202772866SQ20122033548
公開日2013年3月6日 申請日期2012年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月5日
發(fā)明者王飛, S·齊, 丁齊兵 申請人:意法半導(dǎo)體研發(fā)(上海)有限公司