CN103825597A - 一种电平移位电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及集成电路技术领域,具体涉及一种适用于浮动电源轨中的电平移位电路。本发明的电平移位电路,包括快速响应电路和低功耗电平维持电路,通过快速响应电路的快速响应输入的低压控制信号,产生一窄脉冲来驱动输出信号电平的建立;然后通过低功耗电平维持电路在窄脉冲结束后维持输出信号的电平。本发明的有益效果为,适用于新一代功率器件的驱动电路中,具有响应速度快和低功耗的特点,可以充分发挥新一代功率器件高工作频率和低功耗的优势。本发明尤其适用于电平移位电路。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域,具体涉及一种适用于浮动电源轨中的电平移位电路。
背景技术
电平移位电路用于将低压控制信号转换为高压控制信号,实现低压逻辑对高压功率输出级的控制,属于高压器件的控制技术领域,在开关电源、电机驱动、PDP显示等方面得到了广泛的应用。
随着新一代的功率器件(如:GaN FET,SiC FET,IGBT等)应用的不断发展,功率器件的开关频率有了很大的提高,功率器件能量损耗也不断减小。电平移位电路作为连接控制电路与输出驱动级的关键电路,发展的趋势也必将是:快速响应和低功耗。常规的电平移位电路中,输出级上拉PMOS管与下拉NMOS管之间同时导通会导致电平移位电路存在功耗、切换时间与传输延迟的问题。快速响应意味着功耗增大,现有的电平移位技术不能同时满足快速响应与低功耗,无法体现和发挥出新型功率器件高频和低能耗特性。
发明内容
本发明所要解决的,就是针对上述传统电平移位电路存在的问题,提出了一种具有快速响应能力和低功耗特点的电平移位电路。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是:一种电平移位电路,包括快速响应电路和低功耗电平维持电路,其特征在于,所述快速响应电路包括PMOS管M12、M13、M14、M15、M17、M18,NMOS管M00、M01、M03、M04、M05、M07、M10、M11、M16、M19,CMOS反相器INV1、INV2、INV3、INV4、INV5、INV6,二极管D1、D2、D3、D4和电容C1、C2;
所述低功耗电平维持电路包括PMOS管M26、M27、M33、M34、M35、M36、M37、M38、M39、M42、M43、M44,NMOS管M20、M21、M22、M23、M30、M31、M38、M40、M41、M45、M46,二极管D5、D6、D7、D8和电阻R1、R2、R3;其中,
如图1所示,一个外部信号输入端连接INV1的输入端和M01的栅极,另一个外部输入信号端连接INV4的输入端和MO5的栅极,INV1的输出端连接INV2的输入端和M21的栅极,INV4的输出端连接INV5的输入端和M20的栅极;
INV2的输出端连接C1的负极和INV3的输入端,INV3的输出端连接M00的栅极,M00的漏极和M01的源极连接,M01的漏极与D1的正极和M03的源极连接,M03的栅极、D1的负极、INV1的正极、INV2的正极、INV3的正极、C1的正极均接电源电压,INV1的负极、INV2的负极、INV3的负极和M00的源极均接地;
INV5的输出端连接C2的负极和INV6的输入端,INV6的输出端连接M04的栅极,M04的漏极和M05的源极连接,M05的漏极与D3的正极和M07的源极连接,M07的栅极、D3的负极、INV4的正极、INV5的正极、INV6的正极、C2的正极均接电源电压,INV4的负极、INV5的负极、INV6的负极和M04的源极均接地;
M03的漏极与D2的负极、M13的漏极和栅极、M12的栅极、M15的栅极连接,M07的漏极与D4的负极、M17的漏极和栅极、M18的栅极、M14的栅极连接;
M12的漏极与M10的漏极连接作为一个输出端LC,M18的漏极和M19的漏极连接作为另一个输出端LD;
M10的栅极与M11的栅极和漏极、M14的漏极连接,M19的栅极与M16的栅极和漏极、M15的漏极连接;
M12的源极、M13的源极、M14的源极、M15的源极、M17的源极、M18的源极均接浮动电源电压HBA,M10的源极、M11的源极、M16的源极、M19的源极、D2的正极和D4的正极均接浮动电源地电位HS;
如图3所示,M20的漏极与D6的正极和M22的源极连接,M21的漏极与D5的正极和M23的源极连接,D5的负极、D6的负极、M22的栅极和M23的栅极均接电源电压,M20的源极和M21的源极均接地;
M22的漏极连接M26的漏极,M23的漏极连接M27的漏极,M26的源极与D7的负极、R2的一端和M35的栅极连接,M27的源极与D8的负极、R1的一端和M34的栅极连接;
M34的漏极与R2的另一端和M32的栅极连接,M35的漏极与R1的另一端、M36的漏极和M33的栅极连接;
M32的漏极与M30的漏极、M41的栅极、M42的栅极连接,M36的栅极与M37的栅极和漏极、R0的一端、M39的栅极和漏极、M43的栅极连接,M39的漏极与M42的源极连接,M42的漏极与M41的漏极连接后与另一个输出端LD连接;
M43的漏极与M44的源极连接,M44的栅极与M45的栅极、M33的漏极和M31的漏极连接,M44的漏极与M45的漏极连接后与一个输出端LC连接;
M45的源极与M46的漏极连接,M46的栅极、M40的栅极、M38的栅极和漏极、R0的另一端、M31的漏极、M30的栅极连接;
M32的源极、M33的源极、M34的源极、M35的源极、M36的源极、M37的源极、M39的源极、M43的源极均接浮动电源电压HBA,D7的正极、D8的正极、M26的栅极、M27的栅极、M30的源极、M31的源极、M38的源极、M40的源极、M46的源极均接浮动电源地电位HS。
本发明的有益效果为,适用于新一代功率器件的驱动电路中,具有响应速度快和低功耗的特点,可以充分发挥新一代功率器件高工作频率和低功耗的优势;对新一代功率器件(如:GaN FET,SiC FET,IGBT等)的应用起到了推动作用。
附图说明
图1为本发明的快速响应电路的电路示意图;
图2为快速响应电路的时序图;
图3为本发明的低功耗电平维持电路的电路示意图;
图4为低功耗电平维持电路的时序图;
其中,V(LC0)-V(HS)表示浮动电源轨上的快速响应脉冲信号,V(LC)-V(HS)表示浮动电源轨上的输出信号,V(LD-V(HS)表示浮动电源轨上的输出信号。
具体实施方式
下面结合附图,详细描述本发明的技术方案:
如图1和图3所示,所述快速响应电路包括PMOS管M12、M13、M14、M15、M17、M18,NMOS管M00、M01、M03、M04、M05、M07、M10、M11、M16、M19,CMOS反相器INV1、INV2、INV3、INV4、INV5、INV6,二极管D1、D2、D3、D4和电容C1、C2;
所述低功耗电平维持电路包括PMOS管M26、M27、M33、M34、M35、M36、M37、M38、M39、M42、M43、M44,NMOS管M20、M21、M22、M23、M30、M31、M38、M40、M41、M45、M46,二极管D5、D6、D7、D8和电阻R1、R2、R3;其中,
一个外部信号输入端连接INV1的输入端和M01的栅极,另一个外部输入信号端连接INV4的输入端和MO5的栅极,INV1的输出端连接INV2的输入端和M21的栅极,INV4的输出端连接INV5的输入端和M20的栅极;
INV2的输出端连接C1的负极和INV3的输入端,INV3的输出端连接M00的栅极,M00的漏极和M01的源极连接,M01的漏极与D1的正极和M03的源极连接,M03的栅极、D1的负极、INV1的正极、INV2的正极、INV3的正极、C1的正极均接电源电压,INV1的负极、INV2的负极、INV3的负极和M00的源极均接地;
INV5的输出端连接C2的负极和INV6的输入端,INV6的输出端连接M04的栅极,M04的漏极和M05的源极连接,M05的漏极与D3的正极和M07的源极连接,M07的栅极、D3的负极、INV4的正极、INV5的正极、INV6的正极、C2的正极均接电源电压,INV4的负极、INV5的负极、INV6的负极和M04的源极均接地;
M03的漏极与D2的负极、M13的漏极和栅极、M12的栅极、M15的栅极连接,M07的漏极与D4的负极、M17的漏极和栅极、M18的栅极、M14的栅极连接;
M12的漏极与M10的漏极连接作为一个输出端LC,M18的漏极和M19的漏极连接作为另一个输出端LD;
M10的栅极与M11的栅极和漏极、M14的漏极连接,M19的栅极与M16的栅极和漏极、M15的漏极连接;
M12的源极、M13的源极、M14的源极、M15的源极、M17的源极、M18的源极均接浮动电源电压HBA,M10的源极、M11的源极、M16的源极、M19的源极、D2的正极和D4的正极均接浮动电源地电位HS;
M20的漏极与D6的正极和M22的源极连接,M21的漏极与D5的正极和M23的源极连接,D5的负极、D6的负极、M22的栅极和M23的栅极均接电源电压,M20的源极和M21的源极均接地;
M22的漏极连接M26的漏极,M23的漏极连接M27的漏极,M26的源极与D7的负极、R2的一端和M35的栅极连接,M27的源极与D8的负极、R1的一端和M34的栅极连接;
M34的漏极与R2的另一端和M32的栅极连接,M35的漏极与R1的另一端、M36的漏极和M33的栅极连接;
M32的漏极与M30的漏极、M41的栅极、M42的栅极连接,M36的栅极与M37的栅极和漏极、R0的一端、M39的栅极和漏极、M43的栅极连接,M39的漏极与M42的源极连接,M42的漏极与M41的漏极连接后与另一个输出端LD连接;
M43的漏极与M44的源极连接,M44的栅极与M45的栅极、M33的漏极和M31的漏极连接,M44的漏极与M45的漏极连接后于一个输出端LC连接;
M45的源极与M46的漏极连接,M46的栅极、M40的栅极、M38的栅极和漏极、R0的另一端、M31的漏极、M30的栅极连接;
M32的源极、M33的源极、M34的源极、M35的源极、M36的源极、M37的源极、M39的源极、M43的源极均接浮动电源电压HBA,D7的正极、D8的正极、M26的栅极、M27的栅极、M30的源极、M31的源极、M38的源极、M40的源极、M46的源极均接浮动电源地电位HS。
如图1所示,LA与LB为一对逻辑相反的低电源轨控制信号,其中LA作一个外部输入信号,LB作另一个外部输入信号,下面分析图1中虚线框内的电路,以说明电路工作原理:LA为逻辑低时,M01为关断状态,M00为开启状态。当LA从逻辑低跳变为逻辑高时,M01瞬间打开,LA的逻辑高状态经过三个反相器的传输延时Δt后到达M00的栅端为逻辑低,控制M00关断,而在Δt时间内M00保持为开启状态。由于在Δt时间内,M01已开启,M03的栅极接VDD,M03为常开管,M13为二极管连接,所以在Δt时间内信号LC0被拉低至接近于HS电位。由于LC0接M12的栅极,所以在Δt时间内,会有较大的电流流过M12,将M12的漏极即LC快速拉高。当Δt时间过后,M00关断,信号LC0被拉高,M13关断,LC处于浮空状态,此时整个电路的功耗为零。电路中二极管的作用:防止连接上下电源轨的支路在电源轨切换时超出一定的电压范围,使得器件击穿。图2所示为该电路的时序图。
如图3所示,为低功耗电平维持电路,下面分析图3中虚线框内的电路,以说明电路工作原理:信号LA1与LB1来自快速响应电路,为一对逻辑相反的信号,当信号LA从逻辑低变为逻辑高时,LA1从逻辑高变为逻辑低,关断M21,即M21所在支路被切断,又M34、M35、R1和R2正反馈连接,使M36的漏端电位迅速拉高,关断M33,M31的漏端被拉低,打开输出级反相器中的M44,维持输出信号LC高电平状态。电路的功耗来自M37、M38和R0构成的偏置电路。由于该电路最终仅仅是通过反相器维持快速响应电路的输出,要求速度较慢,因此只需要很小的驱动电流,所以该电路具有低功耗特点。电路中二极管的作用:防止连接上下电源轨的支路在电源轨切换时超出一定的电压范围,使得器件击穿。图4所示为该电路的时序图。
综上所述,当输入信号LA从逻辑低变高时,快速响应电路产生的窄脉冲信号LC0将输出LC快速拉高,将LD快速拉低;在脉冲宽度时间内,低功耗电路建立起输出信号LC的高电位和LD的低电位;在脉冲宽度结束后,快速响应电路关断,进入零功耗状态,仅有低功耗电平维持电路维持输出信号的电位。通过这种方法可以容易地实现高速、低功耗电平移位功能。
Claims (1)
1.一种电平移位电路,包括快速响应电路和低功耗电平维持电路,其特征在于,所述快速响应电路包括PMOS管M12、M13、M14、M15、M17、M18,NMOS管M00、M01、M03、M04、M05、M07、M10、M11、M16、M19,CMOS反相器INV1、INV2、INV3、INV4、INV5、INV6,二极管D1、D2、D3、D4和电容C1、C2;
所述低功耗电平维持电路包括PMOS管M26、M27、M33、M34、M35、M36、M37、M38、M39、M42、M43、M44,NMOS管M20、M21、M22、M23、M30、M31、M38、M40、M41、M45、M46,二极管D5、D6、D7、D8和电阻R1、R2、R3;其中,
一个外部信号输入端连接INV1的输入端和M01的栅极,另一个外部输入信号端连接INV4的输入端和MO5的栅极,INV1的输出端连接INV2的输入端和M21的栅极,INV4的输出端连接INV5的输入端和M20的栅极;
INV2的输出端连接C1的负极和INV3的输入端,INV3的输出端连接M00的栅极,M00的漏极和M01的源极连接,M01的漏极与D1的正极和M03的源极连接,M03的栅极、D1的负极、INV1的正极、INV2的正极、INV3的正极、C1的正极均接电源电压,INV1的负极、INV2的负极、INV3的负极和M00的源极均接地;
INV5的输出端连接C2的负极和INV6的输入端,INV6的输出端连接M04的栅极,M04的漏极和M05的源极连接,M05的漏极与D3的正极和M07的源极连接,M07的栅极、D3的负极、INV4的正极、INV5的正极、INV6的正极、C2的正极均接电源电压,INV4的负极、INV5的负极、INV6的负极和M04的源极均接地;
M03的漏极与D2的负极、M13的漏极和栅极、M12的栅极、M15的栅极连接,M07的漏极与D4的负极、M17的漏极和栅极、M18的栅极、M14的栅极连接;
M12的漏极与M10的漏极连接作为一个输出端LC,M18的漏极和M19的漏极连接作为另一个输出端LD;
M10的栅极与M11的栅极和漏极、M14的漏极连接,M19的栅极与M16的栅极和漏极、M15的漏极连接;
M12的源极、M13的源极、M14的源极、M15的源极、M17的源极、M18的源极均接浮动电源电压HBA,M10的源极、M11的源极、M16的源极、M19的源极、D2的正极和D4的正极均接浮动电源地电位HS;
M20的漏极与D6的正极和M22的源极连接,M21的漏极与D5的正极和M23的源极连接,D5的负极、D6的负极、M22的栅极和M23的栅极均接电源电压,M20的源极和M21的源极均接地;
M22的漏极连接M26的漏极,M23的漏极连接M27的漏极,M26的源极与D7的负极、R2的一端和M35的栅极连接,M27的源极与D8的负极、R1的一端和M34的栅极连接;
M34的漏极与R2的另一端和M32的栅极连接,M35的漏极与R1的另一端、M36的漏极和M33的栅极连接;
M32的漏极与M30的漏极、M41的栅极、M42的栅极连接,M36的栅极与M37的栅极和漏极、R0的一端、M39的栅极和漏极、M43的栅极连接,M39的漏极与M42的源极连接,M42的漏极与M41的漏极连接后与另一个输出端LD连接;
M43的漏极与M44的源极连接,M44的栅极与M45的栅极、M33的漏极和M31的漏极连接,M44的漏极与M45的漏极连接后与一个输出端LC连接;
M45的源极与M46的漏极连接,M46的栅极、M40的栅极、M38的栅极和漏极、R0的另一端、M31的漏极、M30的栅极连接;
M32的源极、M33的源极、M34的源极、M35的源极、M36的源极、M37的源极、M39的源极、M43的源极均接浮动电源电压HBA,D7的正极、D8的正极、M26的栅极、M27的栅极、M30的源极、M31的源极、M38的源极、M40的源极、M46的源极均接浮动电源地电位HS。
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