CN103532538A - 一种用于高压应用的电平移位电路 - Google Patents

Abstract

在此描述了一种用于高压应用的电平移位电路。该电路包括电流镜，用于产生第一偏置电流和与所述第一偏置电流成第一比例的第二偏置电流；第一电平移位器，其具有第一输入端，用于接收第一输入信号，以及具有第一输出端，其中所述第一电平移位器被配置为响应于所述第一偏置电流来向所述第一输入信号施加第一电压变化，以便在所述第一输出端处输出第一输出信号；以及第二电平移位器，其具有第二输入端，用于接收第二输入信号，以及具有第二输出端，其中所述第二电平移位器被配置为响应于所述第二偏置电流来向所述第二输入信号施加与所述第一电压变化相关联的第二电压变化，以便在所述第二输出端处输出第二输出信号。

Description

一种用于高压应用的电平移位电路

技术领域

本发明大体上涉及电子电路，更具体地，涉及一种用于高压应用的电平移位电路。

背景技术

目前，在电子工业对具有较宽的可调的阈值范围的高压比较器或运算放大器的需求日渐增长。这是因为在各种应用中，诸如车辆应用中，电池的电压总是较高，例如为40V。此外，非常需要如下的芯片，该芯片可以经由各种类型的外部的高压MOS晶体管的漏源电压来监控这些高压MOS晶体管的电流。高压MOS晶体管的漏源电压通常高于3.3V。因此，在具有较高的输入和参考电压的情况下，比较器或者运算放大器如何能够正常并准确地运行是非常重要的。

在现有技术的一种可能的解决方案中，应用了分压器，以将输入和参考电压设置在典型CMOS的可运行范围内。然而，例如，分压器可能放大比较器或运算放大器的随机偏移噪声，当输入电压邻近0V时，这种现象很严重。并且，电平移位在上述方案中是不可行的。

发明内容

因此，需要一种较高精度的电平移位电路，以使得诸如比较器或运算放大器的电子器件能够运行在高压应用中。

在一个实施例中，一种电路包括：电流镜，用于产生第一偏置电流和与所述第一偏置电流成第一比例的第二偏置电流；第一电平移位器，其具有第一输入端，用于接收第一输入信号，以及具有第一输出端，其中所述第一电平移位器被配置为响应于所述第一偏置电流来向所述第一输入信号施加第一电压变化，以便在所述第一输出端处输出第一输出信号；以及第二电平移位器，其具有第二输入端，用于接收第二输入信号，以及具有第二输出端，其中所述第二电平移位器被配置为响应于所述第二偏置电流来向所述第二输入信号施加与所述第一电压变化相关联的第二电压变化，以便在所述第二输出端处输出第二输出信号。

根据本发明的一个实施例，所述第一电平移位器包括第一电阻，其耦接在所述第一输入端与所述第一输出端之间，并且所述第二电平移位器包括第二电阻，其耦接在所述第二输入端与所述第二输出端之间。

根据本发明的一个实施例，所述第二电阻的阻值与所述第一电阻的阻值的比例为所述第一比例的倒数。

根据本发明的一个实施例，所述电路包括可变电流供应器，用于向所述电流镜提供可变电流，以相对于所述第一电压变化来改变所述第二电压变化。

根据本发明的一个实施例，所述可变电流供应器包括：电流源，用于产生参考电流；以及电流倍增器，用于响应于控制信号来倍增所述参考电流，以提供所述可变电流。

根据本发明的一个实施例，该电路还包括第一过压保护器，其耦接在所述第二电平移位器与所述电流镜之间，并且被配置为为所述电流镜提供过压保护。

根据本发明的一个实施例，所述电流镜包括第一MOS晶体管和第二MOS晶体管，所述第一MOS晶体管具有第一栅极、第一漏极以及第一源极，所述第二MOS晶体管具有第二栅极、第二漏极以及第二源极，其中所述第一栅极耦接至所述第二栅极和所述第一漏极，所述第一源极和所述第二源极耦接至参考电压线，并且所述第一漏极耦接至所述第一电平移位器，以至少部分地提供所述第一偏置电流，并且所述第二漏极耦接至所述第二电平移位器，以提供所述第二偏置电流。

根据本发明的一个实施例，所述电路还包括比较器，用于比较所述第一输出信号以及所述第二输出信号。

根据本发明的一个实施例，所述电路还包括第二过压保护器，其耦接在所述第二电平移位器与所述比较器之间，并且被配置为为所述比较器提供过压保护。

根据本发明的一个实施例，所述电路还包括运算放大器，用于放大所述第一输出信号与所述第二输出信号之间的电压差。

通过上述优选的解决方案，实现了一种使得高压比较器或运算放大器具有较宽的可调的阈值范围的和高精确性的电平移位电路，其主要依赖于参考电流或其他参考标准的精确性以及电流镜和电阻的匹配度。

因此，在集成电路中实现了高精确性。此外，在本发明中，仅需要较少的高压部件来实现高于3.3V的阈值电压。替代地，主要使用了3.3V的CMOS晶体管。因此，显著地节省了集成电路耗费的芯片面积。此外，本发明的应用范围十分广泛。例如，其可以用于监控外部的高压功率MOS晶体管的漏源电压，可以用于比较其电压受比较器的电流影响的任何两个端点等。并且，在整个典型的CMOS可运作电压范围内，比较器或运算放大器的输入处的噪声可以被有效抑制。

上文已经概括而非宽泛地给出了本发明内容的特征。本发明内容的附加特征将在此后描述，其形成了本发明权利要求的主题。本领域技术人员应当理解，可以容易地使用所公开的构思和具体实施方式，作为修改或设计其他结构或者过程的基础，以便执行与本发明相同的目的。本领域技术人员还应当理解，这些等同结构没有脱离所附权利要求书中记载的本发明的主旨和范围。

附图说明

为了更完整地理解本公开以及其优点，现在结合附图参考以下描述，其中：

图1示出了根据本发明的第一实施例的电路100的框图；

图2示出了根据本发明的第二实施例的电路200的框图；

图3示出了根据本发明的第三实施例的电路300的框图；以及

图4示出了根据本发明的第四实施例的电路400的框图；

除非指明，否则不同附图中的相应标记和符号一般表示相应的部分。绘制附图是为了清晰地示出本公开内容的实施方式的有关方面，而未必是按照比例绘制的。为了更为清晰地示出某些实施方式，在附图标记之后可能跟随有字母，其指示相同结构、材料或者过程步骤的变形。

具体实施方式

下面详细讨论实施例的实施和使用。然而，应当理解，所讨论的具体实施例仅仅示范性地说明实施和使用本发明的特定方式，而非限制本发明的范围。

图1示出了根据本发明的第一实施例的电路100的框图。电路100包括电流镜101、具有第一输入端104和第一输出端106的第一电平移位器102、以及具有第二输入端105和第二输出端107的第二电平移位器103。电路100用于分别地改变在第一输入端104处接收的第一输入信号和在第二输入端105处接收的第二输入信号的电平，以便在第一输出端106处输出与第一输入信号相关联的第一输出信号，以及在第二输出端107处输出与第二输入信号相关联的第二输出信号。通过该电路，在第一和第二输入端104、105处接收的高电压可以分别被适当地并且准确地移位至在第一和第二输出端106、107处的可调节的以及适合的电压。

如图1所示，电流镜101被配置为产生第一偏置电流和与该第一偏置电流成第一比例的第二偏置电流。例如，第二偏置电流是第一偏置电流的α倍，其中α可以是预先确定的值，诸如1。由电流镜101产生的第一偏置电流和第二偏置电流被分别提供至第一电平移位器102和第二电平移位器103。

第一电平移位器102的第一输入端104被配置为接收第一输入信号，例如参考信号。第二电平移位器103的第二输入端105被配置为接收第二输入信号，例如感测信号，其能够自一些其他的设备上获取，例如一些待监控的外部的高压功率MOS晶体管。具体地，输入信号可以是具有不同的电平的信号。

仍参考图1，第一电平移位器102被配置为响应于由电流镜101提供的第一偏置电流来向在第一输入端104处接收的第一输入信号施加第一电压变化，例如，一个压降，以便在第一输出端处106输出第一输出信号。第二电平移位器103被配置为响应于由电流镜101提供的第二偏置电流来向在第二输入端105处接收的第二输入信号施加第二电压变化，例如，一个压降，以便在第二输出端107处输出第二输出信号。该第二电压变化与第一电压变化相关联。例如，第二电压变化等于第一电压变化，以便在第一输出端106处的第一输出信号等于在第二输出端107处的第二输出信号。

第一电平移位器102和/或第二电平移位器103可以分别由一个或多个电阻组成。第二电平移位器103的一个或多个电阻的总阻值与第一电平移位器102的一个或多个电阻的总阻值的比例为第一比例的倒数，即1/α。优选地，第一电平移位器102包括一个电阻，其耦接在第一输入端104与第一输出端106之间，并且第二电平移位器103包括另一个电阻，其耦接在第二输入端105与第二输出端107之间，该另一个电阻的阻值与前一个电阻的阻值的比例是第一比例的倒数。

该电路100能够用于比较器或运算放大器，该些比较器或运算放大器的供电电压例如等于或低于3.3V。具体地，第一输出端106和第二输出端107能够分别耦接至比较器或运算放大器的输入。因此，即使当输入电压高于比较器或放大器的供电电压时，电路100能够将输入电压移位至低于其供电电压，从而使得比较器或运算放大器可以正常并且精确地运行。

图2示出了根据本发明的第二实施例的电路200的框图。该电路200包括第一电平移位器、第二电平移位器、第一MOS晶体管M₁以及第二MOS晶体管M₂。在该实施例中，第一MOS晶体管M₁以及第二MOS晶体管M₂形成了电流镜201(如虚线框所示)。并且第一电平移位器包括第一电阻202，其耦接在第一输入端204与第一输出端206之间，并且第二电平移位器包括第二电阻203，其耦接在第二输入端205与第二输出端207之间。

根据该实施例，电路200还包括比较器210，其用于比较第一输出信号以及第二输出信号。第一输入端204被配置为接收参考信号V_ref，而第二输入端205被配置为接收感测信号V_sense。第一输出端206被配置为输出第一输出信号V_p，而第二输出端207被配置为输出第二输出信号V_n。

优选地，电路200还包括第一过压保护器208，其耦接在第二电阻203与电流镜201之间，并且被配置为为电流镜201提供过压保护。例如，当第二输入端205处的感测信号V_sense很高时，第一过压保护器208可以分担感测信号的大部分，并且保护电流镜201以免其发生故障。

此外，电路200还可以包括第二过压保护器209，其耦接在电阻203与比较器210之间，并且被配置为为比较器210提供过压保护。类似于第一过压保护器208，第二过压保护器209可以分担感测信号的大部分，并且保护比较器210以免其发生故障。例如，第一过压保护器208和第二过压保护器209可以分别是MOS晶体管。然而，本领域的技术人员应当理解，也能够考虑第一过压保护器208和第二过压保护器209的任何其他适合的形式。

具体地，电流镜201包括第一MOS晶体管M₁和第二MOS晶体管M₂，该第一MOS晶体管M₁具有第一栅极、第一漏极以及第一源极，该第二MOS晶体管M₂具有第二栅极、第二漏极以及第二源极。第一栅极耦接至第二栅极和第一漏极。第一源极和第二源极耦接至参考电压线，诸如接地。第一漏极耦接至第一电阻202(R₁)，以提供第一偏置电流I₁，并且第二漏极经由第一过压保护器208耦接至第二电阻203(R₂)，以提供第二偏置电流I₂。

在该实施例中，由电流镜201提供的第一偏置电流I₁与第二偏置电流I₂之间的关系如下式表示：

I₂＝αI₁(式1)

其中，α是第二偏置电流I₂对第一偏置电流I₁的比例，优选地α＝1。

在运行中，当参考信号V_ref高于第一MOS晶体管M₁的栅源电压V_GS时，第一MOS晶体管M₁导通。随后，第一偏置电流I₁以及第二偏置电流I₂，即αI₁，由电流镜201分别提供至第一电阻202和第二电阻203。

另一方面，在该实施例中，由下式给出了第一电阻202的阻值(R₁)和第二电阻203的阻值(R₂)之间的关系：

R₂＝R₁/α(式2)

这意味着，第二电阻203的阻值与第一电阻202的阻值的比例是第二偏置电流I₂与第一偏置电流I₁之间的比例的倒数。

根据上述两个等式，能够归纳出下述第一偏置电流I₁、第二偏置电流I₂、第一电阻202的阻值和第二电阻203的阻值之间的关系：

I₁R₁＝I₂R₂(式3)

因此，在该实施例中，第一电阻202上的第一电压变化等于第二电阻203上的第二电压变化。

参考图2，通过在第一输入端204处接收参考信号V_ref和在第二输入端205处接收感测信号V_sense，提供至比较器210的输入的第一和第二输出电压V_p和V_n，能够被得出为：

V_p＝V_ref-I₁R₁(式4)

V_n＝V_sense-I₂R₂(式5)

根据等式3至5，分别对参考信号V_ref和感测信号V_sense施加一个相同的电平移位，这可以使得参考信号V_ref和感测信号V_sense降低至比较器210的可运行的范围之内。

通过等式3，可以如下获取在式4和5中给出的第一和第二输出电压V_p和V_n之间的差：

V_p-V_n＝V_ref-I₁R₁-(V_sense-I₂R₂)＝V_ref-V_sense    (式6)

比较器210将根据第一和第二输出电压V_p和V_n而运作。例如，当V_n高于V_p时，比较器210的输出将翻转。因此，根据式6，应当理解，通过电路200，比较器210可以用于监控感测信号V_sense，其可以例如来自不同类型的外部的高压MOS晶体管并且可以远高于3.3V。例如，当满足条件V_sense＞V_ref时，将输出用于受监控的外部的高压MOS晶体管的警报信号，因为在此时能够观察到比较器210的输出的翻转。

换而言之，通过该电路200的特定的配置，当V_sense＞V_ref时，比较器210的输出将翻转，即使V_sense远高于3.3V，即比较器的最大运作电压。

因此，通过上述配置，实现了一种高压比较器。此外，通过选择第一电阻202和第二电阻203的适合的阻值，以及相应地设置两个偏置电流，即经由改变电压变化，比较器可以具有较宽的阈值范围，这对于不同的应用场合是有利的。

此外，可以基于真实的应用场景，例如需要受监控的高压MOS部件来进行参考信号V_ref的选择，并且技术人员可以根据不同的应用场景来简单地调节该参考信号V_ref。

当参考信号V_ref低于第一MOS晶体管M₁的栅源电压V_GS时，电路200仍能运作。在该情况下，第一MOS晶体管M₁关闭，没有电流通过第一MOS晶体管M₁和第二MOS晶体管M₂，并且第一MOS晶体管M₁和第二MOS晶体管M₂将不提供偏置电流，因此V_p＝V_ref，V_n＝V_sense。比较器210将基于V_p和V_n(即，V_ref和V_sense)而运作。因此，该电路200也能够使得比较器比较低电压的输入信号。

图3示出了根据本发明的第三实施例的电路300的框图。该电路300包括第一电平移位器、第二电平移位器、第一MOS晶体管M₃以及第二MOS晶体管M₄。在该实施例中，第一MOS晶体管M₃以及第二MOS晶体管M₄形成了电流镜301(如虚线框所示)。并且第一电平移位器包括第一电阻302，其耦接在第一输入端304与第一输出端306之间，并且第二电平移位器包括第二电阻303，其耦接在第二输入端305与第二输出端307之间。

根据该实施例，电路300还包括比较器310，其用于比较第一输出信号以及第二输出信号。第一输入端304被配置为接收参考信号V_ref，而第二输入端305被配置为接收感测信号V_sense。第一输出端306被配置为输出第一输出信号V_p，而第二输出端307被配置为输出第二输出信号V_n。

优选地，电路300还包括第一过压保护器308，其耦接在第二电阻303与电流镜301之间，并且被配置为为电流镜301提供过压保护。例如，当第二输入端305处的感测信号V_sense很高时，第一过压保护器308可以分担感测信号的大部分，并且保护电流镜301以免其发生故障。

此外，电路300还可以包括第二过压保护器309，其耦接在电阻303与比较器310之间，并且被配置为为比较器310提供过压保护。类似于第一过压保护器308，第二过压保护器309可以分担感测信号的大部分，并且保护比较器310以免其发生故障。例如，第一过压保护器308和第二过压保护器309可以分别是MOS晶体管。然而，本领域的技术人员应当理解，也能够考虑第一过压保护器308和第二过压保护器309的任何其他适合的形式。

如图3所示，电路300还包括可变电流供应器311，用于将可变电流I₅提供至电流镜301，以相对于第一电阻302上的第一电压变化来改变第二电阻303上的第二电压变化。因此，即使在参考信号V_ref和感测信号V_sense相互不同的情形下，第一输出信号V_p也可以等于第二输出信号V_n。

根据该实施例，可变电流供应器311可以例如包括电流源312和电流倍增器313。

电流源312被配置为产生参考电流I_ref。例如，能够由带隙电压偏置的电阻产生参考电流I_ref。因此，参考电流I_ref等于V_BG/R，其中R表示电阻，而V_BG表示带隙电压。

随后，参考电流I_ref被提供至电流倍增器313，其将响应于控制信号以因子K来倍增参考电流，从而提供可变电流I₅。因此，可以获得如下关系：

I₅＝K×I_ref＝K×V_BG/R    (式7)

然而，本领域的技术人员应当理解，可以产生可变电流的其他适合的机制也适于该电路。

具体地，电流镜301包括第一MOS晶体管M₃和第二MOS晶体管M₄，该第一MOS晶体管M₃具有第一栅极、第一漏极以及第一源极，该第二MOS晶体管M₄具有第二栅极、第二漏极以及第二源极。第一栅极耦接至第二栅极和第一漏极。第一源极和第二源极耦接至参考电压线，诸如接地。第一漏极耦接至第一电阻302(R₃)，以至少部分地提供第一偏置电流I₃，并且第二漏极经由第一过压保护器308耦接至第二电阻303(R₄)，以提供第二偏置电流I₄。

在该实施例中，由电流镜301提供的第一偏置电流I₃与第二偏置电流I₄之间的关系如下式表示：

I₄＝αI₃(式8)

其中，α是第二偏置电流I₄对第一偏置电流I₃的比例，优选地α＝1。

在运行中，当参考信号V_ref与I₅R₃的和(即，V_ref+I₅×R₃)高于第一MOS晶体管M₃的栅源电压V_GS时，第一MOS晶体管M₁导通。随后，由电流镜301分别产生第一偏置电流I₃以及第二偏置电流I₄，即αI₃。在此，第二偏置电流I₄是流过第二电阻303的电流。

如图3所示，由电流镜301产生的第一偏置电流I₃包括可变电流I₅和流过第一电阻302的电流(即I₆)。即，I₃＝I₅+I₆。

因此，基于式8，可以获得

I₄＝α(I₅+I₆)

因此，I₆＝I₄/α-I₅(式9)

在另一方面，在该实施例中，由下式给出了第一电阻302的阻值(R₃)和第二电阻303的阻值(R₄)之间的关系：

R₄＝R₃/α(式10)

这意味着，第二电阻303的阻值与第一电阻302的阻值的比例是第二偏置电流I₄与第一偏置电流I₃之间的比例的倒数。

根据等式9和10，第一电阻302上的第一电压变化V₁是：

V₁＝I₆R₃＝(I₄/α-I₅)αR₄＝I₄R₄-I₅αR₄(式11)

而在第二电阻303上的第二电压变化V₂是：

V₂＝I₄R₄(式12)

仍参考图3，基于等式11和12，通过在第一输入端304处接收参考信号V_ref和在第二输入端305处接收感测信号V_sense，提供至比较器310的输入的第一和第二输出电压V_p和V_n，能够被得出为：

V_p＝V_ref-V₁＝V_ref-I₄R₄+I₅αR₄(式13)

V_n＝V_sense-V₂＝V_sense-I₄R₄(式14)

根据等式13至14，分别对参考信号V_ref和感测信号V_sense施加电平移位，这可以引起参考信号V_ref和感测信号V_sense降低至比较器310的可运行的范围之内。

可以如下获取在式13和14中给出的第一和第二输出电压V_p和V_n之间的差：

V_p-V_n＝V_ref-I₄R₄+I₅αR₄-V_sense+I₄R₄＝V_ref-V_sense+I₅αR₄(式15)

由于I₅＝K×I_ref＝K×V_BG/R，等式15可以进一步表示为：

V_p-V_n＝V_ref-V_sense+KV_BG/R×αR₄＝V_ref-V_sense+KV_BG/R×R₃(式16)

比较器310将根据第一和第二输出电压V_p和V_n而运作。例如，当V_n高于V_p时，比较器310的输出将翻转。因此，根据式16，应当理解，当V_p高于V_n时，V_sense-V_ref＞K×V_BG/R×R₃。这意味着在比较器310的比较点，V_sense-V_ref＝K×V_BG/R×R₃。因此，获得了阈值K×V_BG/R×R₃。

基于该阈值，比较器310可以用于监控感测信号V_sense，其可以例如来自不同类型的外部的高压MOS晶体管并且可以远高于3.3V。例如，当满足条件V_sense-V_ref＞K×V_BG/R×R₃时，将输出用于受监控的外部的高压MOS晶体管的警报信号，因为在此时能够观察到比较器310的输出的翻转。

换而言之，通过该电路300的特定的配置，当V_sense＞V_ref+K×V_BG/R×R₃时，比较器310的输出将翻转，即使V_sense远高于3.3V，即比较器的最大运作电压。

此外，根据不同的应用场景，可以例如通过经由设置不同的因子K来改变电流I₅或通过选择第一电阻302和第二电阻302的适合的阻值来简单地调节该阈值。

当参考信号V_ref与I₅R₃的和(即，V_ref+I₅×R₃)低于第一MOS晶体管M₃的栅源电压V_GS时，电路300仍能运作。在该情况下，第一MOS晶体管M₃关闭，没有电流通过第一MOS晶体管M₃和第二MOS晶体管M₄，并且第一MOS晶体管M₃和第二MOS晶体管M₄将不提供偏置电流，因此V_p＝V_ref+I₅×R₃，V_n＝V_sense。比较器310将基于V_p和V_n(即，V_ref+I₅×R₃和V_sense)而运作。因此，该电路300也能够使得比较器比较低电压的输入信号。并且，在该情况下，阈值仍是V_ref-V_sense+KV_BG/R×R₃。

图4示出了根据本发明的第四实施例的电路400的框图。该电路400包括第一电平移位器、第二电平移位器、第一MOS晶体管M₅以及第二MOS晶体管M₆。在该实施例中，第一MOS晶体管M₅以及第二MOS晶体管M₆形成了电流镜401(如虚线框所示)。并且第一电平移位器包括第一电阻402，其耦接在第一输入端404与第一输出端406之间，并且第二电平移位器包括第二电阻403，其耦接在第二输入端405与第二输出端407之间。并且，电流源410耦接至第二输入端405，以提供偏置电流并且用于拉伸第二输入端405处的电压，由此来形成环路。

根据该实施例，电路400还包括运算放大器409，其用于放大第一输出信号与第二输出信号之间的电压差。第一输入端404被配置为接收第一输入信号，例如参考信号V_ref，而第二输入端405被配置为接收第二输入信号，例如感测信号V_sense。第一输出端406被配置为输出第一输出信号V_n，而第二输出端407被配置为输出第二输出信号V_p。

优选地，电路400还包括第一过压保护器408，其耦接在第二电阻403与电流镜401之间，并且被配置为为电流镜401和运算放大器409提供过压保护。例如，当第二输入端405处的感测信号V_sense很高时，第一过压保护器408可以分担感测信号的大部分，并且保护电流镜401和运算放大器409以免其发生故障。例如，第一过压保护器408可以是MOS晶体管。然而，本领域的技术人员应当理解，也能够考虑第一过压保护器408的可以实现类似效果的任何其他适合的形式。

具体地，电流镜401包括第一MOS晶体管M₅和第二MOS晶体管M₆，该第一MOS晶体管M₅具有第一栅极、第一漏极以及第一源极，该第MOS晶体管M₆具有第二栅极、第二漏极以及第二源极。第一栅极耦接至第二栅极和第一漏极。第一源极和第二源极耦接至参考电压线，诸如接地。第一漏极耦接至第一电阻402(R₅)，以提供第一偏置电流I₇，并且第二漏极经由第一过压保护器408耦接至第二电阻403(R₆)，以提供第二偏置电流I₈。

与参照图2中所述的类似，由电流镜401提供的第一偏置电流I₇与第二偏置电流I₈之间的关系如下式表示：

I₈＝αI₇(式17)

其中，α是第二偏置电流I₈对第一偏置电流I₇的比例，优选地α＝1。

在运行中，当参考信号V_ref高于第一MOS晶体管M₅的栅源电压V_GS时，第一MOS晶体管M₅导通。随后，第一偏置电流I₇以及第二偏置电流I₈，即αI₇，由电流镜401分别提供至第一电阻402和第二电阻403。

并且，也与参照图2中所述的类似，由下式给出了第一电阻402的阻值(R₅)和第二电阻403的阻值(R₆)之间的关系：

R₆＝R₅/α(式18)

因此，与参照图2所述的类似，在该实施例中，第一电阻402上的第一电压变化等于第二电阻403上的第二电压变化。因此，分别对参考信号V_ref和感测信号V_sense施加一个相同的电平移位，这可以使得参考信号V_ref和感测信号V_sense降低至运算放大器409的可运行的范围之内。

通过上述配置，与参照图2所述的实施例类似，第一和第二输出电压V_n与V_p之间的差为：

V_n-V_p＝V_ref-I₇R₅-(V_sense-I₈R₆)＝V_ref-V_sense    (式19)

这就意味着，第一和第二输出电压V_n与V_p之间的差等于参考信号V_ref和感测信号V_sense之间的差。

比较器409将根据第一和第二输出电压V_n与V_p而运作，并且放大第一和第二输出电压V_n与V_p之间的差，即放大参考信号V_ref和感测信号V_sense之间的差。

因此，即使参考信号V_ref和/或感测信号V_sense远高于3.3V，即运算放大器409的最大运作电压，运算放大器409仍可依据参考信号V_ref和感测信号V_sense而运作。由此，实现了一种能够放大高压的输入信号的运算放大器。此外，根据该实施例，在运算放大器409的输入和输出之间耦接了米勒电容411。基于米勒效应(MillerEffect)，该米勒电容411可以具有较小的电容，这能够显著地减小芯片面积。

此外，通过选择第一电阻402和第二电阻403的适合的阻值，以及相应地设置两个偏置电流，运算放大器可以通过改变电压变化来具有较宽的阈值范围，这对于不同的应用场景是有利的。

此外，可以基于真实的应用场景，例如需要受监控的高压MOS部件来进行参考信号V_ref的选择，并且技术人员可以根据不同的应用场景来简单地调节该参考信号V_ref。

当参考信号V_ref低于第一MOS晶体管M₅的栅源电压V_GS时，电路400仍能运作。在该情况下，第一MOS晶体管M₅关闭，没有电流通过第一MOS晶体管M₅和第二MOS晶体管M₆，并且第一MOS晶体管M₅和第二MOS晶体管M₆将不提供偏置电流，因此V_n＝V_ref，V_p＝V_sense。运算放大器409将基于V_n和V_p(即，V_ref和V_sense)而运作。因此，该电路400也能够使得运算放大器放大低电压的输入信号。

本领域技术人员还将容易地理解的是，材料和方法可以变化，同时仍然处于本发明的范围之内。还应理解的是，除了用来示出实施方式的具体上下文之外，本发明提供了多种可应用的创造性构思。因此，所附权利要求意在将这些过程、机器、制品、组合物、装置、方法或者步骤包括在其范围之内。

Claims (10)

1.一种电路，包括：

电流镜，用于产生第一偏置电流和与所述第一偏置电流成第一比例的第二偏置电流；

第一电平移位器，其具有第一输入端，用于接收第一输入信号，以及具有第一输出端，其中所述第一电平移位器被配置为响应于所述第一偏置电流来向所述第一输入信号施加第一电压变化，以便在所述第一输出端处输出第一输出信号；以及

第二电平移位器，其具有第二输入端，用于接收第二输入信号，以及具有第二输出端，其中所述第二电平移位器被配置为响应于所述第二偏置电流来向所述第二输入信号施加与所述第一电压变化相关联的第二电压变化，以便在所述第二输出端处输出第二输出信号。

2.根据权利要求1所述的电路，其中，所述第一电平移位器包括第一电阻，其耦接在所述第一输入端与所述第一输出端之间，并且所述第二电平移位器包括第二电阻，其耦接在所述第二输入端与所述第二输出端之间。

3.根据权利要求2所述的电路，其中，所述第二电阻的阻值与所述第一电阻的阻值的比例为所述第一比例的倒数。

4.根据权利要求1所述的电路，其中，所述电路包括可变电流供应器，用于向所述电流镜提供可变电流，以相对于所述第一电压变化来改变所述第二电压变化。

5.根据权利要求4所述的电路，其中所述可变电流供应器包括：

电流源，用于产生参考电流；以及

电流倍增器，用于响应于控制信号来倍增所述参考电流，以提供所述可变电流。

6.根据权利要求1所述的电路，还包括：

第一过压保护器，其耦接在所述第二电平移位器与所述电流镜之间，并且被配置为为所述电流镜提供过压保护。

7.根据权利要求5或6所述的电路，其中，所述电流镜包括第一MOS晶体管和第二MOS晶体管，所述第一MOS晶体管具有第一栅极、第一漏极以及第一源极，所述第二MOS晶体管具有第二栅极、第二漏极以及第二源极，其中所述第一栅极耦接至所述第二栅极和所述第一漏极，所述第一源极和所述第二源极耦接至参考电压线，并且所述第一漏极耦接至所述第一电平移位器，以至少部分地提供所述第一偏置电流，并且所述第二漏极耦接至所述第二电平移位器，以提供所述第二偏置电流。

8.根据权利要求1所述的电路，还包括比较器，用于比较所述第一输出信号以及所述第二输出信号。

9.根据权利要求8所述的电路，还包括第二过压保护器，其耦接在所述第二电平移位器与所述比较器之间，并且被配置为为所述比较器提供过压保护。

10.根据权利要求1所述的电路，还包括运算放大器，用于放大所述第一输出信号与所述第二输出信号之间的电压差。

Images