CN109274268A - 一种应用于芯片内部的高压转低压电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于芯片内部的高压转低压电路，随着VIN电压的继续上升，MOS管M3开启，MOS管M3漏极端产生电压并跟随电源电压的上升而上升，当电阻R3和R4之间的节点电压达到阈值电压时，MOS管M4开启，MOS管M1，M2构成的电流镜开始工作，MOS管M2的产生的镜像电流作用在电阻R2上，为MOS管M3提供栅极电压，MOS管M3的漏极产生稳定的输出电压，连接在MOS管M2的漏极和MOS管M3的漏极之间的电阻R1和电容C1对整个电路进行补偿。本发明不需要基准电压产生电路和额外的电流偏置电路，通过简单的电路设计，产生稳定的可供芯片内部其他模块工作的低电压，不需要浪费过多的芯片面积，同时本发明的电路自身的功耗很低，可以提高整个芯片工作时的稳定性。

Description

一种应用于芯片内部的高压转低压电路

技术领域

本发明涉及电路技术领域，尤其是一种高压转低压电路。

背景技术

目前随着集成电路的发展，芯片的集成度不断提高，越来越高的工作电压也对芯片的高压工作提出了越来越高的要求。但因为芯片内部高压器件所占的面积很大，所以就需要尽量将可能多的模块设计成工作在低电压的情况下。基于此，需要将输入至芯片的高电压转化为低电压以供内部低压模块所需。

传统的高压转低压的设计方案主要如下：1.通过现有的高压电路采用LDO电路驱动带隙基准电路和外接偏置电流产生电路来产生对应的固定的低电压。这种设计方案可产生恒定的低电压，但环路过于复杂，同时也浪费面积。2.采用一些耐高压的特殊器件，如JFET器件，可以利用器件的相关特性把高压转换成低压。这种方案电路设计简单，但相关器件的尺寸过大不利于芯片面积的优化，并且器件的成本较高。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种应用于芯片内部的简单高压转低压电路，不需要额外的基准电路和特殊的器件，来解决相关的高压转低压的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种应用于芯片内部的高压转低压电路，包括高压P沟道增强型MOS管M1-M3，高压N沟道增强型MOS管M4，P沟道增强型MOS管M5-M8，N沟道增强型MOS管M9-M13，电阻R1-R4，电容C1，VIN输入端口和VOUT输出端口，其中所述VIN输入端口输入高压电源端电压，所述VOUT输出端口输出经过本电路降压后的低压。

所述高压P沟道增强型MOS管M1源极连接VIN高压输入端口，高压P沟道增强型MOS管M1漏极连接高压P沟道增强型MOS管M1、M2的栅极和高压N沟道增强型MOS管M4的漏极，高压P沟道增强型MOS管M1栅极连接高压P沟道增强型MOS管M2的栅极；

所述高压P沟道增强型MOS管M2源极端连接VIN高压输入端口，高压P沟道增强型MOS管M2漏极连接高压P沟道增强型MOS管M3的栅极、P沟道增强型MOS管M8的栅漏极、电阻R1的一端和电阻R2的一端，高压P沟道增强型MOS管M2栅极连接高压P沟道增强型MOS管M1的栅极漏极和高压N沟道增强型MOS管M4的漏极，高压P沟道增强型MOS管M1和M2构成电流镜电路，为电阻R2支路提供镜像电流，为高压P沟道增强型MOS管M3栅极端提供电压。

所述高压P沟道增强型MOS管M3源极连接VIN高压输入端口，高压P沟道增强型MOS管M3漏极连接电容C1的一端、电阻R3的一端、N沟道增强型MOS管M13的漏极、N沟道增强型MOS管M9的栅漏极和整个电路的VOUT输出端口，高压P沟道增强型MOS管M3栅极连接高压P沟道增强型MOS管M2的漏极、P沟道增强型MOS管M8的栅漏极、电阻R1的一端和电阻R2的一端，

所述高压N沟道增强型MOS管M4源极接地，高压N沟道增强型MOS管M4漏极连接高压P沟道增强型MOS管M1的栅极漏极和高压P沟道增强型MOS管M2的栅极，高压N沟道增强型MOS管M4栅极连接电阻R3的另一端和电阻R4的一端。

所述P沟道增强型MOS管M5源极连接VIN高压输入端口，P沟道增强型MOS管M5栅极漏极连接P沟道增强型MOS管M6的源极；

所述P沟道增强型MOS管M6源极连接P沟道增强型MOS管M5的栅极漏极，P沟道增强型MOS管M6栅极漏极连接P沟道增强型MOS管M7的源极；

所述P沟道增强型MOS管M7源极连接P沟道增强型MOS管M6的栅极漏极，P沟道增强型MOS管M7栅极漏极连接P沟道增强型MOS管M8的源极；

所述P沟道增强型MOS管M8源极连接P沟道增强型MOS管M7的栅极漏极，P沟道增强型MOS管M8栅极漏极连接高压P沟道增强型MOS管M2的漏极、高压P沟道增强型MOS管M3的栅极、电阻R1的一端和电阻R2的一端。

所述P沟道增强型MOS管M5-M8构成钳位网络，为高压P沟道增强型MOS管M3的栅极产生钳位电压，保护高压P沟道增强型MOS管M3在源极直接连接VIN输入端的情况下不被损坏。

所述电阻R1一端连接高压P沟道增强型MOS管M2的漏极、高压P沟道增强型MOS管M3的栅极和电阻R2的一端，电阻R2的另一端接地；电阻R1的另一端连接电容C1的一端，电容C1的另一端连接高压P沟道增强型M3的漏极、电阻R3的一端、N沟道增强型MOS管M13的漏极、N沟道增强型MOS管M9的栅极漏极和VOUT输出端口；电阻R3的另一端连接高压N沟道增强型MOS管M4的栅极和电阻R4的一端；电阻R4的另一端接地。

所述高压P沟道增强型MOS管M3、电阻R3、R4和高压N沟道增强型MOS管M4构成反馈回路，使电流的反馈信号回到输入端；电阻R1和电容C1对整个环路进行补偿；电阻R3和R4作为分压电阻，根据高压N沟道增强型MOS管M4的阈值电压进行设定电阻R4的大小，根据具体需要的输出电压进行R3，R4比例的调整，确定输出电压的大小。

所述N沟道增强型MOS管M9的栅极漏极连接高压P沟道增强型MOS管M3的漏极、电容C1的另一端、电阻R3的一端、N沟道增强型MOS管M13的漏极和VOUT输出端口，N沟道增强型MOS管M9源极连接N沟道增强型MOS管M10的栅极漏极；

所述N沟道增强型MOS管M10栅极漏极连接N沟道增强型MOS管M9的源极，N沟道增强型MOS管M10源极连接N沟道增强型MOS管M11的栅极漏极；

所述N沟道增强型MOS管M11栅极漏极连接N沟道增强型MOS管M10的源极，N沟道增强型MOS管M11源极连接N沟道增强型MOS管M12的栅极漏极和N沟道增强型MOS管M13的栅极；

所述N沟道增强型MOS管M12的栅极漏极连接N沟道增强型MOS管M11的源极和N沟道增强型MOS管M13的栅极，N沟道增强型MOS管M12源极接地；

所述N沟道增强型MOS管M13漏极连接高压P沟道增强型MOS管M3的漏极、电容C1的另一端、电阻R3的一端、N沟道增强型MOS管M9的栅极漏极和VOUT输出端口，N沟道增强型MOS管M13栅极连接N沟道增强型MOS管M12的栅极漏极和N沟道增强型MOS管M11的源极，N沟道增强型MOS管M13源极接地。

所述N沟道增强型MOS管M13和N沟道增强型MOS管M9-M12构成电流镜电路，保护输出VOUT端的钳位网络，当VOUT端的输出电流超过整个电路的额定输出电流，钳位网络将VOUT端过多的电流下拉到地，防止VOUT输出端受到过量电流的损害。

整个环路的工作流程为：当VIN输入端电压开始上升时，高压P沟道增强型MOS管M3栅极电压为低电位，随着VIN电压的继续上升，高压P沟道增强型MOS管M3开启，高压P沟道增强型MOS管M3漏极端产生电压并跟随电源电压的上升而上升；当电阻R3和R4之间的节点电压达到高压N沟道增强型MOS管M4的阈值电压时，高压N沟道增强型MOS管M4开启，高压P沟道增强型MOS管M1，M2构成的电流镜开始工作；高压P沟道增强型MOS管M2的产生的镜像电流作用在电阻R2上，为高压P沟道增强型MOS管M3提供栅极电压，由于钳位环路的调整作用，高压P沟道增强型MOS管M3的漏极产生稳定的输出电压。其中连接在高压P沟道增强型MOS管M2的漏极和高压P沟道增强型MOS管M3的漏极之间的电阻R1和电容C1对整个电路进行补偿。进而在电路的VOUT输出端可产生稳定的电压，电压大小计算公式为：

U＝I×(R3+R4)

式中，U为VOUT输出端电压，I为高压P沟道增强型MOS管M3产生的稳定电流，R3、R4为电阻R3、R4对应的阻值大小。

本发明的有益效果在于：在高压电源芯片的设计中，不需要基准电压产生电路和额外的电流偏置电路，通过简单的电路设计，产生稳定的可供芯片内部其他模块工作的低电压，不需要浪费过多的芯片面积，同时本发明的电路自身的功耗很低，可以提高整个芯片工作时的稳定性。

附图说明

图1为本发明的一种应用于芯片内部的高压转低压电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明提供的一种应用于芯片内部的简单高压转低压电路技术方案如下：

如图1所示，一种应用于芯片内部的简单高压转低压电路，包括高压高压P沟道增强型MOS管M1-M3，高压高压N沟道增强型MOS管M4，P沟道增强型MOS管M5-M8，N沟道增强型MOS管M9-M13，电阻R1-R4，电容C1，VIN输入端口和VOUT输出端口。其中所述VIN输入端口主要输入高压电源端电压，所述VOUT输出端口主要输出经过本电路降压后的低压。

所述高压P沟道增强型MOS管M1，源极连接所述VIN高压输入端口，漏极连接高压P沟道增强型MOS管M1、M2的栅极和高压N沟道增强型MOS管M4的漏极，栅极连接高压P沟道增强型MOS管M2的栅极；所述高压P沟道增强型MOS管M2，源极端连接所述VIN高压输入端口，漏极连接高压P沟道增强型MOS管M3的栅极、P沟道增强型MOS管M8的栅漏极、电阻R1的一端和电阻R2的一端，栅极连接高压P沟道增强型MOS管M1的栅极漏极和高压N沟道增强型MOS管M4的漏极。高压P沟道增强型MOS管M1和M2构成电流镜电路，主要为电阻R2支路提供镜像电流，为高压P沟道增强型MOS管M3栅极端提供电压。

所述高压P沟道增强型MOS管M3，源极连接所述VIN高压输入端口，漏极连接电容C1的一端、电阻R3的一端、N沟道增强型MOS管M13的漏极、N沟道增强型MOS管M9的栅漏极和整个电路的VOUT输出端口，栅极连接所述高压P沟道增强型MOS管M2的漏极、P沟道增强型MOS管M8的栅漏极、电阻R1的一端和电阻R2的一端。所述高压N沟道增强型MOS管M4，源极接地，漏极连接高压P沟道增强型MOS管M1的栅极漏极和高压P沟道增强型MOS管M2的栅极，栅极连接电阻R3的另一端和电阻R4的一端。

所述P沟道增强型MOS管M5，源极连接所述VIN高压输入端口，栅极漏极连接所述P沟道增强型MOS管M6的源极；所述P沟道增强型MOS管M6，源极连接所述P沟道增强型MOS管M5的栅极漏极，栅极漏极连接所述P沟道增强型MOS管M7的源极；所述P沟道增强型MOS管M7，源极连接所述P沟道增强型MOS管M6的栅极漏极，栅极漏极连接所述P沟道增强型MOS管M8的源极；所述P沟道增强型MOS管M8，源极连接所述P沟道增强型MOS管M7的栅极漏极，栅极漏极连接所述高压P沟道增强型MOS管M2的漏极、所述高压P沟道增强型MOS管M3的栅极、电阻R1的一端和电阻R2的一端。所述P沟道增强型MOS管M5-M8构成钳位网络主要为所述高压P沟道增强型MOS管M3的栅极产生钳位电压，保护所述高压P沟道增强型MOS管M3在源极直接连接VIN输入端的情况下不被损坏。

所述电阻R1一端连接所述高压P沟道增强型MOS管M2的漏极、高压P沟道增强型MOS管M3的栅极和电阻R2的一端，电阻R2的另一端接地；电阻R1的另一端连接电容C1的一端，电容C1的另一端连接所述高压P沟道增强型M3的漏极、电阻R3的一端、所述N沟道增强型MOS管M13的漏极、所述N沟道增强型MOS管M9的栅极漏极和VOUT输出端口；电阻R3的另一端连接所述高压N沟道增强型MOS管M4的栅极和电阻R4的一端；电阻R4的另一端接地。

所述高压P沟道增强型MOS管M3、电阻R3、R4和高压N沟道增强型MOS管M4构成反馈回路，这样就使电流的反馈信号回到输入端；所述电阻R1和电容C1主要对整个环路进行补偿；所述电阻R3和R4作为分压电阻，根据高压N沟道增强型MOS管M4的阈值电压进行设定电阻R4的大小，根据具体需要的输出电压进行R3，R4比例的调整，来确定输出电压的大小。

所述N沟道增强型MOS管M9的栅极漏极连接所述高压P沟道增强型MOS管M3的漏极、所述电容C1的另一端、电阻R3的一端、所述N沟道增强型MOS管M13的漏极和VOUT输出端口，源极连接所述N沟道增强型MOS管M10的栅极漏极；所述N沟道增强型MOS管M10栅极漏极连接所述N沟道增强型MOS管M9的源极，源极连接所述N沟道增强型MOS管M11的栅极漏极；所述N沟道增强型MOS管M11栅极漏极连接所述N沟道增强型MOS管M10的源极，源极连接所述N沟道增强型MOS管M12的栅极漏极和所述N沟道增强型MOS管M13的栅极；所述N沟道增强型MOS管M12的栅极漏极连接所述N沟道增强型MOS管M11的源极和所述N沟道增强型MOS管M13的栅极，源极接地；所述N沟道增强型MOS管M13漏极连接所述高压P沟道增强型MOS管M3的漏极、电容C1的另一端、电阻R3的一端、所述N沟道增强型MOS管M9的栅极漏极和VOUT输出端口，栅极连接所述N沟道增强型MOS管M12的栅极漏极和所述N沟道增强型MOS管M11的源极，漏极接地。所述N沟道增强型MOS管M13和所述N沟道增强型MOS管M9-M12构成电流镜电路，一起保护输出VOUT端的钳位网络，当VOUT端的输出电流超过整个电路的额定输出电流，钳位网络实现把VOUT端过多的电流下拉到地，防止VOUT输出端受到过量电流的损害。

整个环路的工作原理为：当VIN输入端电压开始上升时，所述高压P沟道增强型MOS管M3栅极电压为低电位，随着VIN电压的继续上升，M3管开启，漏极端产生电压并跟随电源电压的上升而上升；当电阻R3和R4之间的节点电压达到所述高压N沟道增强型MOS管M4的阈值电压时，M4管开启，所述高压P沟道增强型MOS管M1，M2构成的电流镜开始工作；高压P沟道增强型MOS管M2的产生的镜像电流作用在所述电阻R2上，为所述高压P沟道增强型MOS管M3提供栅极电压，由于钳位环路的调整作用，所述高压P沟道增强型MOS管M3的漏极产生稳定的输出电压。其中连接在高压P沟道增强型MOS管M2的漏极和M3的漏极之间的电阻R1和电容C1主要对整个电路进行补偿。进而在电路的VOUT输出端可产生稳定的电压，电压大小计算公式为：

U＝I×(R3+R4)

式中，U为VOUT输出端电压，I为所述高压P沟道增强型MOS管MP3产生的稳定电流，R3、R4为电阻R3、R4对应的阻值大小。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的范围，上述实施例可做出各种变化。本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (1)

1.一种应用于芯片内部的高压转低压电路，其特征在于：

所述的应用于芯片内部的高压转低压电路，包括高压P沟道增强型MOS管M1-M3，高压N沟道增强型MOS管M4，P沟道增强型MOS管M5-M8，N沟道增强型MOS管M9-M13，电阻R1-R4，电容C1，VIN输入端口和VOUT输出端口，其中所述VIN输入端口输入高压电源端电压，所述VOUT输出端口输出经过本电路降压后的低压；

所述高压P沟道增强型MOS管M1源极连接VIN高压输入端口，高压P沟道增强型MOS管M1漏极连接高压P沟道增强型MOS管M1、M2的栅极和高压N沟道增强型MOS管M4的漏极，高压P沟道增强型MOS管M1栅极连接高压P沟道增强型MOS管M2的栅极；

所述高压P沟道增强型MOS管M2源极端连接VIN高压输入端口，高压P沟道增强型MOS管M2漏极连接高压P沟道增强型MOS管M3的栅极、P沟道增强型MOS管M8的栅漏极、电阻R1的一端和电阻R2的一端，高压P沟道增强型MOS管M2栅极连接高压P沟道增强型MOS管M1的栅极漏极和高压N沟道增强型MOS管M4的漏极，高压P沟道增强型MOS管M1和M2构成电流镜电路，为电阻R2支路提供镜像电流，为高压P沟道增强型MOS管M3栅极端提供电压；

所述高压P沟道增强型MOS管M3源极连接VIN高压输入端口，高压P沟道增强型MOS管M3漏极连接电容C1的一端、电阻R3的一端、N沟道增强型MOS管M13的漏极、N沟道增强型MOS管M9的栅漏极和整个电路的VOUT输出端口，高压P沟道增强型MOS管M3栅极连接高压P沟道增强型MOS管M2的漏极、P沟道增强型MOS管M8的栅漏极、电阻R1的一端和电阻R2的一端；

所述高压N沟道增强型MOS管M4源极接地，高压N沟道增强型MOS管M4漏极连接高压P沟道增强型MOS管M1的栅极漏极和高压P沟道增强型MOS管M2的栅极，高压N沟道增强型MOS管M4栅极连接电阻R3的另一端和电阻R4的一端；

所述P沟道增强型MOS管M5源极连接VIN高压输入端口，P沟道增强型MOS管M5栅极漏极连接P沟道增强型MOS管M6的源极；

所述P沟道增强型MOS管M6源极连接P沟道增强型MOS管M5的栅极漏极，P沟道增强型MOS管M6栅极漏极连接P沟道增强型MOS管M7的源极；

所述P沟道增强型MOS管M7源极连接P沟道增强型MOS管M6的栅极漏极，P沟道增强型MOS管M7栅极漏极连接P沟道增强型MOS管M8的源极；

所述P沟道增强型MOS管M8源极连接P沟道增强型MOS管M7的栅极漏极，P沟道增强型MOS管M8栅极漏极连接高压P沟道增强型MOS管M2的漏极、高压P沟道增强型MOS管M3的栅极、电阻R1的一端和电阻R2的一端；

所述P沟道增强型MOS管M5-M8构成钳位网络，为高压P沟道增强型MOS管M3的栅极产生钳位电压，保护高压P沟道增强型MOS管M3在源极直接连接VIN输入端的情况下不被损坏；

所述电阻R1一端连接高压P沟道增强型MOS管M2的漏极、高压P沟道增强型MOS管M3的栅极和电阻R2的一端，电阻R2的另一端接地；电阻R1的另一端连接电容C1的一端，电容C1的另一端连接高压P沟道增强型M3的漏极、电阻R3的一端、N沟道增强型MOS管M13的漏极、N沟道增强型MOS管M9的栅极漏极和VOUT输出端口；电阻R3的另一端连接高压N沟道增强型MOS管M4的栅极和电阻R4的一端；电阻R4的另一端接地；

所述高压P沟道增强型MOS管M3、电阻R3、R4和高压N沟道增强型MOS管M4构成反馈回路，使电流的反馈信号回到输入端；电阻R1和电容C1对整个环路进行补偿；电阻R3和R4作为分压电阻，根据高压N沟道增强型MOS管M4的阈值电压进行设定电阻R4的大小，根据具体需要的输出电压进行R3，R4比例的调整，确定输出电压的大小；

所述N沟道增强型MOS管M9的栅极漏极连接高压P沟道增强型MOS管M3的漏极、电容C1的另一端、电阻R3的一端、N沟道增强型MOS管M13的漏极和VOUT输出端口，N沟道增强型MOS管M9源极连接N沟道增强型MOS管M10的栅极漏极；

所述N沟道增强型MOS管M10栅极漏极连接N沟道增强型MOS管M9的源极，N沟道增强型MOS管M10源极连接N沟道增强型MOS管M11的栅极漏极；

所述N沟道增强型MOS管M11栅极漏极连接N沟道增强型MOS管M10的源极，N沟道增强型MOS管M11源极连接N沟道增强型MOS管M12的栅极漏极和N沟道增强型MOS管M13的栅极；

所述N沟道增强型MOS管M12的栅极漏极连接N沟道增强型MOS管M11的源极和N沟道增强型MOS管M13的栅极，N沟道增强型MOS管M12源极接地；

所述N沟道增强型MOS管M13漏极连接高压P沟道增强型MOS管M3的漏极、电容C1的另一端、电阻R3的一端、N沟道增强型MOS管M9的栅极漏极和VOUT输出端口，N沟道增强型MOS管M13栅极连接N沟道增强型MOS管M12的栅极漏极和N沟道增强型MOS管M11的源极，N沟道增强型MOS管M13源极接地；

所述N沟道增强型MOS管M13和N沟道增强型MOS管M9-M12构成电流镜电路，保护输出VOUT端的钳位网络，当VOUT端的输出电流超过整个电路的额定输出电流，钳位网络将VOUT端过多的电流下拉到地，防止VOUT输出端受到过量电流的损害；

整个环路的工作流程为：当VIN输入端电压开始上升时，高压P沟道增强型MOS管M3栅极电压为低电位，随着VIN电压的继续上升，高压P沟道增强型MOS管M3开启，高压P沟道增强型MOS管M3漏极端产生电压并跟随电源电压的上升而上升；当电阻R3和R4之间的节点电压达到高压N沟道增强型MOS管M4的阈值电压时，高压N沟道增强型MOS管M4开启，高压P沟道增强型MOS管M1，M2构成的电流镜开始工作；高压P沟道增强型MOS管M2的产生的镜像电流作用在电阻R2上，为高压P沟道增强型MOS管M3提供栅极电压，由于钳位环路的调整作用，高压P沟道增强型MOS管M3的漏极产生稳定的输出电压，其中连接在高压P沟道增强型MOS管M2的漏极和高压P沟道增强型MOS管M3的漏极之间的电阻R1和电容C1对整个电路进行补偿；进而在电路的VOUT输出端可产生稳定的电压，电压大小计算公式为：

U＝I×(R3+R4)

式中，U为VOUT输出端电压，I为高压P沟道增强型MOS管M3产生的稳定电流，R3、R4为电阻R3、R4对应的阻值大小。