CN106330171A - 基于负压检测和带隙基准的正负压动态偏置电平位移电路 - Google Patents

基于负压检测和带隙基准的正负压动态偏置电平位移电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于负压检测和带隙基准的正负压动态偏置电平位移电路，包括电源电压检测器、自适应偏置电路和电平位移电路，电源电压检测器侦测芯片负电源电压和正电源电压，将负电源电压、正电源电压与地电平分别进行比较，当正电源电压达到设定值且负电源电压达到阈值时输出负电源电压信号；自适应偏置电路根据负电源电压信号及电源电压自适应调节偏置电流；电平位移电路根据上述正电源电压、上述负电源电压信号及上述偏置电流对驱动信号进行电平位移，得到不随电源电压变化且具有固定上升下降沿延迟的开关信号，其解决了电源电压变化甚至负电压所引起的信号传输失真，从而提高在高速信号传输时电平位移过程中信号的高还原性。

Description

基于负压检测和带隙基准的正负压动态偏置电平位移电路
技术领域
本发明涉及电平位移电路领域，具体涉及一种基于负压检测和带隙基准的正负压动态偏置电平位移电路。
背景技术
传统电平位移电路无法根据电压进行自动调节，对于一个变化电源电压甚至负电压的应用，传统电平位移电路无法根据电源电压自适应调节从而导致信号传输位移过程中信号的上升/下降沿失真，在高速信号传输应用中会造成信号占空比失真、甚至信号丢帧导致逻辑错误。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种基于负压检测和带隙基准的正负压动态偏置电平位移电路，解决电源电压变化甚至负电压所引起的信号传输失真，从而提高在高速信号传输时电平位移过程中信号的高还原性。
本发明通过下述技术方案实现：
基于负压检测和带隙基准的正负压动态偏置电平位移电路，包括电源电压检测器、自适应偏置电路和电平位移电路，其中，
所述电源电压检测器侦测芯片负电源电压和正电源电压，将负电源电压、正电源电压与地电平分别进行比较，当正电源电压达到设定值且负电源电压达到阈值时输出负电源电压信号；
所述自适应偏置电路根据负电源电压信号及电源电压自适应调节偏置电流；
所述电平位移电路根据上述正电源电压、上述负电源电压信号及上述偏置电流对驱动信号进行电平位移，得到不随电源电压变化且具有固定上升下降沿延迟的开关信号。
作为优选，所述电源电压检测器包括正电源电压比较器、负电源电压比较器、触发锁存器和信号放大器，其中，
所述正电源电压比较器侦测正电源电压，当正电源电压大于设定值时输出正电源电压；
所述负电源电压比较器侦测负电源电压，负电源电压达到阈值时时输出负电源电压；
所述触发锁存器在负电源电压比较器输出负电源电压时对该信号进行锁存；
所述信号放大器放大触发锁存器的输出信号并输出。
作为优选，所述自适应偏置电路包括基准电压源、可调节偏置电流源、偏置电路，其中，
所述可调节偏置电流源根据负电源电压信号、正电源电压、基准电压源输出的基准偏置电压生成偏置电流信号；
所述偏置电路对偏置电流信号进行调节以输出偏置信号。
进一步的，所述自适应偏置电路还包括启动电路，所述启动电路在电源正常上电后启动偏置电路。
作为优选，所述电平位移电路包括高电平位移电路、低电平位移电路和驱动电路，其中，
所述高电平位移电路将正电源电压根据偏置电流信号进行位移；
所述低电平位移电路将负电源电压根据偏置电流信号进行位移；
所述驱动电路对位移后的信号进行放大。
本发明与现有技术相比，至少具有如下的优点和有益效果：
本发明通过检测正负电源电压来调节偏置电流，电平位移电路对根据该偏置电流对输入信号进行电平位移，得到全电压的驱动信号同时保证在高速信号传输时电平位移过程信号的高还原性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的原理框图。
图2是本发明的电源电压检测器的电路原理图。
图3是本发明的自适应偏置电路的原理框图。
图4是本发明的自适应偏置电路的具体电路图。
图5是本发明的电平位移电路的原理框图。
图6是本发明的电平位移电路的具体电路图。
图7本发明的应用实例图。
图8是本发明高速输入开关信号的时序图。
图9是图8的信号经本发明电平位移后的输出开关信号时序图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1所示基于负压检测和带隙基准的正负压动态偏置电平位移电路，包括电源电压检测器101、自适应偏置电路102和电平位移电路103，其中，
所述电源电压检测器101侦测芯片负电源电压VS-和正电源电压VS+，将负电源电压VS-、正电源电压VS+与地电平GND分别进行比较，当正电源电压达到设定值且负电源电压达到阈值时输出负电源电压信号；
所述自适应偏置电路102根据负电源电压信号及电源电压自适应调节偏置电流；
所述电平位移电路103根据上述正电源电压VS+、上述负电源电压信号及上述偏置电流对驱动信号进行电平位移，得到不随电源电压变化且具有固定上升下降沿延迟的开关信号。
图1中，V1表示高速驱动输入信号，V2表示电平位移后的信号。
实施例2
本发明的电平位移电路采用动态自适应偏置调节技术，由电源电压检测器检测正负电源电压并与公共地电压进行比较得到电源电压状态信号，当正电源电压达到设定正常电压值以上且负电压低于阈值时输出负电源电压信号，其中一般正电源电压正常值设定为5V，负电压低于阈值-2V即输出负电源电压状态信号。本实施例在实施例1的基础上对各电路进行了细化，具体的即，电源电压检测器包括正电源电压比较器201、负电源电压比较器202、触发锁存器204和信号放大器203，其中，正电源电压比较器201侦测正电源电压，其包括两个输入信号，即正电源电压VS+和公共地信号，当正电源电压VS+大于设定值时输出正电源电压；负电源电压比较器202侦测负电源电压，其包括两个输入信号，即负电源电压VS-和公共地信号，负电源电压达到阈值时时输出负电源电压；触发锁存器204在负电源电压比较器输出负电源电压时对该信号进行锁存；信号放大器203放大触发锁存器204的输出信号并输出。电源电压检测器的具体可实现电路结构如图2所示。
如图3所示，自适应偏置电路102包括基准电压源301、可调节偏置电流源302、偏置电路304，其中，可调节偏置电流源302根据负电源电压VS-、正电源电压VS+、基准电压源输出的基准偏置电压生成偏置电流信号；
偏置电路304对偏置电流信号进行调节以输出偏置信号。
自适应偏置电路102还包括启动电路303，所述启动电路303在电源正常上电后启动偏置电路。
如图4所示为自适应偏置电路102的具体实施电路图，当芯片负电源电压Vs-接近于系统GND的电压0V时，控制信号CTR1=0和CTR2=1，控制电路中的传输门导通，下拉管X1导通，输出偏置电流信号Vbias。当芯片负电源Vs-变得很低时，偏置电流会随着电源正电压Vs+的减小而减小。此时，电源电压检测电路发出控制信号，关闭传输门，使得下拉管X1关闭。最终使得偏置电流尽可能的增大，来保证电平移位电路正常工作。
如图5所示，电平位移电路包括高电平位移电路401、低电平位移电路402和驱动电路403，其中，高电平位移电路401将正电源电压VS+根据偏置电流信号进行位移；低电平位移电路402将负电源电压VS-根据偏置电流信号进行位移；驱动电路403对位移后的信号进行放大。还可在高电平位移电路401和低电平位移电路402输入系统开关信号。
如图6所示为电平位移电路103的具体实施电路图，当正电源电压高，负电源电压接近系统GND电压0V时，传输门X6导通，X2参与开关信号传输，增加下拉电流能力。当输入信号IN为低时，输入信号的下拉管导通，A3在电阻R3的作用下完成电平转移的功能。随后信号A2被上拉管X5拉至高电平，驱动后级电路。
当正电源电压较低，负电源电压低于-2V时，传输门关断，X2不导通，因此不会参与开关信号传输，减小下拉电流能力。同时为了进一步的降低在低输入电压低电平时下拉管的漏电问题，如图所示还引入了X4。X4的源端是接系统GND的，而不是接负电源电压Vs-，这样在低输入电压低电平时该管反向导通，有效减小了漏电流，该管在高输入电压时对电路无特殊作用。
图7是本发明所述的正负压自适应偏置电平位移电路实施例的电路图，具体实施时，电源电压检测器通过对正电源电压VS+，负电源电压VS-，公共地GND进行检测并将检测信号提供给自适应偏置电路，由偏置电路根据检测信号调节偏置电流提供给电平位移电路对高速输入开关信号IN进行电平位移，并放大后输出至驱动电路，驱动电路将该信号进行放大并驱动容性负载。
如图8和图9体现了当正电源电压Vs+逐渐增大，负电源电压Vs-逐渐减小时，固定高低电平的高速开关信号通过本发明所述的正负压自适应偏置电平位移电路进行电平位移后，仍然保持稳定的上升/下降沿延迟，同时仍然保持上升沿时间与下降沿时间基本一致的特性，对于解决电源电压变化甚至负电压所引起的高速开关信号传输失真，从而在高速信号传输时电平位移过程信号的高还原性及稳定性提供了优秀的技术方案。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于负压检测和带隙基准的正负压动态偏置电平位移电路，其特征在于：包括电源电压检测器、自适应偏置电路和电平位移电路，其中，
所述电源电压检测器侦测芯片负电源电压和正电源电压，将负电源电压、正电源电压与地电平分别进行比较，当正电源电压达到设定值且负电源电压达到阈值时输出负电源电压信号；
所述自适应偏置电路根据负电源电压信号及电源电压自适应调节偏置电流；
所述电平位移电路根据上述正电源电压、上述负电源电压信号及上述偏置电流对驱动信号进行电平位移，得到不随电源电压变化且具有固定上升下降沿延迟的开关信号。
2.根据权利要求1所述的基于负压检测和带隙基准的正负压动态偏置电平位移电路，其特征在于：所述电源电压检测器包括正电源电压比较器、负电源电压比较器、触发锁存器和信号放大器，其中，
所述正电源电压比较器侦测正电源电压，当正电源电压大于设定值时输出正电源电压；
所述负电源电压比较器侦测负电源电压，负电源电压达到阈值时时输出负电源电压；
所述触发锁存器在负电源电压比较器输出负电源电压时对该信号进行锁存；
所述信号放大器放大触发锁存器的输出信号并输出。
3.根据权利要求1所述的基于负压检测和带隙基准的正负压动态偏置电平位移电路，其特征在于：所述自适应偏置电路包括基准电压源、可调节偏置电流源、偏置电路，其中，
所述可调节偏置电流源根据负电源电压信号、正电源电压、基准电压源输出的基准偏置电压生成偏置电流信号；
所述偏置电路对偏置电流信号进行调节以输出偏置信号。
4.根据权利要求3所述的基于负压检测和带隙基准的正负压动态偏置电平位移电路，其特征在于：所述自适应偏置电路还包括启动电路，所述启动电路在电源正常上电后启动偏置电路。
5.根据权利要求1所述的基于负压检测和带隙基准的正负压动态偏置电平位移电路，其特征在于：所述电平位移电路包括高电平位移电路、低电平位移电路和驱动电路，其中，
所述高电平位移电路将正电源电压根据偏置电流信号进行位移；
所述低电平位移电路将负电源电压根据偏置电流信号进行位移；
所述驱动电路对位移后的信号进行放大。
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