CN110855277B

CN110855277B - 可调钳位电路

Info

Publication number: CN110855277B
Application number: CN201911215203.1A
Authority: CN
Inventors: 聂海英
Original assignee: Sripu Microelectronics Technology Suzhou Co ltd
Current assignee: Sripu Microelectronics Technology Suzhou Co ltd
Priority date: 2019-12-02
Filing date: 2019-12-02
Publication date: 2021-07-23
Anticipated expiration: 2039-12-02
Also published as: CN110855277A

Abstract

本发明揭示了一种可调钳位电路，用于为目标高压NMOS管提供电压保护，包括：电流泄放模块，连接至目标高压NMOS管的栅极，电流泄放模块用于为目标高压NMOS管提供栅极电压泄放通道；电压比较模块，连接至目标高压NMOS管的栅极和漏极，电压比较模块用于在目标高压NMOS管的漏极电压下降至设定值时，控制电流泄放模块导通以泄放目标高压NMOS管的栅极电荷；钳位电压调节模块，用于调节所述设定值，并通过外接参考电压源限定目标高压NMOS管栅源之间的电压差。这样，当目标高压NMOS管的漏极电压快速下降时，电压比较模块可以及时地控制电流泄放模块导通以泄放目标高压NMOS管的栅极电荷，实现对目标高压NMOS管的电压保护，并且更加灵活且适应不同电路状况。

Description

可调钳位电路

技术领域

本发明属于集成电路设计技术领域，具体涉及一种快速可调钳位电路。

背景技术

高压NMOS管的栅源耐压通常小于6V，正常工作时，高压NMOS管的栅源漏三端均为高压且栅源电压Vgs小于5V。但是，当高压NMOS管的漏端电压快速下降时，其源端电压也随之下降，此时若栅端电压保持不变，则栅源之间会出现高压压差导致器件损坏。

参图2所示，现有设计中，为了避免上述情况的发生，通常会在MOS管的栅端和源端之间增加一稳压二极管，当MOS管栅源之间的压差增大时，稳压二极管会被反向击穿，泄放栅极的电荷，从而将栅源之间的电压差限制在稳压二极管的反向击穿电压处，从而实现对MOS管的保护。但是，现有常用稳压二极管的反向击穿电压约为5.8V且随工艺温度变化会有偏差，非常接近MOS管的栅源耐压，从而有导致MOS管损坏的可能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可调钳位电路，以实现对不同规格的高压NMOS管的电压保护。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种可调钳位电路，所述可调钳位电路包括：

电流泄放模块，连接至目标高压NMOS管的栅极，所述电流泄放模块用于为目标高压NMOS管提供栅极电压泄放通道；

电压比较模块，连接至目标高压NMOS管的栅极和漏极，所述电压比较模块用于在目标高压NMOS管的漏极电压下降至设定值时，控制所述电流泄放模块导通以泄放目标高压NMOS管的栅极电荷；

钳位电压调节模块，用于调节所述设定值，并通过外接参考电压源限定目标高压NMOS管栅源之间的电压差。

一实施例中，所述电流泄放模块包括第六MOS管，所述第六MOS管的漏极连接至目标高压NMOS管的栅极、源极连接至目标高压NMOS管的漏极。

一实施例中，所述电压比较模块包括由第一MOS管和第二MOS管组成的电流镜，所述第一MOS管的源极连接至目标高压NMOS管的漏极；所述第二MOS管的源极连接至目标高压NMOS管的栅极、漏极连接至所述第六MOS管的栅极。

一实施例中，所述钳位电压调节模块包括连接在第二MOS管源极和目标高压NMOS管栅极之间的第一电阻、连接在第二MOS管漏极和接地之间的第二电阻、以及第五MOS管，所述第五MOS管的漏极连接至第二MOS管的漏极、源极连接至所述第二电阻、栅极外接参考电压源。

一实施例中，还包括高压保护模块，所述高压保护模块至少用于为所述电压比较模块和钳位电压调节模块提供高压保护。

一实施例中，所述高压保护模块包括共栅连接的第三MOS管和第四MOS管，所述第三MOS管用于为第一MOS管提供高压保护，所述第四MOS管用于为第二MOS管和第五MOS管提供高压保护。

一实施例中，所述第三MOS管和第四MOS管为高压MOS管。

一实施例中，所述第一MOS管、第二MOS管、第五MOS管、以及第六MOS管为低压MOS管。

一实施例中，所述第三MOS管的漏极连接至第一MOS管的漏极、源极通过偏置电流接地，所述第四MOS管的漏极连接至第二MOS管的漏极、源极连接至所述第五MOS管的漏极。

一实施例中，所述第六MOS管和目标高压NMOS管之间还连接有第三电阻。

与现有技术相比，本发明通过配合设置的电流泄放模块和电压比较模块，当目标高压NMOS管的漏极电压快速下降时，电压比较模块可以及时地控制电流泄放模块导通以泄放目标高压NMOS管的栅极电荷，实现对目标高压NMOS管的电压保护，并且，通过钳位电压调节模块可以根据需要设定目标高压NMOS管的栅源之间的电压差，更加灵活且适应不同电路状况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一具体实施例中可调钳位电路的原理图；

图2为现有技术中对高压NMOS管进行钳位电压保护的原理图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但该等实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

并且，应当理解的是尽管术语第一、第二等在本文中可以被用于描述各种元件或结构，但是这些被描述对象不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于将这些描述对象彼此区分开。例如，第一电阻可以被称为第二电阻，并且类似地第二电阻也可以被称为第一电阻，这并不背离本申请的保护范围。

参图1，介绍本申请可调钳位电路的一具体实施方式。本申请的可调钳位电路可用于为一目标高压NMOS管M0提供电压保护，在本实施方式中，该可调钳位电路包括电流泄放模块10、电压比较模块20以及钳位电压调节模块30。

电流泄放模块10用于为目标高压NMOS管M0提供栅极电荷泄放通道，其连接至目标高压NMOS管M0的栅极。具体地，电流泄放模块10包括第六MOS管M6，该第六MOS管M6的漏极连接至目标高压NMOS管M0的栅极、源极连接至目标高压NMOS管M0的漏极。这样，当第六MOS管M6导通时，目标高压NMOS管M0的栅极可以通过其进行泄放，限制目标高压NMOS管M0栅源之间的电压差。

一实施例中，第六MOS管M6为NMOS管。

电压比较模块20用于在目标高压NMOS管M0的漏极电压下降至设定值时控制电流泄放模块10导通以泄放目标高压NMOS管M0的栅极电荷。具体地，该电压比较模块20包括由第一MOS管M1和第二MOS管M2组成的电流镜，第一MOS管M1的源极连接至目标高压NMOS管M0的漏极；第二MOS管M2的源极通过第一电阻R1连接至目标高压NMOS管M0的栅极、漏极连接至第六MOS管M6的栅极。这样，当目标高压NMOS管M0的漏极电压下降至设定值时，第二MOS管M2导通，第六MOS管M6的栅极电压升高至M6的栅源电压大于开启电压，从而使得第六MOS管M6导通，电流泄放模块10对目标高压NMOS管M0的栅极电荷进行泄放。

一实施例中，第一MOS管M1和第二MOS管M2为PMOS管。

钳位电压调节模块30用于调节上述的设定值，也即，钳位电压调节模块30可以控制电流泄放模块10的导通，并在电流泄放模块10导通时，进一步通过外接参考电压源V_ref限定目标高压NMOS管M0栅源之间的电压差。为了适应不同规格的目标高压NMOS管M0的电压保护，本实施方式中，钳位电压调节模块30包括连接在第二MOS管M2源极和目标高压NMOS管M0栅极之间的第一电阻R1、连接在第二MOS管M2漏极和接地之间的第二电阻R2、以及第五MOS管M5，该第五MOS管M5的漏极连接至第二MOS管M2的漏极、源极连接至所述第二电阻R2、栅极外接参考电压源V_ref。

一实施例中，第五MOS管M5为NMOS管。

为了更好地解释上述可调钳位电路的设计，以下具体说明本实施方式中可调钳位电路的工作原理：

①在电路正常工作时，第六MOS管M6不导通，第二MOS管M2的源极电压V_{M2_S}可以由下式求得：

V_{M2_S}＝V_{M0_G}-I*R1≈V_{M0_G}-(V_ref-V_{M5_th})*R1/R2；其中，V_{M0_G}为目标高压NMOS管M0的栅端电压，V_{M5_th}为第五MOS管M5的开启电压。

②当目标高压NMOS管M0的漏端电压刚开始下降至低于第二MOS管M2的源极电压V_{M2_S}时，第二MOS管M2的栅极电压跟随源极电压，则第六MOS管M6的栅极电压约等于第二MOS管M2的源极电压V_{M2_S}。

③当目标高压NMOS管M0的漏端电压继续下降，并满足下述条件：

V_{M2_S}-V_{M0_D}>V_{M6_th}；其中，V_{M2_S}为第二MOS管M2的源极电压，V_{M0_D}为目标高压NMOS管M0的漏极电压，V_{M6_th}为第六MOS管M6的开启电压；

第六MOS管M6导通，并泄放目标高压NMOS管M0的栅极电压，实现对目标高压NMOS管M0的电压保护。

此时，目标高压NMOS管M0的栅漏电压V_{M0_GD}＜V_{M6_th}+(V_ref-V_{M5_th})*R1/R2；其中，V_{M5_th}为第五MOS管M5的开启电压；

目标高压NMOS管M0的栅源电压V_{M0_GS}＜V_{M6_th}+(V_ref-V_{M5_th})*R1/R2+V_M0__dio；其中，V_M0__dio为目标高压NMOS管M0的寄生二极管电压。

可以看出，通过调整外接的参考电压源V_ref以及第二电阻R2和第一电阻R1的比例，可以实现对目标高压NMOS管M0栅源之间电压差的限制和保护，并且，根据目标高压NMOS管M0的规格不同或工作状态，可以方便地调整外接参考电压源V_ref实现适应调节。

本实施方式中，可调钳位电路还包括高压保护模块40，该高压保护模块40至少用于为电压比较模块20和钳位电压调节模块30提供高压保护。

具体地，高压保护模块40包括共栅连接的第三MOS管M3和第四MOS管M4，第三MOS管M3用于为第一MOS管M1提供高压保护，第四MOS管M4用于为第二MOS管M2和第五MOS管M5提供高压保护，第三MOS管M3和第四MOS管M4均为高压MOS管。

由于第三MOS管M3和第四MOS管M4为电路提供了耐压特性，因此，本实施方式中的第一MOS管M1、第二MOS管M2、以及第五MOS管M5可以采用低压MOS管。当然，在替换的实施方式中，此时的第一MOS管M1、第二MOS管M2、以及第五MOS管M5也可以采用高压MOS管，又或者，在不设有高压保护模块40时，第一MOS管M1、第二MOS管M2、以及第五MOS管M5采用高压MOS管实现耐压。

在电路连接中，第三MOS管M3的漏极连接至第一MOS管M1的漏极、源极通过偏置电流接地，第四MOS管M4的漏极连接至第二MOS管M2的漏极、源极连接至第五MOS管M5的漏极。

一实施例中，第三MOS管M3和第四MOS管M4都为NMOS管，第六MOS管M6和目标高压NMOS管M0之间还可以连接有第三电阻R3。

可以理解的是，在上述的实施方式中，各MOS管可以替换地采用NMOS管和PMOS管并适应调整电路连接方式以实现类似的功能，这些简单的替换方式也应当属于本申请的保护范围之内。

上技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

通过配合设置的电流泄放模块10和电压比较模块20，当目标高压NMOS管M0的漏极电压快速下降时，电压比较模块20可以及时地控制电流泄放模块10导通以泄放目标高压NMOS管M0的栅极电荷，实现对目标高压NMOS管M0的电压保护，并且，通过钳位电压调节模块可以限定调节目标高压NMOS管M0栅源之间的电压差，更加灵活且适应不同电路状况。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种可调钳位电路，用于为目标高压NMOS管提供电压保护，其特征在于，所述可调钳位电路包括：

电流泄放模块，连接至目标高压NMOS管的栅极，所述电流泄放模块用于为目标高压NMOS管提供栅极电荷泄放通道；

钳位电压调节模块，用于调节所述设定值，并通过外接参考电压源限定目标高压NMOS管栅源之间的电压差；

其中，所述电流泄放模块包括第六MOS管，所述第六MOS管的漏极连接至目标高压NMOS管的栅极、源极连接至目标高压NMOS管的漏极；所述电压比较模块包括由第一MOS管和第二MOS管组成的电流镜，所述第一MOS管的源极连接至目标高压NMOS管的漏极；所述第二MOS管的源极连接至目标高压NMOS管的栅极、漏极连接至所述第六MOS管的栅极，所述第一MOS管和第二MOS管的栅极彼此互连，所述第一MOS管的漏极接地。

2.根据权利要求1所述的可调钳位电路，其特征在于，所述钳位电压调节模块包括连接在第二MOS管源极和目标高压NMOS管栅极之间的第一电阻、连接在第二MOS管漏极和接地之间的第二电阻、以及第五MOS管，所述第五MOS管的漏极连接至第二MOS管的漏极、源极连接至所述第二电阻、栅极外接参考电压源。

3.根据权利要求2所述的可调钳位电路，其特征在于，还包括高压保护模块，所述高压保护模块至少用于为所述电压比较模块和钳位电压调节模块提供高压保护，所述高压保护模块包括共栅连接的第三MOS管和第四MOS管，所述第三MOS管用于为第一MOS管提供高压保护，所述第四MOS管用于为第二MOS管和第五MOS管提供高压保护；所述第三MOS管的漏极连接至第一MOS管的漏极、源极通过偏置电流接地，所述第四MOS管的漏极连接至第二MOS管的漏极、源极连接至所述第五MOS管的漏极，所述第三MOS管和第四MOS管共栅连接。

4.根据权利要求3所述的可调钳位电路，其特征在于，所述第三MOS管和第四MOS管为高压MOS管。

5.根据权利要求3所述的可调钳位电路，其特征在于，所述第一MOS管、第二MOS管、第五MOS管、以及第六MOS管为低压MOS管。

6.根据权利要求1所述的可调钳位电路，其特征在于，所述第六MOS管的源极和目标高压NMOS管的漏极之间还连接有第三电阻。